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Kunststoffe im Automobil

Leichtbau und Design mit Kunststoffen

| Autor: Thomas Günnel

Bei Kunststoffen denkt man meist gleich an den Leichtbau. Vordergründig stimmt das. Die Anwendungsmöglichkeiten sind jedoch vielfältig – und ermöglichen Bauteile, die bislang nicht ohne weiteres denkbar waren.

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Lichttechnik und Kunststoffe – eine Kombination, die spannende Designansätze und Funktionalitäten erlaubt.
Lichttechnik und Kunststoffe – eine Kombination, die spannende Designansätze und Funktionalitäten erlaubt.
( Audi)

Oberflächen im Fahrzeuginnenraum, Bedienelemente, Verkleidungen, Motoranbauteile und Lichttechnik bestehen oft aus Kunststoffen oder Faserverbundwerkstoffen. Dabei sind die Anforderungen an die Materialien sehr unterschiedlich: Im Innenraum zählen eine angenehme Haptik und hochwertige Oberflächen. Im Exterieur dienen die Anbauteile eher dem Leichtbau und können Reparaturkosten nach Unfällen senken. Motoranbauteile müssen großer Hitze und hohen Kräften standhalten und in teils rauen und aggressiven Umgebungen ihre Funktion uneingeschränkt erfüllen.

Die Herausforderung besteht nun darin, diese Eigenschaften zu kombinieren. Die Vielfalt der unterschiedlichen Kunststoffe ist groß. Ihr gemeinsamer Vorteil: Sie lassen sich deutlich einfacher bearbeiten als Metallteile. Somit sind auch anspruchsvolle Formen wie zum Beispiel Sitzschalen realisierbar. Flügelräder der Wasserpumpe, Thermostatgehäuse oder motornahe Luftführungssysteme aus Kunststoff sind bei unterschiedlichen Automobilherstellern schon länger Standard. Vorrangig dienen sie der Gewichtsreduktion.

Kunststoff in strukturrelevanten Bauteilen

Doch auch strukturrelevante Bauteile sind aus Kunststoff denkbar, etwa Stoßfängerquerträger. Ein Beispiel ist ein Spritzguss-Kunststoffbauteil mit Stahlseil-Verstärkung von BASF. Dabei handelt es sich um ein thermoplastisches Bauteil, das mit Stahleinlegern verstärkt ist. Es ist deutlich leichter als sein Pendant aus Metall.

Die Stahleinleger verstärken das thermoplastische Bauteil. So kann es sogar beschädigt noch Kräfte aufnehmen und weiterleiten.
Die Stahleinleger verstärken das thermoplastische Bauteil. So kann es sogar beschädigt noch Kräfte aufnehmen und weiterleiten.
( BASF)

Die integrierten Stahlseile ermöglichen es zudem, Aufprallenergie aufzunehmen und weiterzuleiten, selbst wenn das Bauteil beschädigt ist. Neben sicherheitsrelevanten Anwendungen ist der Fahrzeuginnenraum das vorwiegende Einsatzgebiet von Kunststoffen. Dipl.-Ing. Leif Ickert, Teamleiter für Leichtbauweisen und -werkstoffe an der Forschungsgesellschaft Kraftfahrwesen mbh Aachen (fka), erklärt: „Der Anteil der Kunststoffe an einem Fahrzeug beträgt heute bereits etwa 15 bis 20 Gewichtsprozent. Dies entspricht einer Masse von etwa 250 Kilogramm.

Der überwiegende Anteil – etwa 62 Prozent – kommt im Interieur zum Einsatz.“ Kunststoffe bieten eine hohe Funktions- und Bauteilintegration sowie Designfreiheit. Außerdem punkten die Oberflächen mit ihren spezifischen mechanischen, optischen und haptischen Eigenschaften. „Langfristig bietet die Werkstoffklasse der Kunststoffe durch vielfältig gestaltbare Eigenschaften und eine in gleicher Weise hohe Auswahl an Werkstoff- und Verfahrensvarianten das Potenzial, auch in den weiteren Domänen des Fahrzeuges Anwendung zu finden. Hier kann sie eine tragende Rolle in den Handlungsfeldern Leichtbau, Fahrerlebnis und Fahrzeugkonzepte einnehmen – tragend auch im wörtlichen Sinn“, fügt Ickert an. Weitere Einsatzgebiete sind etwa das Fahrwerk oder die Karosserie.

Kunststoffe gegen Schall

Aber auch beim Thema Akustik spielen Kunststoffe eine maßgebliche Rolle. Die Schallquellen sind vielfältig: Motor-, Auspuff- und Getriebegeräusche, Aggregateschwingungen oder Fahrgeräusche sollen in ihrer Intensität vermieden oder gemindert, wenigstens aber wohlklingend angepasst werden – innen wie außen. Große Bedeutung kommt dabei dem Raum in Motornähe zu, wo Absorptionsbauteile dominieren: die Motorkapselung, die Motorhaubenisolation oder die Stirnwandisolation.

Die Werkstoffe sind hier vorrangig Polypropylen, Polyurethan, Polyamid, Melamin und Phenolharz. Der Fahrgeräuschminderung dienen häufig aerodynamische Unterschilde, die den Unterboden abdecken und textile Radlaufschalen. Je nach Anforderung bestehen Letztere aus unterschiedlichen Vlies-Schichten und Polypropylen-Folien.

Großen Einfluss auf das Design hat der Werkstoff Kunststoff bei der Lichttechnik.

Nur eine von vielen Gestaltungsmöglichkeiten: Die Leuchtkugel aus Spritzguss hat einen Durchmesser von 15 Zentimetern und enthält 52 LEDs. Mit der so genannten MID-Technik lassen sich Leuchtmittel in jeder beliebigen Form entwickeln.
Nur eine von vielen Gestaltungsmöglichkeiten: Die Leuchtkugel aus Spritzguss hat einen Durchmesser von 15 Zentimetern und enthält 52 LEDs. Mit der so genannten MID-Technik lassen sich Leuchtmittel in jeder beliebigen Form entwickeln.
( Audi)

Audi demonstriert das mit der so genannten MID-Technik. „MID“ steht für „moulded interconnected devices“, also spritzgegossene Schaltungsträger. Mit diesen ist es möglich, Leuchtmittel in jeder beliebigen Form zu entwickeln. Die Grundlage der Technik bildet ein neuartiger Kunststoff, der eine metallorganische Komplexverbindung einschließt. Laut Stephan Berlitz, Leiter der Abteilung Entwicklung Lichtfunktionen/Innovationen bei Audi, befindet sich das System derzeit in der Erprobung.

Vorrangiges Ziel: Leichtbau

Neben der Integration neuer Funktionen erlaubt der Werkstoff Kunststoff vor allem wirtschaftliche „Multi-Material-Systeme“ – zum Beispiel getränkte Fasermatten sowie faser- und stahlseilverstärkte Bauteile. Sie ermöglichen künftig Einsatzzwecke, die mit herkömmlichen Kunststoffen nicht denkbar waren. Das Thema Leichtbau bleibt das vorrangige Ziel beim Einsatz von Kunststoffen – und quasi nebenbei eröffnen sich weitere, mitunter emotionale Anwendungen, die zum Fahrspaß beitragen – etwa Ambientebeleuchtungen im Innenraum.

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Über den Autor

 Thomas Günnel

Thomas Günnel

Redakteur/Fachjournalist, Redaktion AUTOMOBIL INDUSTRIE