19/08/2022 – Leichtbau
Organobleche mit Naturfasern für E-Bike-Batteriegehäuse
Das Fraunhofer LBF und Ansmann haben Organobleche mit Flachsfasern entwickelt. Die Bleche wurden zur Verstärkung in ein Batteriegehäuse für E-Bikes verbaut.
Das Vorhaben „Großserien-Leichtbau mit naturfaserverstärkten biobasierten Kunststoffen am Beispiel Lithium-Ionen-Batterie-Gehäuse“ wurde vom BMEL über den Projektträger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. gefördert. © Fraunhofer LBF
Bei Organoblechen handelt es sich um faserverstärkte Thermoplaste, die ähnlich wie Bleche verarbeitet werden können. Ihre Festigkeit steht der klassischer Blechbauteile in nichts nach, gleichzeitig sind sie leichter.
Das vom Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (Fraunhofer LBF) angepasste, kontinuierliche Herstellungsverfahren für die Naturfaser-Organobleche öffnet die Tür zur seriellen, industriellen Fertigung. Aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften und des niedrigen Gewichtes kommt der neue Werkstoff vor allem für Leichtbauanwendungen mit hohen Anforderungen in Frage.
Organobleche mit Naturfasern sind auf dem Markt bislang kaum kommerziell erhältlich. Grund dafür ist die Empfindlichkeit der Naturfasern gegenüber hohen Temperaturen, die die Imprägnierung mit der thermoplastischen Matrix erschwert. Auf der anderen Seite zeichnen sich Fasern aus Hanf und Co. durch eine geringe Splitterneigung und eine hohe Elastizität aus, was Werkstoffe mit bislang unerreichter Schlagzähigkeit verspricht. Sie könnten das Crashverhalten verbessern und bei E-Fahrzeugen Risiken durch den Bruch der Batteriegehäuse vermindern.
Das Fraunhofer LBF hat im Projekt BioBattery ein selbst entwickeltes Schmelzeimprägnierverfahren so angepasst, dass es sich zur kontinuierlichen Herstellung von Organoblechen aus Naturfasern eignet. Als Materialien setzte das Fraunhofer-Team Flachsfasern, die eine höhere Thermostabilität als andere Naturfasern haben, und Polypropylen (PP) als Matrix ein. Die Forschenden führten auch Tests mit biobasiertem PA11[1] als Matrix durch. Langfristig könnte dies der interessantere Rohstoff sein, da seine mechanischen Eigenschaften die von PP noch übertreffen.
Als Demonstrator diente ein E-Bike-Batterie-Gehäuse der Firma Ansmann (Hersteller von Lithium-Ionen-Batterien), das mit den Flachs-PP-Organoblechen verstärkt wurde. In Tests wiesen Proben dieser Gehäuse bessere mechanische Kennwerte als Vergleichsmaterialien bei gleichzeitig verringertem Gewicht auf.
Die Verbindung der Organobleche mit dem Batteriegehäuse wurde im Spritzgussprozess hergestellt. Nach Erkalten zeigte sich eine leichte, unerwünschte Krümmung der hergestellten Bauteile, die die Forschenden auf eine unterschiedliche Ausdehnung von Matrix und Organoblechen zurückführen. Sie wollen nun Lösungsansätze prüfen. Gelingt die Optimierung des Verfahrens, rückt der industrielle Einsatz der naturfaserbasierten Organobleche in greifbare Nähe.