Kunststoffe und die Technologien zur Kunststoffverarbeitung beeinflussen weiterhin zukünftige fahrzeugtechnische Konzepte. Dies bestätigte sich wieder auf der vergangenen VDI-Kunststofftagung im Mannheimer Rosengarten. Rund 1.300 Vertreter aus der Automobil-, Zulieferer- und Kunststoffindustrie besuchten die Veranstaltung, zudem nutzten 90 Aussteller die Gelegenheit um die neuesten Trends und Entwicklungen in diesem Sektor zu zeigen. Im Autosalon waren 19 aktuelle Modelle ausgestellt. Während die Diskussion um Kohlefaserkunststoffe scheinbar in der Öffentlichkeit etwas abgeebbt war, erörterte die Kunststoffbranche auf dem VDI-Kongress, vom 13. und 14. März 2013, neue Anwendungen und weitere Substitutionsstrategien.

Anforderungen steigen weiter

„Kunststoffe unterstützen nachhaltig den technischen Leichtbau bei Kraftfahrzeugen, vor allem durch neuartige Bauweisen für Karosseriestrukturen und Anbauteile“, leitete Tagungsleiter Prof. Dr. Rudolf C. Stauber von der Universität Erlangen, Vorsitzender des VDI-Fachausschusses Kunststoffe im Automobilbau, die Veranstaltung ein. „Kunststoffbasierte Verbundbauweisen ermöglichen in vielen Fällen eine wirtschaftliche und designtechnische Formgebung, die durch andere Werkstoffe nur aufwändig oder überhaupt nicht realisierbar ist.“ Nach Ansicht von Professor Dr.-Ing. Christian Hopmann vom Lehrstuhl und Institut für Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen, wachsen die Anforderungen an Bauteildesign und Verarbeitungstechnik, denn die Entwicklung moderner Automobile ist von einer Vielzahl konkurrierender wirtschaftlicher und technischer Anforderungen geprägt. „Sicherheitsaspekte und der steigende Komfort lassen die Fahrzeuge schwerer werden. Auf der anderen Seite wird eine gewisse Fahrdynamik erwartet. Diese gegenläufigen Anforderungen gilt es zu meistern.“ Aber die wesentlichste Herausforderung ist, die Kosten beherrschbar zu halten.

Verfahrenskombinationen schaffen neue Möglichkeiten

Aus Sicht von Krauss Maffei profitieren Automobil- und Kunststoffbranche von den weiterentwickelten Verarbeitungsmaschinen, insbesondere den Spritzgießmaschinen. Dr. Karlheinz Bourdon, Vice President Technologies im Segment Spritzgießtechnik der Krauss Maffei Gruppe sieht die passende Kombination aus Maschine, Werkzeug und Verfahren als notwendigen Rahmen für eine wirtschaftliche Produktion. „Großes Potenzial bietet die Kombination von Verarbeitungstechnologien. So verschieben sich die Grenzen zwischen Spritzgieß- und Reaktionstechnik.“

„Ein moderner, zeitgemäßer Werkzeugbau ist heute als Fullservice zu verstehen“, betonte Roger Kaufmann, Geschäftsführer von GK Concept. „Als Entwicklungspartner begleiten wir unsere Kunden von der ersten Idee über die Vor- und Prozessentwicklung sowie den originären Werkzeugbau bis zum Start der Serienproduktion.“ Mithilfe der Prozessintegration im Werkzeugbau ist eine möglichst hohe Wertschöpfung bei zugleich reduzierten Prozesskosten möglich.

Ebenso wird der Leichtbau mit Organoblechen ein wichtiges Zukunftsthema bleiben, wenn es um besonders leichte und stabile Bauteile geht. So war es auch verständlich das Lanxess die Chance nutzte, die PA- und PBT-Compounds und daraus hergestellte Hochleistungsverbundwerkstoffe im Leichtbau zu propagieren. „Egal ob Elektro- und Hybridfahrzeuge, gasbetriebene Pkw oder verbrauchsarme Diesel-Fahrzeuge – thermoplastische Hightech-Materialien sind für alle Konzepte nachhaltiger Mobilität unverzichtbar. Sie sind eine leichte Alternative zu Metallen und in vielen Fällen auch zu duroplastischen Systemen“, erklärte Dr. Martin Wanders, Leiter der globalen Anwendungsentwicklung in der Business Unit High Performance Materials.

Durch die Akquisition von Bond-Laminates kann man jetzt die Anwendungstechnik für thermoplastische Composites zum Beispiel in puncto Berechnung, Auslegung, Umformung und Prozesstechnik vorantreiben. Kunden profitieren besonders davon, dass sie serienbewährte thermoplastische Composites, Spritzgussmaterialien und damit verknüpfte Verbundtechnologien inklusive des zugehörigen Know-hows aus einer Hand erhalten können. Hartwig Meier, Leiter der globalen Produkt- und Anwendungstechnik der Business Unit High-Performance Materials, ist der Meinung, dass in heutigen Autos durch konsequenten Einsatz unserer Hightech-Kunststoffe und Leichtbau-Technologien bis zu 50 kg Gewicht eingespart werden können.

Einen wesentlichen Beitrag zum Erreichen der Leichtbauziele kann die Kunststoff-Metall-Hybridtechnologie leisten, die das Gewicht von Fahrzeugkomponenten um bis zu 50 Prozent im Vergleich zu reinen Stahl-Anwendungen reduziert. Dies verringert bei gleichbleibend hoher Sicherheit den Energiebedarf. Bezogen auf Elektroautos kann hierdurch das Mehrgewicht der Batterietechnik kompensiert werden. Aber schon heute ist es möglich, mit Leichtbautechnologien 15  Prozent der Emissionen eines Autos einzusparen. Im Mittelpunkt des Auftritts der International Automotive Components (IAC) Group standen Prozess- und Fertigungsexpertisen. Damit unterstützt der Zulieferer OEM-Kunden bei der Entwicklung hochwertiger Fahrzeug-Innenausstattungen, die besonderen Anforderungen hinsichtlich Gewicht und Nachhaltigkeit gerecht werden müssen.

In Mannheim zeigt man erstmals Prozesstechnologien wie das patentierte Herstellen naturfaserverstärkter Bauteile mit einer sichtbaren Naturfaseroberfläche. Im Gegensatz zu sonst üblichen Beschichtungsverfahren trägt diese Technologie dazu bei, die Lebensdauer der Faseroberfläche zu verlängern, ohne einen natürlichen Look & Feel zu verzichten. Der Prototyp einer Eco-Tür veranschaulicht die Vorteile. Dow Automotive zeigte aktuelle Entwicklungen im Bereich Verbundwerkstoffe und Verklebung von Verbundwerkstoffen sowie PU-Lösungen mit niedrigen Emissionen für den Innenraum. Bei den Technologien im Bereich Verbundwerkstoffe lag das Augenmerk auf Harzformulierungen der Reihe Betaforce, den Composite- und Metall-Klebstoffen sowie einer neuen Generation von Karbonfaser-Composites im Kfz-Bereich.

Taktzahloptimierung als erstes Ziel

Nach dem heutigen Stand der Technik sind die Kunststoffbauteile im Fahrzeuginnenraum miteinander verschweißt. Um die einzelnen Teile zusammenzusetzen, bedarf es verschiedener Arbeitsschritte – dieser manuelle Arbeitsanteil ist sehr kostenintensiv. Mittlerweile können Hersteller verschiedene Verfahren miteinander kombinieren und somit nicht nur die Funktionalität des Bauteils erhöhen, sondern auch die Bauteilkosten verringern. Daher ist ein zentrales Ziel, die Taktzeiten innerhalb des gesamten Fertigungsschrittes zu optimieren.

Neue Wege zur Herstellung faserverstärkter Spritzgussbauteile eröffneten C. Deubel, M. Bastian und P. Heidemeyer vom SKZ Würzburg in ihrem Vortrag. Ein am Institut neu entwickelter Herstellprozess soll es möglich machen, Langfasern auf einer leicht modifizierten Standard-Spritzgussmaschine direkt einzuarbeiten. S. Malus von Daimler ging auf die Produktion von Komponenten aus Polymer-Metall-Hybriden ein und erklärte, wie man im Werk Hamburg den Fertigungsprozess zur Innenhochdruck-Umform-Polymerhybrid-Technologie entwickelt hat, um geschlossene Aluminiumprofile mit Kunststoff zu umspritzen.

Aufgrund des Klimawandels und der endlichen fossilen Ressourcen wird Elektromobilität immer wichtiger. Die ersten rein elektrisch gespeisten Automobile sind bereits auf den Straßen, doch es gibt noch viele Hürden zu überwinden, um die Elektromobilität flächendeckend einzuführen: Die hohen Batteriekosten sowie die geringe Reichweite und das zusätzliche Gewicht der Hybridfahrzeuge stehen im Wege. Kunststoff kann als Werkstoff für viele Bauteile vor allem durch sein geringes spezifisches Gewicht und seine Flexibilität den Hybrid- und Elektrofahrzeugen neue Chancen eröffnen. In der Batterie des Opel Ampera sind beispielsweise Kunststoffkomponenten von mehr als 40 kg integriert.

Thomas Jessberger von Mann + Hummel präsentiert das Spektrum der Kunststoffapplikationen von Gehäuse-Komponenten über den Rahmen für Batteriezellen bis zu Belüftungs- und Entgasungssystemen. Er zeigt, in welche Richtung sich die Zukunftstechnologie der Elektromobilität entwickeln wird und welche Einsatzfelder für Kunststoffe im Bereich von Hochvoltbatterien in Hybrid- und Elektrofahrzeugen in Frage kommen.

Die nächste Tagung „Kunststoffe im Automobilbau“ findet am 2. und 3.  April 2014 in Mannheim statt.

Autor

Über den Autor

Harald Wollstadt ist Chefredakteur Plastverarbeiter. harald.wollstadt@huethig.de