Im Automobilbau konkurrieren unterschiedliche Antriebstechnologien: Verbrennungs- und Elektromotoren. Darüber hinaus ist das Interesse an Brennstoffzellen groß.Alle drei Technologien wurden auf der Tagung Kunststoffe automotive Powertrain diskutiert.

Wie sich eine Ökobilanz für Bauteile und die unterschiedlichen Fahrzeuge erstellen lässt, erklärte Milan Jovanović, Leiter der Lebenszyklusanalyse bei BMW, auf der Tagung

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Kunststoffe automotive Powertrain: Umstrittenes PA 66 und Ökobilanz von Fahrzeugen

Automotive

Elektronik

Brennstoffzelle

Stromversorgung

Streifinger, Florian

Verbände, Institutionen, Messen

Dienstleistungen

Brennstoffzellen

Mobilität

Polyamide

Kunststoff Werkstoffe

Thermoplaste

Was bewegt das Automobil?

Auf den ersten Blick stand die K in diesem Jahr ganz klar im Zeichen von Recycling und Kreislaufwirtschaft. Abseits dieser Themen waren aber auch in klassischen Kunststoffbereichen wie Automotive viele Neuerungen zu besichtigen.

Im Konzeptfahrzeug VisionVenture von Hymer wurden insgesamt 22 Materialien von BASF verwendet. Vor allem für die Lackierung und die scheinbar aus massivem Schiefer bestehende Wandverkleidung des Badezimmers im Camper kommen spannende Neuentwicklungen zum Einsatz 

Automobiltrends auf der K 2019

Messe K-Kunststoffmesse

kunststoffe.de

Elektromobilität

Polyurethan-Schaumstoffe (PUR)

Halbzeuge und Zwischenprodukte

Kunststoff-Halbzeuge

Polyurethan

Elektromobilität und ein Konzeptfahrzeug

Compounds aus recycelten Kunststoffen, etwa aus PET-Flaschen, sind auf der Fakuma bei Barlog Plastics zu sehen. Außerdem stellt das Unternehmen Kunststoffe speziell für die Elektromobilität vor.

Für das Thermomanagement von Batterien in Elektrofahrzeugen bietet Barlog wärmeleitfähige Compounds an.

Compound

Messe Fakuma

Technische Kunststoffe

Nachhaltige Compounds aus technischen Kunststoffen

Hochwertige Oberflächen im Automobilinnenraum gewinnen aus Kundensicht immer mehr an Bedeutung. Asahi Kasei hat dafür die Leona-SG-Serie entwickelt. Der japanische Konzern stellt die teilaromatischen Polyamide (PA) dieses Jahr auf der Fakuma vor.

Im Automobilinnenraum sind Materialien mit guten mechanischen Eigenschaften gefragt, die gleichzeitig sehr hochwertige Oberflächen ermöglichen

Höhere Oberflächenqualität im Automobil-Interieur

Klassische Beschichtungstechniken wie das Sprühlackieren stoßen in der Fertigung funktional hochintegrierter und edel dekorierter Kunststoffteile an ihre Grenzen. Im Gegensatz dazu ist die Prozesskette des Direct-Coating-Verfahrens inzwischen optimiert worden.

Mit dem DC-Verfahren lassen sich edel aussehende Bauteile mit integrierten Sensoren und Lichtelementen einfacher und schneller herstellen

Direct Coating mit Polyurethan-Beschichtungen eröffnet Design- und Funktionsoptionen

Oberflächentechnik

Kunststoff

Bauwesen

Baustoffe

Polycarbonat

Hohe Produktivität für smarte Bauteile

Die Redakteure der Kunststoffe haben ihre Messeeindrücke in Bildern festgehalten. Hier erfahren Sie, was die Werkstoffhersteller auf die Fakuma mitgebracht hatten.

form-werkzeug.de

Impressionen aus der Werkstoffwelt

Elektroantriebe, autonomes Fahren und der Wunsch nach nachhaltigeren Materialien verändern die Anforderungen an das Fahrzeugdesign. Der Kunststofferzeuger Röhm hat dafür auf der Fakuma verschiedene Polymere seiner Plexiglas-Produktreihen vorgestellt. Zum ersten Mal auf einer Messe wurde etwa Plexiglas Optical HT gezeigt.

Materialien für Frontscheinwerfer müssen sowohl eine hohe Reinheit bieten als auch lange hohen Dauergebrauchstemperaturen standhalten

Materialien für Scheinwerfer und Frontblenden

Polymethylmethacrylat

Schicke und beständige Frontelemente aus PMMA

Bisher kam für Kühlmittelanwendungen in Automobilen vor allem Polyamid 66 zum Einsatz. Aufgrund steigender Anforderungen werden zunehmend alternative Materialien wie PPS und PPA für solche Bauteile interessant. Das verdeutlich etwa das Beispiel eines Kühlmittelverteilerrohrs für Fahrzeuge von Audi und VW.

Bild 1. Da das zweiteilige Kühlmittelverteilerrohr im Rotationsschweißen verbunden werden sollte, kam PPS als Material nicht in Frage 

Kühlmittelkreislauf in Fahrzeugen

Alternativen zu PA 66

Alternative Antriebe, autonomes Fahren und der Wunsch nach einer höheren Nachhaltigkeit wirken sich auf das Design von Automobilen aus. Auch der Innenraum der Fahrzeuge erfährt eine deutliche Veränderung. Instrumententafeln verwandeln sich in Entertainment-Einheiten und in Bildschirme für Videokonferenzen.

Das USB-Steckverbindersystem ermöglicht Platzeinsparungen von bis zu 60 %. Das verwendete PBT erlaubt enge Toleranzen unabhängig von den Umgebungsbedingungen.

Polybutylenterephthalat

Kfz-Elektronik

Steckverbinder

Elektromechanik

PBT für USB-Steckverbinder

Für die Heckklappe seines Elektroflaggschiffs ID.3 setzt Volkswagen erstmalig auf einen Kunststoff-Metall-Verbund. Hergestellt wird dieser unter anderem mit einem langglasfaserverstärkten Polypropylen von Celanese. Das Material musste dabei nicht nur die mechanischen Eigenschaften erfüllen, sondern auch ein ansprechendes Aussehen ermöglichen.

Der ID.3 ist das erste Auto von Volkswagen mit einer teilweise aus Kunststoff bestehenden Heckklappe.

Heckklappe des ID.3: Faserverstärktes PP ermöglicht Kunststoffeinsatz

Standardkunststoffe

Polypropylen

Faserverbundwerkstoffe

Andere Werkstoffe

Pultrusion

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Lange Fasern, schicke Optik

Die gewünschte Gewichtsreduzierung bei Fahrzeugen stellt nicht nur Automobilhersteller, sondern auch die Werkstoffproduzenten vor große Herausforderungen. Die verwendeten Materialien sollen nicht nur das Gewicht senken, sie müssen zudem auch den mechanischen und chemischen Belastungen standhalten.

Bild 4. Prüfstäbe nach Kontakt mit einer Calciumchloridlösung: An den grauen Stellen kam es zu Schäden. Die Stäbe aus den PA+PP-Blends weisen im Gegensatz zu denen aus PA keine Schäden auf.

Blends aus PP und PA senken das Gewicht und verbessern die Chemikalienbeständigkeit

Blend

Zu zweit leichter

Neben einer einfachen und kostengünstigen Fertigung von Kunststoffbauteilen rückt zunehmend auch deren CO<sub>2</sub>-Fußabdruck und Recyclingfähigkeit in den Fokus. Für die Herstellung von Sichtbauteilen mit angenehmer Haptik wird deshalb nach Alternativen in der Produktion gesucht.

Schäume aus TPE verfügen über eine angenehme und weiche Oberfläche. Mit einem entsprechenden Produktionsverfahren lassen sie sich außerdem effizient herstellen und bieten dadurch Vorteile bei der Klimabilanz.

Fertigung von weichen Sichtbauteilen in einem einstufigen Prozess

Thermoplastische Elastomere

Schaumspritzgießen

Spritzgießen

Schaumstoffe und Vorprodukte

Schaumstoffe

Mit Hochdruck zum perfekten Schaum

Die steigenden Spannungen in Elektrofahrzeugen erhöhen die Anforderungen an Isolationsmaterialien. Deshalb kommt dafür immer häufiger PEEK zum Einsatz. Ein Problem beim Einsatz des Hochleistungspolymers war bisher die Haftung an das sekundäre Isolationsmaterial. Ein Epoxidharz verspricht dafür nun Abhilfe.

Wegen der hohen Spannungen verwenden immer mehr Hersteller PEEK als Isolationsmaterial für die Wickelungen von Elektromotoren. 

Mit passenden Isolationsmaterialien die Effizienz von Elektromotoren steigern

Elektromotoren

Antriebe

Polyetherketon

Hochleistungskunststoffe

Ein Partner für PEEK

Zum zuverlässigen Schutz der sensiblen elektrischen und elektronischen Komponenten in Ladesystemen für E-Autos hat Wevo-Chemie Vergussmassen und Klebstoffe entwickelt. Sie erfüllen dem Unternehmen zufolge die hohen Anforderungen dieser Systeme bezüglich Betriebstemperatur und mechanischer Belastung.

Zum zuverlässigen Schutz der sensiblen elektrischen und elektronischen Komponenten in Ladesystemen für E-Autos hat Wevo-Chemie Vergussmassen und Klebstoffe entwickelt.

Vergussmassen und Klebstoffe für E-Fahrzeuge und -Ladestationen

Silikone

Harze, Epoxid

Duroplaste

Klebstoffe

Verbindungstechnik Verfahren

Chemisches Fügeverfahren

Schutz für die sensible Ladeelektronik

Mit Thermoplasten lässt sich die Sicherheit, Leistung und Nachhaltigkeit von E-Autos verbessern. Ansatzpunkte dafür bestehen bei vielen Komponenten wie Batterie Cases, Sammelschienen, Kühlleitungen und Dichtungen. Sehr interessant ist es dabei, wenn Materiallieferanten Unterstützung in Form von CAE- und Spritzgießanalysen bieten können.

Bei den Batterien von Elektrofahrzeugen spielen Thermoplaste eine wichtige Rolle. Sie helfen etwa die Temperatur im optimalen Bereich zu halten für eine lange Lebensdauer und hohe Leistung der Batterien.

Mit den passenden Materialien die Leistung von Elektrofahrzeugen verbessern

Elektrisch, umweltfreundlich,  thermoplastisch

Die aktuellen Herausforderungen als Chance sehen

Mehr Nachhaltigkeit, Abkehr vom Verbrennungsmotor, Bedürfnisse des chinesischen Markts: Automobilhersteller stehen vor großen Herausforderungen. Mut auf der diesjährigen PIAE machten dafür die Lebensweisheiten eines Jongleurs.

Eine höhere Nachhaltigkeit wird von Automobilherstellern nicht nur bei der Abkehr vom traditionellen Verbrennungsmotor gefordert. Auch bei den verwendeten Materialien soll sie sich widerspiegeln. Beim Fahrzeugdesign müssen die Hersteller außerdem immer stärker auf die Bedürfnisse des immens großen chinesischen Markts eingehen. Die Unternehmen stehen somit vor großen Herausforderungen. Mut auf der diesjährigen PIAE machten dafür die Lebensweisheiten eines Jongleurs.

Die Automobilindustrie befindet sich in einem starken Umbruch. Die Forderungen nach einer höheren Nachhaltigkeit prägen mittlerweile auf doppelte Weise die Branche: einerseits durch die gesellschaftlich stark fokussierte Abkehr vom traditionellen Verbrennungsmotor, anderseits durch den verstärkten Wunsch nach umweltfreundlicheren Materialien. Hinzu kommt die verstärkte Digitalisierung der Fahrzeuge, mit autonom fahrenden Automobilen als geplantem Endpunkt. Welche Rolle Kunststoffen bei diesen Entwicklungen spielen, zeigte der VDI Kongress Plastics in Automotive Engineering (PIAE) vom 8. – 9. September 2021.

Nachdem die PIAE im letzten Jahr coronabedingt rein als Online-Veranstaltung stattfand, hatte sich der Veranstalter VDI Wissensforum diesmal für ein hybrides Modell entschieden. Neben dem Besuch vor Ort konnten Besucher auch digital im Live Stream die Vorträge verfolgen. Mit ungefähr 400 Teilnehmern war die Besucherzahl bei der diesjährigen Ausgabe deutlich geringer als 2019, bei der letzten PIAE in Präsenz. Wegen der grassierenden COVID-19-Pandemie ist die Nachfrage an Veranstaltungen vor Ort immer noch gedämpft. Dementsprechend zufrieden zeigte sich auch der Kongressleiter der PIAE, Thomas Drescher von Volkswagen (VW), mit den Anmeldungszahlen. Beim VDI war man überhaupt froh, eine Präsenzveranstaltung durchführen zu können. Eine weitere reine Online-Ausgabe hatte man Drescher zufolge intern ausgeschlossen: „Die PIAE funktioniert nicht als Online-Veranstaltung. Wir brauchen den direkten Kontakt zwischen den Teilnehmern. Deshalb haben wir entschieden: Entweder sie findet als Präsenzveranstaltung statt, oder gar nicht“, erklärte er.

Für den ersten Vortrag hatten die Veranstalter in diesem Jahr eine interessante Wahl getroffen: Andreas Gebhardt, Profijongleur und Speaker, ließ die Teilnehmer an den Erfahrungen aus seiner Showlaufbahn teilhaben. Zwei Erkenntnisse gab er den Anwesenden mit: Veränderungen solle man nicht umsetzen, wenn man mit dem Rücken zur Wand stehe, und Sicherheit sei stets eine Illusion, die schnell wieder verschwinden könne. Sein Rat für die Automobilindustrie in der gegenwärtig schwierigen Situation war deshalb, sich auf die Gegebenheiten einzulassen und sie als Chance zu sehen: „Das Risiko von heute ist die Sicherheit von morgen“, machte er den Anwesenden Mut. Dass er mit seinem Vortrag den richtigen Ton getroffen hatte, war im weiteren Verlauf der Veranstaltung zu erkennen. Griffen doch viele der nachfolgenden Redner seine Aussagen in ihren Vorträgen auf.

Neben Nachhaltigkeit und Digitalisierung prägt auch der asiatische Markt, vor allem der chinesische, sehr stark aktuelle Automobilentwicklungen. Jörg Friedrich zufolge, Geschäftsführer von Car Men, gilt das immer stärker nicht nur für dort verkaufte Fahrzeuge. Der Geschmack der chinesischen Konsumenten hat auch Auswirkungen auf das Automobildesign in Europa und den USA. Gerade die Wünsche der jungen chinesischen Zielgruppe rückten verstärkt in den Mittelpunkt. Im Gegensatz zur älteren Generation orientiere sich diese nicht mehr so stark am westlichen Designempfinden, sondern sei von der dortigen Popkultur geprägt. Das zeige sich etwa an der Zunahme an Dekorationselementen im Automobilexterieur. Außerdem nimmt Friedrich zufolge die Bedeutung des Interieurs für die Kaufentscheidung zu.

Eine große Rolle spielen dabei hochwertige Oberflächen. Wie sich diese gestalten und gleichzeitig die Kosten und der Energieverbrauch senken lassen, zeigte Dr. Thomas Köppl von Hexpol TPE. Das Unternehmen hat dafür spezielle thermoplastische Elastomeren (TPE) entwickelt, da sich Köppl zufolge normale TPE -Varianten nicht für Oberflächen im Automobilbereich eignen. Diese hochfließfähigen TPE können im Spritzgießen verarbeitet werden. Auch ein direktes Überspritzen von PP-Trägern ist damit möglich. Dadurch ergeben sich geringere Systemkosten und die Nachhaltigkeit des Prozesses steigt. Beispielsweise entfällt die Nachbearbeitung, aufgrund der geringeren Dichte sind Gewichtseinsparungen von bis zu 25 % gegenüber Polyurethan (PUR) oder Polyvinylchlorid (PVC) möglich, außerdem ist der Weichmacheranteil und der Energieverbrauch niedriger. Hexpol forscht gegenwärtig außerdem an TPE-Schäumen für solche Oberflächenbauteile.

Am Schäumen von TPE für Sichtbauteile im Automobilinnenraum arbeiten auch Jana Horn von GK Concept und Manuela Gehringer von Allod Werkstoff. Mit herkömmlichen TPE ist es ihnen zufolge jedoch schwierig eine feinzellige und gleichmäßige Schaumstruktur zu erzeugen. Deshalb muss das Material speziell für das Schäumen angepasst werden. Bei der Treibmittelauswahl ergeben sich mit physikalischen Treibmitteln eine bessere Schaumstruktur, allerdings sorgen sie für eine stärkere Schlierenbildung auf der Oberfläche als chemische Treibmittel. Neben den Parametern für einen erfolgreichen Produktionsprozess haben sich Horn und Gehringer außerdem angesehen, wie sich ein recyclingfähiger Schaum erreichen lässt und welche Auswirkungen das auf den CO<sub>2</sub>-Fußabdruck des Bauteils hat.

Betrachtungen zur Recyclingfähigkeit von Bauteilen und der Reduzierung des CO2-Fußabdrucks waren in vielen der Vorträge ein Thema. Bei der Entwicklung wird die Nachhaltigkeit mittlerweile immer stärker einbezogen. Ob die Automobilindustrie sie wirklich, wie von Jongleur Andreas Gebhardt angeregt, als Chance begreift, lässt sich noch nicht sagen. Als Notwendigkeit ist sie aber im Bewusstsein angekommen.

Ausgabenartikel KU11-21

Kongressleiter Thomas Drescher von VW war froh, dass die PIAE in diesem Jahr wieder in Präsenz stattfinden konnte