Batteriegehäuse aus dem technischen Kunststoff Polyamid 6? Genügt dieses Material den hohen Anforderungen an mechanische Belastbarkeit und Flammwidrigkeit? Kautex Textron und Lanxess haben die Eignung des Hochleistungskunststoffs an einem Technologie-Demonstrator getestet. Das Ergebnis: Der Demonstrator besteht alle mechanischen und thermischen Prüfungen, die für ein solches Gehäuse relevant sind.
Der gemeinsam entwickelte Demonstrator wurde in Anlehnung an das Aluminium-Batteriegehäuse eines Mittelklasse-Elektrofahrzeugs entwickelt und für die Massenfertigung ausgelegt. Gegenüber einer Aluminiumausführung resultiert eine Gewichtsersparnis von rund zehn Prozent, die der Reichweite und damit dem CO2-Fußabdruck des Fahrzeugs zugutekommt. Der Demonstrator wurde in einem einstufigen Fließpressprozess mit einer Formmasse auf Basis des Polyamid 6-Compounds Durethan B24CMH2.0 nacharbeitsfrei gefertigt. Crash-relevante Bereiche wurden dabei mit Einlegern aus dem endlosfaserverstärkten, Polyamid 6-basierten Composite Tepex dynalite 102-RGUD600 gezielt verstärkt. Die Integration von Funktionen – wie etwa Befestigungselementen, Verstärkungsrippen und Komponenten des Thermomanagements – verringert die Zahl der Einzelkomponenten im Vergleich zur Metallausführung deutlich, was die Montage und den logistischen Aufwand vereinfacht und die Fertigungskosten senkt.
„Darüber hinaus wurden auch Lösungen etwa für das Thermomanagement und die Dichtigkeit des Gehäuses erarbeitet. Damit wurde die technische Machbarkeit dieser komplexen und hochbeanspruchten Sicherheitsbauteile nachgewiesen.“
Dr. Christopher Höfs, Projektmanager e-Powertrain bei Lanxess.
Die Prüfungen an dem Technologie-Demonstrator (1.400 x 1.400 mm) erfolgten nach international gängigen Standards und Normen für batteriebetriebene Elektrofahrzeuge wie etwa der ECE R100 (Economic Commission for Europe) oder der chinesischen Norm GB 38031.
Das Gehäuse erfüllt die Anforderungen des mechanischen Schocktests, mit dem das Bauteilverhalten bei starker Erschütterung geprüft wird, und des Crush-Tests, mit dem die Entwickler die Widerstandsfähigkeit des Batteriegehäuses bei langsamer Deformation untersuchen. Positiv waren auch die Ergebnisse bei Fall- und Schwingungstests sowie beim Bottom Impact-Test, der die Stabilität der Batterien, die meistens im Fahrzeugboden untergebracht sind, gegenüber einem Aufsetzen des Fahrzeugbodens oder dem Aufprall größerer Steine prüft. Der Demonstrator stellte nach ECE R100 auch seine Feuerbeständigkeit gegenüber externen, unter dem Fahrzeug befindlichen Brandquellen unter Beweis (external fire).
Technische Kunststoffe wie Polyamid 6 sind als Werkstoff deshalb so interessant, weil sie einige Vorteile versprechen – etwa in puncto Nachhaltigkeit, Fertigungskosten, Gewichtsersparnis und wirtschaftlicher Funktionsintegration. Der CO2-Fooptrint des Kunststoffgehäuses ist gegenüber Aluminium um 40 Prozent geringer. Ausschlaggebend dafür sind der geringere Energieeinsatz bei der Herstellung des Ausgangsmaterials sowie der Wegfall der aufwändigen kathodischen Tauchlackierung gegen Korrosion im Vergleich zu Stahl. Im Vergleich zum duroplastischen Materialien wie Sheet Molding Compounds lassen sich die Gehäuse aus dem thermoplastischen PA6 besser recyceln.
„Aktuell gehen wir gemeinsam die ersten Serienentwicklungsprojekte mit Automobilherstellern an, um die neue Technologie im Serieneinsatz zu implementieren.“
Felix Haas, Director Product Development bei Kautex Textron.
Derzeit wird die Alltagstauglichkeit eines Gehäuseprototyps in einem Testfahrzeug im Fahrbetrieb auf der Straße erprobt.
Bild oben: Crush-Test in y-Richtung: Die Ergebnisse der Simulation und des Tests am physischen Bauteil stimmen sehr gut überein. (Quelle: Kautex Textron)
Quelle und weitere Infos: Pressemitteilung
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