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Ressourcen und klimaschonender Fahrzeugbau: Nichts leichter als das

Zwei Leichtbauprojekte zeigen, wie sich sicherheitsrelevante Bauteile für Fahrzeuge mit Batterie- und Wasserstoffantrieben technisch anspruchsvoll und nachhaltig gestalten lassen. CO₂-Emissionen werden gesenkt und der Energieverbrauch wird reduziert.

Schon mal ein Bauteil hochgehoben, das in einem Fahrzeug hohe Lasten tragen, sensible Energiespeicher schützen und komplexe Funktionen erfüllen muss? Bestimmt schwer, oder nicht sicher genug? Nicht, wenn es in den beiden innovativen Leichtbauprojekten „Gabriela“ und „protECOlight“ entwickelt worden ist. Die Projektteams haben nicht nur neue Materialien und Recyclingwege genutzt, sondern diese gezielt auf Bauteile übertragen, die im Fahrzeug hohe Lasten tragen, sensible Energiespeicher schützen und komplexe Funktionen erfüllen müssen. Gleichzeitig richten sie ihre Ansätze auf den gesamten Lebenszyklus sowie auf Serienfertigung und Wirtschaftlichkeit aus.

Kreislauffähigkeit von Batterieteilen wird immer wichtiger

Mit dem Ausbau der E-Mobilität wird es immer wichtiger, Batterieteile nicht nur sicher und leistungsfähig, sondern von Beginn an auch kreislauffähig zu entwickeln. Das Leichtbau-Forschungsprojekt Gabriela zeigt, wie hochwertige Kunststoffbauteile im Fahrzeug künftig im Kreislauf geführt werden können. Das schont Rohstoffe, senkt CO₂-Emissionen und stärkt eine nachhaltige industrielle Wertschöpfung in Europa.

Dafür untersuchten die Projektpartner anhand eines Hochvolt-Batteriegehäuses, wie kreislauffähige Batteriegehäuse hergestellt werden können. Diese Gehäuse sind entscheidend für den Schutz der empfindlichen Fahrzeugbatterien und müssen hohe Sicherheitsanforderungen erfüllen, etwa bei Seitenaufprallen und im Unterfahrschutz. Sie gehören zur tragenden Struktur des Fahrzeugs und sollen eine Flächenlast von bis zu 500 Kilogramm durch die Batteriemodule tragen können. Zudem integrieren sie komplexe Funktionen wie die Kühlung der Batterie. Um die Kreislauffähigkeit des Gehäuses zu erreichen, ist das Recycling von Kunststoffen, insbesondere die Nutzung von wiederaufbereiteten Kunststoffabfällen, entscheidend: Je mehr wiederaufbereitete Kunststoffe verwendet werden, desto mehr Primärrohstoffe (und damit CO₂) können eingespart werden.

Ansätze auf unterschiedliche Fahrzeugarten und Stückzahlen abgestimmt

Dabei setzten die Forschenden auf die neue adaptive Recyclingtechnologie, bei der Kunststoffe mithilfe von Lösemitteln wiederaufbereitet und gereinigt werden. Diese Technologie ermöglicht bereits das Recycling von thermoplastischen Kunststofffolien. Im erfolgreich abgeschlossenen Projekt konnten die Partner Demonstratoren für seriennahe Batteriegehäuse mit bis zu 100 Prozent Rezyklatanteil fertigen. Die mechanischen Eigenschaften der Rezyklat-Bauteile erreichen - abhängig von Recyclingroute und Rezyklatanteil - Werte, die nahe an die Neuware heranreichen.

Mit neuen Antriebstechnologien wie Batterie- und Wasserstoffsystemen verändern sich auch die Anforderungen an den Fahrzeugbau. Gerade Bauteile im Unterboden müssen sensible Energiespeicher zuverlässig schützen, hohe Sicherheitsanforderungen erfüllen und zugleich möglichst leicht sein. Dafür hat das Projektteam von protECOlight Schutzstrukturen entwickelt, die den Energieverbrauch von Fahrzeugen senken und gleichzeitig recycelte sowie biobasierte Kunststoffe nutzen.

Das Projektteam verfolgte zwei Ansätze, abgestimmt auf unterschiedliche Fahrzeugsegmente beziehungsweise Stückzahlszenarien. Für Fahrzeuge, die in Kleinserie gefertigt werden (etwa Sportwagen), entwickelten die Forschenden eine Polyurethan-Sandwichstruktur. Diese besteht aus einem langglasfaserverstärkten Polyurethanschaumkern und Deckschichten aus endlosfaserverstärktem Kunststoff. Der neuartige, einstufige Herstellungsprozess spart Material und Energie. Fahrzeugmodelle mit einem großen Fertigungsvolumen und einem entsprechenden Automatisierungsbedarf bekamen dagegen glasfaserverstärkte Polypropylen-Tapes kombiniert mit langfaserverstärkten Thermoplast-Pressmassen, um kosteneffiziente Gewichtseinsparungen zu ermöglichen.

Neues Batteriegehäuse wirtschaftlicher als Metallausführung

Außerdem führten die Forschenden eine umfassende Lebenszyklusanalyse durch - von der Materialauswahl bis zum seriennahen Demonstrator, um die ökologischen und wirtschaftlichen Potenziale der Bauteile bewerten zu können. Innovative Simulationsmethoden sicherten zudem die Übertragbarkeit der Lösungen in die industrielle Fertigung. Das so entwickelte Batteriegehäuse ist nicht nur leichter und entspricht den Festigkeitsanforderungen, sondern lässt sich sogar wirtschaftlicher fertigen als die bisherige Ausführung mit Metall.

Seit April 2020 und noch bis 2027 fördert das BMWE innovative Leichtbau-Projekte mit dem Technologietransfer-Programm Leichtbau (TTP LB). Es unterstützt den Übergang hin zu einer klimaneutralen und wettbewerbsfähigen Industrie.