CSP Advanced Materials Center stellt Verbundbatteriegehäuse und Materialinnovationen vor

Continental Structural Plastics (CSP, Auburn Hills, Michigan, USA) hat am 9. Dezember zusammen mit seiner Muttergesellschaft Teijin Ltd. eine innovative Waben-Klasse-A-Plattentechnologie und ein fortschrittliches Batteriegehäuse für Elektrofahrzeuge (EV) aus mehreren Materialien vorgestellt die in einer beliebigen Anzahl von CSPs proprietären Verbundstoffformulierungen geformt werden können. Diese Komponententechnologien wurden im neuen Advanced Technologies Center des Unternehmens in Auburn Hills, Michigan, der zweiten F&E-Einrichtung von CSP in der Stadt, entwickelt und zeigen den Übergang des Unternehmens zu breiteren F&E-Kapazitäten nach der Übernahme durch Teijin.

Das neue Advanced Technologies Center ist eine 47.500 Quadratfuß große Einrichtung, von der 24.000 für F&E-Bemühungen zur Entwicklung von Materialien und Verfahren der nächsten Generation verwendet werden, um CSP und Teijin über Sheet Moulding Compound (SMC) hinaus und in neue Märkte und Technologien zu bringen. Zur Ausstattung gehören eine 4000-Tonnen-Presse mit Nivellierung und Vakuum, eine 750-Tonnen-Presse mit Vakuum, eine 400-Tonnen-Presse mit einem 10-Fuß-Bett, sechs Thermolatoren, zwei FANUC Robotics und ein Koordinatenmessgerät (CMM).

„Wir entwickeln hier Technologien und Prozesse, die die Expertise von CSP und Teijin in thermoplastischen und duroplastischen Verbundwerkstoffen, Kohlefaser und Fertigung nutzen, um unseren Kunden neue Optionen für bestehende und zukünftige Fahrzeugprogramme zu bieten“, sagt Hugh Foran, Executive Director, New Business Development, Neue Märkte und Technologien. „Wir können das Gewicht reduzieren und gleichzeitig die Haltbarkeit und Insassensicherheit verbessern – alle wichtigen Funktionen, die für autonome, vernetzte und elektrische Fahrzeuge benötigt werden.“

Neben der technologischen Umstellung hat das Advanced Technologies Center einige Projekte übernommen, um diese neuen F&E-Anstrengungen zu erfüllen. Das erste dieser Projekte ist das neue Wabenfertigungsverfahren von CSP, mit dem ultraleichte Paneele der Klasse A hergestellt werden. Diese Platten, die als „Sandwich“-Verbundwerkstoffe betrachtet werden, verwenden einen leichten Wabenkern, der mit Naturfaser-, Glasfaser- oder Kohlefaserhäuten verkleidet ist, die mit Polyurethan (PUR)-Harz benetzt sind. Laut CSP ermöglicht dieser Prozess das Formen komplexer Formen und scharfer Kanten und führt zu Platten mit sehr hoher Steifigkeit bei sehr geringem Gewicht.

CSP entwickelt und produziert derzeit auch mehr als 34 verschiedene Batteriekastenabdeckungen für Elektrofahrzeuge (EV) in den USA und in China. Um jedoch das Angebot des Unternehmens zu erweitern und den Kunden ein überlegenes Batteriegehäuse zu bieten, haben CSP und Teijin ein vollwertiges Batteriegehäuse aus mehreren Materialien mit einer einteiligen Verbundabdeckung und einer einteiligen Verbundschale mit Aluminium- und Stahlverstärkungen entwickelt.

Nach Angaben beider Unternehmen stehen Autohersteller bei aktuellen mehrteiligen Batteriegehäusen aus Stahl und Aluminium häufig vor einer Reihe von Herausforderungen, darunter das Gesamtgewicht des Gehäuses (normalerweise mehr als 1.000 Pfund) und die Notwendigkeit mehrerer Schweißnähte, Befestigungselemente und Schrauben, die kann letztendlich zu Undichtigkeiten führen. Durch das Formen des Deckels und der Schale jeweils aus einem Stück hat CSP ein System geschaffen, das einfacher zu versiegeln ist und vor dem Versand zertifiziert werden kann. Das Unternehmen hat zwei Patente für seine innovativen Kastenmontage- und Befestigungssysteme angemeldet.

Das Unternehmen entwickelte auch einen Montagerahmen, bei dem ein Strukturschaum zur Energieabsorption verwendet wird. Dies ermöglicht eine reduzierte Rahmendicke und ein geringeres Gewicht bei gleichzeitiger Verbesserung der Crash-Performance. Zu den weiteren Vorteilen des Multi-Material-Batteriegehäuses gehören:

• Nichtleitend
• Kann in komplexe Formen gebracht werden
• Weniger Komplexität im Werkzeugbau
• Hohe Festigkeit
• Dimensionsstabilität
• Eingegossene Dichtungsmerkmale
• Möglichkeit zum Eingießen von Abschirmungen, einschließlich EMI- und RFI-Schutz
• Korrosionsbeständigkeit
• Reduzierte Werkzeugkosten

Insgesamt soll das CSP-Multimaterial-Batteriegehäuse 15 % leichter sein als ein Batteriekasten aus Stahl. Obwohl es im Gewicht einem Aluminiumgehäuse entspricht, bietet das CSP-Gehäuse eine bessere Temperaturbeständigkeit als Aluminium, insbesondere wenn das Phenolharzsystem verwendet wird. Darüber hinaus hat das einteilige Design für das Tablett keine Durchgangslöcher, sodass keine Versiegelung oder Dichtmittel erforderlich sind. Dadurch wird nicht nur das Risiko von Undichtigkeiten eliminiert, sondern auch die Gesamtproduktionskosten und die Komplexität reduziert.

Viele dieser Vorteile wären ohne die überlegene Verbundchemie, die vom Materialforschungs- und Entwicklungsteam von CSP entwickelt wurde, nicht möglich gewesen, behauptet das Unternehmen. Dieses Sortiment an fortschrittlichen Verbundwerkstoffen ermöglicht es den Kunden, die Formulierung für den Bezug und/oder die Basis auszuwählen, die ihren Spezifikationen am besten entspricht. Zu den Materialoptionen für das Batteriegehäuse von CSP gehören:

• Traditionelles High-Fill-Polyester-/Vinylester-ATH-System, das konventionelle SMC-Chemie verwendet, leicht an vorhandene Werkzeuge angepasst werden kann und im richtigen Design eine hervorragende Basisleistung bietet.
• Intumeszierendes System mit ähnlicher Chemie wie herkömmliches SMC, aber mit besserer Entflammbarkeit und thermischer Durchgehfähigkeit.
• Phenolisches System, das sich ideal für Hochtemperaturanwendungen eignet, bei denen Teile die Anforderungen an Brandschutz, Rauchentwicklung, Verbrennung und Toxizität erfüllen müssen. Ein phenolisches System hat ausgezeichnete Flammhemmung, Hitze- und Chemikalienbeständigkeit und elektrische Nichtleitfähigkeitseigenschaften.

Jede dieser Chemikalien kann unter Verwendung verschiedener Fasertypen oder -formate (z. B. Glas/Kohlenstoff/gemischt/andere, zerhackt und/oder kontinuierlich) angepasst werden, und jede kann so formuliert werden, dass sie die strengsten VOC-Anforderungen erfüllt.

“ Die im Advanced Technology Center geleistete Arbeit in Kombination mit den Materialfortschritten, die in unserer Forschungs- und Entwicklungsabteilung am Hauptsitz erzielt werden, ermöglicht es CSP, seine führende Position bei fortschrittlichen Verbundwerkstoffen zu behaupten und uns als Global Player im Bereich Multimaterial zu etablieren. “, sagt Steve Rooney, CEO von CSP. „Gemeinsam mit der Kohlefaser- und Materialkompetenz von Teijin entwickeln wir Leichtbaulösungen, die es unseren Kunden ermöglichen, beim Fahrzeugdesign über den Tellerrand hinauszudenken.“

Das Team des Advanced Technologies Center umfasst derzeit fünf Ingenieure und Designer. Die Advanced Technology Department von CSP besteht in Kombination mit F&E und Produktentwicklung aus mehr als 80 Ingenieuren, Designern und Wissenschaftlern. Vor der Übernahme von CSP durch Teijin war diese Einrichtung ein Teijin-Forschungs- und Entwicklungszentrum, in dem der Sereebo-Fertigungsprozess entwickelt wurde. Dies ist der Prozess, der jetzt zur Herstellung der mit dem PACE Award ausgezeichneten GMC Sierra Denali Pickup-Box verwendet wird CarbonPro, die angeblich erste Kohlefaser-Pickup-Box der Branche.