Auf der VDI-Tagung „Plastics in Automotive Engineering 2023“ (PIAE) präsentiert sich der Werkstoffspezialist mit Material- und Technologielösungen für batterieelektrisch oder mit Brennstoffzellen angetriebene Fahrzeuge, Ladeinfrastruktur sowie neuen Mobilitätstrends.
„Wir wollen mit unseren Entwicklungen Fahrzeuge leichter, sicherer und leistungsfähiger machen. Besonderes Augenmerk gilt dabei nachhaltigen Materialien auf Basis rezyklierter oder biobasierter Rohstoffe, die nicht nur kleinere CO2-Fußabdrücke in die Anwendung mitbringen, sondern auch den Aufbau ressourcenschonender Stoffkreisläufe vorantreiben“, erklärt Julian Haspel, Leiter des e-Powertrain Teams von Envalior, Düsseldorf.
Torsionsstabil und leicht
Ein Exponat-Highlight von Envalior ist das weltweit erste in Hohlprofil-Hybridtechnik (HPH) gefertigte Serienbauteil. Der Frontendträger wurde gemeinsam mit dem chinesischen Systemlieferanten Dongfang Jiangsu entwickelt und ersetzt eine geschweißte Metallkonstruktion. „Das Bauteil unterstreicht, dass sich unsere neue Leichtbautechnologie in der Serienproduktion bewährt“, betont Dr. Matthias Theunissen, Projektmanager Leichtbau bei Envalior. Die HPH ist eine Weiterentwicklung der Kunststoff-Metall-Verbundtechnik und nutzt anstelle von Stahl- oder Aluminiumblechen metallische Hohlprofile. Sie ergibt Bauteile, die rund 20 bis 30 % leichter sowie deutlich torsionssteifer und dimensionsstabiler sind. Große Einsatzchancen hat die HPH etwa auch in der Fertigung von hochintegrierten Instrumententafel-Querträgern. Dr. Theunissen stellt die neue Technologie und das Serienbauteil auf der Tagung am Donnerstag, den 22. Juni, um 9.30 Uhr näher vor. Der Titel seines Vortrags lautet „From idea to series production: New Hollow Profile Hybrids enabled by polyamides with high flowability“.
Dynamisch-mechanisch und thermisch hoch belastbar
Beispiel einer Materialinnovation für den Leichtbau von Elektromotoren sind verschiedene PA-46-Compounds Stanyl von Envalior. Sie sind den hohen dynamisch-mechanischen und thermischen Beanspruchungen gewachsen, denen Gehäuse von Hochgeschwindigkeitskugellagern standhalten müssen. „Die Gehäuse können besonders klein und dünnwandig ausgelegt werden und eignen sich für miniaturisierte Kugellager, die mit bis zu 30.000 Umdrehungen pro Minute bei niedrigem Drehmoment arbeiten“, erläutert Dr. Tamim Sidiki, Direktor globales Marketing im Bereich Mobility bei Envalior. Envalior zeigt in Mannheim ein entsprechendes Lagergehäuse als Exponat.
Alternative zu Stahl und Aluminium
Ein anderes Highlight von Envalior ist ein neues endlosfaserverstärktes Composit der Marke Tepex. „Es besteht marktübliche thermal runaway-Tests für Batteriegehäuse von Elektrofahrzeugen bei Prüfkörperdicken von sogar weniger als zwei Millimetern und ist damit bei Batteriegehäusen eine leichte Alternative etwa zu Stahl und Aluminium”, so Haspel. Die Tests stellen die extremen Belastungen nach, die beim Brand von Batteriezellen auf das Batteriegehäuse einwirken. Großen Raum nehmen bei Envalior auch Untersuchungen ein, die sich mit dem Spritzgießen großformatiger Batteriegehäuse befassen, um eine Verfahrensalternative zum Fließpressen zu erschließen. Ein Ansatz ist dabei der Einsatz großer Einleger aus Tepex als Boden der flachen Gehäuse. „Dadurch ist es möglich, den Spritzdruck zu senken und kleinere Spritzgießmaschinen mit deutlich geringeren Schließkräften zu verwenden, was zu konkurrenzfähigen Fertigungskosten führt”, so Haspel. Diese Studien sind auch Teil des Vortrags „Technische Kunststoffe als Wegbereiter für HV-Batteriesysteme der nächsten Generation”, den Julian Haspel und Dr. Christopher Höfs von Envalior am 21. Juni um 17 Uhr auf der Tagung halten.
Unbegrenzt lagerbar, freie Farbwahl
Die verschieden eingefärbten Steckverbinder für Konnektivitätsanwendungen wie Navigationssysteme, Antennen oder Sensoren von Fahrerassistenzsystemen bestehen aus den Polyphthalamid-
Compounds ForTii ACE. (Foto: Envalior)
Ein Hingucker auf dem Stand von Envalior sind verschieden eingefärbte Steckverbinder für Konnektivitätsanwendungen wie Navigationssysteme, Antennen oder Sensoren von Fahrerassistenzsystemen. Die Stecker bestehen aus ForTii ACE. Diese Polyphthalamid-Compounds kombinieren die geringe Feuchtigkeitsaufnahme sowie Farb- und Dimensionsstabilität, wie sie für Polyester charakteristisch sind, mit den hochwertigen mechanischen Eigenschaften und der freien Einfärbbarkeit von Polyamiden. Die Compounds sind bis 180 °C thermisch dauerbeständig und besonders kriechstrom- und durchschlagfest. „Sie erfüllen unseres Wissens nach als einziges Polyamid weltweit die Norm JEDEC MSL1. Die Compounds und die Teile daraus sind daher unbegrenzt lagerbar, ohne dass sie zum Schutz vor Feuchtigkeit speziell verpackt werden müssen“, so Sidiki. Die Produktreihe enthält auch Varianten, die halogenfrei flammgeschützt sind oder die Elektrokorrosion von Metallkontakten unterdrücken.
Längere Lebensdauer, Schutz vor thermal runaway
Hersteller von Elektrofahrzeugen präferieren oft Batteriezellen hoher Energiedichte, um mit einer geringeren Zahl an Zellen Gewicht einzusparen. Allerdings neigen solche Zellen eher zu einem thermal runaway. Abhilfe schafft hier das Elektrolytadditiv Stanyl SN-PURE von Envalior. Schon bei einem Gehalt von 0,5 bis ca. 5 % bildet das Succinonitril an der Kathode eine Schutzschicht, die die Zellen thermisch stabilisiert, die die Zellenkapazität auf hohem Niveau hält und auch nach zahlreichen Lade-/Entladezyklen keine gefährliche Gase entstehen lässt. „Wir sind mit einer komplett europäischen Lieferkette weltweit einer der größten Produzenten des Additivs. Mit seiner hohen Reinheit, dem sehr niedrigen Ionengehalt und der sehr geringen Restfeuchte ist es wirksamer als andere Succinonitrile und auch Adiponitrile, was das Risiko kostspieliger Rückrufe von Elektrofahrzeugbatterien spürbar senkt“, so Sidiki.
Auf dem Weg zu Kreislaufwirtschaft und Klimaneutralität
Envalior will bis 2030 sein gesamtes Portfolio auch in biobasierten oder rezyklierten Produktvarianten anbieten, um nachhaltige Stoffkreisläufe aufzubauen und klimaneutral zu werden. Ein entsprechendes Produktbeispiel sind neue Tepex-Varianten, die aus Polyamid – basierend auf Rizinusöl – und Flachsfasern bestehen. Die Halbzeuge eignen sich für den strukturellen Leichtbau unter anderem von Sitzschalen oder Batteriekonsolen. Biobasiert sind auch die PA-4.10-Compounds EcoPaXX, die ebenfalls auf Rizinusöl basieren. Aus ihnen lassen sich etwa Halter, Komponenten des thermischen Managements sowie sichtbare Abdeckungen fertigen. Beispiele für zirkuläre Werkstoffe sind die PA-6-Produktreihen Durethan Eco und Akulon RePurposed. Letztere werden auf Basis von Rezyklaten aus alten, die Meere verschmutzenden Fischernetzen gewonnen und zum Beispiel für Kabelbaumklemmen eingesetzt. Zu Durethan Eco zählen unter anderem Compounds, die mit Glasfasern aus industriellen Glasabfällen verstärkt sind. So bietet sich etwa das hochverstärkte Durethan ECOBKV60H2.0EF für Strukturbauteile wie Frontends, A-Säulen oder Batterieträger an.
Envalior ist ein neues Unternehmen, das aus der Fusion von DSM Engineering Materials (DEM) und Lanxess High Performance Materials (HPM) hervorgegangen ist.
