Die Elektromobilität hat kräftig an Fahrt aufgenommen und mit ihr die Kunststoffbranche. In den kommenden Jahren werden vermehrt Elektroautos deutscher Hersteller in Serie auf den Markt kommen. Audi plant beispielsweise für 2012 die Einführung seines Sportmodells „E-tron“. Auch das Modell „UP“ von Volkswagen soll 2013 vom Band rollen.

Seit längerer Zeit testet die Automobilbranche auch Prototypen mit Brennstoffzellentechnologie. Basis für beide Entwicklungen sind leistungsstarke Materialien wie Hochleistungskunststoffe. Durch ihre speziellen Eigenschaften und ihre flexiblen Einsatzmöglichkeiten im Fahrzeugbereich treiben sie Forschung und Entwicklung voran. Beim E-Auto etwa führen sie zur Lösung eines grundsätzlichen Problems: dem hohen Gewicht von Fahrzeug und Antrieb. Das verringert die Leistung des Akkumulators und damit auch die Reichweite. Konstrukteure des schweizerischen Autoentwicklers Rinspeed haben jetzt die Akkuleistung ihres Konzeptautos „UC?“ unter anderem mit leichten Bauteilen aus dem langfaserverstärkten Thermoplast Celstran LFT von Ticona optimiert. Der kleine Stadtflitzer erzielt mit einer Stromladung eine für Elektroautos übliche Reichweite.

Effizienz durch leichte Bauteile steigern

Langfaserverstärkte Thermoplaste (LFT) wie Celstran und auch Factor sparen durch spezielle Matrixmaterialien – meist Polypropylen oder Polyamid – Gewicht ein. Gleichzeitig bietet das Faserskelett eine hohe Stabilität. Im Stadtpendler „UC?“ sichert der LFT unter der Motorhaube in der Trägerstruktur des Akkus den Halt der schweren Batterie. Den hohen Temperaturen und Belastungen in Motornähe hält der Kunststoff stand. Bei der Aufhängung der Batterie kommt ein weiterer Vorteil zum Tragen: Die Energieaufnahmefähigkeit des LFT schützt die Batterie bei Erschütterun-gen und Schlägen. Als Sandwichplatte mit einem Polypropylen-Wabenkern sorgt das Polymer im Kofferraum für mehr Stabilität und Leichtigkeit. Beide LFT-Typen eignen sich zudem für das Herstellen von Bodenplatten und Instrumententafeln.

Neben den LFT-Typen erschließen aber auch andere Polymere des Herstellers Potenzial für Leichtbaukonstruktionen bei Elektroautos. Hostaform POM etwa ist aufgrund seiner Eigenschaftenwie einem verbesserten Gleitverhalten oder UV-Beständigkeit gut für das Herstellen mechanischer Bauteile geeignet. GUR UHMW-PE hat ein geringes Gewicht und lässt sich mittels Gel-Verfahren beispielsweise in Batterieseparatoren für den Elektromotor verbauen. Für das flüssigkristalline Vectra LCPwären Aktuatoren ebenso wie Konnektoren, Funktionsteile für Hochspannungsanwendungen oder Bauteile inder Beleuchtung geeignete Anwendungsgebiete.

Kraftvoller Antrieb und hohe Reichweite bei Brennstoffzellen

Im Vergleich zu reinen Elektroautos haben Brennstoffzellenfahrzeuge einen entscheidenden Vorteil: Sie erzielen eine höhere Reichweite. Damit könnten sie zur Konkurrenz für herkömmliche Verbrennungsmotoren werden. Noch testen die meisten Automobilhersteller sie in verschiedenen Prototypen. Bei Mercedes Benz jedoch rollt noch in diesem Jahr der neue „F-Cell“ mit Wasserstoffantrieb vom Band. Das Modell wird zunächst in Kleinserie produziert.

Technische Kunststoffe tragen auch bei dieser Form der Energiegewinnung zu verbesserter Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit bei. Sie widerstehen den aggressiven Medien, die in der Zelle wirken – insbesondere Wasserstoff oder kohlendioxidhaltigem Reformatgas. Aufgrund ihrer hohen Reinheit und des Verzichts auf spezielle Zusatzstoffe sind Verunreinigungen von Medien in der Brennstoffzelle durch Additive ausgeschlossen. Zudem sind sie korrosionsbeständig und bleiben bei hohen Temperaturen, die in der Brennstoffzelle herrschen, formstabil. In dem „Stapel“, der aus mehreren Zellen zusammengeschaltet ist, dienen Fortron PPS und Vectra LCP als Matrix für die Bipolarplatten, den Elektroden der Brennstoffzelle. Dort ersetzt der Werkstoff herkömmliche Materialien wie goldbeschichteten Edelstahl, Aluminium, Graphit oder Duroplast-Graphit-Mischungen. Das spart Gewicht und Kosten.
Die Bipolarplatten lassen sich im einfachen Spritzgussverfahren herstellen und bedürfen keiner Nachbearbeitung. Die Endplatten, die zur mechanischen Kompression des Stapels benötigt werden, sind ebenfalls aus verstärktem PPS. Andere Bauteile bestehen aus Hostaform POM, beispielsweise die zum thermischen und elektrischen Isolieren notwendigen Isolationsplatten oder die in den Endplatten eingelassenen Gasanschlüsse.

Welcher Antrieb wird künftig Menschen mobilisieren?

Im Moment scheint es so, als hätte der Elektroantrieb die Nase vorn. Immer mehr Hersteller bringen entsprechende Modelle auf den Markt. Welche Technologie sich aber letztendlich durchsetzt, hängt von verschiedenen Faktoren ab, beispielsweise Wirtschaftlichkeit, technische Leistungsfähigkeit oder weitereEntwicklungssprünge. Daher arbeiten die Polymer-Experten des Kunststoff-herstellers an innovativen Lösungen – auf Augenhöhe mit der Automobilin-dustrie.

Erhöhte Marktchancen
Kunststoffe im Automobilbau

Der Einsatz von Kunststoffen kann die Ökobilanz von Automobilen verbessern. Dies ist jedoch nicht der einzige Zusammenhang zwischen Elektromobilität und Kunststoffindustrie. Einerseits verringert der Einsatz leichter Kunststoffe CO2-Emissionen der Fahrzeuge. Denn künftig lassen sich tragende Strukturen durch Hybridbaugruppen oder Faserverbundkunststoff-Konstruktionen ersetzen. Diese Perspektive wird den Kunststoffmaschinenbau beeinflussen. Andererseits weisen nach neuesten Forschungen beispielsweise Biopolymere, die im Automobilbau zum Einsatz kommen, oftmals bessere Materialeigenschaften auf, als bisher verwendete Kunststoffe. Bei immer strenger werdenden Umweltgesetzen und dem gleichzeitig steigenden Mobilitätsbedürfnis der Menschen entstehen somit Herausforderungen und Chancen für Neu- und Weiterentwicklungen.

 

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Über den Autor

Henning Küll, Leiter Unternehmenskommunikation, Ticona