Michael Bosse, Gruppenleiter Materialentwicklung am SKZ in Würzburg.

Michael Bosse, Gruppenleiter Materialentwicklung am SKZ in Würzburg. (Bild: SKZ)

Kunststoffe im Auto sind nach wie vor die Basis vieler Innovationen. Egal ob elektrisch, hybrid oder durch Verbrennungsmotoren angetrieben – Kunststoffe ermöglichen komfortable, verlässliche, leichte und funktionale Systeme in hohen Stückzahlen zu niedrigen Kosten. Die Konstrukteure der zahlreichen Lieferfirmen und OEM wissen sehr gut, mit „ihrem Werkstoff“ umzugehen. Ihre Erfahrungen mit den Materialien, Konstruktionen und Prozessen fließen in immer neue Anwendungen ein. Die Eigenschaften der Rohstoffe sind in Werksprüfzeugnissen vereinbart. Abweichungen im Verarbeitungsprozess werden meist vollautomatisch erkannt und je nach System entsprechend geregelt oder gesteuert.

In Zeiten knapper Rohstoffe, Gesetzesvorlagen wie dem EU „Green Deal“ oder gesellschaftspolitischen Diskussionen stehen die Entwickler vor Herausforderungen, die zu den geforderten Neuerungen dazukommen: alternative Materialien, Rezyklate und „Biokunststoffe“ sollen Einzug halten.

Auto auf einer beleuchteten Fläche
(Bild: Open Studio – stock.adobe.com)

Sinnvolle Materialalternativen finden

„Biokunststoffe“ sind in ihren Eigenschaften ausführlich beschrieben und auch Anwendungsbeispiele sind in öffentlich zugänglichen und kostenfreien Datenbanken wie „biopolymer.materialdatacenter.com“ zu finden. Dieses Ergebnis einer Forschungskooperation des SKZ, des Fraunhofer IAP, dem IfBB Hannover, der TU Chemnitz und der M-Base (heute „Altair“) zeigt die Möglichkeiten der Werkstoffgruppe „bio“ auf. Manche Polymere bringen hier Vorteile mit, die vielleicht bisher in der „grünen Bilanz“ noch gar nicht aufgetaucht sind. Schwieriger wird es, bestehende Produkte mit vorhandenen Werkzeugen, Einsatzgebieten und Anwendern durch alternative Werkstoffe zu ersetzen. Hier muss die erste Frage lauten: „Welche Freiheitsgrade gibt es?“ Wird ein Material in der Zeichnung des Anwenders festgelegt, ist die Bemühung um eine Alternative nicht sinnvoll. Ist das Material hingegen frei wählbar, aber es gibt keine Spielräume bei der mechanischen- oder Medienbeständigkeit, müssen die Konstruktion und der Prozess unter die Lupe genommen werden. Hier hilft etwa ein Blick in die FEM-Lastsimulation und die Suche nach mechanischen Spannungsspitzen, die konstruktiv „entschärft“ werden können. Die Auswertung von Reklamationen hilft bei der Suche nach Freiheitsgraden auch: Wenn es keine Ausfälle oder Rückläufer gibt, ist das Bauteil vielleicht überdimensioniert. Ein Ergebnis könnte also sein, dass durch eingefügte Rippen oder kleinere Verstärkungen das Material um 10 % in seiner Festigkeit geringer sein darf – vorausgesetzt, es passt in die vorhandenen Produktionsprozesse. Dies wäre ein erster, ermittelter Freiheitsgrad für die Materialalternativen.

Eine bestehende Kunststoffproduktion um biologisch basierte und/oder abbaubare Kunststoffe zu erweitern, erfordert umsichtiges Handeln: „First in, first out“, Lagerbedingungen und die Haltbarkeit der Rohstoffe ähneln eher der Lebensmittelindustrie. Zur Verarbeitung dieser Werkstoffklasse liefert der Leitfaden „Verarbeitung von Biokunststoffen“ (online über ifbb-hannover.de abrufbar) erste gute Hinweise. Bei den Alternativen ist nicht zuletzt das Gespräch mit dem Vertrieb wichtig: Individuelle Zusagen zur Eignung des Bauteils müssen gesammelt und mit allen Stakeholdern (mindestens Einkauf, Konstruktion, Fertigung, Vertrieb, Anwender) zur gemeinsamen Arbeitsrichtung abgestimmt werden. Die Umsetzung der zahlreichen anstehenden Aufgaben für nachhaltige Produkte aus alternativen Rohstoffen ist keine Abteilungsaufgabe – es bedeutet in vielerlei Hinsicht die Transformation des Unternehmens selbst.

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