Frimo: Werkzeug für leichte Batteriegehäuse

Werkzeug zum Herstellen leichter Batteriegehäuse aus UD- und D-LFT Tapes. Foto: Frimo

Das Projekt Lightmat Battery Housing entwickelt leichte Kunststoff-Batteriegehäuse. Frimo steuert eine neue Werkzeugtechnik für UD- und D-LFT Tapes bei.

Eine spezielle Werkzeug- und Prozesstechnik für UD- und D-LFT Tapes von Frimo kommt bei der Produktion hochbelasteter, leichter Batteriegehäuse zum Einsatz. Die Batteriegehäuse werden in dem Verbundprojekts Lightmat Battery Housing entworfen. Ziel des Projekts ist deren Großserienproduktion aus Faserbundhalbzeugen. Für das Batteriegehäuse bedeutet dies eine deutliche Gewichtsreduzierung der Batterie in heutigen Elektrofahrzeugen – und das bei hoher Funktionsintegration. Solche Funktionselemente können beispielsweise Leiterbahnen, Kühlmittelkanäle oder leitfähige Gitter für den EMV-Schutz sein.

Besonders anspruchsvoll ist es hier, die guten mechanischen Eigenschaften von faserverstärkten Kunststoffen zu bewahren und gleichzeitig die zusätzlichen Funktionen des Laminats in nachgelagerten Prozessschritten wie dem Umformen und Hinterspritzen oder Hinterpressen zu bewahren.

Metallersatz bei Batteriegehäuse in Elektrofahrzeugen

Die heutigen Batteriegehäuse in Elektrofahrzeugen bestehen aus Aluminiumdruckgusswannen und aus aufwändig verschweißten, tiefgezogenen Konstruktionen aus Stahlblech oder Aluminium. Mit mehr als 500 kg beansprucht die Antriebsbatterie samt Gehäuse bei reichweitenstarken Elektrofahrzeugen heute oft bis zu einem Drittel des Gesamtgewichts eines Fahrzeugs. Wird das Metall der Umhausung durch Kunststoff ersetzt, können etwa 15 % des Gewichts eingespart werden.

Hybridstruktur stellt besondere Anforderungen an das Werkzeug

Endlosfaserverstärkte Thermoplaste in Form von UD-Tapes (unidirektional endlosfaserverstärkt) bieten die besten mechanischen Eigenschaften in Faserrichtung. Direkt extrudierte Langfaser-Thermoplaste (D-LFT) hingegen bieten aufgrund ihres guten Fließverhaltens mehr Gestaltungsfreiheit. Kombiniert man beides und fügt Metalleinlagen hinzu, wird ein neuer Freiheitsgrad erreicht und das Leichtbaupotenzial für Hybridstrukturen kann besser genutzt werden.

Die Kombination verschiedener Materialien stellt besondere Anforderungen an die Werkzeuge. Frimo hat hierfür ein spezielles Werkzeugkonzept entwickelt. Bei diesem Konzept werden die vorgewärmten, komprimierten UD Tapes (Tailored Blanks) zusammen mit den D-LFT Strängen in die Werkzeugkavität eingelegt und mit präzisionsgesteuerten Vorschubstiften verpresst. Die Vorschubstifte im Frimo Tape-D-LFT Werkzeug drapieren die Tailored Blanks und bilden die Rippenstrukturkavität, die lokal mit D-LFT überströmt wird. Die zusätzliche Werkzeugschließbewegung presst das D-LFT in die Rippen.

Leichte Batteriegehäuse in weniger als einer Minute

Das GFK-Metall-Gemisch ermöglicht eine Gewichtseinsparung von bis zu 25 % gegenüber einer Stahlkonstruktion, bei einer Zykluszeit von weniger als einer Minute. Das bedeutet nicht nur eine Gewichts-, sondern auch eine Zeit- und Kostenersparnis.

An dem Forschungsprojekt Lightmat Battery Housing (EFRE-0801511) ist unter anderem auch das das Fraunhofer IPT beteiligt. Frimo stellt das Werkzeug auf der JEC World 2022 in Paris aus. Neben diesem Highlight präsentiert dort das Unternehmen seine gesamte Kompetenz und Erfahrung auf den Gebieten Thermoformen, Fräsen, Stanzen und Fügen von Composites sowie im Bereich der Automation und Verkettung von Prozessen und Anlagen.

mg