Die K 2022 bot eine riesige Auswahl an Neuheiten und Anwendungsbeispielen für und mit nachhaltigeren Materialien. Ein Überblick über die vorgestellten Nachhaltigkeits-Highlights.

Aus Abgasen werden Schuhe: Gentechnisch veränderte Bakterien machen aus Abgasen Ethanol, aus dem anschließend Kunststoff etwa für die Schuhe Cloudprime von On hergestellt wird. 

Thermoplastische Elastomere

Kunststoff Werkstoffe

Thermoplaste

Silikone

Messe K-Kunststoffmesse

kunststoffe-international.com

kunststoffe.de

Masterbatches

Additive

Polyethylen

Polylactid

Polyamide

Biokunststoffe

Effektpigmente

Polypropylen

Faserverbundwerkstoffe

Andere Werkstoffe

Kunststoff-Rezyklat

Silikonkautschuk

Kautschuk / Elastomere

Ist Bio das neue Normal?

Der e.GO Life ist ein bezahlbares Elektrofahrzeug für den Kurzstreckenverkehr mit kunststoffbeplankter Fahrzeugkarosserie. Die großvolumigen Bauteile thermoformt der Kunststoffverarbeiter Parat in enger Kooperation mit Senoplast.

Alle 59 Kunststoffverkleidungsteile des Elektrofahrzeugs <a href="http://e.GO">e.GO</a> Life wurden aus Kunststoffhalbzeugen sehr wirtschaftlich thermogeformt

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59 Leichtbauteile für die Karosserie des neuen Elektrostadtautos e.GO Life

Werkzeuge für Leichtbauwerkstoffe

Präzisionswerkzeuge

Elektromobilität

Mobilität

Leichtbau

Flachfolien- und Plattenextrusion

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Extrusion

Automotive

Fahrzeugbau

Polymethylmethacrylat

Platten

Halbzeuge und Zwischenprodukte

Kunststoff-Halbzeuge

Polycarbonat

Mit Kunststoff auf der Überholspur

Für die zunehmend verbreiteten 800-V-Antriebe von E-Autos sind spezielle Kunststoffe notwendig. Eine nachhaltige Möglichkeit stellt etwa biobasierte PPA dar.

Biobasiertes PPA für Wechselrichter von Elektrofahrzeugen

Elektromotoren

Antriebe

Elektronik

Technische Kunststoffe

Schneller und nachhaltiger laden

Der Wechsel zum Elektroantrieb unterwirft die Automobilindustrie einem tiefgreifenden Wandel. Für die Umsetzung sind passende Materialinnovationen nötig.

Die Elektromobilität verändert die Fahrzeugfront und ermöglicht neue Gestaltungsoptionen.

Passende Kunststoffe erhöhen die Designfreiheit und Nachhaltigkeit von E-Autos

Batterien

Energiespeicherung

Polypropylen-Compound

Den Wandel erfolgreich gestalten

E-Autos haben andere Anforderungen an die Materialien als Verbrenner. Das bietet Chancen für im Antriebsstrang untypische Kunststoffe: etwa Polycarbonat.

Speziell angepasste Polycarbonate bieten sich beispielsweise als Materialien für die Lithium-Ionen-Batterien von Elektrofahrzeugen an. 

Elektromobilität eröffnet Chancen für ungewohnte Materialien

Polycarbonate für Hochvoltkomponenten

Orange hat sich als Signalfarbe in der Elektromobilität etabliert. Für Hochvoltsteckverbinder sind mittlerweile Compounds auf PBT- und PA-Basis vorhanden.

In der Elektromobilität ist Orange vor allem bei hochvoltführenden Bauteilen die Farbe der Wahl.

Farbstabile Hochvoltkonnektoren für Elektrofahrzeuge

Polybutylenterephthalat

Hoch spannend und orange!

Nachdem technische Fortschritte heute die Realisierung erleichtern, könnte das Laser-Stumpfschweißen nun seinen Durchbruch erleben.

Turn2Weld-Verfahren: Die neu entwickelte LasIR-Schweißmaschine verwendet pro Fügepartner einen Laser und schwenkt die Maschinentische mithilfe von Servomotoren um 90° zu den Laserscannern (© bielomatik)

Weiterentwickeltes Laser-Stumpfschweißen zum Fügen hochwandiger und  materialgleicher Bauteile

Halbleiterlaser, Diodenlaser

Photonik

Laserschweißen

Verbindungstechnik Verfahren

Thermisches Fügeverfahren

Laserschweißanlagen

Verbindungstechnik

Schweißanlagen

Lasertechnik

Von den Enden her geschweißt

Ziel des Verbundvorhabens ist die Entwicklung einer Fertigungszelle, in der ohne zusätzliche Schritte, wie beispielsweise Kleben, eine Kennzeichenrückleuchte mit hybriden Verfahren hergestellt werden kann. Ein Teil der notwendigen Analysen und Voruntersuchungen zu den Materialkombinationen, die sich aus dem Aufbau des Produkts mit Kunststoffgehäuse und -optik sowie metallischen Leiterbahnen ergeben, wird in diesem Artikel vorgestellt.

Lichtlösungen  an verschiedenen Produkten.  © Mentor

Herstellung einer Kennzeichenrückleuchte in einer hochintegrierten Spritzgießfertigungszelle

Spritzgießen

LED / OLED-Systeme und Faseroptik

Lichttechnik

Hybrid-Spritzgießen (Metall / Kunststoff)

Welche Materialkombination passt?

Kunststoffverarbeiter suchen ständig nach Materialien, die Einsparungen und Leistungsverbesserungen bei ihren Prozessen und Produkten ermöglichen. Einen spannenden Ansatz dafür bietet das junge Unternehmen Polytives. Anstatt auf herkömmliche setzt das Start-up auf polymere Additive. Diese lassen sich spezifisch auf verschiedene Kunststoffe zuschneiden.

Vergleich von PMMA (links) und einem Blend aus PMMA und 10 % bFI A 3745 in Fließspiralen (rechts): Der eingefärbte Bereich zeigt, dass das Blend eine deutlich weitere Strecke zurücklegt.

Polymere Additive erweitern Anwendungsbereiche von Kunststoffen

Blend

Polystyrol

Verbesserungen ohne Kompromisse

Ziel der Arbeit war es transparente PC/PMMA-Blends mittels kontinuierlicher Reaktivextrusion unter Verbesserung mechanischer und optischer Eigenschaften herzustellen.

Kunststoffe

Optik

Optische Mess- und Prüfverfahren

Qualitätssicherung

Qualitätssicherung Kunststoff

Transparente PC/PMMA Blends: Einfluss der Funktionalisierung auf optische, morphologische und mechanische Eigenschaften

Ein neuartiges transparentes Polymer kombiniert minimale Doppelbrechung mit guter Verarbeitbarkeit. Das öffnet neue Möglichkeiten in optischen Bauteilen.

Betrachtung von Fahrzeugdisplays aus AZP (oben) und Polycarbonat (unten) durch eine polarisierte Sonnenbrille.

Transparenter Kunststoff als Alternative zu Glas in optischen Anwendungen

HMI, Bedienelemente, Displays

Kfz-Elektronik

Display im Automobil

Rote Karte für die Doppelbrechung

Die geba group entwickelt und produziert seit ihrer Gründung im Jahr 1986 für Geschäftskunden aus aller Welt innovative und individuelle Lösungen in Form von technischen Thermoplasten.

geba Kunststoffcompounds GmbH  

https://www.geba.eu

Compound

Compoundeure

Handel

Dienstleistungen

Hochleistungskunststoffe

Kunststoff-Aufbereitung

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Pigmente

Polyacetale

Polyacrylate

Polyester

Styrol-Copolymerisate

Mit einem glasfasergefüllten PA 6 hat Lanxess das erste Produkt einer speziell aus nachhaltigen Rohstoffen hergestellten Produktfamilie vorgestellt. Die Materialien dafür stammen unter anderem von dem Energiekonzern bp.

Für das PA-6-Compound kommen Lanxess zufolge 92 % nachhaltige Rohstoffe zum Einsatz

Kunststoffe, biobasiert

Kreislaufwirtschaft

Lanxess stellt PA-6-Compound fast vollständig aus nachhaltigen Rohstoffen vor

Akro-Plastic zeigt auf der K 2022 unter anderem ein PP-Compound aus Frittenfett.

Das Motorrad Husqvarna FE 350 ist eines der Highlights am Stand von Akro-Plastic. 

Bio voll im Fokus

Bei der Produktreihe Hytrel ECO B handelt es sich um biobasierte thermoplastische Copolyester-Elastomere (TPC-ET). Der Kunststoffhersteller Dupont zeigt die Familie auf der K-Messe.

TPC mit bis zu 72 Prozent Biomasseanteil

Sowohl die Kunststoff- als auch die Automobilindustrie befinden sich gegenwärtig in einem großen Transformationsprozess. Beide sehen sich Forderungen nach mehr Nachhaltigkeit gegenüber. Wie sich diese erfüllen lassen, verdeutlichten verschiedene Exponate auf der diesjährigen K. Dabei zeigte sich: Mit passenden Materialien können nicht nur CO2-Emissionen gesenkt werden, sondern es lassen sich auch Vorteile im Bauteildesign erreichen.

Wie sich nachhaltigere Autos konstruieren lassen, zeigte die K 2022. Mit passenden Materialien können Emissionen gesenkt und das Design verbessert werden.

Die Automobilindustrie ist traditionell eine der wichtigsten Kundenbranchen für die Kunststoffindustrie. Auch beim Thema Nachhaltigkeit sitzen beide gerade im selben Boot. Sowohl Automobile als auch Kunststoffe stehen stark in der Kritik. Deshalb arbeiten beide Branchen verstärkt an umweltfreundlicheren Alternativen zu ihren klassischen Produkten. Auf der K 2022 war gut zu sehen, wohin der Weg dabei geht. Und auch abseits davon zeigte die Messe spannende Entwicklungen für den Automobilbereich.

Zwei Tage vor Beginn der Messe hatte die Society of Plastics Engineers (SPE) ihre traditionellen SPE Automotive Awards vergeben. Viele der ausgezeichneten Bauteile konnten auf der Messe begutachtet werden. Sie verdeutlichen, wie wichtig in vielen Fällen das passende Material für die erfolgreiche Umsetzung ist.

Am Stand von EMS-Chemie war etwa das Steuermodul eines Lkw-Bremssystems zu sehen (Bild 1). Es vereint sieben Einzelmodule in einem Bauteil. Beispielsweise steuert es die Brems- und die Notbremsanlage, das Antiblockiersystem und das Fahrwerk. Durch die Kombination von verschiedenen Funktionen in einem Bauteil sinken die Anzahl der Einzelkomponenten und das Gewicht. Für die Gewichtsreduktion sorgt außerdem der Ersatz von Metallkomponenten durch solche aus Kunststoff. Beides soll den CO2-Fußabdruck verringern und außerdem für eine bessere Recyclingfähigkeit sorgen.

Entwickelt wurde es von Haldex Brake Products gemeinsam mit KB Components und EMS. Da das Modul viele verschiedene Funktionen kombiniert, steigen auch die Anforderungen an das Material. Es muss beispielsweise beständig gegen Straßensalz, Diesel, alkalische Waschmittel, Bremsflüssigkeiten sowie Kühl- und Lösungsmittel sein. Verwendet wird deshalb ein hochtemperaturstabilisiertes Polyphthalamid (PPA) aus der Grivory-HTV-Reihe von EMS.

Thermo- und Duroplaste stoffschlüssig verbinden

Ein weiteres preisgekröntes Bauteil war am Stand von Akro-Plastic zu sehen. Dabei handelte es sich um einen hybriden Bremsscheibenschutz für Motorräder (Bild 2). Spannend an dem Bauteil ist sowohl das für die Herstellung verwendete Verfahren als auch das Material. Produziert wurde es mit der Conexus-Technologie, einem Fügeverfahren mit dem sich Thermoplaste und Duroplaste stoffschlüssig miteinander verbinden lassen. Dafür wird eine Koppelfolie per isothermem Heißpressverfahren mit dem Duroplast verbunden und anschließend mit Polyamid (PA) hinterspritzt. Als Material kommt dafür ein biobasiertes langglasfaserverstärktes PA510 von Akro-Plastic zum Einsatz. Das verwendete Prepreg ist mit Naturfasern verstärkt. Beides sorgt dafür, dass das Bauteil die notwendigen mechanischen Eigenschaften erfüllt bei gleichzeitig reduziertem CO2-Fußabdruck. Beteiligt waren an der Entwicklung KTM Technologies, Altendorfer Kunststofftechnik, Alba Tooling & Engineering, Bcomp, Akro-Plastic, das Ingenieurbüro Zahler und das Fraunhofer ICT.

Einen weiteren Gewinner zeigte Lanxess an seinem Stand: einen Batteriepack für Elektrofahrzeuge (Bild 3). Der zusammen mit Kautex entwickelte Demonstrator ist angelehnt an das Akkugehäuse des ID.3, dem E-Auto-Flaggschiff von VW. Dem Kunststoffhersteller zufolge handelt es sich um den ersten vollständig aus Thermoplasten gefertigten Batteriepack für Elektrofahrzeuge. Das Bauteil wurde in einem einstufigen Fließpressprozess hergestellt. Aufgrund seiner Größe war dafür ein speziell angepasstes Material notwendig. Zum Einsatz kam das glasfaserverstärkte PA6 Durethan B24CMH2.0 von Lanxess. Es ist fließverbessert und erfüllt deshalb die Anforderungen des Produktionsprozesses. Um den Batteriepack gegen Beschädigungen abzusichern, wurden crashrelevante Stellen mit dem endlosfaserverstärkten PA6-Composite Tepex dynalite 102-RGUD600 verstärkt. Die Struktur des Gewebes sorgt bei einem Aufprall dafür, dass die Energie entsprechend abgeleitet wird und die Batterie unbeschädigt bleibt.

Der Demonstrator soll zeigen, welche Verbesserungen der Metallersatz durch Kunststoffe bei Batteriepacks bietet. Diese sind durchaus beachtlich. Demnach spart die Kunststoffausführung im Vergleich zu einem Modell aus Aluminium etwa 15 % Gewicht ein. Auch der CO2-Fußabdruck des Bauteils soll um bis zu 40 % geringer sein. Das liegt zum einen an dem deutlich niedrigeren Energieverbrauch für die Herstellung des PA6 im Vergleich zu Aluminium. Auch entfallen durch den einstufigen Produktionsprozess bei Metall übliche Nachbearbeitungsschritte, etwa die kathodische Tauchlackierung gegen Korrosion. Direkt integriert werden können außerdem Komponenten wie Befestigungselemente und Verstärkungsrippen. Das sorgt für einen geringeren Montageaufwand und senkt somit die Fertigungskosten. Gegenwärtig laufen Lanxess zufolge Straßentests mit dem Demonstrator in einem Serien-Pkw.

Die Batterien von Elektrofahrzeugen sind generell gerade ein wichtiger Entwicklungsschwerpunkt für die Kunststoffhersteller. Eine große Rolle spielt dabei auch der Schutz vor einem thermischen Durchgehen (engl. Thermal Runaway). Ist dieser nicht gewährleistet, kann es zu einem Brand kommen. Um den Insassen in einem solchen Fall ausreichend Zeit zur Flucht zu geben, sind Materialien notwendig, die sehr hohen Temperaturen lange widerstehen und die einen Temperaturtransfer durch das Material verhindern.

Wacker hat dafür eine Silikonelastomermischung vorgestellt. Sie wird auf die Innenseite des Batteriegehäuses aufgetragen. Bei entsprechender Temperatureinwirkung keramisiert sie und bildet dadurch eine Schutzschicht gegen Hitze. Diese soll auch als nur wenige Millimeter dicke Schicht Temperaturen von über 1000 °C widerstehen.

Eine große Veränderung für die Fahrzeugherstellung könnte eine von Asahi Kasei gezeigte Technologie bringen. Der japanische Chemiekonzern stellte eine Hartbeschichtungstechnologie für Polycarbonat (PC) vor. Diese erhöht die Kratzfestigkeit des Polymers, wodurch es sich als Material für Windschutzscheiben von Fahrzeugen eignet. Damit behandeltes PC erreicht dem Unternehmen zufolge die von der Verordnung UN ECE R43 geforderte Abriebfestigkeit und Witterungsbeständigkeit für Sicherheitsglas in Fahrzeugen. Dadurch könnte es künftig Glas bei Autofenstern ersetzen. Asahi Kasei hat die Technologie in sein auf der Messe vorgestelltes Konzeptfahrzeug integriert (Titelbild). Die großflächige transparente Kuppel des Fahrzeugs ist aus einem entsprechend beschichteten PC gefertigt (Bild 4).

Das Bauteil greift ebenfalls den Nachhaltigkeitsgedanken auf. Als Rohstoff für das PC diente nämlich CO2. Das entsprechende Produktionsverfahren stammt ebenfalls vom dem japanischen Konzern und ist mittlerweile bereits seit 20 Jahren marktreif. Die Japaner waren eigenen Angaben zufolge damit das erste Unternehmen, das eine entsprechende Technologie anbot. Asahi Kasei nutzt sie nicht selbst, sondern lizenziert sie an andere Unternehmen. Weltweit werden laut dem Chemiekonzern mittlerweile 15 % des PC auf diese Weise hergestellt.

Ein weiteres Konzeptfahrzeug hatten kurz vor der Messe der französische Autobauer Citroën und BASF vorgestellt. Mit der „Oli“ genannten Designstudie möchten die beiden Anstöße für eine nachhaltigere und gleichzeitig erschwingliche Mobilität geben. Im Mittelpunkt des Fahrzeugs steht deshalb auch die Reduktion von nicht essenziellen Teilen und Funktionen. Dadurch sollen Gewicht und Ressourcen eingespart werden. Beispielsweise fehlt ein Entertainment- und Navigationssystem. Für beides sollen künftig die Smartphones der Insassen und mobile Boxen genutzt werden. Eine von Automobilfans kontrovers diskutierte Entscheidung dürfte die Drosselung der Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeugs auf 110 km/h sein. Das soll die Reichweite des E-Autos erhöhen.

Das komplette Konzeptfahrzeug konnten die Besucher der K leider nicht live erleben. Es befand sich während der Messe auf dem gleichzeitig stattfindenden Pariser Autosalon. Das Konzept dahinter war aber gut an dem am Stand von BASF ausgestellten Sitz zu sehen (Bild 5). Dieser wurde komplett 3D-gedruckt. Seine offene Gitterstruktur soll für die Belüftung sorgen, wodurch Ventilatoren entfallen können. Er ist komplett aus einem thermoplastischen Polyurethan (TPU) hergestellt. Dieser Monomaterialansatz soll das Recycling erleichtern und wurde auch bei anderen Teilen des Fahrzeugs verwendet.

Funktionsintegration durch  Schichtaufbau

Verschiedene Trends im Automobilinnenraum vereinte ein Bauteil am Stand von Covestro. Die Oberfläche des Verkleidungsteils besteht aus Echtholz. Naturmaterialien sind dem Kunststoffhersteller zufolge im Interieur gerade sehr beliebt. Breit nachgefragt werden außerdem ansprechende Lichtdesigns, die direkt in Bauteile integriert sind und als Ambientebeleuchtung fungieren. Wichtig ist dabei, dass Lichtquellen wie LEDs nur im eingeschalteten Zustand sichtbar und ansonsten nicht wahrnehmbar sind, ähnlich dem Black-Panel-Effekt bei Displays. Die Integration der Steuerung für die Lichteffekte und weiterer Funktionen in das Bauteil ist ebenfalls gewünscht.

Umgesetzt wird das bei dem gezeigten Bauteil durch einen Schichtaufbau. Für die Realisierung der Hinterleuchtung kommt unter der Naturholzoberfläche eine Lage aus Makroblend OM, einem glasfaserverstärkten PC-Blend, zum Einsatz. Das Material ist transparent und somit lichtdurchlässig und verfügt über die notwendige Steifigkeit und Dehnbarkeit. Der Touch und weitere Bedienfunktionen werden über eine dahinterliegende Folie mit integrierter Elektronik umgesetzt. Den Abschluss bildet eine Schicht aus einem glasfaserverstärkten PC+ABS-Blend. Trotz der vielen integrierten Funktionen ist das Bauteil nur 7 mm dick.

Black-Panel-Effekte sind nicht nur für Displays und die Innenraumbeleuchtung interessant. Im Exterieur lassen sich damit etwa Heckleuchten konstruieren, die im ausgeschalteten Zustand nahtlos in die Karosserie integriert und erst eingeschaltet sichtbar sind. Für die Umsetzung bieten sich neutralgrau eingefärbte Materialien an. Der Kunststoffhersteller Röhm stellte auf der Messe eine Polymethylmethacrylat-Formmasse (PMMA) vor, die speziell für solche Heckleuchten ausgelegt ist. Das Besondere an ihr ist die erhöhte Durchlässigkeit für rotes Licht (Bild 6). Dadurch können Automobilhersteller und Zulieferer rote Leuchten mit weniger LEDs oder mit Lichtquellen geringerer Lichtstärke umsetzen, was Kosten sowie den Energie- und Ressourcenverbrauch reduziert.

Wie sich der CO2-Fußabdruck von Automobilkomponenten verringern lässt, war an einem Exponat am Stand von BASF zu sehen. Der in passendem Grün ausgeführte Türgriff (Bild 7) besteht aus einem glasfaserverstärkten PA6. Für die Herstellung nutzt der Chemiekonzern Pyrolyseöl aus chemisch recycelten Altreifen sowie Biomethan aus Abfällen der Landwirtschaft und Lebensmittelindustrie. Beide Rohstoffe werden in die Produktion von BASF eingespeist und anschließend nach dem Massebilanzansatz dem PA6 zugeordnet. Die Produktion ist nach dem REDcert2-Schema zertifiziert. Hersteller des Türgriffs ist der Automobilzulieferer Witte Automotive. Das Exterieurbauteil wird künftig serienmäßig in verschiedenen Modellen der S-Klasse von Mercedes Benz und dem Elektroauto EQE des Autobauers verbaut.

LANXESS Deutschland GmbH  

Wacker Chemie AG  

https://www.wacker.com

Akro-Plastic GmbH  

https://www.akro-plastic.com

EMS-CHEMIE AG  

https://www.ems-group.com

Röhm GmbH  

https://www.roehm.biz

BASF SE  

https://www.basf.com

Covestro AG  

https://www.covestro.com

Asahi Kasei Europe GmbH  

https://www.asahi-kasei.eu

Ausgabenartikel KU12-22

Bild 6. Heckleuchten mit geringerem Ressourcen- und Energieverbrauch ermöglicht ein PMMA von Röhm. Das Material ist durchlässiger für rotes Licht, weshalb die Leuchten mit weniger und lichtschwächeren LEDs konstruiert werden können. 

Bild 7. Reifen zu Türgriffen – das für das Bauteil der Mercedes Benz S-Klasse verwendete PA6 wird unter anderem aus Pyrolyseöl aus chemisch recycelten Altreifen hergestellt.

Der japanische Chemiekonzern Asahi Kasei zeigte ein Konzeptfahrzeug auf der K 2022. Besonders die Kuppel könnte künftig einige Veränderungen bei Automobilen anstoßen.

Bild 1. Sieben auf einen Streich – Das Steuermodul von Haldex Brake Products vereint insgesamt sieben Module in einem Bauteil.

Bild 2. Spannend bei dem Bremsscheibenschutz ist sowohl das Produktionsverfahren als auch das verwendete Material: Das genutzte Fügeverfahren ermöglicht die stoffschlüssige Verbindung von Duro- und Thermoplasten. Bei dem verwendeten Thermoplast handelt es sich um ein biobasiertes PA von Akro-Plastic. 

Bild 3. Der Batteriedemonstrator ist an den Akku des ID.3 angelehnt. Das Gehäuse wurde in einem einstufigen Prozess komplett aus Kunststoff gefertigt. Zum Schutz wurde es an verschiedenen Stellen mit einem endlosfaserverstärkten Composite verstärkt.

Bild 4. Die Haube des Konzeptfahrzeugs von Asahi Kasei besteht aus PC. Die dafür entwickelte Beschichtung erhöht die Kratzfestigkeit und Beständigkeit, wodurch das Polymer die für Windschutzscheiben notwendigen Anforderungen erfüllt.

Bild 5. Die Fahrzeugstudie Oli von Citroën und BASF soll zeigen, wie Elektroautos künftig nachhaltiger und erschwinglicher werden können. Um die Recyclingfähigkeit zu verbessern, besteht etwa der Sitz komplett aus einem Monomaterial.