Lanxess und Kautex Textron pionieren D-LFT-Thermoplaste für leichte EV-Batteriegehäuse

Der Spezialchemiekonzern Lanxess (Köln, Deutschland) und Kautex Textron GmbH & Co. KG (Bonn, Deutschland), ein Unternehmen von Textron Inc. (Providence, R.I., USA), arbeiten seit mehreren Jahren zusammen, um die Vorteile technischer Thermoplaste gegenüber Metallen bei Batteriegehäusen für Elektrofahrzeuge (EVs) in Bezug auf Gewichts- und Kostensenkung, funktionale Integration und elektrisches Isolierverhalten zu demonstrieren. Gemeinsam haben die Unternehmen einen near-series-Technologiedemonstrator in einer Machbarkeitsstudie entwickelt. Mit einer Länge und Breite von jeweils rund 1.400 Millimetern ist das System ein großformatiges Vollkunststoff-Gehäuseteil mit einem Gewicht im mittleren zweistelligen Kilogrammbereich.

„Als ersten Schritt haben wir vollständig auf metallische Verstärkungsstrukturen verzichtet und bewiesen, dass wir diese komplexen, großen Bauteile kommerziell produzieren können“, erklärt Felix Haas, Direktor Produktentwicklung bei Kautex Textron. Künftig wollen Kautex und Lanxess die Ergebnisse der Zusammenarbeit nutzen, um mit Automobilherstellern in Entwicklungsprojekte für die Serienproduktion einzusteigen.

Der Demonstrator wurde basierend auf dem Batteriegehäuse eines C-Segment-EVs entwickelt. Er besteht aus einer Gehäusewanne mit Crashstruktur, einem Gehäusedeckel und einem Unterfahrschutz. Die Gehäusekomponenten können in einem einstufigen Direct-Long-Fiber-Thermoplastic-(D-LFT)-Formprozess hergestellt werden. Lanxess hat sein Durethan B24CMH2.0 PA6-Harz als Material für den D-LFT-Formmassen optimiert; Kautex Textron compoundiert das PA6 für den Prozess mit Glasfaserrovings. Lanxess' Tepex dynalite kontinuierlicher faserverstärkter Thermoplast wird als Verstärkung für die Gehäusestruktur eingesetzt. „Der Prozess ermöglicht kürzere und damit wirtschaftlichere Zykluszeiten als die Prozesse, in denen Stahl oder Aluminium verarbeitet werden“, erklärt Haas.

Heute, so Lanxess, werden Gehäuse für Hochvoltbatterien hauptsächlich aus stranggepressten Stahl- oder Aluminiumprofilen hergestellt. Je nach Fahrzeugklasse können die Gehäuselängen und -breiten deutlich über 2.000 bzw. 1.500 Millimeter liegen. Die Größe, die Anzahl der Komponenten und die zahlreichen Fertigungs- und Montageschritte machen Metallgehäuse sehr kostenintensiv. So erfordern komplexe Strukturen aus Strangpressprofilen viele Nachbearbeitungsschritte wie Schweißen, Stanzen und Nieten. Zudem müssen die metallischen Komponenten in einem zusätzlichen Prozessschritt durch Kathodische Tauchlackierung vor Korrosion geschützt werden.

„Kunststoffe hingegen können ihre Designfreiheit voll ausspielen. Durch die Integration von Funktionen wie Befestigungselementen und Thermomanagement-Komponenten kann die Anzahl der Einzelteile eines Batteriegehäuses stark reduziert werden. Dies vereinfacht Montage und logistischen Aufwand, was die Produktionskosten senkt“, sagt Dr. Christopher Hoefs, Projektleiter e-Powertrain bei Lanxess.

Hochvoltbatteriegehäuse müssen auch eine Vielzahl höchst anspruchsvoller technischer Anforderungen erfüllen, darunter hohe Steifigkeit und Festigkeit, Energieabsorption im Crashfall, Flammwidrigkeit und Integration der Gehäuse in die Fahrzeugstruktur, um nur einige zu nennen. Lanxess berichtet, dass Kunststoffe das Potenzial haben, viele dieser Anforderungen zu erfüllen. Das Material ist korrosionsbeständig und elektrisch isolierend, was das Risiko eines Kurzschlusses des Systems verringert. Die geringe Dichte von Kunststoffen und ihr Potenzial für Leichtbau führen auch zu deutlich leichteren Gehäusen, was unter anderem die Reichweite von EVs erhöht.

„Wir arbeiten weiterhin gemeinsam an der Optimierung der Produktion und des strukturellen Designs der Komponenten. Ziel ist es, den Großteil der Entwicklungsarbeit virtuell durchzuführen, um Kosten im Prototypenbau zu sparen und die Time-to-Market künftiger Serienteile zu verkürzen“, sagt Hoefs.