E-Mobilitätsratgeber

Spritzguss für E-Mobilität

Dank unserer umfangreichen Designkompetenz wurde Rosti beauftragt, komplexe Formen sowie integrierte Funktionen für die Massenproduktion im rasant wachsenden E-Mobilitätssektor zu entwickeln.

Spritzgießen bietet in dieser Branche erhebliche Vorteile, etwa für E-Bikes, Scooter, öffentliche Verkehrsmittel und Autos. Es ist ein wiederholbarer, kosteneffizienter, leichter und schneller Prozess, bei dem die Produktion problemlos hoch- oder heruntergefahren werden kann. Diese Eigenschaften sind ideal, um eine verlässliche Qualität bei der Produktion großer Stückzahlen zu gewährleisten.

Der moderne Batterieträger

Der moderne Batterieträger ist heute ein entscheidender Bestandteil für das effiziente Wärmemanagement in Elektrofahrzeugen. Hersteller stehen vor der Herausforderung, mehrere Batterien ohne Einsatz von Zwangsluftkühlung kühl zu halten. Dies führte zur Einführung einer speziellen Kanalstruktur im Inneren des Batterieträgers, die es ermöglicht, dass Kühlflüssigkeit durch oder um die Batteriezellen fließt. Die zusammen mit Rosti entwickelten Träger verfügen über eine Kanalstruktur, die zudem eine temporäre Kühlung ermöglicht.

Rosti arbeitet mit OEM-Kunden zusammen, um Komplettlösungen in diesem Bereich anzubieten. Mit unserer eigenen, hochmodernen Moldflow-Simulationssoftware unterstützen wir unsere Kunden dabei, ihre Ideen vom Konzept in die Realität umzusetzen. Um die zukünftigen Anforderungen des Markts für Elektrofahrzeuge zu erfüllen, werden eine halbe Milliarde Träger benötigt. Bei Rosti sind wir sehr stolz darauf, als Vorreiter zu agieren.

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Warum Spritzguss die perfekte Lösung für die Massenfertigung von E-Mobilitätsanwendungen ist

Viele Faktoren beschleunigen die schnelle Entwicklung der E-Mobilität, nicht zuletzt staatliche Vorschriften und Umweltanforderungen. Zudem wird erwartet, dass der weltweite Markt für kommerzielle Elektrofahrzeuge von 125.212 Einheiten im Jahr 2017 auf 1.831.865 Einheiten im Jahr 2025 mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 39,9 % steigt – die Entwicklung und Forschung im Bereich E-Mobilität schreitet so schnell voran wie nie zuvor.

Die traditionelle Verbrennungsmotor-Technologie zur Stromversorgung von Fahrzeugen verliert an Bedeutung, während heutige OEMs neue Plattformen für leichte, mittlere und schwere E-Mobilitätsmärkte entwickeln. Diese neuen Plattformen sollen genauso leistungsfähig wie ihre herkömmlichen Vorgänger sein. Doch das ist nicht die einzige Herausforderung: Genauso anspruchsvoll ist der Sprung von der heutigen Prototypenfertigung in Kleinserien mit neuen Technologien zu den Bedarfen der Massenproduktion von morgen.

Rosti ist bereits im E-Mobilitäts- und Batteriemarkt tätig und arbeitet mit einigen der weltweit führenden OEMs zusammen, um mit bewährten Fertigungsmethoden die heutigen Produktionsherausforderungen direkt anzugehen. Eine dieser Herausforderungen betrifft die Batterieträger, die in E-Mobilitätsplattformen verwendet werden. Die Batterietechnologie ist entscheidend für eine längere Reichweite von Fahrzeugen und der scheinbar einfache Batterieträger spielt dabei eine wichtige Rolle. In diesem Artikel spricht Tony Austin, Technischer Leiter bei Rosti, über Themen rund um Batterietechnologie und erklärt, warum Spritzguss für OEMs der Fertigungsprozess der Wahl sein sollte.

Die Rolle des Batterieträgers: Früher und heute

Ein Blick unter die Motorhaube eines herkömmlichen, verbrennungsmotorbetriebenen Fahrzeugs zeigt, dass der Batterieträger eine eher statische Komponente ist. Er besteht normalerweise aus Metall und seine Hauptaufgabe war es, die klassische Blei-Säure-Batterie zu halten und im Falle eines Aufpralls Schutz zu bieten. Mit der Entwicklung der E-Mobilität hat sich die Batterie jedoch zum Herzstück des Systems entwickelt.

Sowohl die Zuverlässigkeit als auch die Reichweite eines Fahrzeugs hängen von der verwendeten Batterietechnologie ab, daher muss alles, was die Batterieleistung beeinträchtigt – etwa hohe Temperaturen – adressiert werden. Grundsätzlich verkürzt ein Anstieg der Umgebungstemperatur die Lebensdauer der E-Mobilitätsbatterie: Je wärmer die Batterien werden, desto schneller laufen die chemischen Reaktionen ab und desto schneller entlädt sich die Batterie.

Unabhängige Tests haben gezeigt, dass sich die Selbstentladerate einer Batterie mit jedem Temperaturanstieg um 10°C verdoppelt. Es ist außerdem entscheidend, Batterien vor Überhitzung zu schützen – was im schlimmsten Fall zu rapiden Schäden führen kann.

Die Einführung des Batterieträgers des 21. Jahrhunderts

Der moderne Batterieträger ist nun ein Schlüsselfaktor für ein effektives Thermomanagement, und E-Mobilitäts-OEMs suchen nach neuen Wegen, mehrere Batterien zu kühlen und von der klassischen Zwangsluftkühlung abzuweichen. Dies führte zur Einführung einer speziellen Kanalstruktur im Träger, die ermöglicht, dass Kühlmittel durch oder um die Zellen zirkulieren kann. Außerdem erlaubt diese Kanalstruktur eine temporäre Kühlung.

Rosti arbeitet mit OEM-Kunden zusammen, um Komplettlösungen dafür anzubieten. Die neuesten Designs von Batterieträgern sind oft sehr komplex, was die Produktion eines fertigen Bauteils mit herkömmlichen Methoden wie CNC-Bearbeitung oder Pressen erschwert. Es ist auch wichtig darauf hinzuweisen, dass 3D-Druck – der als Durchbruch für die Zukunft gilt – nach wie vor in Bezug auf die erforderlichen Investitionen begrenzt ist. Außerdem kann er den Bedarf der Branche an einer Großserienproduktion nicht decken. Was ist also die Alternative?

Spritzguss für Batterieträger von Elektrofahrzeugen

Beim Spritzgießverfahren wird das Ausgangsmaterial aufgeschmolzen und mit hohem Druck in eine Form eingespritzt. Das Bauteil kühlt in der Form ab und wird ausgeworfen, bevor der Prozess von vorn beginnt. Doch ist Spritzgießen wirklich das beste Fertigungsverfahren für Batterie-Träger von Elektrofahrzeugen? Rosti steht seit Jahren in verschiedenen Märkten vor der Herausforderung, im Auftrag zahlreicher OEMs komplexe Werkzeuge mit vielen in die Form integrierten Funktionen zu entwickeln – eine Expertise, die für Batterie-Träger in E-Mobility-Anwendungen nahezu sicher erforderlich ist. Beispielsweise kann Rosti die Kühlkanäle als integralen Teil der Form auslegen. Mit modernster hauseigener Moldflow-Simulationssoftware kann Rosti Ideen vom Konzept bis zur Realität bringen und in einem einzigen Arbeitsgang ein Bauteil herstellen, das alle erforderlichen Funktionen eines Batterie-Trägers des 21. Jahrhunderts vereint.

Aber erneut stellt sich die Frage, ob Spritzgießen tatsächlich das richtige Fertigungsverfahren für Batterie-Träger-Anwendungen ist. Ein anderer Ansatz zur Beantwortung dieser Frage ist es, die potenziell benötigten Stückzahlen zu betrachten. Wenn sich E-Mobility gemäß den Prognosen vollständig durchsetzt, werden die Produktionsmengen extrem hoch ausfallen. Dabei muss auch der große Bedarf an Ersatz-Batteriepacks – und somit an Trägern – sowie an Stromversorgungen für andere Märkte berücksichtigt werden.

Rosti ist der Ansicht, dass weder CNC-Bearbeitung noch 3D-Druck diese hohen Stückzahlen bewältigen oder die von OEMs erwarteten Zielstückkosten erreichen können. Stattdessen wird ein wiederholbarer, kosteneffektiver und schneller Prozess benötigt, der die notwendige strukturelle Festigkeit liefert. Genau hier bietet das Spritzgießen erhebliche Vorteile – einschließlich der Möglichkeit, die Produktion flexibel zu skalieren.

Es stimmt, dass die Investitionskosten für das Spritzgießen aufgrund der Werkzeuganforderungen manchmal etwas höher ausfallen können. Allerdings sollten die technischen Vorteile und Skaleneffekte nicht außer Acht gelassen werden. Sind die Anfangskosten erst einmal amortisiert, ist der Stückpreis beim Spritzgießen äußerst wettbewerbsfähig. Darüber hinaus ist der Prozess sehr wiederholbar – ein wertvoller Faktor, um Markenkonsistenz und Bauteilzuverlässigkeit bei hohen Stückzahlen zu gewährleisten. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch Spritzgießen die Gesamtanzahl der benötigten Bauteile reduziert werden kann, da sich Zusatzkomponenten wie Halterungen direkt integrieren lassen. Diese Gestaltungsfreiheit wirkt sich klar positiv auf die Stückliste aus und verkürzt die Montagezeit.

Bietet Spritzgießen die richtigen Materialien?

Für diese Anwendung ist es unerlässlich, den Rohstoffhersteller von Beginn an in das Projekt einzubinden. Beispielsweise besteht bei Batterie-Trägern ein großes Bedürfnis nach Gewichtsreduktion; da die Batteriezellen nicht leichter gemacht werden können, muss der Träger selbst leichter werden. Spritzgegossene Lösungen bieten zwar eine leichtere Alternative zu herkömmlichen Metallträgern – aber sind diese Bauteile auch stabil genug, um die Batterie zu tragen und sie vor äußeren Einflüssen zu schützen? Durch die intensive Abstimmung von Rosti mit den Rohstoffherstellern wird sichergestellt, dass die richtige Materialzusammensetzung verwendet wird – eine, die alle Anforderungen an eine dünne und zugleich stabile Wandkonstruktion erfüllt. Zusätzlich erfüllt das spezifizierte Material stets den Flammwidrigkeitsstandard UL-94VO und sichert so die regulatorische Konformität der Anwendung.