Automobilbau 12.10.2007, 19:30 Uhr

Polymere sorgen für automobile Leichtigkeit  

VDI nachrichten, Düsseldorf, 12. 10. 07, Si – Wer Fahrzeuge leichter machen möchte, kommt an Polymeren nicht vorbei. Bereits heute haben Kunststoffe und Faserverbunde im Fahrzeug einen Materialanteil von 15 %. In den nächsten Modellgenerationen wird ihr Anteil nach Ansicht der Experten bis zu 20 % erreichen. Auf der „K 2007“ rückt eine Sonderschau das Leistungsspektrum der Polymere für den Leichtbau vom 24. bis 31. Oktober in Düsseldorf ins Blickfeld der Kunststoffmesse-Besucher.

Nur noch 1385 kg und damit rund 110 kg weniger als seine Vorgängervariante wiegt der vor wenigen Tagen auf den Markt gebrachte BMW M3 CSL. Möglich wurde dies durch konsequentes Leichtbaudesign mit vermehrtem Kunststoffeinsatz. So besteht die Frontschürze aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK), der bereits in der Formel 1 für leichte Bauteile genutzt wird. Endlosglasfaserverstärkte Thermoplaste, die sich in der Luft- und Raumfahrt schon bewährt haben, wurden zudem für die Trägerstruktur der Durchlade und für die hinteren Stoßfängerträger eingesetzt.

„Kunststoffe leisten entscheidende Beiträge, um das Gewicht des Autos zu senken, Kosten zu sparen sowie Sicherheit und Komfort zu erhöhen“, erklärte kürzlich Volker Warzelhan. Der Senior Vice President der BASF, Ludwigshafen, erwartet, dass der heutige Kunststoffanteil im Automobil in den nächsten fünf bis zehn Jahren von etwa 15 % auf bis zu 20 % wachsen wird.

Laut Rudolf Stauber, dem Leiter des Bereichs Werkstoffe und Betriebsfestigkeit der BMW-Group, zielen künftige Entwicklungen vor allem auf den Einsatz der Nanotechnologie. Damit, so das Mitglied des Kuratoriums der Kunststoffindustrie, lasse sich u. a. die Temperaturbeständigkeit der Kunststoffe für das Online-Lackieren, das 180 oC für 30 min erfordere, erhöhen.

Auch im Faserverbundbereich mit CFK sieht Stauber noch enormes Entwicklungspotenzial für die Reduzierung der Herstellkosten und die Erhöhung von Langlebigkeit und Reparaturfähigkeit. Der Münchner Experte wird am 27. Oktober im Rahmen einer Sonderschau auf der Messe einen Gesprächskreis unter dem Motto „Energieeffizienz dank Kunststoff – Mobilität und Leichtbau“ moderieren.

Das Leistungsspektrum der Polymere für den Leichtbau wird aber auch in den Messehallen hervorgehoben werden. So stellt die BASF erstmals ein neues Spezialpolyamid für online-lackierfähige Karosseriebauteile vor. Der Werkstoff „Ultramid Top“ bietet laut den Konzernangaben eine besonders hohe Wärmestabilität. So lassen sich diese Kunststoffbauteile wie klassische Kotflügel aus Stahl bereits früh an die Rohkarosserie montieren. Sie durchlaufen dann die gesamte Fertigungsstraße einschließlich der Lackierung.

Zu den neuesten Entwicklungen des Chemiekonzerns bei den besonders leicht fließenden PBT-Ultradur-High Speed-Materialien gehören wärmeleitfähige und besonders flammgeschützte Varianten. Eine verzugsarme Type, die speziell für Instrumententafeln optimiert wurde, ist Teil des Dolphin-Systems. Damit lassen sich kostengünstig haptisch ansprechende Soft-Touch-Autoinnenraumteile herstellen. Einer der ersten seriennahen Bauteilprototypen wird auf der K 2007 live gespritzt.

Ein Verfahren mit viel Potenzial für die Miniaturisierung in der Kfz-Elektronik sind spritzgegossene MID-Schaltungsträger (Moulded Interconnected Devices). Der Kfz-Zulieferer Kromberg & Schubert, Renningen, fertigt bereits 3-D-MID mit direkt in der Oberfläche integrierten Leiterbahnen aus dem neuen laserstrukturierbaren Polyamid Ultramid T4381 LDS.

Zu den Highlights des neuen Smart Fortwo zählt ein leichtes Dachmodul aus Makrolon AG 2677, einem für die Automobilverscheibung maßgeschneiderten Polycarbonat (PC) von Bayer MaterialScience, Leverkusen. „Mit einer Fläche von rund 1,2 m² ist es weltweit das bisher größte, mit Polycarbonat in einem Serienfahrzeug umgesetzte Dachmodul“, erläuterte Sven Gestermann, Key Account Manager Automotive Glazing bei dem Kunststoffhersteller. Produzent des Panoramadachs ist Webasto in Stockdorf. Das Dachmodul wird dort im Zweikomponenten-Spritzprägeverfahren auf einer Spritzgussmaschine mit Wendeplatte gefertigt und anschließend beschichtet. Im ersten Schuss entsteht die transparente Außenoberfläche aus Polycarbonat, im zweiten der großflächige Rahmen aus Bayblend DP T95 MF. Dieses schwarz eingefärbte Blend aus PC und ABS wurde von Bayer MaterialScience in Zusammenarbeit mit Webasto speziell als zweite Komponente für diese Anwendung entwickelt. Zu seinen besonderen Stärken zählt das dem PC-Werkstoff angepasste Schwindungsverhalten.

„Trotz seiner Größe lässt sich das Dachmodul mit nur sehr geringen inneren Spannungen verzugsarm fertigen“, erklärte Gestermann. Die Ausführung des Dachelementes in Kunststoff ermögliche zudem eine Gewichtseinsparung um deutlich über 40 % gegenüber einer vergleichbaren Lösung aus Glas. Dies trage nicht nur zu geringerem Kraftstoffverbrauch bei, sondern helfe auch, den Schwerpunkt des Fahrzeugs möglichst tief zu legen, was dessen Fahrverhalten verbessert.

„Die Gewichtseinsparung, die konstruktiven Gestaltungsfreiheiten und die Möglichkeit, Funktionen wie Befestigungselemente in das Bauteil zu integrieren, waren für uns die wichtigsten Argumente, das Dach in bruchsicherem Polycarbonat umzusetzen“, erläuterte Detlev Penczek, Bauteilverantwortlicher für das Panoramadach bei Smart. Was die Größe von PC-Dachmodulen betrifft, sind laut dem Experten die Möglichkeiten noch noch lange nicht ausgereizt. „Untersuchungen in unserem Hause haben ergeben, dass mit heutigen Materialien und aktuellen Werkzeug- und Maschinenkonzepten der Spritzprägetechnik spannungsarme Dächer mit einer Fläche von bis zu 1,7 m2 machbar sind. Damit werden wir dem aktuellen Trend zu großflächigen Panoramadächern gerecht“, so Gestermann. Er geht außerdem davon aus, dass in künftigen Dachmodulentwürfen noch weitaus stärker die Formgebungsmöglichkeiten und das Integrationspotenzial der Polymere genutzt werden, um Kosten zu sparen und die Gesamtmontage zu vereinfachen. „Wir denken zum Beispiel an die Integration von Dachspoilern, hochgesetzten Leuchten und Komponenten der Reling und des Wassermanagements“, so der Experte.

Kunststoffwege geht auch der Lkw-Hersteller MAN-Nutzfahrzeuge, München, bei der Werkstoffauswahl für die A-Säulenverkleidung seiner TG-Schwerlastkraftwagen. Die drei Elemente der Baugruppe sind nun Spritzgussteile aus Crastin PBT, einem glasfaserverstärkten Polybutylenterephthalat von DuPont, Genf. Laut den Unternehmensangaben ermöglicht dieser erste Serieneinsatz eines glasfaserverstärkten Thermoplasten im Exterieur Class-A-Bereich des Lkw eine Stückkostenreduzierung um etwa 45 % gegenüber herkömmlichen, im SMC-Verfahren (Sheet-Moulding-Compound) hergestellten Bauteilen. Zudem konnte das Gewicht der gesamten Baugruppe um rund 32 % gesenkt werden. Das macht das Fahrzeug um 2,4 kg leichter. Dank der guten Fließfähigkeit von Crastin PBT lassen sich die großflächigen, bis zu 1,35 m langen Karosserieelemente in einem einzigen Arbeitsgang und mit kurzen Zykluszeiten auf herkömmlichen Spritzgießmaschinen fertigen.

Durchschnittlich 75 % Gewicht könnten Kfz-Hersteller bei Dämmbauteilen allein dadurch sparen, wenn sie statt Hartkunststoffen aus PE (Polyethylen) oder PP (Polypropylen) Polyolefin-Schaumstoffe verwenden würden, behauptet Sekisui Alveo, Luzern. Das Unternehmen entwickelt und produziert verschiedene Schaumstofftypen wie Alveolen und Alveolit. Bisher habe das Hauptaugenmerk der Fahrzeughersteller auf der angenehmen Haptik und der optimalen Schalldämmung gelegen. „Nun entdecken sie auch das Potenzial unserer Schaumstoffe hinsichtlich ihres Gewichts“, erklärte Hans Gallati, Business Unit Manager Automotive bei Sekisui Alveo, kürzlich auf der Automobilmesse IAA in Frankfurt. Beispielsweise bringe eine Instrumententafel aus Schaumstoff in Kombination mit einer Folie aus Polyolefinen 76,5 % weniger Gewicht auf die Waage als eine Variante aus PVC und PU. Die Gewichtseinsparung bei anderen Anwendungen wie Lüftungskanälen oder Handschuhfächern lägen zwischen 69 % und 82 %.

ROLF MÜLLER-WONDORF/Si

Nanotechnologie erhöht die Einsatztemperatur

Ein Beitrag von:

  • Jürgen Siebenlist

    Redakteur VDI nachrichten. Fachthemen: Kunststofftechnik, Logistik, Verpackungstechnik, Textiltechnik.

  • Rolf Müller-Wondorf

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