Explosionsdarstellung eines Automobils

Zukünftige Automobile profitieren von der Vielseitigkeit der Kunststoffe. Daraus ergeben sich neue Anwendungs- und Gestaltungsmöglichkeiten. (Bild: adimas - stock.adobe.com)

Das Interieur eines Autos besteht bereits heute überwiegend aus Kunststoffmaterialien. Anders ist dies beim Exterieur, hier bietet sich noch viel Potenzial für polymere Werkstoffe. Dabei geht es nicht nur um weitere Gewichtseinsparungen, sondern auch um ein völlig neues Design mit integrierten Funktionalitäten. Im Bereich der Technik eines Automobils sind vermehrt elektrisch leitfähige, permanent antistatische und abschirmende Kunststoffe gefragt. 

 

Demonstrator
Covestro hat einen Display- und Oberflächendemonstrator konstruiert, um die verschiedenen Aspekte aktueller Folienentwicklungen für den Autoinnenraum darzustellen. (Bild: Covestro)

Wie und wo wird sich das Auto in Zukunft verändern?

Bei Automobilen haben sich in den vergangen Jahren drei wesentliche Trends abgezeichnet. So setzen Hersteller vermehrt auf den Zug E-Mobilität, das autonome Fahren und umfangreiche Konnektivitätskonzepte, die das Auto intelligent mit dem Internet vernetzen. Die klassische Bauweise mit einem Motor unter der Fronthaube wird es nicht mehr geben, denn der Elektromotor sitzt als Direktantrieb im Rad. Das Design verändert sich dadurch nachhaltig. Ohne Kühlergrill und den anderen für den Verbrennungsmotor notwendigen Teilen ist es möglich, ein komplett fugenloses Design umzusetzen. Die Beleuchtungseinrichtung kann beispielsweise nahtlos in einer Polycarbonathülle verschwinden. Auch die Technik für autonomes Fahren lässt sich so unauffällig in das Design des Autos integrieren.

Bereits 2017, auf dem VDI-Kongress „Kunststoffe im Automobilbau“ in Mannheim, präsentierte Covestro zusammen mit seinen Entwicklungspartnern Hella und dem schwedischen Umeå Institute of Design ein neues Konzept für die zukünftige Fahrzeuggestaltung. Ein erstes Konzeptauto wurde damals mit einer Rundumverscheibung aus transparentem Polycarbonat ausgestattet. Die Verscheibung: leichtgewichtig und zugleich aerodynamisch. Zudem haben die Konstrukteure Designoptionen umgesetzt, die so aus Glas nicht möglich gewesen wären. Die durchsichtigen A-Säulen wurden hier beispielweise in das nahtlose Design integriert. Während die Insassen mit einem Panoramablick belohnt werden, erhöht sich die Sicherheit für Fußgänger.

Stilelement Beleuchtung
Mit leuchtenden Flächen und darin integrierten Scheinwerfern und Heckleuchten kommt der Autobeleuchtung eine ganz neue Bedeutung zu: Licht und die Lichtwirkung selbst wird zum Stilelement. (Bild: Covestro)

So wird die Autobeleuchtung zum Stilelement

Auch das System der Autobeleuchtung haben die Unternehmen neu definiert. Licht und Lichtwirkung selbst werden zum Designelement. Mit leuchtenden Flächen und darin integrierten LED-Strahlern wird die Beleuchtung zu einem adaptiven Stilelement. Autodesignern bieten sich neue Möglichkeiten für die Gestaltung von Front- und Heckbereichen für mehr Sicherheit, Energieeffizienz und Funktionalität. LEDs haben zwar einen deutlich höheren Wirkungsgrad als herkömmliche Glühbirnen, dennoch geben auch sie einen Teil der Energie in Form von Wärme ab. Diese muss über Kühlkörper abgeführt werden, um eine hohe Lichtausbeute und lange Lebensdauer der Lampen zu gewährleisten. Dafür hat Covestro verschiedene wärmeleitende Polycarbonate entwickelt. Im Vergleich zu herkömmlich eingesetztem Aluminium bieten sie neben erweiterter Gestaltungsfreiheit neue Lösungsansätze zur Konsolidierung von Komponenten und Montageprozessen. Insbesondere die Holografie dürfte sich als eine Top-Technologie für die künftige Autobeleuchtung erweisen. Mit holografischen Folien lassen sich verschiedene Lichtfunktionen in Karosserieteile integrieren, die wenig Raum benötigen und ganz neue Möglichkeiten für die Verwendung von Licht als Designelement eröffnen.

Einzelne Bereiche im Automobil profitieren noch stärker von Kunststoffen

Neue Polycarbonat-Werkstoffe ermöglichen eine gute Übertragung von Lidar-Signalen und die homogene Integration von Sensoren des autonomen Fahrzeugs. Das trägt zur Sicherheit von Insassen und Fußgängern bei. Diesem Ziel dienen auch integrierte Displays in Karosserieteilen. In autonomen Fahrzeugen ermöglichen sie eine direkte Kommunikation von Auto zu Auto oder vom Auto zum Passanten – zum Beispiel durch visuelle Information, dass das Auto am Fußgängerüberweg halten wird. Folienlösungen eignen sich auch für Displayanwendungen im Autoinnenraum. Im Mittelpunkt stehen Displays und Bedienblenden, die mit kratzfesten, blendfreien Folien geschützt sind. Sie ermöglichen neue Lichteffekte und die Integration von Funktionen in die Instrumententafel.

Neben dem Design spielen Kunststoffe auch beim Leichtbau der Zukunft eine tragende Rolle. Den Reichweiten der Elektromobilität steht besonders noch das Gewicht der Batterien entgegen. Elektroautos müssen daher insgesamt möglichst leicht sein. Leichtbau in Multi-Material-Design ist die Schlüssel- und Zukunftstechnologie für die Elektromobilität. Die Verwendung von Kunststoffen bei künftigen Mobilitätstechnologien sparen zusätzlich Gewicht ein, die Dauerhaftigkeit der Produkte wird erhöht und das Aussehen kann entscheidend mehr durch das Material Kunststoff beeinflusst werden. Schwere Materialien wie Metalle und Glas werden zunehmend durch Kunststoffe substituiert. Das betrifft neben Interieurbauteilen wie Abdeckungen und Säulenverkleidungen auch Karosseriebauteile sowie elektrisch abschirmende und ableitende Kunststoff-Konstruktionen.

 

Was ist Lidar?

Light Detection and Ranging, kurz Lidar, ist eine Methode zur Erfassung des Umfelds. Mithilfe von Licht in Form eines gepulsten Lasers werden Objekte erkannt und kategorisiert. Entsprechende Lidar-Sensoren erzeugen dreidimensionale Informationen über Form und Oberflächeneigenschaften der umgebenden Objekte. Lidar-Anwendungen werden beispielsweise zur Vermessung, Geographie, Atmosphärenphysik und Archäologie eingesetzt. Auch in der Robotik oder in autonomen Fahrzeugen kommt sie zum Einsatz. Ein Lidar-Sensor besteht primär aus einer Laserquelle, die Laserpulse aussendet, einem Scanner, der das Licht auf die Szene ablenkt, und einem Detektor, der das reflektierte Licht wieder aufnimmt. Zudem sind optische Linsen vorhanden.

Wie funktioniert Lidar?

Der Sensor sendet gepulste Lichtwellen in die Umgebung aus, die von umgebenden Objekten reflektiert werden und zum Detektor des Sensors zurückkehren. Die Zeit, die ein Impuls benötigt um zurückzukehren, wird verwendet, um die zurückgelegte Strecke zu berechnen.

So erhöhen leitfähige Kunststoffe die Sicherheit im Auto

Gerade die leitfähigen Kunststoffe gewinnen beim erhöhten Einsatz leistungsfähiger Akkumulatoren und Elektromotoren zunehmend an Bedeutung. Der Faktor Sicherheit im Automobil spielt mit zunehmender Anzahl von Batteriekomponenten und Elektromotoren eine sehr gewichtige Rolle. Die Akkumulatoren in einem Elektroauto sind extremen Belastungen ausgesetzt, da beim Ladevorgang über Stunden mehrere hundert Ampere fließen. Bei diesem Vorgang wird die Batterie sehr heiß und das Material strapaziert. Die Materialien müssen daher gleichermaßen leichtgewichtig, prozesssicher, kosteneffizient aber auch robust sein, sodass in diesem Bereich elektrisch leitfähige und abschirmende Kunststoffe in zunehmendem Maß konstruktiv Verwendung finden.

Lidar-Sensoren
Das neue Autokonzept ist auch auf Zukunftstechnologien wie das autonome Fahren ausgerichtet. Neue Polycarbonat-Werkstoffe ermöglichen eine gute Übertragung von Lidar-Signalen und die homogene Integration von Sensoren. (Bild: Covestro)

Kunststoffe sind gute Isolatoren, jedoch dringt elektromagnetische Strahlung ungehindert durch, da diese nicht abschirmend wirken, außerdem laden sich diese elektrostatisch auf. Funkenbildung und Spitzenentladungen können die Entzündung von Flüssigkeiten und Gasen verursachen und elektronisch sensible Bauteile zerstören. Die Alternative zu dem unentbehrlichen Material Kunststoff sind elektrisch leitfähige, abschirmende oder permanent antistatisch ausgerüstete Kunststoffe. Elektromagnetische Abschirmung erfolgt in der Regel bei Gehäuseteilen mit Leitungsummantelungen oder Leitbeschichtungen. Hierunter zählen beispielsweise im herkömmlichen Automobilbau abschirmende Abdeckungen für Verteilerkappen- und Zündkabel. Aber auch selbstregelnde Heizelemente etwa für Kfz-Spiegel oder Scheibenwaschdüsen werden aus leitfähigen Kunststoffen hergestellt. Hier greift beispielsweise die Expertise der Grafe Polymer Technik an, welche für den Automobilbau applikationsgerechte Formulierungen für elektrisch leitfähige, permanent antistatische und abschirmende Kunststoffe entwickelt und projektiert.

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