Leichtbau trifft Mobilität: Herausforderung Batteriegehäuse

Die Mobilität der Zukunft ist ohne Leichtbau nicht denkbar. Das betrifft selbstredend die Struktur der fahrenden, fliegenden und schwimmenden Untersätze; die Vorteile sind in einer verbesserten Energie- und Materialeffizienz zu finden. Auch wenn Leichtbau bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen längere Zeit umstritten war, so ist man sich Stand heute wieder über dessen Nutzen einig.

In der Rubrik „Leichtbau trifft…“ widmen wir uns den Zusammenhängen zwischen Leichtbau und den (Megatrends. Wir klären Fakten und zeigen Potentiale auf. Wir geben Überblick, erläutern und hinterfragen. Mit einem Wort: Wir liefern Inspiration für Ihren Fortschritt.

Doch ein Bauteil zieht derzeit viel Aufmerksamkeit und Entwicklungsaufwand auf sich: das Batteriegehäuse. Warum ist das so? Nun, das Gewicht einer Fahrzeugbatterie liegt etwa bei 200 kg für einen Kleinwagen wie den ID.3 bis hin zu etwa 700 kg für einen SUV. Das bedeutet, dass selbst beim 2,5 t schweren SUV die Batterie samt Gehäuse stolze 30% zum Gesamtgewicht beiträgt.

Bild oben: Die Batterie und ihr Gehäuse gehören zu den Bauteilen eines Elektrofahrzeugs, die noch über ein sehr hohes Optimierungspotenzial verfügen (Quelle: Pixabay)

Die Gewichtsspirale dreht sich

Die Entwicklung leichterer Batterien und eines leichteren Batteriegehäuses wird deshalb derart forciert, weil es auch beim PKW zu einem Dominoeffekt des Leichtbaus kommt. Beim Fahrzeug ermöglicht eine Gewichtsersparnis es meist, auch weitere Bauteile leichter zu gestalten. Dieser Downsizing-Effekt hat direkte und positive Auswirkungen auf das kostenintensivste Bauteil: die Batterie. Außerdem wirkt sich ein niedrigeres – gut verteiltes – Gewicht positiv auf die Fahrdynamik aus.

Batteriegehäuse – Sicherheit geht vor

Allem voran muss ein Gehäuse die Batterie – beim möglichen Aufsetzen oder auch im Crashfall – sicher umschließen. Dichtigkeit und mechanische Stabilität sind daher Grundvoraussetzung. Auch die Reparaturfähigkeit des Gehäuses spielt eine Rolle, wenn es um kleinere Schäden zum Beispiel nach einem Aufsetzen des Unterbodens geht. Die Korrosionsbeständigkeit und Isolierfähigkeit sind weitere wichtige Merkmale.

Ein gutes Wärmemanagement beziehungsweise Kühlkonzept gehört ebenso zu den bedeutenden Anforderungen, denn das Battery-Pack sollte möglichst kompakt bauen. Weitere Aspekte aus dem Anforderungskatalog sind ein möglichst geringer CO₂-Footprint des Bauteils gepaart mit einer hohen Recyclingfähigkeit, eine kostengünstige und serienfähige Herstellung sowie eine hohe Flexibilität. Und nicht zuletzt spielt auch die Integration der Schnittstellen zum Fahrzeug eine große Rolle: Muss am Gehäuse zur Montage gebohrt werden (Dichtigkeit!)? Wie lassen sich Verkabelungen, Kühlelemente, Steckverbinder und andere Komponenten integrieren?

Unterschiedliche Werkstoff- und Designansätze

Als Werkstoffe für Batteriegehäuse werden aktuell Stahl, Aluminium, Faserverbundwerkstoffe, Thermoplaste sowie geschäumte Werkstoffvarianten eingesetzt. Die folgenden Beispiele (ohne Anspruch auf Vollständigekeit!) zeigen, wie unterschiedlich die Werkstoffe eingesetzt werden und wie hoch das Entwicklungspotenzial bei diesem Bauteil nach wie vor noch ist.

Sollten Sie eine neue Entwicklung kennen, die hier nicht aufgelistet ist, oder ich eine längst bekannte vergessen haben, freue ich mich über Ihren Tipp, gerne per Mail.

Hersteller	Aufbau	Merkmale
CSP / Tejin	einteilige Wanne aus Faserverbundwerkstoff mit Aluminium- und Stahlverstärkungen mit einer einteiligen Abdeckung aus Faserverbundwerkstof, Montagerahmen aus Strukturschaum (Quelle: Businesswire)	15% leichter als Stahlgehäuse variables Faser-Matrix-System je nach Anforderung bei Phenolharzsystem hitzebeständiger als Aluminium
Edag Engineering	in den Fahrzeugrahmen integriertes Stahlgehäuse mit Kühlmittelverteiler aus Kunststoff, Boden und Deckelplatte aus Aluminium (Quelle: Automobil Industrie, all-electronics, Pressemitteilung)	Gewichtsersparnis durch Integration in eine skalierbare Bodengruppe hohe Skalierbarkeit kostengünstige Herstellung
Fraunhofer LBF	endlosfaserverstärkte Thermoplaste, Sandwichaufbau, Schaumspritzguss (Quelle: Pressemitteilung, Auto Motor Sport)	40 % leichter als Aluminium kurze Zykluszeiten (2 min) geringe Bauteilkosten hohe Materialeffizienz
GF Casting Solutions	modulares, mehrteiliges Aluminiumgehäuse, gegossen (Quelle: Webseite)	leichter als Stahlgehäuse korrosionsbeständig skalierbar serienfähig
Havel metal foam	Aluminiumschaum-Sandwichaufbau mit Blechen (Quelle: Pressemitteilung, Webseite)	Sandwichaufbau besonders crashsicher deutliche Gewichtsersparnis durch geschäumten Werkstoffe 100 % recyclingfähig
Voltabox	freigeformte Schaumkunststoffmodule (Quelle: Automobil Industrie)	freie, individuelle Geometrie geschäumter Werkstoff, daher deutliche Leichtbauvorteile Markteinführung Sommer 2021 geplant
Otto Fuchs	Zweiteiliges Gehäuse aus extrudierten Aluminium-Verbundprofilen (Quelle: Webseite)	besonderer Schutz beim Seitencrash Hohlkammern integrieren Kühlung Leichtbauvorteile durch Aluminium-Hohlprofile
Thyssen Krupp	Stahl: Einhausung mit Rahmen, Anbindungsprofil oben und untern, Unterfahrschutz und Deckel (Quelle: Webseite)	fast so leicht wie Aluminiumgehäuse 50 % weniger CO2-Emissionen vgl. mit Aluminium in der Herstellung 50 % günstiger in der Herstellung (vgl. mit Aluminium und bei 70 kWh-Akku)
SGL Carbon	Alle Gehäuseteile (Unterboden, Deckel, Rahmenstruktur) aus Faserverbundwerkstoffe (CFK, GFK)	individuelle Geometrie geringes Gewicht durch Leichtbau-Werkstoff serienfähig erhöhter Brandschutz, geringe Wärmeleitfähigkeit

Autor: Christine Koblmiller, Redakteurin, Gründerin, Fachjournalistin aus Leidenschaft, überzeugter Leichtbau-Fan.

Mit dem Metamagazin Leichtbauwelt.de habe ich 2018 den Schritt in die Selbständigkeit gewagt und mit Leichtbauwelt ein neues Medienformat im B2B-Umfeld geschaffen. Seit etwa 25 Jahren bin ich Redakteurin für technische B2B-Fachzeitschriften. Für verschiedene führende Fachmagazine habe ich als eBusiness-Projektmanager Industrie schon 2001 crossmediale Angebote eingeführt, denn die Digitalisierung aller Lebensbereiche hat Einfluss auf unser Informationsverhalten. Deshalb bin ich mir sicher, dass sich die Medienbranche wandeln muss. Mehr über mich finden Sie unter Conkomm, auf Xing oder LinkedIn.

„Leichtbau fasziniert und begeistert Techniker. Er ist für die Herausforderungen der Zukunft unabdingbar. Deshalb bin ich sicher, dass der Markt für ein Angebot wie Leichtbauwelt.de reif ist.“