IKV, Kautex Textron Zusammenarbeit in allen Bereichen

Die Kautex Textron GmbH & Co. KG und Forscher des in Aachen ansässigen IKV-Instituts für Kunststoffverarbeitung haben ein 1.600 x 1.300 x 200 Millimeter großes „erstes thermoplastisches Batteriegehäuse in Originalgröße für Elektrofahrzeuge“ entwickelt.

Kautex Textron zeigte den endgültigen Prototyp mit dem Namen Pentatonic auf seinem IKV International Colloquium Plastics Technology-Stand im September 2022. IKV-Forscher Frederik Block beschrieb die Entwicklung und Erprobung in Aachen im Rahmen eines Vortrags zur Integration der Endlosfaserverstärkung in den Formpressprozess langfaserverstärkter Thermoplaste (LFT).

Block; Roman Bouffier, Forschungsdirektor bei Kautex Textron; und Nicolay Bergmann, leitender Entwicklungsingenieur, sagte, eine hohe Schlagfestigkeit sei wichtig, um Schäden an Batteriemodulen durch Front-, Heck-, Unterboden- (Pollerdurchschlag) und Aufprall beim Aufsetzen des Fahrzeugs standzuhalten.

Block beschrieb Komponentenebenentests an Rippenträgern aus glasfaserverstärktem Nylon 6/Glasfaser-Langfaser-Thermoplast, verstärkt durch Organoblech, hergestellt am Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (ICT) in Pfinztal, Deutschland, in einem direkten LFT-Prozess. Da zunächst alle die 100-kN-Grenze nicht erreichten, ordnete Block zur besseren Lastverteilung mehrere Rippenstrukturen nebeneinander an.

Bouffier verwies auf die Herausforderungen aktueller Gehäuse im Metalldesign. Sie verwenden tiefgezogene Gehäusekonstruktionen aus Stahlblech oder Aluminium und innenliegende Verstärkungen aus druckgegossenen und extrudierten und geschweißten Aluminiumprofilen, wobei in den extrudierten Profilen aufwendig Löcher geschnitten und gefräst werden.

Das Pentatonic-Gehäuse wiegt 55 Kilogramm, verglichen mit 61 kg bzw. 89 kg bei entsprechenden Gehäusen aus Aluminium bzw. Stahl. Laut Bouffier bietet es wichtige Vorteile des Kunststoffdesigns: 15 Prozent Gewichtseinsparung, 20 Prozent Kosteneinsparung und einen um 45 Prozent geringeren CO2-Fußabdruck als Metallgehäuse [93 kg weniger als Aluminium, 556 kg weniger als Stahl, über 200.000 km].

Das Gehäuse weist einen hohen Grad an funktionaler Komponentenintegration auf und wird im One-Shot-Verfahren geformt, mit nahtlosen Flanschen, vertikalen UD-Profilen anstelle von Metallprofilen, Schraubengewindeintegration und „sicherer Kühlmittelführung“, betonte Bouffier.

Havya Premkumar, Engineering Manager bei Kautex Textron, sagte Anfang des Jahres: „Das Einzigartige an unserem Pentatonic-Batteriesystem ist, dass es keine metallischen Verstärkungen erfordert. Im Gegensatz zu unflexiblen Batteriegehäusen aus Stahl und Aluminium bietet Pentatonic eine anpassbare, leichte Lösung, die der Funktionsintegration zugute kommt.“ und Wärmemanagement.“

Bouffier verwies auf den inneren und äußeren Feuerwiderstand. Angesichts der Verwendung der Sorte B24CMH 2.0 aus GF-Nylon 6 und der formgepressten Dynalite 102-RGUD600 Tepex-Verbundplatte der in Köln ansässigen Lanxess Germany GmbH (Halle 6, Stand C76-C78) wurde Bouffier gefragt, ob die Flamme UL94 VO entspricht Es wird ein feuerhemmendes Material benötigt. Er antwortete: „Wir brauchen nicht unbedingt V-0, aber intelligentes Design mit genau so viel Flammschutz wie nötig entscheidet darüber, ob die Brandtests bestanden werden.“

Das Engagement von Kautex Textron für thermoplastische Batteriegehäuse wurde durch die Ankündigung einer Produktionserweiterung im Werk Pinghu, China, im August 2021 mit der Installation einer D-LFT-Linie auf Basis einer 5.500-Tonnen-Presse speziell für Pentatonic-Batteriegehäuse bestätigt Wir bedienen mehr als fünf lokale Kunden.

Bouffier gab die Bewertung eines auf Polypropylen basierenden Materials zu, dieses wurde jedoch aufgrund der um 10 °C geringeren Hitzebeständigkeit als Nylon abgelehnt. Rudolf Stauber von Stauber-Engineering, ein früherer BMW-Manager, sagte, dass der Transport von Fahrzeugen auf der Schiene, der Straße oder per Schiff durch wiederholte Stöße Schäden verursacht. Daher sollte eine gewisse Dämpfung verwendet werden. Ein anderer ehemaliger BMW-Manager, Hans Schwager von Consulting4Carbon, der zuvor die Entwicklung der Carbonfaser-Fahrgastzellenstruktur des BMW i3 leitete, fragte nach Temperaturschwankungen, woraufhin Bouffier antwortete, dies sei nicht getestet worden.

Bouffier schlug vor, dass Automobilhersteller besser über Recycling sprechen könnten, schlug jedoch vor, dass Nylon in ausgedienten Batteriegehäusen theoretisch in Lösung aufgelöst und verbleibende Glasfasern gemahlen und für andere Zwecke verwendet werden könnten, da sich die Faserlänge beim Mahlen verkürzt, „wenn wir es idealerweise tun“. einen geschlossenen Kreislauf haben.“ Stauber war skeptisch: „Viele Autos sind im Besitz von Privatpersonen, deren Fahrzeuge diverse Teile zerlegt werden, während der Rest in einen von 66 Schreddern in Deutschland gelangt. Sie werden nicht zu Kautex zurückkommen, diese Branche ist marktgesteuert und reguliert.“ von Politikern.

Bouffier erklärte, dass das Formpressen als „vielseitiger und ausgereifter Herstellungsprozess, der sich hervorragend für die Anwendung mit langer Endlosfaserverstärkung eignet“, gleichermaßen für D-LFT, GMT oder faserverstärkte Sheet Moulding Compound (SMC) auf Polyester- oder Vinylesterharzbasis gewählt wurde . Er räumte ein, dass es Raum für Verbesserungen bei der Simulation der Faserorientierung gebe. Und obwohl die elektromagnetische Abschirmung noch nicht „an sich gelöst“ sei, gibt es Lösungen.

Das IKV untersucht auch SMC-Batteriegehäuse. Dies ging aus einem Vortrag der IKV-Forscherin Vera Austermann und ausgestellten Teilen im Verbundwerkstofflabor des IKV in Aachen-Melaten hervor. Austermann beschrieb die Modellierung und Validierung einer lokalen kontinuierlichen externen und/oder internen lokalen, mit Kohlefaserharz imprägnierten Towpreg-Bandverstärkung von SMC für Batteriegehäuse. Dies bezieht sich auf die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von „vergleichsweise kostengünstigem SMC-Material“.

Dieser „HybridSMC“-Ansatz, basierend auf CF-Towpregs von SGL Carbon SE mit Sitz in Wiesbaden, Deutschland, und einem mit 40 Prozent glasfaserverstärkten, ungesättigten Polyester-SMC-Compound von Polynt SpA mit Sitz in Scanzorosciate, Italien, könnte die Grundlage für verstärkte Hybrid-SMC-Batteriegehäuse bilden innen durch eine Kombination aus SMC-Sinusrippen und kohlefaserverstärkten pultrudierten Profilen, schlug Austermann vor.

Laut Austermann machen vorgehärtete Towpregs mit „45-Gramm-CF“ 3 Prozent des Teilegewichts aus, führen jedoch zu einer 20 Prozent geringeren Z-Achsen-Verformung. Ein Hybrid-SMC-Demonstrator, der eine lokale Towpreg-Verstärkung mit 4 Prozent CF-Gehalt mit einer internen sinusförmigen Rippen-Crashstruktur kombiniert, zeigte duktiles statt sprödes Bruchverhalten. Es hielt einer um 57 Prozent höheren Kraft stand und zeigte eine um 317 Prozent höhere Energieabsorption.

Zu den laufenden Arbeiten am IKV gehört „eine eingehende Bewertung der Recyclingverfahren, des CO2-Einsparpotenzials und der Zykluszeitverkürzung“, sagte Austermann. Interessanterweise war Kautex Textron Partner im hybridSMC-Projekt, das Ende 2021 abgeschlossen wurde.

Das IKV nutzte Geräte der in Lotte, Deutschland, ansässigen Frimo Group GmbH (Halle 13, Stand C60), die im Verbundwerkstofflabor des IKV und im nahegelegenen Leichtbau-Lösungszentrum der AZL Aachen GmbH auf dem gleichen RWTH-Universitätscampus wie das IKV installiert waren. Die Simulation erfolgte mit der Software der Aachener SimpaTec Simulation & Technology Consulting GmbH (Halle 13, Stand A94).

Kautex Textron GmbH & Co. KG

Halle 14, Stand C16

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