Serienreife verlangt mehr als maximale Materialperformance

Mit der zunehmenden Nutzung von CFK-Rotorbandagen in Serienanwendungen wächst der Druck, Material- und Prozesslösungen nicht nur technisch, sondern auch wirtschaftlich zu optimieren. Für Zulieferer, Materialanbieter und Produktionsausrüster wird entscheidend, welche Leistungsmerkmale in einer konkreten Motorarchitektur tatsächlich benötigt werden und wie sie mit wettbewerbsfähigen Produktionskosten erreicht werden können.

Drei Fertigungsrouten, zwei Bauweisen, eine Vergleichsbasis

Das Konsortium untersucht Press-Fit und Direktbewicklung sowie Nasswickeln, Towpreg-Wickeln und thermoplastisches Tapewickeln. Eine Rotorreferenz mit etwa 200 Metern pro Sekunde Oberflächengeschwindigkeit bildet die gemeinsame Grundlage. Dadurch lassen sich reale Material- und Prozessunterschiede sichtbar machen, ohne dass abweichende Auslegungsannahmen den Vergleich verzerren.

High-End und industrielle Cost-Performance-Materialien im direkten Vergleich

Ein zentraler Projektbaustein ist der direkte Vergleich unterschiedlicher Materialklassen. Berücksichtigt werden sowohl High-End-Lösungen, die heute aufgrund fehlender belastbarer Vergleichsdaten häufig zunächst als technisch sichere Wahl eingesetzt werden, als auch industriell ausgerichtete Cost-Performance-Materialien. Bei den Carbonfasern reicht das Spektrum von wirtschaftlichen Industrietypen bis zu Hochleistungsfasern mit unterschiedlichen Steifigkeits- und Festigkeitsniveaus und entsprechend deutlich unterschiedlichen Preisen. Auf Matrixseite untersucht das Konsortium Epoxidharze und verschiedene thermoplastische Kunststoffe. Deren mechanische Eigenschaften – insbesondere im Grenzbereich der zulässigen Einsatztemperaturen – beeinflussen nicht nur Festigkeit, Vorspannungserhalt und Langzeitverhalten, sondern auch Fertigungsfenster, Zykluszeiten, Produktionskapazitäten und Gesamtkosten. Das Benchmarking soll deshalb transparent machen, welcher zusätzliche Leistungsgewinn mit welchem zusätzlichen Material- und Prozessaufwand verbunden ist.

Charakterisierung als verbindendes Element

Zum Prüfprogramm gehören ein angepasster Split-Disk-Test, die Messung der Vorspannung, ein nichtrotierender Radiallast-Prüfstand sowie Hochtemperatur- und Langzeitversuche. Die Methoden werden nicht nur angewendet, sondern im Projekt aufgebaut, analysiert, optimiert und validiert. So entsteht eine belastbare Bewertungskette für unterschiedliche Materialtypen, Temperatur- und Lastzustände.

Vom Materialpreis bis zum bandagierten Rotor

Neben mechanischen und thermischen Kennwerten betrachtet das Projekt Produktionskapazitäten, Prozessketten und Kosten. Die wirtschaftliche Analyse reicht vom Ausgangsmaterial bis zum fertig bandagierten Rotor. Ein besonderer Fokus liegt auf der erreichbaren Werkstoffausnutzung, weil sie Wanddicke, Rotorausdehnung, Luftspalt und damit die Systemleistung des Elektromotors mitbestimmt.

Exklusive Ergebnisse für die Projektpartner
Die Partner erhalten eine Benchmarking-Matrix, CAE-Test-Korrelationen, Kostenvergleiche, eine detaillierte Prozesskostenbewertung, Materialauswahlkriterien, Empfehlungen nach Motortyp und eine validierte Prüfmethodik. Konkrete Kennwerte, Rankings und material- oder prozessspezifische Bewertungen bleiben dem Konsortium vorbehalten.

Das Projekt läuft bis November 2026. Im August beginnen die Produktion der Sleeve-Varianten und Direktbewicklungen sowie der Aufbau und die Optimierung der Testkonzepte. Neue Partner können daher die weitere Bearbeitung und die Details der Charakterisierungsmethoden noch mitsteuern. Der kontinuierliche Austausch in Meetings und Workshops verbindet Anbieter entlang der Composite-Wertschöpfungskette mit E-Motor-Herstellern, -Entwicklern und -Anwendern.

„Mit AZL und Conbility fließen langjährige Erfahrungen in der Entwicklung von Rotorbandagen, Direktbewicklungsverfahren und Produktionssystemen in das Projekt ein. Gleichzeitig ist das Joint Partner Project als gemeinsame Entscheidungsplattform angelegt: Es verbindet E-Motor-Anwender, Hersteller und Entwickler mit der Composite-Industrie und schafft eine belastbare Basis, um Materialien, Bauweisen und Fertigungstechnologien technologisch und wirtschaftlich einzuordnen. So unterstützen wir Unternehmen dabei, Wachstumsmärkte fundiert für sich zu erschließen“, sagt Philipp Fröhlig, Head of Industrial Services bei AZL.

Das laufende Konsortium steht Unternehmen entlang der gesamten Wertschöpfungskette offen. Angesprochen sind insbesondere OEMs aus Automotive und Aerospace, Motoren- und E-Drive-Entwickler, Tier-1-Zulieferer, Material- und Halbzeughersteller, Rotorbandagen-Produzenten, Maschinen- und Anlagenbauer sowie Anbieter von Prüf- und Messtechnik. Interessierte Unternehmen können die weitere Ausgestaltung der Testkampagnen und der noch in Entwicklung und Erprobung befindlichen Charakterisierungsmethoden mitsteuern und erhalten Zugang zu den detaillierten Benchmarking-Ergebnissen. Ansprechpartner für einen möglichen Beitritt ist Philipp Fröhlig.

Kunststoffbasierte Batteriegehäuse etablieren sich im Automotive-Bereich zunehmend als Alternative zu Stahl- und Aluminiumlösungen. Bisherige Entwicklungen zeigen, dass kunststoffbasierte Bauweisen nicht nur zur Gewichtsreduktion beitragen können, sondern vor allem neue Ansätze zur Kostenreduktion und Funktionsintegration ermöglichen. Für Trucks, Busse und Off-Highway-Fahrzeuge stellt sich die Ausgangslage jedoch anders dar als im Pkw-Bereich. Die Stückzahlen einzelner Fahrzeugmodelle sind häufig niedriger, Anforderungen unterscheiden sich je nach Anwendung, Einsatzprofil, Fahrzeugarchitektur und Hersteller. Gleichzeitig bieten diese Segmente attraktive Chancen, weil Batteriegehäuse und Batteriesystemgehäuse einen erheblichen Einfluss auf Herstellkosten, Nutzlast, Reichweite, Energieverbrauch und Integrationsaufwand haben können.

AZL hat die Entwicklung kunststoffbasierter Batteriegehäuse im Automotive-Bereich seit 2018 in zahlreichen Industrieprojekten begleitet und mitgeprägt. Dazu zählen große Verbundvorhaben zur Technologieentwicklung, Joint Partner Projects sowie Entwicklungs-, Produktions- und Testaktivitäten mit eigener Entwicklungs-, Produktions- und Testinfrastruktur. Mit dem neuen Joint Partner Project überträgt AZL diese Erfahrung auf Trucks, Busse und Off-Highway-Fahrzeuge und adressiert damit ein relevantes Wachstumsfeld für Fahrzeughersteller, Batteriesystemanbieter sowie die Kunststoff- und Composite-Wertschöpfungskette.

Im Mittelpunkt des Projekts steht die Frage, wie standardisierte und modulare Batteriegehäuse sowie Batteriesystemgehäuse für verschiedene Fahrzeugtypen, Modelle und Hersteller entwickelt werden können. Dafür werden Anforderungen unterschiedlicher Anwendungen systematisch verglichen, um Gemeinsamkeiten, wiederkehrende Funktionsanforderungen und geeignete Plattformansätze zu identifizieren. Aus diesen Analysen werden Modularisierungsansätze abgeleitet, die es ermöglichen sollen, Stückzahlen über einzelne Fahrzeugmodelle hinaus zu bündeln und dadurch hochautomatisierte Kunststoff- und Composite-Verfahren wirtschaftlich nutzbar zu machen.

Das Projekt untersucht drei zentrale Strategien zur Modularisierung. Bei Capacity Scaling werden unterschiedliche Batteriekapazitäten durch die Anzahl standardisierter Gehäuseeinheiten realisiert. In-Mould Variants ermöglichen Varianten über angepasste Materialkonfigurationen oder austauschbare Werkzeugelemente. Cross-Model Combination beschreibt die Kombination standardisierter Gehäusevarianten für unterschiedliche Fahrzeugmodelle und Einsatzprofile. Gemeinsam sollen diese Ansätze zeigen, wie modulare Baukastensysteme zur wirtschaftlichen Skalierung kunststoffbasierter Batteriegehäuse beitragen können.

Ein wesentlicher Vorteil kunststoffbasierter Bauweisen liegt in der Möglichkeit zur Funktionsintegration. Der Begriff umfasst dabei unterschiedliche Material- und Fertigungskonzepte, von faserverstärkten Kunststoffen und thermoplastischen Halbzeugen über Kombinationen verschiedener Kunststoffe und Kunststoffhalbzeuge bis hin zu hybriden Kunststoff-Metall-Bauweisen. Je nach Konzept können beispielsweise Anschlüsse, Befestigungs- und Anbindungselemente, Dichtflächen, Kühlmittelführungen, Temperierfunktionen sowie Schutzfunktionen gegen mechanische, thermische und elektrische Belastungen in das Bauteil integriert werden. Dadurch können zusätzliche Einzelteile, Montageschritte, Verbindungselemente und Schnittstellen reduziert werden. In Verbindung mit modularen Gehäusekonzepten entsteht damit ein wichtiger Ansatz, um Systemkosten zu senken, Gewicht zu reduzieren und die Industrialisierung für Trucks, Busse und Off-Highway-Fahrzeuge wirtschaftlich bewertbar zu machen.

Das Projekt verbindet die Analyse von Markt-, Fahrzeug- und Sicherheitsanforderungen mit konkreten modularen Referenzkonzepten, CAE-basierter Bewertung, Fertigungsbenchmark, Regulatory Compliance Map und Industrialisierungsroadmap. Damit geht es nicht um die isolierte Betrachtung einzelner Gehäusebauteile, sondern um die Frage, unter welchen Bedingungen kunststoffbasierte Bauweisen als wirtschaftlich tragfähige Plattformlösungen für Batteriegehäuse und Batteriesystemgehäuse in kommerziellen Fahrzeuganwendungen genutzt werden können. Dabei werden die Auswirkungen der Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen den Fahrzeuganforderungen berücksichtigt.

„Die Herausforderung liegt nicht darin, das Potenzial kunststoffbasierter Batteriegehäuse grundsätzlich nachzuweisen. Entscheidend ist jetzt, wirtschaftliche Skalierung für Trucks, Busse und Off-Highway-Fahrzeuge zu ermöglichen, obwohl die Stückzahlen je Modell deutlich niedriger sind als im Pkw-Bereich“, sagt Philipp Fröhlig, Head of Industrial Services bei AZL Aachen GmbH. „Modularisierung ist dabei der zentrale Hebel. Wenn Anforderungen unterschiedlicher Fahrzeugtypen, Modelle und Hersteller systematisch analysiert und in wiederverwendbare Gehäusekonzepte übersetzt werden, können hochautomatisierte Verfahren und Funktionsintegration ihre wirtschaftlichen Vorteile deutlich besser ausspielen.“

Das Joint Partner Project richtet sich an OEMs von Trucks, Bussen und Off-Highway-Fahrzeugen, Anbieter von Batteriesystemen sowie Unternehmen entlang der Material-, Prozess-, Werkzeug- und Maschinenwertschöpfungskette. Fahrzeughersteller erhalten eine Grundlage, um Batteriegehäuse und Batteriesystemgehäuse als strategischen Hebel für Herstellkosten, Plattformstrategie, Variantenmanagement, Gewicht und Nutzungsvorteile zu bewerten. Anbieter von Batteriesystemen können untersuchen, wie modulare Gehäusekonzepte kundenspezifische Anpassungen reduzieren, Entwicklungsaufwände bündeln und die Übertragbarkeit auf unterschiedliche Fahrzeugplattformen verbessern können.

Für OEMs, die heute mit etablierten Stahl- oder Aluminiumlösungen arbeiten, bietet das Joint Partner Project einen pragmatischen Einstieg: Ziel ist es nicht, bestehende Lösungen pauschal zu ersetzen, sondern belastbar zu prüfen, ob kunststoffbasierte Bauweisen zusätzliche Potenziale bei Herstellkosten, Gewicht, Funktionsintegration und Plattformskalierung eröffnen. Die Teilnahme ermöglicht es Fahrzeugherstellern, diese Potenziale mit einem im Vergleich zu eigenen Entwicklungsprogrammen überschaubaren Investment zu bewerten und zugleich eigene Anforderungen frühzeitig in die gemeinsame Bewertungsgrundlage einzubringen.

Material-, Halbzeug-, Verarbeitungs-, Werkzeug- und Maschinenanbieter erhalten frühzeitig Einblick in mögliche Anforderungsprofile, Zielkosten, Volumenpotenziale, Fertigungsrouten, Automatisierungsgrade und Integrationsfunktionen künftiger Batteriegehäuseplattformen. Die Teilnahme unterstützt sie dabei, realistisch einzuschätzen, ob und wie sie mit ihren Materialien, Technologien, Prozessen und Produkten neue Märkte und Applikationen erschließen können. Daraus lassen sich strategische Roadmaps für die Positionierung in künftigen Wertschöpfungsketten ableiten.

Ein weiterer Nutzen liegt im Format des AZL Joint Partner Projects. Unternehmen teilen die Projektkosten und erhalten dadurch Zugang zu umfangreichen Ergebnissen bei einem vergleichsweise geringen Einzelinvestment. Gleichzeitig ermöglicht das Konsortium den Austausch entlang der Wertschöpfungskette, von Fahrzeugherstellern und Batteriesystemanbietern bis zu Material-, Prozess-, Werkzeug- und Maschinenpartnern. AZL ist bekannt für Joint Partner Projects, die aus konkreten Bedarfen der Industrie heraus entwickelt und definiert werden.

Das Projekt ist auf zehn Monate angelegt. Der Kick-off ist für Q3 2026 geplant. Zu den geplanten Ergebnissen zählen eine validierte Anforderungsmatrix über die adressierten Kernsegmente, eine Kit-Definition mit Commonality Map, drei bis fünf CAE-validierte modulare Referenzkonzepte, ein Technologiebenchmark kosteneffizienter Fertigungsverfahren, eine Regulatory Compliance Map, ein quantifizierter Business Case mit Break-even-, Stückkosten- und CO2-Betrachtung sowie eine Industrialization Roadmap für Prozesse, Werkzeuge und Lieferketten.

Interessierte Unternehmen erhalten im Rahmen eines kostenfreien TechTalks einen fachlichen Einstieg in das Thema. Der TechTalk “Scaling Composite Battery Casings: From Automotive Cost and Weight Benefits to Commercial Vehicle Applications” findet am 22. Juli 2026 um 11:00 Uhr in englischer Sprache statt. Neben Einblicken in kunststoffbasierte Batteriegehäuse im Automotive-Bereich wird das neue Joint Partner Project vorgestellt. Die Teilnahme ist kostenfrei nach Anmeldung unter marketing@azl-aachen-gmbh.de.

Für weitere Informationen oder die Teilnahme am Projekt:

Kontakt

Philipp Fröhlig

Head of Industrial Services

Email: philipp.froehlig@azl-aachen-gmbh.de

Telephone: +49 241 475 735 14

Fortschrittliche Testinfrastruktur für reale Bedingungen
Im Mittelpunkt des Projekts steht die Entwicklung und Implementierung eines neuen Prüfstands, der eine Hochtemperaturbeflammung und einen kontrollierten Partikelbeschuss kombiniert und so die komplexen Bedingungen eines thermischen Durchgehens in modernen Zelltechnologien wie LFP und NMC nachahmt. Dieser Aufbau ermöglicht ein systematisches Benchmarking von Materialien unter Belastungsbedingungen, die den Anwendungen in der Automobilindustrie, aber auch in anderen Segmenten wie der Luft- und Raumfahrt entsprechen, in denen eine effiziente Entwicklung sicherer Batteriespeichersysteme unerlässlich ist. Die teilnehmenden Unternehmen werden nicht nur Zugang zu den endgültigen Benchmarking-Ergebnissen haben, sondern können auch Materialkonfigurationen für die Tests im Rahmen des Projekts beisteuern.

Benchmarking von Materialien und Festlegung von Sicherheitsprofilen
Anhand von maßgeschneiderten Testprofilen werden die thermische Beständigkeit und die mechanische Integrität verschiedener Materialien auf der Grundlage anwendungsspezifischer Szenarien verglichen. Eine detaillierte Testdokumentation, einschließlich Videos und thermischer Daten, wird zur Verfügung gestellt. Die daraus resultierende Matrix unterstützt die Materialentwicklung, Qualifizierung und Lieferantenbewertung und bietet sowohl einen strategischen als auch einen technischen Vorteil.

Ein kollaborativer Ansatz für eine gemeinsame Herausforderung
Im Rahmen eines Vorgängerprojekts, an dem ein Konsortium aus 24 führenden Industrieunternehmen (darunter Automobilhersteller wie Audi und BMW, Tier-Zulieferer und Materialhersteller) beteiligt war, entwickelte das AZL-Expertenteam ein anwendungsbezogenes messtechnisches Prüfverfahren, das die Prüfung von Werkstoffen bei unterschiedlichen Flammentemperaturen und die gleichzeitige Messung der Materialfestigkeit unter Brandlast ermöglicht. Im Rahmen des Projekts wurden mehr als 50 verschiedene Materialien (Metalle, Kunststoffe, faserverstärkte, beschichtete, kompakte und Sandwich-Materialien) getestet und hinsichtlich ihrer spezifischen Leistungsfähigkeit bewertet (Überleben bei Zugbelastung und Flammeinwirkung bei 800, 1000 und 1200 °C; Versagen; Flächengewicht; Kosten pro Fläche). Das neue Joint Partner Project baut auf diesen Ergebnissen, dem Know-how und der implementierten Testinfrastruktur auf. Es ermöglicht den Teilnehmern, ihre Ressourcen zu bündeln, ihre eigenen Lösungen zu validieren und Einblicke in führende Alternativen auf dem Markt zu gewinnen. Mit mehr als zehn Jahren Erfahrung in der Organisation kooperativer Industrieprojekte gewährleistet das AZL eine professionelle und transparente Durchführung mit klaren, praktischen Ergebnissen.

Der offizielle Startschuss für das Projekt fällt am 15. Juli 2025. Bei dem ersten Treffen werden die Partner ihre Erwartungen abstimmen, ihre Prioritäten vorstellen und den Schwerpunkt der Tests festlegen. Unternehmen, die an einer Teilnahme interessiert sind, werden gebeten, detaillierte Projektinformationen anzufordern oder einen individuellen Beratungstermin zu vereinbaren:

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Philipp Fröhlig
Head of Industrial Services
Email: philipp.froehlig@azl-aachen-gmbh.de
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Mit Verbundwerkstoffen aufstrebende Märkte gestalten
Die Nachfrage nach leistungsstarken, leichten und modularen Komponenten steigt in beiden Sektoren rapide an. Mit mehr als 50.000 Satelliten, die bis 2035 in die Umlaufbahn gebracht werden sollen, und erheblichen Investitionen in die Verteidigung in Europa und darüber hinaus, war die Bedeutung skalierbarer Strukturen auf der Basis von Verbundwerkstoffen noch nie so groß. Dieses Joint Partner Project (JPP) zielt darauf ab, den Teilnehmern eine konsolidierte Markt- und Technologie-Roadmap zur Verfügung zu stellen, die tiefe technische Einblicke mit umsetzbaren strategischen Daten kombiniert.

Ein bewährtes Format der Zusammenarbeit
Das Projekt wird als Joint Partner Project durchgeführt – eine vorwettbewerbliche, kostenteilige Initiative, die vom AZL moderiert und durchgeführt wird. Dieses Format ermöglicht es Unternehmen aus der gesamten Wertschöpfungskette, gemeinsam Schwerpunktthemen zu definieren, von AZLs Expertise in der Markt- und Technologieanalyse zu profitieren und ihre eigenen Perspektiven während des gesamten Prozesses einzubringen. AZL hat bereits mehr als 15 solcher Industrieprojekte mit mehr als 200 teilnehmenden Unternehmen koordiniert und bietet bewährte Verfahren zur Erzielung strukturierter Ergebnisse und zur Förderung eines effektiven Austauschs zwischen den Partnern.

Start und Teilnahme
Das Projekt beginnt mit einem Kick-off-Meeting am 15. Juli 2025. Alle teilnehmenden Unternehmen werden die Gelegenheit haben, ihre Organisationen vorzustellen, ihre Erwartungen mitzuteilen und den spezifischen Umfang der Studie zu definieren. Dieser Rahmen fördert die Transparenz, das Engagement und branchenübergreifende Perspektiven. Unternehmen, die an einer Teilnahme interessiert sind, sind eingeladen, die detaillierte Projektbeschreibung anzufordern und ein individuelles Beratungsgespräch mit dem AZL Industrial Services Team zu vereinbaren:

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Philipp Fröhlig
Head of Industrial Services
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Als offizielles Zentrum für „Verbundwerkstoffbasierte Leichtbauproduktion“ des RWTH Aachen Campus nutzt die AZL Aachen GmbH ihr starkes Netzwerk, um diese Kapazitäten und Möglichkeiten interdisziplinär bereitzustellen. In fußläufiger Entfernung arbeiten auf einer der größten Forschungslandschaften Europas – dem RWTH Aachen Campus – Forscher und Studenten an neuesten Technologien zur kosteneffizienten Entwicklung und Produktion von Leichtbauteilen: Aachener Zentrum für Integrativen Leichtbau der RWTH Aachen, Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, Institut für Kraftfahrzeuge (ika) der RWTH Aachen, Institut für Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk (IKV) an der RWTH Aachen, Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik (isf) der RWTH Aachen, Institut für Strukturmechanik und Leichtbau (SLA) der RWTH Aachen, Production Engineering of E-Mobility Components (PEM) der RWTH Aachen, Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen.

Exklusive Einblicke in modernste Leichtbau-Technologien

Einmal im Jahr bietet der AZL Open Day einen exklusiven und in der Breite einmaligen Einblick in die F&E-Kapazitäten der Institute im Bereich Leichtbau und nachhaltiger Mobilität. Dieses Jahr öffneten neun Partnerinstitute des AZL am 9. April 2025 ihre Maschinenhallen und Forschungslabore, um interessierten industriellen Akteuren umfassende Einblicke in ihre aktuellen Schwerpunkte entlang der Wertschöpfungskette zu geben. Die Institute zeigten u.a. hochpräzise Laserverfahren zur Kunststoffbearbeitung, neue Fügeverfahren für thermoplastische Verbunde, 5-Achs-CNC-Bearbeitung mit Echtzeit-Qualitätsmanagement, großformatigen 3D-Druck und eigene Tape-Linien & Tape-Integration. Demonstriert wurden außerdem Auslegung, Prototyping und Prüfung von Produkten & Lösungen, wie z.B. crashoptimierte Fahrzeugstrukturen, thermoplastischen Druckbehältern, digitale Zwillinge für strukturmechanisches Monitoring sowie Prototyping und Recyclingansätze von Batteriesystemen. Die Bandbreite an Themen, Schwerpunkten & Infrastruktur, wie beim Open Day gesehen, ermöglicht neue Technologien unter realen Produktionsbedingungen zu testen und effizient zur Marktreife zu führen.

„Der AZL Open Day ist eine großartige Gelegenheit, die zahlreichen Technologiezentren, Labore, Prototyping- und Testeinrichtungen zu entdecken, die auf dem Aachener Campus zur Verfügung stehen und ihn in seiner Art einzigartig machen. Die AZL-Organisation und die dort ansässigen Teams sind ein echter Katalysator für neue Projekte und Entwicklungen in der Composites-Industrie: Sie schaffen die Verbindung zwischen Marktanalyse und Technologiescouting, akademischen Forschungsressourcen und Geschäftsmöglichkeiten mit ihren Industriepartnern. Derzeit arbeiten sie an mehreren Themen, die im Bereich der Verbundwerkstoffe eine Vorreiterrolle spielen.“ berichtet Éric Pierrejean, CEO der JEC Group. Er war nicht nur als interessierter Teilnehmer vor Ort, sondern gab dem Publikum zu Anfang der Veranstaltung auch einen Einblick in die Schlüsselthemen und Trend in der Verbundwerkstoffindustrie wie bei der diesjährigen JEC World Show gesehen.

Etablierte Infrastrukturen & Know-How effizient nutzen

Als zentrale Anlaufstelle für Leichtbaulösungen bietet das AZL eine Schnittstelle für erfolgreiche Kooperationen zwischen Forschung und Industrie. In enger Abstimmung zwischen wissenschaftlichen Entwicklungen und spezifischen Anforderungen des Kunden werden Lösungen gezielt und bedarfsgerecht entwickelt: im Rahmen der AZL Partnerschaft, konsortialer Projekte oder individueller Beauftragung. Neben dem Know-How der Institute ermöglicht die Zusammenarbeit mit dem industriellen Partner-Netzwerk des AZL auch direkten Zugriff auf die notwendige Infrastruktur an Bauteilen, Werkstoffen, Werkzeugen sowie Maschinen- und Anlagenteilen, die in durchgängigen Prozessketten im Großmaßstab erproben, entwickeln oder neu aufgebaut werden können.

Durch die enge Vernetzung von Wissenschaft, Industrie und dem AZL Experten-Team können Unternehmen auf eine etablierte Infrastruktur zugreifen und Synergien für ihre Projekte nutzen.
Der Termin für den nächsten AZL Open Day wird in der zweiten Jahreshälfte bekanntgegeben. Interessierte Unternehmen, die bereits jetzt einen Einblick in die Forschungsinfrastruktur des RWTH Aachen Campus gewinnen oder das AZL als Center für Verbundwerkstoffbasierte Leichtbauproduktion für sich nutzen wollen, können Philipp Fröhlig, Head of Industrial Services @ AZL, kontaktieren.

Der 550 Seiten umfassende Bericht, der den 40 Teilnehmern der letzten Projektsitzung im November vorgestellt wurde, bietet einen umfassenden Überblick über die Markt- und Technologietrends im Zusammenhang mit der Entwicklung von Druckbehältern aus Duro- und Thermoplasten. Das Projekt befasst sich mit den Auswirkungen von Werkstoffen, komplexen Konstruktionsüberlegungen und fortschrittlichen Fertigungstechnologien und bietet so Einblicke in Wirtschaft und Technologie. Beteiligt waren Unternehmen entlang der gesamten Wertschöpfungskette von Druckbehältern: Harze, Fasern, Auskleidungen, Produktionssysteme, Behälterhersteller, Integratoren von Wasserstoffsystemen und OEMs.

In der ersten Phase des Projekts wurden Vorschriften, Anforderungen und Sicherheitsstandards eingehend untersucht und Beispiele für moderne Wasserstoffdruckbehälter vorgestellt. Zu den wichtigsten Aspekten gehörten Herstellungsverfahren, Lieferketten und Produktionstechnologien sowie eine umfassende Patentanalyse. Darüber hinaus untersuchte die Studie Wicklungsmuster, Konstruktionsstrategien, Materialmodelle und Softwaretools, die bei der Entwicklung von Druckbehältern eingesetzt werden.

Die zweite Phase des Projekts umfasste umfangreiche technische Studien. Warden Schijve, Design Leader bei AZL, erläuterte das Verfahren: „Unser Expertenteam entwickelte CAE-Modelle für 12 verschiedene Layouts eines zwei Meter langen, 350 Liter fassenden Druckbehälters vom Typ IV, der für Anwendungen mit 700 bzw. 350 bar ausgelegt ist. In diese Modelle wurden verschiedene Harz- und Fasertypen, Layup-Variationen und Nabenausführungen einbezogen, um die Auswirkungen auf Mechanik, Gewicht, Kosten und Kohlenstoffbilanz zu bewerten. Wir untersuchten auch hybride Faserkombinationen und Kuppelverstärkungen mit Patch-Technologien. Eine detaillierte Modellierung der Prozesskette lieferte weitere Erkenntnisse über die Kostenstrukturen und den CO2-Fußabdruck.“

Die Ergebnisse lassen erste Zukunftstrends erkennen: Durch den gezielten Einsatz fortschrittlicher Materialkombinationen, abgestimmter Konstruktionen und Fertigungstechniken, ist es möglich Gewicht und Kosten der Behälter unter Beibehaltung der notwendigen Sicherheitsstandards deutlich zu reduzieren. Im Vergleich zu modernsten Behältern könnten die Wasserstoff-über-Tank-Gewichts-Effizienzen von den üblichen 6 bis 7% auf über 11% verbessert werden. Diese Entwicklungen könnten die Wettbewerbsfähigkeit der Wasserstofftechnologie in verschiedenen Mobilitäts- und Energiesektoren in der Zukunft stärken.

„Die im Projekt gewonnenen Erkenntnisse bieten eine starke Grundlage, um mit neuen Technologien die Anforderungen der Wasserstoffwirtschaft an sichere und kostengünstige Druckbehälter zu erfüllen,“ kommentiert Celal Beysel, Chairman of the Board bei FLOTEKS Plastik San. Tic. A.?.

Floteks, ein Tier-1-Lieferant von Kunststoffkomponenten, hat in den letzten Jahren zahlreiche F&E-Initiativen zur Konstruktion und Entwicklung von Behältern des Typs IV gestartet. Im Jahr 2023 wurde das Unternehmen Mitglied der AZL-Arbeitsgruppe für Verbundrohre und -behälter und trat dem AZL-Partnerprojekt ‚Trends and Design Factors for Hydrogen Pressure Vessels‘ bei. Celal Beysel fügt hinzu: „Wir freuen uns, bekannt geben zu können, dass Floteks 2024 ein neues Unternehmen mit dem Namen Pressura gegründet hat, das sich auf die Produktion von Druckbehältern des Typs IV für Busse und LKWs konzentrieren wird.“

Unternehmen und Organisationen, die detaillierte Einblicke oder Möglichkeiten der Zusammenarbeit suchen, sind herzlich eingeladen, Kontakt mit dem AZL aufzunehmen. Die AZL Aachen GmbH dient als Innovationspartner für die Entwicklung von Wasserstofftanks, Prototypen und Tests und widmet sich der Förderung von Verbundwerkstofftechnologien.

Das Projekt mit dem Titel "Rotor Sleeves for Electric Motors: Potentials for Composite Materials and Technologies" zielt darauf ab, die wachsende Nachfrage nach effizienteren, leistungsfähigeren und kompakteren Elektromotoren in der Mobilität und in industriellen Anwendungen zu adressieren.

Im Vergleich zu Metallen sind Armierungshülsen aus faserverstärkten Kunststoffen mit ihrer sehr hohen Steifigkeit, ihrer geringen Dichte, ihrer Wärmeausdehnung von nahezu Null und ihren günstigen elektromagnetischen Eigenschaften besonders geeignet, zu den ehrgeizigen Entwicklungszielen beizutragen.

Transformation von Nischen- zu Großserienanwendungen

Die Anwendungs-, Herstellungs- und Werkstofftechnologien für Armierungshülsen aus Faserverbundwerkstoffen haben sich als technisch ausgereift erwiesen, bisher allerdings hauptsächlich in Nischenanwendungen im Hochleistungsbereich. Aufgrund des steigenden Interesses an effizienten elektrischen Antrieben wächst die Nachfrage nach Armierungshülsen und die entsprechenden Produktionsmengen steigen deutlich an. Es wird erwartet, dass sich Armierungshülsen aus Faserverbundwerkstoffen zunehmend in Massenanwendungen für Elektrofahrzeuge, Elektrowerkzeuge, Werkzeugmaschinen, Elektroflugzeuge und in anderen industriellen Anwendungen etablieren werden.

"Als Hersteller von Verbundwerkstoffen entwickeln und produzieren wir maßgeschneiderte Towpregs und Prepreg UD-Tapes für eine breite Palette von Anwendungen. Mit der steigenden Nachfrage nach effizienten Elektromotoren hat die Bedeutung von Rotorhülsen in der Massenproduktion zugenommen, die insbesondere durch die Verarbeitung mit Towpregs eine sehr hohe Performance erzielen. Das AZL-Joint Partner Projekt ist eine vielversprechende Möglichkeit, Impulse für die Weiterentwicklung unserer Werkstoff- und Marktexpertise zu gewinnen. Mit dem AZL-Ansatz, die Akteure der Lieferkette in einem gemeinsamen Partnerprojekt zusammenzubringen, freuen wir uns darauf, unser Netzwerk zu erweitern und neue Lösungen zu entdecken", sagt Dietmar Hoffstedde, Experte für Composite Towpregs & Prepregs, Kümpers GmbH.

Aktuelle und zukünftige Anwendungen im Bereich Mobilität und Industrieanwendungen analysieren

AZL wird Experten aus der gesamten Wertschöpfungskette zusammenbringen, um aktuelle und zukünftige Anwendungen zu analysieren und die Auswirkungen auf Design, Materialauswahl und Produktionskonzepte zu evaluieren.

Während des Projekts werden die Teilnehmenden ein umfassendes Verständnis der Armierungshülsentechnologie und ihrer Anwendungen in Elektromotoren gewinnen. Das Projektteam wird ein umfassendes Screening aktueller und zukünftiger Anwendungen durchführen, verschiedenste Materialien und Prozesse zur Herstellung von Armierungshülsen untersuchen und Designoptionen analysieren.

Die Anforderungen und das Fachwissen der Entwickler und Hersteller von Elektromotoren werden mit dem Fertigungs- und Werkstoffwissen des AZL-Netzwerks für Hochleistungswerkstoffe kombiniert. Darüber hinaus werden im Rahmen des Projekts die Kosten und der CO2-Fußabdruck alternativer Designs und Produktionskonzepte bewertet, um einen ganzheitlichen Ansatz zur Unterstützung der Geschäfts- und Technologieentwicklung der Projektteilnehmenden entlang der gesamten Wertschöpfungskette von Elektromotoren mit Armierungshülsen aus Faserverbundwerkstoffen zu gewährleisten.

So können Interessierte teilnehmen
Die AZL Aachen GmbH lädt interessierte Parteien ein, dem Konsortium beizutreten und zu diesem innovativen Projekt beizutragen. Durch die Teilnahme erhalten die Unternehmen direkten Zugang zu allen Projektergebnissen, profitieren von der gemeinsamen Technologieentwicklung durch Kostenteilung und können ihre Entwicklungsstrategien in diesem sich schnell wachsenden Bereich effizient vorantreiben.

Wenn Sie weitere Informationen über das Projekt wünschen oder sich nach einer Teilnahme erkundigen möchten, wenden Sie sich bitte an Philipp Fröhlig.

Elektromobilität ist von höchster Relevanz, sowohl im Automobil als auch in Bussen, LKW und zunehmend auch in der Luftfahrt. Unabhängig von der Materialklasse von Batterieghäusen ist das sogennante Thermische Durchgehen der Zellen und die damit verbundenen thermischen und mechanischen Lasten der herausfordernste Lastfall und hat enormen Einfluss auf die Materialauswahl, Bauweise, Schutzmaßnahmen und letztendlich auf Gewicht, Kosten sowie CO2-Fußabdruck. Die AZL Aachen GmbH freut sich daher, den Start von zwei Joint-Partner-Projekten bekannt zu geben, die sich dieser Herausforderung annehmen. Die Projekte, „Emerging Battery Storage Technologies“ und „Thermal Propagation in BEV Battery Casings“, zielen auf eine Verbesserung von Design und Auswahl von Bauweisen sowie des Entwicklungsprozesses von Batteriegehäusen ab.  

Emerging Battery Storage Technologies

Das erste Projekt thematisiert Design und Anforderungen von Batteriegehäusen und wie sich diese Aspekte im Zuge der zukünftigen Batterietechnologien verändern werden. Im Bereich der Zell-Chemien gibt es kontinuierliche Innovationen. Die Zell-Konfiguration und insbesondere die Zell-Chemie hat großen Einfluss auf die Bauweise von Batteriegehäusen, sowohl hinsichtlich Größe und Temperierung im Normalbetrieb als auch dem notwendigen Schutzlevel im Falle von Störereignissen, wie Unfällen und dem Thermischen Durchgehen.

„Das neue Projekt stellt eine logische Weiterentwicklung unserer früheren Initiativen dar und zielt darauf ab, wertvolle Einblicke in die Zukunft des Batteriegehäusedesigns zu geben. Indem wir die Eigenschaften neuer Batteriechemien hinsichtlich des Einflusses auf das Gehäusedesign analysieren und den Anwendungsbereich auf verschiedene Fahrzeugtypen ausdehnen, wird das Projekt umfassende Einblicke für die Akteure der gesamten Wertschöpfungskette hinsichtlich der zukünftigen Wettbewerbsfähigkeit unterschiedlicher Werkstoff-, Design- und Produktionskonzepte liefern.“ sagt Warden Schijve, Design Leader und Experte im Bereich Batteriegehäuseentwicklung bei der AZL Aachen GmbH.

Das Projekt wird eine Markt- und Technologieanalyse zu verschiedenen Zell-Technologien sowie die Entwicklung von Designkonzepten und Kosten-Nutzen-Bewertungen von Gehäusekonzepten umfassen. Teilnehmer erhalten wertvolle Einblicke in die Wettbewerbsfähigkeit von Gehäusedesigns basierend auf Stahl, Aluminium, Kunststoffen sowie Multi-Material-Bauweisen.

Thermal Propagation in BEV Battery Casings

Bei dem zweiten der beiden Projekte wird konkret die Fragestellung behandelt, wie die tatsächlich im Fall des Thermischen Durchgehens auftretenden Belastungen genauer vorhergesagt und so das Zell- und Gehäuseverhalten weiter verbessert werden kann.

„Die hohen thermischen Belastungen im Fall des Thermischen Durchgehens stellen sehr hohe Anforderungen an die Auswahl von Werkstoffen für die Struktur von Batterieghäusen. Unser Ziel ist es in den frühen Entwicklungsphasen zu progonostizieren, wie sich Batteriegehäuse in Abhängigkeit der Bauweise im Fall des Thermischen Durchgehens verhalten und ob die Sicherheitsanforderungen erfüllt werden. Damit sollen Zeit und Kosten durch reduzierte Testkampagnen eingespart und eine bessere Bewertung von Werkstoffkonzepten ermöglicht werden“, sagt Philipp Fröhlig, Head of Industrial Services bei der AZL Aachen GmbH.

Das Projekt ist in drei Phasen unterteilt. Die Basis bildet eine umfangreiche Anlayse des zeitlichen Ablaufs, der Lasten, den Einfluss von Zell-Charakteristika sowie geeigneten Modellen mit Bezug zum Thermischen Durchgehen. Anschließend werden Analysemethoden erarbeitet und bewertet, die eine Vorhersage der Lasten zur Integration in CAE Analysen für die Bauteilentwicklung ermöglichen. Abschließend werden Richtlinien zur Anwendung der Methode bereit gestellt.

Möglichkeit zur Teilnahme

Die neuen „Joint Partner Projekte“ starten am 11.09.2024. Interessierte Unternehmen haben bis dahin die Möglichkeit, den Konsortien beizutreten. Teilnehmende können ihre spezifischen Interessen adressieren und damit die auf neun Monate angesetzten Projekte in gewissem Maße mitsteuern. Die regelmäßigen Projekttreffen bieten den Vertreterinnen und Vertreter der Firmen zudem eine exzellente Plattform, um mit Gleichgesinnten zu netzwerken, neue Geschäftskontakte zu knüpfen und im direkten Austausch interessante Informationen aus dem Markt zu erhalten.

Einer der Partner, der bereits feststeht, ist die Audi AG. Dr. Florian Meyer, Head of Development in CAE-Simulation für Rohkarosserien, sagt: „Wir haben bereits an vier Projekten der AZL als Joint Partner teilgenommen, die sich mit dem Design von Kunststoffgehäusen für Batterien und der Entwicklung von anwendungsorientierten Testmethoden befasst haben. Wir haben in diesem Zusammenhang wertvolle Kontakte für unsere Lieferkette geknüpft und unser Verständnis für die Potenziale verschiedener Materialoptionen vertieft. Von den neu anlaufenden Projekten erwarten wir wertvolle Beiträge zu unseren fortschrittlichen CAE-Methoden, Einblicke in die Auswirkungen neuer Batteriespeichertechnologien und Erkenntnisse für das Design von Batteriegehäusen."

Das Projekt folgt dem bewährten AZL-Ansatz eines Joint Partner Projekts, das darauf abzielt, Technologie- und Markteinblicke sowie Benchmarking verschiedener Material- und Produktionskonzepte zu ermöglichen und gleichzeitig die Experten entlang der Wertschöpfungskette zu vernetzen.

Das Kick-Off-Meeting diente nicht nur als Plattform, um neue Kontakte zu knüpfen und sich über die Expertise und Interessen der Konsortiumsmitglieder im Bereich Wasserstoffdruckbehälter zu informieren, sondern legte auch den Grundstein für die Ausrichtung der kommenden anspruchsvollen Projektphasen. Als Grundlage für die interaktive Diskussionsrunde erläuterte das AZL den Hintergrund, die Motivation und den detaillierten Arbeitsplan. Im Mittelpunkt des Dialogs standen die Hauptziele, die größten Herausforderungen, der Beitrag zur Wettbewerbsfähigkeit und die Prioritäten, mit denen die Erwartungen der Projektpartner am besten erfüllt werden können.

Die Diskussionen betrafen regulatorische Fragen, die sich wandelnde Wertschöpfungskette sowie die Versorgung mit und die Eigenschaften von Schlüsselmaterialien wie Kohlenstoff- und Glasfasern und Harzen. Das Konsortium definierte Untersuchungen zu verschiedenen Fertigungstechnologien, um deren Ausgereiftheit und potenziellen Nutzen zu bewerten. Konstruktionsauslegungen, einschließlich Liner, Boss-Design und Wickelmuster, werden unter Berücksichtigung ihrer Auswirkungen auf die mobile und stationäre Lagerung eingehend geprüft. Die Gruppe interessiert sich ebenfalls für kosteneffiziente Prüfmethoden und Zertifizierungsverfahren sowie für die Aussichten auf ein Recycling zu Endlosfasern und die Verwendung nachhaltiger Materialien. Es wurde um Einblicke in die künftige Nachfrage nach Wasserstofftanks, in die Bedürfnisse und Strategien der OEMs und in technologische Entwicklungen zur Herstellung wirtschaftlicherer Tanks gebeten.

Die Sitzung unterstrich die Bedeutung von CAE-Entwürfen für Fasermuster, die Eignung von Software und den anwendungsabhängigen Einsatz von duroplastischen und thermoplastischen Entwürfen.

"Die Reichhaltigkeit der Diskussionsergebnisse zeigt den umfassenden Ansatz unseres Projekts und den Wert, den es den Teilnehmern bringen sollte. Wir freuen uns darauf, diese Erkenntnisse in die Detailplanung des Projekts einfließen zu lassen, wobei das erste Report Meeting für den 7. Februar 2024 angesetzt ist. Bei diesem Treffen werden wir einen umfassenden Überblick über die neuesten Anwendungen, Designüberlegungen und Produktionstechnologien geben.", sagt Warden Schijve, Design Leader beim AZL.

Das erste Report Meeting wird auch den Rahmen für die nächste Projektphase abstecken, in der das AZL Ingenieurteam Referenzdesigns erarbeitet. Diese Designs werden eine Reihe von Druckbehälterkonfigurationen mit einer Vielzahl von Materialien und Produktionskonzepten abdecken. Ziel ist es, Modelle zu entwickeln, die nicht nur die aktuellen technologischen Möglichkeiten widerspiegeln, sondern auch tiefe Einblicke in die Kostenanalyse verschiedener Produktionstechnologien, deren CO2-Fußabdruck, Recyclingaspekte und Skalierbarkeit bieten.

Das AZL Projekt ist weiterhin offen für zusätzliche Teilnehmer. Unternehmen, die an einer Teilnahme an dieser zukunftsorientierten Initiative interessiert sind, sind eingeladen, sich mit Philipp Fröhlig in Verbindung zu setzen, um weitere Informationen zu erhalten und herauszufinden, wie sie zu diesem richtungsweisenden Projekt beitragen und davon profitieren können.