Kunststofftrends im Automobil

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Die K-ZEITUNG hat auf der PIAE mit ausgewählten Kunststoff-Herstellern gesprochen und sich deren neuesten Produkte für den Automobilbau zeigen lassen.

Die Megatrends in der Automobilindustrie, die auf dem vergangenen Kongress PIAE Plastics in Automotive Engineering in Mannheim diskutiert wurden, lassen sich mit dem  Schlagwort „CASE“ beschrieben: Connectivity, Autonomes Fahren, Shared Services und Elektromobilität. Sie werden das Automobil, so wie wir es heute kennen, verändern. Dies stellt Kunststoffe im Automobilbau vor neue Herausforderungen. Die Aussteller auf dem Kongress hatten bereits interessante Lösungen im Gepäck, von denen die K-ZEITUNG hier einige vorstellt.

Lanxess: Orange Kunststoffe, die viel können

Dr. Axel Tuchlenski, Lanxess, mit einem Hochvoltstecker aus Kunststoff: „In der Elektromobilität müssen Kunststoffe teils gegeneinander wirkende Anforderungen kombinieren. Das hier verwendete Polyamid-Compound ist steif, mechanisch fest, kriechstromfest, flammgeschützt, frei einfärbbar, leichtfließend und reduziert die Gefahr einer Elektrokorrosion. Foto: K-ZEITUNG/Gutbrod

Materialeigenschaften, die bei Kunststoffteilen im elektrischen Antriebsstrang im Vordergrund stehen, sind vor allem schwere Entflammbarkeit, gute Wärmeleitfähigkeit und hohe Kriechstromfestigkeit. Weiterhin sind hohe Steifigkeiten, Festigkeiten und Zähigkeiten gefragt. Außerdem darf keine Elektrokorrosion ausgelöst werden.

„Jede für sich genommen ist eine typische Eigenschaft für Kunststoffanwendungen, neu ist, dass diese teils gegeneinander wirkenden Anforderungen für die New Mobility miteinander kombiniert werden müssen“, erklärte Dr. Axel Tuchlenski, Leiter Produkt- und Anwendungsentwicklung bei Lanxess. Tuchlenski demonstrierte diese Entwicklung anhand eines Hochvolt-Steckverbinders (1000 Volt/360 Ampere bei 80 °C). Das Bauteil besteht aus einer PA6-Type mit 45 % Glasfaserverstärkung (Durethan BKV45FN04), die kriechstromfest und zudem frei von Halogenen und rotem Phosphor flammwidrig ausgerüststet ist. Das Hochmodulmaterial ist deshalb beliebig einfärbbar. „Dies ist ein Vorteil, denn Orange ist die Signalfarbe für Hochvoltanwendungen“, erklärte Tuchlenski. „Kunststoffe mit rotem Phosphor lassen sich nicht in einer hellen Farbe wie Orange einfärben.“

Eine weitere Anforderung ist, Einsparungen bei Gewicht und Bauraum rund um die Hochvoltkomponenten zu ermöglichen. Um geringe Wanddicken, komplexe Bauteil-Geometrien und längere Fließwege umzusetzen, ist die PA6-Type trotz hohen Glasfaseranteils in der Schmelze leicht fließend. Weiterhin wird derzeit diskutiert, ob und welche Additive eine Elektrokorrosion begünstigen, insbesondere in feuchtwarmer Umgebung. Eine weitere Stärke der PA6-Type ist, dass Metalle bei Kontakt mit ihren Flammschutzadditiven deutlich weniger zur Korrosion neigen.

„Dieser ganze Strauß an Anforderungen zeigt, dass der Einsatz von Kunststoffen in der Autoelektrik eine überlegte Auswahl geeigneter Compounds erfordert, um ein vorzeitiges Versagen der Anwendungen zu vermeiden“, so Tuchlenski.

Barlog: Elektromagnetisch verträglich

Ulf Seefeldt, Key-Account Manager Automobil, zeigt bei Barlog ein spritzgegossenes Gehäuse aus Kunststoff, welches elektromagnetischer Felder abschirmt und zudem wärmeleitfähig ist. Foto: K-ZEITUNG/Gutbrod

Bei Barlog Plastics hieß das Stichwort elektromagnetische Verträglichkeit (EMV). Obwohl die Dämpfungseigenschaften von Kebablend EC-Compounds zum Teil an die von Metallen heranreichen können (bis zu 70 dB), bieten sie alle Vorteile des Spritzguss-Verfahrens: hohe Designfreiheit und Funktionsintegration sowie einen wirtschaftlichen Verarbeitungsprozess.

Die Unterschiede zwischen den einzelnen Kebablend EMV-Compounds liegen nicht nur im Trägerpolymer (PA66, POM etc.): Sie sind auch auf spezifische Frequenzbereiche zugeschnitten, in denen sie die optimale Abschirmwirkung entfalten. Je nach Wellenlängenbereich – zunächst haben sich die Barlog-Ingenieure auf Radarfrequenzen konzentriert – weisen die aktuell verfügbaren Compounds Schirmdämpfungen um 40 bis 70 dB auf (geprüft nach ASTM D4935). Für andere Bereiche wird an entsprechenden Lösungen gearbeitet.

„Ob ein Compound Radarsignale oder UKW-Frequenzen absorbiert, durchlässt oder gar reflektiert, hängt stark von Art und Dosierung der gewählten Additive ab“, so Ulf Seefeldt, Key-Account Manager Automobil, gegenüber der K-ZEITUNG. Hier gibt es Graphit, Kupfer, weichmagnetische Ferrite oder Stahlfasern, um nur einige zu nennen. Der Kunde sagt uns, was er braucht – und wir kümmern uns um die Produktentwicklung von der Idee bis zur Serie.“

Dupont: Team für neue Mobilität

Patrick Cazuc erklärt bei Dupont, wie ein interdisziplinäres Team von Experten bei Dow und Dupont neue Lösungen für die Elektrifizierung und Konnektivität von Automobilen entwickelt. Foto: K-ZEITUNG/Gutbrod

Dupont Transportation & Advanced Polymers, ein Geschäftszweig von Dow-Dupont, stellte auf der PIAE seine neue Initiative Ahead vor (Accelerating Hybrid-Electric Autonomous Driving). Unter dieser Initiative bündeln Dupont und Dow ihre Kompetenzen für künftige Mobilitätslösungen.

„Für Dow und Dupont ist es sinnvoll, ein engagiertes Team zu schaffen, das sich auf Elektrifizierung, Autonomie und Konnektivität von Fahrzeugen konzentriert. Das Team wird das bei Dow-Dupont vielfältig vorhandene Know-how und das breit differenzierte Portfolio an Materialien und Technologien mit Fokus auf die neue Mobilität zusammenbringen“, sagte Patrick Cazuc, Global Automotive Marketing Leader bei Du Pont. „Unser Ahead-Ansatz baut auf einer Kombination all dieser Kenntnisse auf.“

Zu diesen Kenntnissen zählen laut Cazuc die Bereiche technische Kunststoffe, Kunststoff-/Metall-Hybridlösungen, Hochleistungsfasern, Hochleistungselastomere, Gummi-Substrat-Haftmittel sowie Klebstoffe –  und das kombiniert mit einem starken Know-how in der Bauteilauslegung und Verfahrenstechnik. Auch mit Materialien speziell für die Elektronik hat man bei Dupont eine Menge Erfahrung.

Das Ahead-Team bringt nun all diese Kompetenzen zusammen und entwickelt gemeinsam mit den Autoherstellern und Zulieferern neue Lösungen für die Bereiche Leichtbau, Komponenten und Montage der Akkupacks, Wärmemanagement und Sicherheit, Elektromotoren, Antriebsstrang und Chassis sowie Fahrerunterstützung und Selbstfahrfunktionen. Ahead will dabei auch die Support-Infrastruktur für die Elektromobilität ausbauen, unter anderem mit Plug-In- und Induktionsladestationen.

Grafe: Neue Kombibatches für ABS-Kunststoffe

Clemens Rösler stellte sich auf der PIAE bei Grafe als neuer Team Leader Sales Automotive vor: Verbesserte Performance der Farb-Additiv-Masterbatches für ABS ergeben Kosteneinsparung von bis zu 30 %. Foto: K-ZEITUNG/Gutbrod

UV-Strahlung beschleunigt die Alterung von Kunststoffmaterialien. Besonders im Automobil sind viele Anwendungen im Innen- und Außenbereich der direkten Sonnenstrahlung ausgesetzt. Die betroffenen Kunststoffe, häufig ABS-Kunststoffe, müssen nicht nur UV-stabilisiert, sondern auch wärmeformbeständig sein.

Clemens Rösler stellte sich bei Grafe als neuer Team Leader Sales Automotive vor, und sprach mit der K-ZEITUNG über ein verbessertes Kombimasterbatch mit UV- und Thermostabilisierung für ABS-Kunststoffe, das Grafe kürzlich auf den Markt gebracht hat. „Unser Entwicklungsziel war es hier, die erforderliche Dosierung bei gleicher Wirkung von 6,5 Prozent auf 4 Prozent zu senken. Ausgehend von den bisherigen Kombimasterbatches haben wir mit modifizierten Rezepturen Xenontests nach PV1303 durchgeführt. Auf Basis der Ergebnisse konnten wir die Stabilisierungspakete sukzessive optimieren“, erklärte Rösler. „Im Xenontest zeigen die Prüfkörper mit der neue Rezeptur nun eine höhere Lichtechtheit bei geringerer Batchdosierung“, so Rösler.

Der Vorteil liegt auf der Hand: Die geringe Dosierung spart Kosten, und der Verarbeiter muss mit nur einem Masterbatch hantieren, das das ABS-Grundpolymer färbt und UV/TS-stabilisiert. Zudem verleiht es dem Bauteil eine hohe Oberflächenqualität. „Die Anforderungen der Automobilindustrie an die Bauteilqualität bei gleichzeitiger Kostenersparnis steigen. Unter dieser Zielstellung hat Grafe die neuen Farb-Additiv-Kombimasterbatches entwickelt“, so Rösler. Er bezifferte das Potenzial zur Kosteneinsparung im Rohstoffeinkauf für die Verarbeiter auf bis zu 30 %.

Frimo: Spritzguss mit PUR-Verarbeitung

Alexander Rekelkamm, Geschäftsleiter Vertrieb bei Frimo, zeigt ein spritzgegossenes Bauteil, dessen Oberfläche Inline mit PUR veredelt wurde. Foto: K-ZEITUNG/Gutbrod

Spritzgießen mit der Polyurethan (PUR)-Verarbeitung clever kombinieren, das war das Thema bei Frimo auf der PIAE. Frimo ist im Februar eine Kooperation mit dem chinesischen Spritzgießmaschinenhersteller Yizumi eingegangen, um die Entwicklung und Vermarktung einer Inline-Fertigung thermoplastischer Bauteile mit PUR-Oberfläche weiter voranzutreiben. Ziel ist es, in einem wirtschaftlichen Kombinationsprozess spritzgegossene Bauteile direkt mit PUR zu überfluten und sie mit einer PUR-Oberfläche zu veredeln. Yizumi steuert die Spritzgusstechnik, Frimo die PUR-Verarbeitung bei.

„Der Trend zu leichten und hochwertigen Oberflächen für die Gestaltung von Fahrzeuginnenräumen beflügelt die Nachfrage nach wirtschaftlichen und großserientauglichen Lösungen. Hier ergänzen sich die Fertigungsstrategie von Yizumi und das Leistungsportfolio von Frimo ideal“, erläuterte Alexander Rekelkamm, Geschäftsleiter Vertrieb bei Frimo. „Durch die Kombination des Spritzgießens mit dem PUR-Prozess können höherwertige Komponenten in großen Stückzahlen effektiv produziert werden. Das macht diese Technologie nicht nur für vielfältige Anwendungen im Interieur-, sondern auch im Exterieur-Bereich interessant, so Rekelkamm.

Typische Anwendungen für den Innenraum wären Instrumententafeln, Türverkleidungen und alle Arten von Verkleidungsteilen. „Auch in anderen Industriebereichen, in denen Spritzgießteile noch eine viel breitere Anwendung finden, ist das Überfluten mit Polyurethan eine interessante Lösung“, sagte Rekelkamm.

BASF: Weltweit erster Hybrid-Querlenker

Andreas Stockheim, Segment Manager Powertrain/Chassis bei BASF, präsentiert den weltweit ersten Hybrid-Querlenker aus Stahl und Polyamid. Foto: K-ZEITUNG/Gutbrod

BASF zeigte auf der PIAE zahlreiche Exponate, herausgepickt hat sich die K-ZEITUNG den weltweit ersten Querlenker in Hybrid-Bauweise. Der Querlenker besteht aus Stahl und dem Polyamid Ultramid (PA6 mit 50% Glasfüllung) von BASF. Er ist rund 15 % leichter als herkömmliche Querlenker aus reinem Stahl. Hergestellt wird das Bauteil von Iljin, einem Herstellern von Radlagern mit Sitz in Korea. Dabei handelt es sich um den oberen Querlenker für ein neues Elektrofahrzeug.

Die Kombination aus Querlenker und Kugelgelenk ist ein wichtiger Bestandteil der Radaufhängung im Fahrwerk eines Fahrzeugs. Kugelgelenke sind sphärische Lager, die die Steuerarme mit den Achsschenkeln verbinden. Kugelgelenke aus Ultramid haben die Reibung für ein besseres Lenkverhalten deutlich reduziert. Darüber hinaus ist die Dämpfungsleistung herkömmlichen Metallarmen überlegen und sorgt für mehr Komfort für die Fahrgäste.

„Durch die Zusammenarbeit mit Partnern wie Iljin wollen wir verbesserte und leichtere Lösungen für den Automobilbau auf den Markt bringen“, sagte Andreas Stockheim, Segment Manager Powertrain/Chassis bei BASF.

Die Entwicklung des Hybrid-Querlenkers wird durch den Einsatz des BASF-eigenen CAE-Tools (Computer Aided Engineering) Ultrasim ermöglicht. Dieses Werkzeug kann dazu beitragen, das Bauteil so zu optimieren, dass es den hohen Belastungen bei möglichst wenig Materialeinsatz standhält.

Borealis: Leichtbau mit Polypropylen

Leichtgewicht: Nicholas Kolesch zeigt eine  Mittelkonsolenhalterung im Nio ES8, die aus CF-PP im Spritzguss hergestellt wird. Foto: K-ZEITUNG/Gutbrod

Bei Borealis konzentriert man sich auf Polypropylen-Compounds, die aufgrund ihrer geringen Dichte besonders leicht sind. Auf der PIAE in Mannheim stellte das Unternehmen ein neues Daplen-Polypropylen vor: Daplen EE058AI ist eine zu 10 % talkumgefülltes und elastomer-modifiziertes Material, welches den neuesten OEM-Anforderungen für geruchs-, emissions- und beschlagsarme Fahrzeug-Innenanwendungen entspricht. „Das Material sorgt zudem für maßgebliche Gewichtseinsparungen“, erklärte Nicholas Kolesch, Head of Automotive Marketing, Borealis. „In einem ausgewogenen Verhältnis vereint es Steifigkeit und Schlagzähigkeit mit guter Oberflächenästhetik und hoher Kratzbeständigkeit.“ Kolesch präsentierte erste Anwendungen aus dem Werkstoff, wie zum Beispiel Formteile für das untere Armaturenbrett, das Handschuhfach und die Mittelkonsole der neuen Škoda Scala und Kamiq. „Wir haben Daplen-Produkte bereits zuvor verwendet, aber das neue Material bietet weitere Gewichtseinsparungen von bis zu 6,5 Prozent“, so Luděk Bělka, Coordinator Development Dashboard bei Škoda.

Ein weiteres Highlight bei Borealis war ein mit 20 % kohlenstofffaserverstärktes Polypropylen (Fibremod CB201SY), das für das Spritzgießen bestimmt ist. Das Produkt bietet so gute mechanische Eigenschaften, dass dieser Werkstoff in vielen Anwendungen teurere und schwerere technische Kunststoffe oder Metalllegierungen ersetzen kann. Fibremod CB201SY wurde speziell für anspruchsvolle Anwendungen in der Automobilindustrie entwickelt. „Jüngstes Beispiel ist eine Halterung für die Mittelkonsolen im Nio ES8, einem chinesischen SUV mit Elektromotor“, erklärte Kolesch.

Covestro: Hybrid-Speedometer im Trend

Bei Covestro stellten Stefan Schulten (l.) und Dr. Florian Stempfle ein digitales Speedometer mit analogen Look vor. Die 3D-Oberfläche des Instruments besteht aus der Polycarbonat-Folie. Foto: K-ZEITUNG/Gutbrod

Ein aktueller Trend sind Hybrid-Speedometer, die die Lücke zwischen bisherigen analogen Kombiinstrumenten und künftigen rein digitalen Displaylösungen bei Anzeigeinstrumenten überbrücken. Studien zufolge dürften solche Hybridlösungen bis 2025 den globalen Automarkt dominieren.

Covestro stellt auf dem VDI-Kongress ein Hybrid-Speedometer mit Black-Panel- und Fade-Out-Effekt sowie mit präzise kontrollierten Lichtfunktionen vor. Die dreidimensionale Oberfläche des Instruments besteht aus der Polycarbonatfolie Makrofol LM von Covestro und wurde mittels Hochdruckformen (High Pressure Forming, HPF) hergestellt; hinterleuchtete Symbole sind nahtlos integriert. So bietet die Folie Gestaltungsfreiheit und erlaubt die funktionelle Integration digitaler und analoger Elemente. Das Gehäuse wurde mittels 3D-Druck aus thermoplastischem Polyurethan (TPU) hergestellt.

mg

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