Werkstoffe: Nachhaltige Mobilität mit innovativen Kunststofflösungen

Bayer MaterialScience auf der Fakuma 2012 / Steigender Anteil von Polymeren im Automobil
Das Spektrum der Bayer-Entwicklungen für die Elektromobilität reicht von der Automobilverscheibung mit Polycarbonat über flammwidrige Gehäusematerialien für Batterien bis zu Rezyklaten für Karosserieanbauteile und Blends für die Gehäuse von Ladestationen.
Die begrenzte Verfügbarkeit fossiler Ressourcen und die nötige Reduzierung von Umweltbelastungen treiben die Entwicklung alternativer Antriebstechnologien voran. Auch wenn es bisher noch keinen eindeutigen Trend zugunsten einer künftigen Mobilitätstechnologie gibt, spricht vieles für einen umfangreicheren Einsatz elektrischer Antriebsformen, nicht zuletzt aufgrund der Unterstützung durch Regierungen, Automobilhersteller und andere Beteiligte.

Bayer MaterialScience sieht gute Perspektiven für eine steigende Verwendung von Kunststoffen bei künftigen Mobilitätstechnologien, da sie im Gegensatz zu herkömmlichen Materialien Gewicht einsparen, die Effizienz und Dauerhaftigkeit erhöhen und das Aussehen verbessern. „Der Anteil von Kunststoffen in Automobil-Anwendungen dürfte bis 2020 von zurzeit 15 auf bis zu 25 Prozent wachsen“, schätzt Hans-Peter Neuwald vom Auto-Team des Unternehmens. „Das ist nicht nur auf Gewichtseinsparungen zurückzuführen. Vielmehr spielen auch Aufholeffekte in Schwellenländern eine Rolle, wenn es um mehr Qualität, Sicherheit und Komfort geht.“ Auch der Einbau neuartiger Fahrassistenzsysteme, Kameras, Sensoren oder von Produkten für den Fußgängerschutz begünstigten den Einsatz von Kunststoffen.

Leichtbau forciert Kunststoffeinsatz
 
 Vor allem der Trend zur Elektromobilität hat dem automobilen Leichtbau neuen Schwung verliehen. Denn Elektrofahrzeuge müssen „abspecken“, damit sie pro Ladezyklus der immer noch schweren Batterien genügend Reichweite haben. „Wir beobachten daher eine verstärkte Nachfrage nach unseren Kunststoffen als Alternative zu schwereren Materialien wie Stahl und Glas. Das gilt sowohl für die Fertigung von Karosserieanbauteilen als auch für Bauteile im Autoinnenraum wie Abdeckungen und Säulenverkleidungen“, so Dr. Claus Rüdiger, Experte für Polycarbonat-Anwendungen im Bereich Elektromobilität bei Bayer MaterialScience.

Besonders attraktiv ist der Einsatz des Polycarbonates Makrolon in der Verscheibung von Automobilen. Bis zu 50 Prozent Gewicht lassen sich gegenüber vergleichbaren Glaskomponenten einsparen. Zusätzlich verringert die Integration von Funktionen per Spritzguss-/Spritzprägeverfahren die Bauteilkosten. Mittlerweile können ganze Verscheibungsmodule wie etwa komplette Heckklappen gewichtssparend aus Makrolon® und zugehörigen Blend-Materialien hergestellt werden.

In aktuellen Entwicklungen sind auch die im Vergleich zu Glas guten Wärmedämmeigenschaften von Polycarbonat von Bedeutung. Denn sie verringern den Energiebedarf zum Beheizen des Autoinnenraums. Dies macht sich gerade bei Elektrofahrzeugen bezahlt. Bei ihnen muss die Heizenergie von der Batterie kommen, was der Reichweite der Fahrzeuge schadet.

Auch in Autoscheinwerfern ermöglicht Polycarbonat Gewichtsreduzierungen. Ein Beispiel sind LED-Linsen für das Abblendlicht in den Frontscheinwerfern einer deutschen Oberklasselimousine. Die Linsen aus Makrolon® LED 2245 wiegen rund 50 Prozent weniger als ihre Pendants aus Glas.

Flammwidrige Zellrahmen von Lithium-Ionen-Akkus
 
 Polycarbonat-Kunststoffe sind ebenfalls gut geeignet, um das Gewicht der Akkus von Elektrofahrzeugen zu senken – so zum Beispiel als Gehäusematerialien. „Wir arbeiten an speziellen Typen unserer Bayblend® FR Blends, die eine wichtige Rolle in Konzepten für flammgeschützte, elektrisch isolierende und trotzdem leichte Batteriegehäuse spielen“, so Dr. Rüdiger. Nützlicher Nebeneffekt: Die Blends sorgen im Gegensatz zu Metall für eine gute thermische Dämmung der Batterien, so dass diese auch bei tiefen Temperaturen zuverlässig funktionieren.

Ein weiterer Entwicklungsschwerpunkt von Bayer MaterialScience sind flammgeschützte Polycarbonat-Blends, mit denen sich dimensionsstabile und verzugsarme Rahmen für Zellen von Lithium-Ionen-Akkus spritzgießen lassen. Große Einsatzchancen haben diese Werkstoffe auch bei anderen Baugruppen des Elektroantriebs – so etwa in Komponenten für das Batterie-Managementsystem und die Leistungselektronik, die in Kontakt mit spannungsführenden Bauteilen stehen.

„Grüne“ Hightech-Rezyklate für Karosserieanbauteile
 
Bayer MaterialScience konzentriert sich mit seinen Materiallösungen nicht nur auf den Fahrzeug-Leichtbau und die Batterietechnik. Vielmehr sieht der ganzheitliche Ansatz des Unternehmens auch eine möglichst energieeffiziente und ressourcenschonende Herstellung der Kunststoffe vor.

Ein Beispiel sind Blends des Typs Makroblend® GR. Sie sind auf Basis von sortenreinem Polyethylen-Terephthalat (PET) und Polycarbonat formuliert, die aus aussortierten handelsüblichen Wasser-Flaschen gewonnen werden. Die Blends sind konventioneller Neuware von ihrem Leistungsprofil her ebenbürtig. Als Alternative unter anderem zu Stahlblech und Aluminium eignen sie sich hervorragend zur Fertigung von gewichtssparenden Pkw-Karosserieteilen wie Kofferraumabdeckungen und -schürzen, Spoilern sowie Deckeln von Verdeckkästen und Antennen.

Im Serieneinsatz – Blends für Gehäuse von Ladestationen
Ein weiteres, für Polycarbonat und seine Blends sowie für Polyurethane attraktives Anwendungsfeld sind Ladestationen für Elektrofahrzeuge. Eine flächendeckende Versorgung mit den Stationen ist Voraussetzung, damit sich Elektromobilität breit durchsetzen kann. „Wir haben für die Gehäuse der Stationen verschiedene Werkstoffe entwickelt, von denen sich einige bereits im Serieneinsatz bewähren“, so Dr. Berit Krauter, die diese Polycarbonat-Anwendung betreut. Die Gehäuse zeichnen sich neben einer hohen Brandwidrigkeit und elektrischen Isolierfähigkeit vor allem durch eine gute mechanische Performance wie etwa einer hohen Schlagzähigkeit aus, die sie vor Vandalismus schützt.
Bild: Das Spektrum der Bayer-Entwicklungen für die Elektromobilität reicht von der Automobilverscheibung mit Polycarbonat über flammwidrige Gehäusematerialien für Batterien bis zu Rezyklaten für Karosserieanbauteile und Blends für die Gehäuse von Ladestationen. Quelle: Bayer MaterialScience AG
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