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26.04.2012

Automobiler Leichtbau mit Kunststoffen

VDI-Automobilkongress

In Mannheim zeigte die Automobilbranche auf der VDI-Veranstaltung, dass die Ansprüche an die Mobilität der Zukunft groß sind: Das nachhaltige Fahren steht noch vor zahlreichen Herausforderungen. Um Elektromobilität umzusetzen und den CO2-Ausstoß zu reduzieren, ist nicht nur die Betrachtung der Antriebslösung wichtig. Eine bedeutende Rolle spielen innovative Werkstoffe und Konzepte für den automobilen Leichtbau. Kunststoffe stehen hierbei besonders im Fokus.

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Mit den Technologien rund um den automobilen Leichtbau sei die deutsche Automobilindustrie gut unterwegs, sagte Professor Dr. Rudolf Stauber, Chairman des internationalen Kongresses „Kunststoffe im Automobilbau" in Mannheim bei der Eröffnung des traditionellen VDI-Wissensforums im Kongresszentrum Rosengarten. Rund 1.400 Teilnehmer aus elf Nationen informierten sich über die aktuellen Trends im Automobilbau. Erstmals griff der Veranstalter den übergreifenden Schwerpunkt Licht-Design mit auf, jedoch kristallisierte sich in den Vorträgen und bei den Gesprächen mit den Ausstellern klar das Thema Leichtbau heraus. Insbesondere der Werkstoff CFK scheint seinen unaufhaltsamen Einzug in die automobile Fertigung der Zukunft gefunden haben. Zusammen mit technischen Kunststoffen und Aluminium sollen die Faserwerkstoffe dafür sorgen, dass die Modelle immer leichter werden und der CO2-Ausstoß dadurch geringer wird. Dass solche Vorhaben keine Fantastereien mehr sind, zeigten Aussteller wie VW mit dem ausgestellten CFK-Monococque für den neuen XL1, das gerade einmal 110 kg wiegt.


Auch BMW präsentierte eine Fahrgastzelle aus Aluminium und CFK. Dieses Bauteil soll im neuen BMW i3 verbaut werden und im nächsten Jahr bereits in Großserie auf den Straßen unterwegs sein.

„Weniger Masse ist spürbar", sagt Heinrich Timm, Technologie Netzwerke Audi. Für Audi hat Leichtbau schon seit über zwanzig Jahren eine strategische Bedeutung. „Der Entwicklungstrend im wirtschaftlichen Leichtbau liegt in Materialhybrid-Konzepten. Das Know-how, die Stärken jeder Materialgruppe funktionsabhängig am richtigen Platz zu nutzen, bringt den Vorsprung", sagt dazu Timm. Überlagert werde der Leichtbautrend von den Herausforderungen der Elektromobilität. Die Integration der Elektroantriebe mit allen Zusatzkomponenten führe zu neuen Packagekonzepten und zu veränderten Karosserie-Strukturen.

Multi-Material-Systeme

Auch Professor Dr. Lutz Eckstein, Leiter des Instituts für Kraftfahrzeuge, Universität RWTH Aachen, spricht dem nachhaltigen Leichtbau eine tragende Rolle zu. Während man Kunststoffe als Strukturwerkstoffe heute vorzugsweise in Supersportwagen in Form von CFK einsetzt, werden ihre maßgeschneiderten Eigenschaften zukünftig auch im Volumensegment in vielfältiger Form zum Tragen kommen: Das Spektrum reicht von Crashabsorbern und lokalen Verstärkungen herkömmlicher Fahrzeugstrukturen bis hin zu hochbelasteten Strukturelementen und innovativen Energiespeicher-Konzepten. Das Institut für Kraftfahrzeuge der RWTH Aachen forscht gemeinsam mit renommierten Partnern aus unterschiedlichen Branchen in allen Potenzialfeldern. „Als aktiver Partner in mehreren wissenschaftlichen Netzwerken mit unterschiedlichem werkstofflichem Fokus erforschen wir seit vielen Jahren innovative Leichtbau-Konzepte", erklärt Professor Eckstein.

Dr. Willy Hoven-Nievelstein, Senior Vice President Engineering Plastics Europe, BASF, misst faserverstärkten Bauteilen eine wachsende Bedeutung bei: „Wenn mit den bestehenden Kunststoffen unter gegebenem Kostendruck die Potenziale zur Metallsubstitution erschöpft sind, die Notwendigkeit zur weiteren Gewichtsreduktion durch den Gesetzgeber und die Umweltbehörden aber besteht, dann muss die Industrie neue Wege beschreiten. Hierfür bieten sich, nachdem kurzglasfaser-verstärkte Kunststoffe auf ihrer Entwicklungskurve schon weit sind, lang- und endlosfaser-verstärkte Werkstoffe an."
So werden in Kürze Hybride der ganz neuen Art entstehen: Getränkte Fasermatten unterschiedlicher Web- oder Gelegeart, die mit kurzglasfaser-verstärten Kunststoffen umspritzt werden, unidirektionale Tapes individuell an hochbelasteten Stellen konventionell gefertigter Bauteile, Glasfaser-, Carbonfaser- und Stahlseil-Verstärkungen in punktuellem Einsatz. Das wird dazu führen, dass die Kunststoff-Bauteile komplexer, aber auch leistungsfähiger und individueller auf ihre Anforderungen zugeschnitten sind. Es wird nicht um eine Kunststofflösung, sondern um Kunststoff-Lösungssysteme, also um Multi-Material-Systeme gehen.

„In diesem Kontext ist dann auch die Recycling-Diskussion wieder aufzunehmen", sagt Dr. Hoven-Nievelstein. „Rohstoff-Überlegungen und Entsorgungsoptionen sollten nicht den Blick für komplette Lebenszyklus-Betrachtungen verstellen. Solche Ökoeffizienz-Analysen zeigen, dass die Gewichtsersparnis durch ein Kunststoffbauteil während mehrerer 100.000 Kilometer Fahrleistung eines Automobils in den meisten Fällen deutlich mehr zählt als der Einsatz eines nachwachsenden Rohstoffs oder ein werkstoffliches Bauteilrecycling." Aus Sicht der BASF wird der Kunststoffanteil im Fahrzeug weiter steigen, selbst wenn einzelne Module - wie zum Beispiel das klassische Saugrohr - im Laufe ihrer Weiterentwicklung immer leichter werden und damit rein rechnerisch anteilmäßig am Gesamtgewicht verlieren. Die vielen neuen Entwicklungen sprechen für sich: Dazu zählen beispielsweise ganz aktuell Organoblech-Sitzschalen, die gegenüber einer Vorgängerlösung aus Kunststoff nochmals fast 50 Prozent leichter geworden sind. Dr. Hoven-Nievelstein wagt aus Sicht des Rohstoffherstellers eine starke Prognose und geht von einem Kunststoff-Anteil im Automobil von 25 Prozent bis 2020 aus - ein aktueller VW Golf besteht jetzt schon aus rund 19 Prozent Kunststoff.

Leichtbaupotenzial gemeinsam heben

Nur mit leichten, aber anspruchsvollen Hochleistungsfaserverbund-Bauteilen und den dazu gehörigen Composite-Materialien lässt sich noch mehr Gewicht einsparen und somit, unabhängig vom Antrieb des Fahrzeugs, der Energieverbrauch weiter vermindern. Rohstoffhersteller, Zulieferer und OEMs müssen sich diese Kompetenzen gemeinsam erarbeiten, um das ganze darin enthaltene Potenzial auszuschöpfen. Ohne solche Multimaterial-Systeme wird der nächste große Sprung im automobilen Leichtbau nicht möglich sein.

 

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