Autos bestehen heute zu 12 bis 15 Prozent aus Kunststoffteilen. Der GKV schätzt, dass 100 Kilogramm Kunststoff etwa 200 bis 300 Kilogramm herkömmlicher Werkstoffe ersetzen. Und obwohl immer mehr Kunststoffe zum Einsatz kommen, werden Autos immer schwerer. Ein VW Golf I wog noch rund 900 Kilogramm, ein heutiger Golf kommt leicht über 1.400 Kilogramm. Steigendes Gewicht bedeutet tendenziell steigenden Kraftstoffverbrauch und damit mehr Emissionen. Deshalb gilt dem Fahrzeuggewicht ein Hauptaugenmerk. Gewichtsreduktion wirkt sich auf den Kraftstoffverbrauch aus, und senkt einerseits Kraftstoffkosten und vermindert andererseits die Emission von Co². Wie sieht die Bilanz unter Einsatz von Kunststoffen aus?
Unterstellt man ein Gewicht eines durchschnittlichen Mittelkassewagens von 1.400 Kilogramm und einen Kunststoffanteil von 15 Prozent, so beträgt das Kunststoffgewicht etwa 210 Kilogramm. 100 Kilogramm Kunststoffe ersparen nach Angaben des GKV bei einer Gesamtlaufleistung von 150.000 Kilometern des Wagens über seinen gesamten Lebenszyklus etwa 750 Liter Kraftstoff. Bei 210 Kilogramm Kunststoff ergibt sich somit eine Ersparnis von 1.575 Litern gegenüber einem Wagen ohne Kunststoffe, was bei einem angenommenen Kraftstoffpreis von 1,50 Euro einer Senkung der Kraftstoffkosten um 2.363 Euro entspricht. Steigt der Kunststoffanteil um fünf Prozentpunkte auf 20 Prozent und damit auf 280 Kilogramm, ein Ziel, welches Experten bis 2015 durchaus für möglich halten, so werden insgesamt 2.100 Liter eingespart.
Die Treibstoffkosten wären um 3.150 Euro niedriger als bei einem Modell ohne Kunststoffteile. Das entspricht einer zusätzlichen Ersparnis von 1.050 Euro im Vergleich zum Modell mit nur 15 Prozent Kunststoffanteil. Gegenüber einem herkömmlichen Fahrzeug sind der Co²-Emmissionen um 37 Kilogramm niedriger, bei einem Kunststoffanteil von 20 Prozent sogar um 49 Kilogramm, was einer zusätzlichen Reduktion der Emissionen um 12 Kilogramm entspricht.
Diese Reduktion der Co²-Emissionen können wir als primären Effekt bezeichnen. Daneben gibt es durch Verwendung von Kunststoffen auch einen sekundären Einspareffekt: Der Energiebedarf bei der Herstellung von Stahl oder Aluminiumteilen liegt um ein Vielfaches höher als der Energieaufwand bei der Fabrikation von Kunststoffteilen. Um einen Liter Aluminium zu gießen braucht man etwa 15 Liter Öl, für das gleiche Volumen Kunststoff wird mit zwei Litern nur ein Bruchteil benötigt. Angesichts dieser Argumente ist es kein Wunder, dass der Kunststoffeinsatz ständig zunimmt.
Der Markt für Kunststoffteile
Von 1978 hat die inländische Produktion von Personenkraftwagen seit 1978 von etwa 3,9 Millionen bis 2008 (vor der jüngsten Krise) auf etwa 5,5 Millionen um etwa 42 Prozent zugenommen (2). Die Produktion von technischen Teilen für Straßenfahrzeuge ist im selben Zeitraum schier explodiert: 1978 wurden Teile mit einem Gesamtgewicht 63 Tausend Tonnen erzeugt, 2008 waren es elfeinhalb mal so viele, was einer Zunahme von 1.158?% Prozent entspricht. Besonders stark ist der Anstieg nach der Jahrtausendwende. Bei im wesentlichen stagnierender PKW-Produktion nahm die Herstellung von technischen Teilen für Straßenfahrzeuge weiter kräftig zu. Zum Teil liegt das daran, dass die Hersteller dieser Teile zunehmend Exporterfolge erzielen konnten. Zum anderen drückt sich darin aber die Tatsache aus, dass sich für Kunststoffteile immer neue Anwendungsmöglichkeiten erschließen. Der technische Fortschritt war in den letzten Jahren hier besonders groß. Er wurde wiederum beflügelt durch die Notwendigkeit, Gewichtsreduktionen und damit Kraftstoffeinsparungen zu erzielen. Die Forschungsanstrengungen wurden intensiviert, neue Anwendungsfelder wurden systematisch erschlossen, und das Resultat zeigt sich dann in den stark zunehmenden Produktionsmengen.
Zunehmende Abhängigkeit vom Auto
Die rasanten Produktionssteigerungen bei Kunststoffteilen für den Automobilbau haben dramatische Folgen. Entfielen 1980 nur 4?% des Produktionswertes bei Kunststoffwaren auf Kfz-Teile (3), waren es 2008 bereits 13?%. Mit anderen Worten: mehr als jeder achte Euro wird im Automobilsektor erwirtschaftet. Das ist Fluch und Segen zugleich. Einerseits hat erst die Ausweitung der Anwendungsmöglichkeiten von technischen Teilen, und hier besonders im Automobilbereich, die rasche Expansion der Kunststoffverarbeitung ermöglicht, andererseits ist die Abhängigkeit von der Autokonjunktur nicht unproblematisch. Wenn die Automobilindustrie niest, bekommen Teile der Kunststoffverarbeitung einen Schnupfen.
Dies zeigte sich deutlich in der jüngsten Krise. Schon im dritten Quartal 2008 fielen technische Kunststoffteile für Straßenfahrzeuge ins Minus (4), während die sonstigen technischen Teile immerhin noch eine schwarze Null schreiben konnten. Und danach ging es steil bergab, in den ersten drei Monaten 2009 sank der Produktionswert gar um über 30 Prozent. Insgesamt dauerte die Rezession bei Kfz-Teilen fünf Quartale, die anderen technischen Teile waren nur vier Quartale davon tangiert, und der Rückgang viel insgesamt deutlich geringer aus. Die Erholung ab dem vierten Quartal 2009 setzte bei Autoteilen dafür umso kräftiger ein, und legte im ersten Quartal noch mal an Tempo zu. Seither sinken die Zuwächse wieder. Bei sonstigen Teilen fiel das Plus zu Anfang dagegen noch sehr mager aus und gewann erst langsam an Fahrt. Der Rückstand in den ersten neun Monaten des vergangenen Jahres gegenüber dem Produktionshöhepunkt im Vergleichszeitraum 2008 betrug bei Kfz-Teilen –5,2 Prozent, bei sonstigen technischen Teilen liegen die Produktionswerte noch 7,5 Prozent unter den früheren Rekordständen (5). Da das starke Wachstum auch im vierten Quartal anhielt, ist zu vermuten, dass sich die Abstände zu früheren Spitzenwerten aufs Jahr gerechnet weiter verringert haben. 2011 könnte, so es keinen unvorhergesehenen Konjunktureinbruch gibt, das alte Niveau wieder erreicht werden.
Effizienterer Kunststoffeinsatz
Beim Ersatz von anderen Werkstoffen im Auto ist das Ende der Entwicklung noch lange nicht erreicht. Dabei misst das Gewicht des insgesamt eingesetzten Kunststoffes diese Entwicklung noch nicht einmal richtig. Denn Kunststoffteile werden immer leichter. Möglich wird diese Entwicklung durch immer bessere Kunststoffe und durch Teile, die passgenau maßgeschneidert werden. Neigte man anfangs dazu aufgrund mangelnder Erfahrung die Kunststoffteile großzügig auszulegen, so ist man inzwischen dazu übergegangen, überflüssige Redundanzen zu vermeiden, die Kunststoffmengen zu reduzieren. Erfahrung mit Kunststoffteilen in der Praxis und bessere Kunststoffe, die dieselben Funktionen bei weniger Gewicht ermöglichen, sind die Triebfedern dieser Entwicklung zu immer leichteren Teilen. So hilft Kunststoff doppelt bei der Gewichtsreduktion: Einmal indem schwerere Materialien ersetzt werden, zum anderen, in dem Kunststoffteile immer leichter gebaut werden können.
Die Entwicklung zu immer leichteren Materialien lässt sich anhand von Daten über faserverstärkte Kunststoffe zeigen, die jeweils höheres spezifisches Gewicht aufweisen als ihre nichtverstärkten Pendants. So hat beispielsweise PA 6 ein spezifisches Gewicht von 1,15 g/cm³, glasfaserverstärktes PA 6 hingegen ein Gewicht von 1,35 g/cm³. (6) Von 1987 bis 1990 stieg der Anteil von glasfaserverstärkten Kunststoffteilen an der Gesamtproduktion von technischen Autoteilen mengenmäßig von 7,7? auf 11,6?Prozent. Von 1991 vervielfachte sich der Anteil von faserverstärkten Kunststoffteilen (Glasfaser und andere Verstärkungsfasern) von 12,3? auf 32,6?Prozent im Jahre 2001. Seither sinkt der Anteil von faserverstärkten Teilen wieder, auf zuletzt 20,2?Prozent. Das harmoniert mit unserer obigen Erkenntnis, dass der Einsatz von Kunststoffteilen vor allem nach der Millenniumswende stark zugenommen hat und dass seither die Innovation rasch fortschreitet. Suchte man vorher das Heil in verstärkten Kunststoffen, so geht man jetzt dazu über, Teilegewichte durch Einsatz von leichteren Kunststoffen weiter zu reduzieren.
Trends
Angefangen hat die Geschichte des Kunststoffeinsatzes im Auto mit eher einfachen Komponenten: Innenraumverkleidungen, Schalter und Hebel, Spiegel, später Schläuche und Verkleidungen im Motorraum, dann Leuchten, Karosserieteile, wie Stoßstangen, Kühlergrills etc. Im Innenraum und Motorraum ist die Entwicklung weitgehend abgeschlossen. Selbst im Antriebsstrang ist die Entwicklung schon sehr weit fortgeschritten, wenn auch noch nicht an ihrem Ende. Besondere Hoffnung setzt die Kunststoffverarbeitung neuerdings auf die Verscheibung. Die großen und schweren Glasflächen bieten sich geradezu an, nach Möglichkeiten der Gewichtseinsparung zu suchen. Inzwischen ist Polycarbonat als Scheibenmaterial zugelassen, aber sein Einsatz noch kaum verbreitet. Bisher fristet es ein Nischendasein, zum Beispiel beim Smart und manchen Sportmodellen, oder kommt bei kleinen Seitenscheiben zum Einsatz. Ein Problem ist immer noch die Kratzfestigkeit, vor allem bei beweglichen Seitenscheiben, die durch Beschichtung gelöst werden muss, und die relativ hohen Werkzeugkosten, die sich nur bei Großserien rentieren.
Ein weiterer Entwicklungspfad führt zu vermehrtem Einsatz von Kunststoffteilen im Bereich der Karosserie. Kotflügel und Heckklappen sind hier Ansatzpunkte. Die Fahrgastzelle wird dagegen auf mittlere Sicht auch weiterhin vor allem aus Stahl bestehen, ebenso wie vermutlich Motorhauben.
Nicht nur durch Gewichtseinsparung lassen sich Effizienzgewinne erzielen, sondern auch durch Verbesserung der aerodynamischen Eigenschaften durch Kunststoffeinsatz. Verkleidungen aus Kunststoff für den stark zerklüfteten Unterboden verbessern den Windschlupf und senken den Verbrauch.
Fazit
Vermutlich sind die wichtigsten künftigen Trends im Kunststoffeinsatz im Automobilbau heute schon angerissen. Energieeffizienz und ressourcensparende Produktion sind die wichtigsten Punkte. Daneben steht auch die Frage der Verkehrssicherheit und des Insassenschutzes im Raum, sowie des passiven Fußgängerschutzes durch energieabsorbierende Materialen. Welche Lösungen sich schließlich jeweils in der Praxis durchsetzen, ist nicht vornherein zu beurteilen. Aber sicher ist, dass in allen Punkten Kunststoffe eine wichtige, wenn nicht sogar die Hauptrolle, spielen wird. Ein Vollkunststoffauto wird es vermutlich nie geben, aber die intelligente Kombination verschiedener Werkstoffe mit dem Hauptdarsteller Kunststoff wird immer wichtiger werden.
