Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung einer Methode zur Bewertung einer stahlintensiven Mischbau-Klebverbindung eines Batteriegehäuses gegenüber mechanischer und medialer Belastung unter Berücksichtigung der Interphasenstruktur

Eine der Hauptanforderungen an die Klebverbindung der Batteriegehäusestrukturen ist die Sicherstellung der Dichtheit und Korrosionsbeständigkeit im Nassbereich des Fahrzeugs. Diese Anforderungen lassen sich auf weitere, stark KMU geprägte, Branchen wie beispielsweise dem Anlagen- und Behälterbau übertragen. Hier besteht am Markt eine große Unsicherheit, wie eine verlässliche Auslegungsmethode, basierend auf experimentellen Prüfungen einer entsprechenden Stahl-Klebverbindung, sowie deren Nachweisführung und Qualitätssicherung aussehen kann. Deshalb wollen die Forschungseinrichtungen eine anwendungsorientierte und grundlegend wissenschaftlich abgesicherte Methode erarbeiten, um das Langzeitverhalten der Stahl-Klebverbindung unter den gegebenen Anforderungen vorauszusagen. Dazu werden zunächst relevante Werkstoff-Klebstoff-Medium-Kombinationen ausgewählt, bevor betriebsrelevante Belastungen in Bezug auf Dichtheitsanforderungen, die Medienbeständigkeit und mechanische Belastungsarten bestimmt werden. Anschließend wird anhand von Klebstoffsubstanzproben die Langzeitbeständigkeit des Klebstoffsystems gegenüber den definierten Medien ermittelt. Darauffolgend wird der Einfluss der Belastung auf stahl-intensive Mischverbindungen identifiziert, sowie ein Versuchsstand entwickelt, welcher eine Dichtheitsprüfung unter überlagerter medialer und mechanischer Belastung ermöglicht. Die Ergebnisse der Dichtigkeitsprüfung werden mit der Struktur der Klebstoff/Metall-Interphase sowie ihrem belastungsabhängigen Degradationsverhalten korreliert. Aus den gewonnen Erkenntnissen soll neben einem Modell zum Schädigungsmechanismus eine Versuchsmethodik zur Bestimmung der Beständigkeit entwickelt werden. Zur Validierung der Methode wird eine bauteilähnliche Probengeometrie entwickelt, anhand welcher die Übertragbarkeit der Prüfmethode auf komplexere Bauteile verifiziert werden soll, bevor eine Richtlinie zur Bestimmung des Langzeitverhaltens unter überlagerter Belastung formuliert wird.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des Forschungsprojekts war die Entwicklung einer anwendungsorientierten und grundlegend wissenschaftlich abgesicherten Methode zur Bewertung des Langzeitverhaltens von Stahlklebeverbindungen für den Einsatz in Batteriegehäusen für Elektrofahrzeuge.

Hierfür wurden die folgenden Arbeiten durchgeführt:

• Auswahl relevanter Werkstoff-Klebstoff-Kombinationen sowie betriebsrelevanter korrosiver Belastungen

• Bewertung der Langzeitbeständigkeit der Klebstoffsubstanz- und Verbundprüfkörper gegenüber dem definierten Schnellalterungstest

• Entwicklung eines Prüfaufbaus zur Dichtheitsprüfung unter überlagerter mechanischer Belastung

• Korrelation der Ergebnisse der Dichtigkeitsprüfung mit der Struktur der Klebstoff/Metall-Interphase sowie ihrem belastungsabhängigen Degradationsverhalten

• Entwicklung eines Modells zum Schädigungsmechanismus

• Entwicklung einer Versuchsmethodik zur Bestimmung der Beständigkeit und Dichtheit geklebter Verbindungen

• Entwicklung einer bauteilähnlichen Probengeometrie zur Validierung der Methode

• Verifizierung der Übertragbarkeit der Prüfmethode auf komplexere Bauteile

Diese Erkenntnisse dienen vor allem KMU für die langzeitbeständige Auslegung von Klebverbindungen. KMU bietet dies die Möglichkeit, die Robustheit und Sicherheit ihrer Verfahren und Technologien hinsichtlich dieser Anforderungen zu bewerten und zu optimieren. Darüber hinaus kann die vereinfachte Entwicklung von Leichtbaustrukturen für die Elektromobilität zur Verbesserung der fügetechnischen Auslegung und Fertigung im Hinblick auf Nachhaltigkeit der Produkte führen. Die Forschungsergebnisse bieten insbesondere kleinen und mittleren Unternehmen in Deutschland einen strategischen Wettbewerbsvorteil in einem international stark umkämpften Markt.