Eine zukunftsfähige Kunststoffindus-trie braucht kollaborative, marktfähige Innovationen, um den komplexen Herausforderungen von Mobilität und Nachhaltigkeit in der Automobilbranche erfolgreich zu begegnen. Wie solche Innovationsarbeit aussehen kann, zeigt die gemeinsame Materialentwicklung von Rehau und Styron für eine Komponente der Airbump-Technologie des neuen Citroën C4 Cactus.

Ab Herbst 2014 wird der neue Citroën C4 Cactus mit einem innovativem Leichtbaukonzept ausgeliefert.

Hohe Qualität, geringes Gewicht, niedrige Kosten

Für die Neuentwicklung eines Bauteils in dessen Seitenaufprallschutz Airbump fanden sich der Fahrzeugbauer PSA Peugeot Citroën, der Teilezulieferer und der Werkstoffspezialist zusammen. Die Materialentwicklung innerhalb dieses Projekts beinhaltet nicht nur die kontinuierliche Optimierung vorhandener Strukturen, sondern auch die kreative Neuanwendung von Technologien und Materialien bis hin zu deren Neuentwicklung.

Das gewichts- und energieoptimierte Konzept trägt auch zu niedrigen Gesamtkosten des Besitzers bei. Eines der  markantesten Funktions- und Designelemente des Citroën C4 Cactus ist die Airbump-Seitenbeplankung. Sie besteht aus verschiedenen Kunststoffkomponenten und schützt die Längsseiten des Autos bei kleinen Zusammenstößen vor Beschädigungen. Bei einer Stoßeinwirkung bis etwa 5 km/h erlauben luftgefüllte Polyurethan-Kapseln hinter der TPU-Oberfläche ein weiches Einsinken bis zu ca. 2 cm ohne sichtbare Spuren oder Schäden.

Als Entwicklungspartner für die Produktion des patentierten Seitenaufprallschutzes entschied sich PSA Peugeot Citroën in einem aufwändigen Evaluierungsprozess für den Polymerspezialisten Rehau, der vom französischen Autohersteller inzwischen mit mehreren „Supplier Awards“ und dem Titel „bevorzugter Lieferant“ ausgezeichnet wurde.

Die technischen Anforderungen, welche die verwendeten Materialien für den Produktionsprozess des Seitenschutzes zu erfüllen hatten, waren komplex. So sind einige Spezifikationen der sichtbaren TPU-Oberfläche und der darunter verbauten PU-Kapseln bestimmend für das PC/ABS, das als Unterbau damit verbunden werden musste: geringstmögliches Gewicht, hohe und konstante Schlagzähigkeit auch bei geringen Temperaturen, sehr hohe Farbkonsistenz, passende Formstabilität, hoher Fluss, niedrige Kosten.

Eddy Pennerath, Leiter Innovation AU bei Rehau, wandte sich 2009 an Pascal Desjours, Anwendungs- und Entwicklungsspezialist bei Styron Automotive. Neben dem TPU für die Oberfläche des Airbump brauchte er eine passende PC/ABS-Lösung für den Unterbau. Der Zulieferer bezog von Styron bereits Kunststoffe für Anwendungen außerhalb des Automobilsektors. Dem PSA-Zulieferer waren Styron-Werk und -Entwicklunsgabteilung in Terneuzen/NL gut bekannt. Das global dichte Netz an Produktionsstandorten sowie die flexible und zuverlässige Versorgung mit Materialien waren ebenfalls ein vertrauensbildender, ausschlaggebender Faktor.

Sehr gut geht noch besser

Nach ersten Tests der Farbkonsistenz noch in Terneuzen erschien dem Teilespezialisten das PC/ABS Pulsetem als das geeignete Material. Es wurde bislang für Automobilinnenräume verwendet. „Zunächst wurde mit Pulsetem A35–105 gearbeitet. Es lieferte auch bei Tests in den Labors von Rehau bessere Werte als erwartet, zeigte hohe Transparenz bei optimaler Farbkonsistenz“, erläutert Eddy Pennerath, „Aber wir sahen noch Verbesserungsmöglichkeiten bei der TPU-Kompatibilität, beim Gewicht und auch bei den Kosten.

Darum dehnten wir unsere Testreihen aus und suchten mit Styron nach einer besseren Lösung.“ Neben den Kosten waren nicht einfach die bestmöglichen, absoluten Materialspezifikationen entscheidend. Es ging in erster Linie darum, eine zum Softskin-TPU passende und für die Montagetechnologie geeignete Lösung zu finden. Während der gemeinsamen Entwicklungsarbeit wurde Pulsetm GX50, ein neues, optimiertes PC/ABS in das Projekt integriert und schließlich für die Airbump-Produktion eingesetzt.

Durch Anpassung erfolgreich

Rehau legte wegen des Herstellungsverfahrens des Seitenschutzes größten Wert auf die gleichmäßige Transparenz und die optimale Farbkonsistenz im PC/ABS-Material. Diese Anforderung erfüllten sowohl Pulsetm A35-105 als auch Pulsetm GX50. Grund dafür ist die Technologie der kontinuierlichen Massepolymerisation, mit der Styron seine ABS-Harze herstellt. Von Charge zu Charge wird damit eine gleichbleibende Qualität und Leistung, ein geringerer Gelanteil und eben eine optimale Farbkonsistenz des ABS erreicht. Anders als bei einem ABS, das in einem Emulsionsprozess hergestellt wird, bleibt das Granulat fast rückstandsfrei, verfügt über gute VOC-Werte und ist hitzebeständig.

Neben der Farbkonsistenz stellte die verlangte Gewichtseinsparung die nächste Hürde dar. Das ABS-Harz  A35-105 besitzt eine Bestandsdichte von 1,12 g/m3. Demgegenüber weist das GX50 einen noch besseren Wert von 1,09 g/m3 auf. Verglichen mit üblichen Industriestandards können damit 3 % Gewicht eingespart werden, ohne Verluste an Steifigkeit oder Schlag- und Kratzresistenz.

Die Schlagzähigkeit ist auch bei sehr niedrigen Temperaturen von  -30° C bei beiden Materialien  hoch. Die Variante A35-105 erreicht Werte von 55 KJ/m²  bei -30° C bis 60 kJ/m² bei 23° C. Die Variante GX50 lieferte in den Tests einen guten und konstanten Wert von 50 kJ/m², durchgängig von  -30° C bis 23° C. Eine Eigenschaft, die ihm gegenüber A35-105 einen Vorteil verschaffte.

Für die temperaturabhängige Formstabilität bedurfte es möglichst angenäherter CLTE-Werte des PC/ABS im Unterbau und des TPU auf der Beplankungsoberfläche. Beide Komponenten werden in einem Verfahren direkt miteinander verbunden, bevor sie am Fahrzeug montiert werden. Daher achteten die Ingenieure auf möglichst ähnliche Formstabilität. Zum Beispiel die Ausdehnung des Materials: Der Verarbeiter gab als Wert für die maximale Ausdehnung entlang der Längsachse bei einer Temperatur von 23° C bis 85° C den Wert von 2,5 mm vor (0 mm bei 23° C).

Entlang der Höhenachse war eine Ausdehnung von 1 mm als Maximum gesetzt. Pulsetm A35-105 dehnte sich in den Versuchen im genannten Temperaturspektrum maximal 0,7 mm auf der Längsachse und maximal 0,2 mm auf der Höhenachse aus. Die Werte von GX50 waren näher an den vorgegebenen Zahlen: entlang der Längsachse maximal 0,9 mm und entlang der Höhenachse maximal 0,25 mm (bei 23° C bis 85° C).

Auch die Fließfähigkeit des PC/ABS hatte für den Kunststoffverarbeiter hohe Priorität. Sie war besonders wichtig wegen zweier unterschiedlich großer Hohlräume in der Produktionsform. Auch hier lieferte die Materialmodifikation bessere Zahlen. Während Pulsetm A35-105 mit einem Spiral Flow-Wert von ca. 49 cm bereits gut abschnitt, brachte es die Variante GX50 auf rund 58 cm im Spiral Flow. Eine höchst relevante Zahl, da das Leichtbau-Konzept möglichst dünne Wandstärken in den einzelnen Teilen notwendig machte.

Innovationsleistung braucht Zusammenarbeit

Eddy Pennerath von Rehau fasst es knapp zusammen: „Das Schlaglicht auf die ausgewählten Werte zeigt den Erfolg gemeinsamer Entwicklungsarbeit mit Styron. Sie verhalf uns zu einem PC/ABS, das sich in seinen Spezifikationen bestmöglich dem TPU des Airbump anpasste. Außerdem konnten wir damit unsere Vorgaben wie Leichtbau und Kosteneffizienz erfüllen.“ Die bessere Bestandsdichte in Verbindung mit der hohen Fließfähigkeit verringerte entscheidende Werte auf verschiedenen Positionen. Leichteres Material und dünnere Wandstärken ermöglichten das angestrebte Teilegewicht von maximal 2 kg pro Stück mit Pulsetm GX50 einzuhalten. Diese Gewichtseinsparung verringert nicht nur die Gesamtkosten für Einkauf und Logistik, weil weniger Material notwendig war. Das mit dem Seitenaufprallschutz aus Kunststoff ausgestattete Fahrzeug ist bei geringerem Gewicht verbrauchsgünstiger und emissionsärmer im Betrieb.

„Der Griff ins Regal ist zunächst oft der pragmatische, günstige Weg. Eine komplexe Aufgabe wie die von Rehau verlangt allerdings eine individuelle und innovative Lösung“, erläutert Pascal Desjours von Styron, „so herausgefordert, konnten wir ein innovativ modifiziertes Material zusammen mit dem Kunden in der Anwendung testen und erfolgreich zum Einsatz bringen. Unsere Pulsetm-Serie ist damit definitiv zu einem Werkstoff gereift, der sich sehr gut für Exterior-Applikationen eignet.“ Neben dem GX50 plant der Hersteller inzwischen den Ausbau seiner Produktpalette um das speziell für Außenanwendungen entwickelte XT. Dieses Material ist lackierbar, weist niedrige Glanzgrade auf und ist mit bislang guten Ergebnissen noch in der Phase der Kundenvalidierung.

Eddy Pennerath ist sich sicher: „Es ist uns hier gelungen, sowohl im Produktionsverfahren als auch materialseitig eine effiziente Innovationsleistung zu erbringen, was nur mit dem richtigen, vertrauenswürdigen Partner funktioniert.“ Nach der mehrjährigen erfolgreichen Entwicklungskooperation für das Airbump-Projekt erwägt der Automobilzulieferer Styron zu einem „Key Innovation Partner“ zu machen. Derzeit arbeiten die beiden Unternehmen wieder eng an zwei Innovationsprojekten zusammen.

 

Autoren

Pascal Desjours
ist Anwendungs- und Entwicklungsspezialist Automotive bei Styron in Frankfurt am Main. pdesjours@styron.com

Anis Tebib
ist Marketing Manager Automotive bei Styron, Frankfurt am Main.
tebib@styron.com

 

Fakuma 2014: Halle/Stand B5/5206