Alle 59 Kunststoffverkleidungsteile des Elektrofahrzeugs e.GO Life wurden aus Kunststoffhalbzeugen sehr wirtschaftlich thermogeformt. (Bildquelle: Parat)

Alle 59 Kunststoffverkleidungsteile des Elektrofahrzeugs e.GO Life wurden aus Kunststoffhalbzeugen sehr wirtschaftlich thermogeformt. (Bildquelle: Parat)

Der Systemlieferant Parat, Neureichenau, fertigt unter anderem für das e.GO Life-Elektrofahrzeug Karosserieverkleidungsbauteile im Tiefziehverfahren. Die Bauteile für das Elektrofahrzeug müssen rund dreißig Normen erfüllen, um Eigenschaften wie Glanzgrade, UV- und chemische Beständigkeit, Farbqualität und Waschstraßenechtheit sicherzustellen. Hinzu kommen noch vielfältige Belastungsprüfungen mit unterschiedlichen Schmier- und Betriebsstoffen sowie weiteren Substanzen, denen Fahrzeuge täglich ausgesetzt werden. Für Nutzfahrzeuge gelten hier fast dieselben strengen Qualitätsstandards wie für Automotivzulieferer. Unter anderem sind diese Anforderungen ausschlaggebend dafür, dass das Unternehmen seit über 20 Jahren auf die Kunststofffolien und -platten sowie das Prozess-Know-how der Senoplast, Piesendorf, Österreich, setzt.

Beständige Außenhaut zu überschaubarem Preis

Parat fertigt alle 59 Kunststoffverkleidungsteile der Karosserie. Ziel des Projekts war eine beständige Außenhaut für das Fahrzeug zu einem kostengünstigen Preis zu entwickeln. Dazu kamen Herausforderungen wie spezielle Farbspezifikationen, Temperaturfestigkeit und sehr hohe Oberflächenqualität. Nach Tests und einer Machbarkeitsstudie entwickelte der Zulieferer gemeinsam mit dem Hersteller e.GO Mobile, Aachen, die Außenhaut des Fahrzeugs.

Prinzipiell bietet der eingesetzte Kunststoff mit einer Dichte von etwa 1 kg/dm³ im Vergleich zu Stahl mit 7,8 kg/dm³ einen deutlichen Dichtevorteil zum Einsparen von Gewicht. Gewichtsminimierung ist immer wieder eine wesentliche Forderung, insbesondere bei Elektrofahrzeugen. Das Verhältnis von konstruktiv erforderlichen Wandstärken zur Werkstoffdichte von tiefgezogenen Kunststoffbauteilen im Vergleich zu Verkleidungen aus Metall ergibt ein theoretisches Potential zur Gewichtshalbierung. Inwieweit dieses ausgeschöpft werden, kann liegt im Wesentlichen an der Fahrzeugkonstruktion.

Mit einer Rahmenkonstruktion aus Aluminium mit angehängten Verkleidungselementen aus Kunststoff können die anspruchsvollsten Gewichtsziele erreicht werden und dies bei sehr attraktiven Bauteil- und Werkzeugkosten. Es ist also der kostengünstige Leichtbau, der den Einsatz von tiefgezogenen Verkleidungen aus coextrudierter Plattenware so attraktiv macht, nicht das reine Gewichtseinsparpotential im Vergleich zu Verkleidungen aus Metall.

Die tiefgezogene Kunststoffkarosserie ist nicht nur leichter, sondern bei den geplanten Jahresstückzahlen über den Zeitraum der gesamten Produktionsdauer (5 bis 6 Jahre, „lifetime“ Produktion) auch kostengünstiger als die konventionelle Blechbauweise. Je nach Bauteil kosten die Thermoformwerkzeuge nur rund 3 bis 5 Prozent im Vergleich zu Blechumformwerkzeugen und circa 10 bis 20 Prozent im Vergleich zu Spritzgießwerkzeugen.

Beschichtung inklusive

Eine Seitenwand des Elektrofahrzeugs aus tiefgezogenen und zweischaligen Kunststoffplatten mit Versteifungsrippen. Die Elastizität der verwendeten ABS-PMMA-Platten verzeiht Bagatellschäden wie etwa Parkrempler ohne bleibende Verformung (Bildquelle: Parat)

Eine Seitenwand des Elektrofahrzeugs aus tiefgezogenen und zweischaligen Kunststoffplatten mit Versteifungsrippen. Die Elastizität der verwendeten ABS-PMMA-Platten verzeiht Bagatellschäden wie etwa Parkrempler ohne bleibende Verformung (Bildquelle: Parat)

Zusätzlich entfällt beim Einsatz des Tiefziehprozesses ein aufwendiger nachträglicher Grundierungsprozess von Stahlbauteilen sowie ein ebenfalls sehr energieintensiver Lackierprozess bei Stahl oder Spritzgussbauteilen. Aus diesem Grund bieten lackierte Spritzgussbauteile auch keinen großen Vorteil bei den eigentlichen Bauteilkosten. Der Breakeven für den Einsatz der Spritzgusstechnologie liegt bei einer Produktionsdauer des Fahrzeuges von rund 5 bis 6 Jahren deutlich über 20.000 Fahrzeugen pro Jahr. Im Vergleich zur Stahlblechbauweise sicherlich deutlich über 40.000 Fahrzeugen pro Jahr.

In dem Thermoformprozess wurden coextrudierte Kunststoffplatten der Marke Senosan aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) und Polymethylmethacrylat (PMMA)-Schichten eingesetzt. Sie sind UV-beständig, bieten eine Class-A-Oberfläche und sind reparaturfreundlich sowie recyclingfähig. Kunststoffe können vergleichsweise einfach umgeformt werden. Eine zweischalige Ausführung mit Versteifungsstrukturen führt zu deutlich höheren Steifigkeiten. Die Elastizität der verwendeten ABS-PMMA-Platten verzeiht Bagatellschäden wie etwa Parkrempler ohne bleibende Verformung. Das Thermoformen eignet sich ideal für die Stückzahlen des e.GO Life.

Die Beplankung aus Kunststoff ist kratzfest, farbecht und zeigt optische Tiefenwirkung. Die Kunststoffbauteile für die Karosserie sind in metallischen Farbtönen durchgefärbt und werden mit dem tragenden Aluminium Profilrahmen verklebt, verschraubt und per Clips befestigt. Unterschiedliche konstruktive Befestigungslösungen wurden entwickelt, um Festigkeit, Toleranzen zum Aluminium- und Stahlrahmen, Crashfestigkeit, Abdichtungen und den Fußgängerschutz zu verbessern. Im Schadensfall sind die Bauteile einfach austauschbar.

Kühlerblende in Piano Black

Neben Automotive- und Caravan-Bauteilen fertigt der Halbzeugverarbeiter auch Verkleidungsteile für Nutzfahrzeuge und Landmaschinen sowie Motorenabdeckungen für Baumaschinen. Ein Beispiel dafür ist die Kühlerblende eines LKWs aus Senosan-Kunststoff in glänzender Piano-Black-Optik. Bei den Verkleidungen für Traktoren hingegen sind neben hoher Oberflächengüte auch Temperatur- und chemische Beständigkeit besonders wichtig. Für die Motorhauben etwa kommen wärmeformbeständige Platten von Senoplast zum Einsatz, die von Parat mit einem Glasfaser-Polyurethanschaum-Gemisch verstärkt werden. Im Bereich der Baumaschinen wiederum sind mechanische Festigkeit, Kratzfestigkeit, Korrosionsschutz und Reparaturfreundlichkeit gefragt. Im Vergleich zu lackiertem Metall ist Kunststoff hier elastischer und robuster. Senoplast verfügt über eine hohe Prozessexpertise und Erfahrung in der Farbnachstellung beziehungsweise der Nachbildung von Lackmustern in Kunststoff. Beim Verarbeiten von hochglänzender Plattenware müssen spezielle Prozessparameter und Prozessschritte eingehalten werden. Die Oberflächen der Tiefziehwerkzeuge werden mit Glasperlen gestrahlt. Die Extrusionsrichtung der Platten muss bei der Positionierung in der Tiefziehmaschine beachtet werden, insbesondere für im Einbauzustand aneinander angrenzende Verkleidungselemente.

Sauberkeit ist wichtig

Bei besonders hohen Anforderungen an die Oberflächenqualität wird im Quasi-Reinraum thermogeformt. Beim Erhitzen der Plattenware ist auf eine an die Bauteilgeometrie angepasste Temperaturverteilung zu achten. Hiermit werden auch in kritischen Zonen ausreichend dicke Restwandstärken realisiert, um Durchscheineffekte zu vermeiden und um ein gleichförmiges Farbbild zu gewährleisten. Am Bauteil können minimale Radien von etwa 1 mm geformt werden. Auch Niederhalter und Stempel kommen als Formhilfen zum Einsatz. Als gemeinsame Partner können der Anbieter von Platten und Folien und der Kunststoffverarbeiter ihre Einsatzfelder erweitern sowie neue Möglichkeiten und Anwender erschließen.

Immer wieder stellt sich die Frage der Bauteilkosten im Vergleich zu Lösungen aus Metall. Lackierte Blechbauteile besitzen beim reinen Teilepreis höchstwahrscheinlich einen Vorteil. Dies sicherlich aber auch nur aufgrund der aufwendigen Automatisation der Produktionsstraßen, der kostenintensiven, notwendigen Korrosionsschutzprozesse für Metalle und der enorm hohen Werkzeugkosten. Ein zahlenmäßiges Bewerten ist schwierig und hängt auch von der jeweiligen installierten Produktionsumgebung ab. Der reine Bauteilpreisunterschied ist aber heutzutage nicht mehr so groß. Wird von einem Kostennachteil der tiefgezogenen Kunststoffbauteile von 20 Prozent im Vergleich zu den reinen Bauteilpreisen für metallische Außenhautelemente ausgegangen, besitzen die Lösungen aus tiefgezogenen Kunststoffen aufgrund ihrer deutlich geringeren Werkzeugkosten bis zu einem Jahresproduktionsvolumen von mindestens 20.000 Fahrzeugen pro Jahr einen Gesamtkostenvorteil. Die Gesamtkostensetzen sich zusammen aus Bauteilkosten und Investitionskosten für Werkzeuge. Ist der Kostennachteil geringer, erhöht sich die entsprechende Gewinnschwellen-Stückzahl für die Lösungen aus Metall.

Metallbauteile müssen, wie bereits erwähnt, lackiert werden. Es ist demnach auch entscheidend, welche installierte Lackierkapazität vorhanden ist. Muss noch in Lackieranlagen investiert werden, lohnt sich solch eine Investition für die Stückzahl von etwa 500.000 über die Laufzeit höchstwahrscheinlich nicht.

Über die Autoren

Frank Peters

ist Vorsitzender der Geschäftsführung der Parat in Neureichenau.

Georg Dutzi

ist Inhaber der Agentur Press’n’Relations Austria in Wien, Österreich.