Das sind die Kunststofftrends im Automobilbau
In Mannheim treffen sich in diesen Tagen die Experten für Kunststoffe im Automobilbau auf dem Fachkongress des VDI Wissensforum.
Besonders im Automotive-Bereich: Innovative Werkstoffe, ein steigender Rezyklatanteil und neue Fertigungsverfahren machen Kunststoffe im Automobilbau vielseitiger, nachhaltiger und nahezu unverzichtbar.
Foto: P. Kellerhoff
Jahrzehntelang spielten im Automobilbau Kunststoffe eine untergeordnete Rolle. Bis in die zweite Hälfte des 20. Jahrhunderts wurde alles, was heute mit Kunststoffen abgebildet werden kann, entweder aus Stoff (Seitenverkleidungen), Holz oder Blech (Armaturentafel) hergestellt, als Isolatoren oder Bedienknöpfe diente das Bakelit, das 1905 vom belgischen Chemiker Leo Hendrik Baekeland entwickelt und nach ihm benannt wurde. Und das war in der Tat der erste vollsynthetische, industriell produzierte Kunststoff.
Die PIAE vernetzt Entscheider, Ingenieure und Entwickler entlang der gesamten Wertschöpfungskette – von Rohstoffen über Design und Fertigung bis zum Recycling.
Foto: VDI-Wissensforum/ A. Reusch
Am Anfang war der Kunststoff
Als Vater der Polymerchemie gilt der deutsche Chemiker Hermann Staudinger. Bereits 1920 veröffentlichte er in den Berichten der Deutschen Chemischen Gesellschaft einen Artikel, der als Begründung der modernen Polymerwissenschaften gilt. Vor allem in den Jahren von 1924 bis 1928 folgten weitere richtungsweisende Theorien über den Aufbau von Kunststoffen, die die Grundlage für das heutige Verständnis dieser Werkstoffklasse bilden. Staudinger erhielt für diese Arbeiten 1953 den Nobelpreis.
Seitdem hat sich viel getan in Sachen Kunststoff, der heute ein Hochleistungswerkstoff mit vielfältigen Eigenschaften und Verwendungszwecken ist. Und genau darum geht es auf der Konferenz PIAE (Plastics in Automotive Engineering). Eine Besonderheit der PIAE ist es laut dem Veranstalter, dass der Kongress Entscheider, Ingenieure und Entwicklung über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg zusammenführt – vom Rohstoff bis zu Fertigungsmethoden, vom Design bis zum Recycling. „From cradle to grave.“ Und das gerade im Automotive-Bereich, denn innovative Werkstoffe, ein wachsender Anteil an Rezyklaten und neue Fertigungsverfahren machen die Verwendung von Kunststoffen im Automobilbau noch vielfältiger und nachhaltiger, eigentlich unverzichtbar. In Sachen Effizienz, Flexibilität, Funktionalität und Gestaltung von Oberflächen kann nämlich kaum ein anderes Material mit Kunststoff im Auto mithalten.
Heutige Kunststoffverbindungen können in 20 Jahren illegal sein
Aber sein Einsatz bringt auch Probleme mit sich, betont Timo Unger, dessen Funktion beim Arbeitgeber Hyundai Motor Europe kaum auf eine Visitenkarte passt. Sie lautet: Senior Sustainability & Environmental Affairs, Regulation, Vehicle Safety & Environment. Unger sagt: „Um nur ein Beispiel zu nennen – von der Entwicklung eines Fahrzeugs bis zu dessen Demontage können locker 20 Jahre vergehen. Designentscheidungen von heute wirken sich also erst in Jahrzehnten auf das Recycling aus. Die zentrale Frage lautet also: Wie sieht die wahrscheinlichste Recyclinginfrastruktur- und Technologie in 20 Jahren aus?“
Und er verweist zusätzlich auf die Problematik, dass in 20 Jahren manche Inhaltsstoffe in den Kunststoffen dann eventuell auch verboten sein könnten. Schon jetzt behindern Beschränkungen bestimmter Substanzen die Wiederverwertung geschlossener Kunststoffkreisläufe, da ältere Fahrzeuge mittlerweile verbotene Substanzen enthalten – 20 Jahre zuvor waren sie noch legal.
Das Problem mit sortenunreinen Kunststoffen
Die Wiederverwendung von Kunststoffen etwa aus dem Consumerbereich – sogenannte Post-Consumer-Rezyklate (PCR) – ist einer der Schwerpunkte auf der PIAE. Doch oftmals sind diese Produkte nicht sortenrein, unerwünschte Polymere, Partikel oder gar Metalle können darin enthalten sein und die Eigenschaften des Endprodukts damit beeinflussen. Da ist die Analytik eine Herausforderung, weiß Hans Wunsch, Geschäftsführer der Galab Laboratories mit Sitz in Hamburg. Das Unternehmen ist ein unabhängiges Dienstleistungslabor für die externe Qualitätskontrolle von Lebensmitteln, Lebensmittelverpackungen, Hygieneprodukte oder Bedarfsgegenstände und deren Rohstoffe auf Substanzen oder Kontaminanten.
Auch im Porsche steckt Plastik.
Foto: P. Kellerhoff
Hans Wunsch hält ebenfalls auf der PIAE einen Vortrag zum Thema, was die Automobilindustrie in Sachen PCR von der Lebensmittel- und Hygienebranche lernen kann. Er verweist in seinem Vortrag darauf, dass die European Chemical Agency (ECHA) immer mehr Chemikalien auf ihre Toxizität bewertet und neue Höchstmengen in Produkten festsetzt. Das könne auch Auswirkungen auf die Kunststoffe im Automobilbau haben, mahnt Wunsch und rät dazu, darauf frühzeitig vorbereitet zu sein und präventive Maßnahmen zu ergreifen, besonders unter dem Aspekt, wenn immer mehr PCR-Materialien in der Automobilindustrie eingesetzt würden. Ebenfalls über den Einsatz von PCR drehen sich mehrere Vorträge etwa der Renault-Group, von Audi oder dem Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF).
Aus Alt wird Neu
Dem Thema, oft verschmutzte und gemischte Kunststoffteile aus Altfahrzeugen wieder in neuen Fahrzeugen verwenden zu können, widmet sich Audi zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung (IVV). In dem Pilotprojekt geht es darum, Kunststoffe selektiv zu lösen, von Fremdstoffen zu reinigen, zu filtern und in neuwertige Rohstoffe umzuwandeln, die dann wieder im Automobilbau Verwendung finden können. Derzeit evaluieren das Fraunhofer IVV und Audi zusammen mit weiteren Partnern, die Prozesskette auf gemischte, real anfallende Schredderrückstandsfraktionen anzuwenden, welche die Kunststoffabfälle aller Automobilhersteller enthalten. Dafür sei es vor allem notwendig, den lösemittelbasierten Recyclingprozess zu skalieren und zu kommerzialisieren.
Frugalität: Die neue Sparsamkeit
Seit etwa zwei Jahren ist das Thema Frugalität in aller Munde – bei Automobilherstellern, bei Zulieferern und auch in vielen anderen Branchen. Frugalität steht für Einfachheit, Bescheidenheit oder auch für sparsam und genügsam. „Technologische Leistungsfähigkeit muss sich durch ökonomische, ökologische und soziale Nachhaltigkeit auszeichnen“, verdeutlicht Rajnish Tiwari, Professor an der Hochschule Fresenius in Hamburg. Unnötige Komplexität, wie sie oft aus dem Wunsch der Hersteller resultiere, in allem eine Topqualität abzuliefern, sollte dabei eliminiert werden, um Innovationen für externe und interne Kunden erschwinglich und zugänglich zu machen.
Tiwari macht klar: „Für Unternehmen und ganze Volkswirtschaften bedeuten Produkte, die für viele Kunden unbezahlbar sind, einen Verlust an Wettbewerbsfähigkeit – ein Risiko, das angesichts des wachsenden Protektionismus besonders schwer wiegt.“ Sein Credo: Statt in Schönheit zu sterben, lieber Wert auf frugale Strukturen setzen und Produkte liefern, die Kunden sich auch leisten können. Er verwies als Beleg auf den demografischen Wandel in Deutschland, der bedeute, dass immer mehr potenzielle Kunden in Kürze in Rente gehen und dann weniger Geld zur Verfügung haben.
„Frugalität ist mehr als nur ein Trend“, ist Tawari überzeugt. „Sie ist der potenzielle Gamechanger der kommenden Jahrzehnte, der den sparsamen Umgang mit knappen natürlichen Ressourcen und erschwingliche Lösungen in den Vordergrund stellt.“ Seiner Meinung nach riskieren Unternehmen, die den frugalen Ansatz bei Innovationsprojekten ignorieren, langfristige regulatorische Eingriffe. Daher sei die dringende Umsetzung ressourceneffizienter und erschwinglicher Lösungen eine strategische Notwendigkeit.
Weitere Inhalte der PIAE
Natürlich finden die Teilnehmer auf der PIAE auch bewährte Inhalte und Themen im Kongressprogramm, so beispielsweise viele Bauteilanwendungen, Fertigungsverfahren, die Funktionsintegration und Simulationsthemen. Daneben stehen in diesem Jahr weitere fünf Schwerpunktthemen im Fokus: der Leichtbau, die Oberflächentechnik, biobasierte Werkstoffe, Elektroantriebe sowie die digitale Zukunft.
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