Die PIAE – kurz für Plastics in Automotive Engingeering – findet seit vielen Jahren in Mannheim statt, so auch wieder Mitte Juni 2023. Zum Kongress mit Ausstellung kamen in diesem Jahr etwa 750 Teilnehmer, die aus den etwa 45 Vorträgen – aufgeteilt in 3 Session-Stränge – ihre jeweiligen Themen auswählen konnten. Die Vorträge an beiden Tagen präsentierten Lösungen der Automobilhersteller oder Zulieferer im Sinne von Best Practice. Fokussiert auf die Automobilbranche fand sich unter den etwa 70 bis 80 Ausstellern vor allem das Who-is-who der Rohstoffhersteller – ging es doch vornehmlich um den Werkstoff Kunststoff.
„Der Leichtbau – nicht als Technologie, sondern als Denkweise in der Entwicklung ressourceneffizienter und gebrauchsoptimierter Produkte mit einem leichten Footprint – wird meines Erachtens deshalb nach wie vor unterschätzt. Das zeigte auch die PIAE 2019. Fokussiert auf die neuen Herausforderungen durch die Elektromobilität, präsentierte sie den gereiften Leichtbau in einem Atemzug mit Sicherheit und Wirtschaftlichkeit als eine der Grundvoraussetzungen der Fahrzeuge von morgen“, so endete mein letzter Rückblick vor vier Jahren.
Daran hat sich bis heute kaum etwas geändert. Die Herausforderungen sind diesselben – ergänzt um Neue wie Kreislaufwirtschaft und Klimaschutz. So gab es in diesem Jahr eine fast durchgehende Session „Nachhaltigkeit“ zu Themen wie „Frugale Nachhaltigkeit“, die von Volkswagen propagiert wird, Dekarbonisierung, Recycling beziehungsweise Rezyklat-Einsatz. Nun können Kunststoffe zwar zum Leichtbau beitragen. Aber nachhaltiger, ökoeffizienter Leichtbau oder Automobilbau ist nicht nur Kunststoff, nur Recycling, nur Rezyklateinsatz.
Allerdings – mehr Nachhaltigkeit scheint für die Automobilindustrie noch immer eine Herausforderung weit weg vom Serieneinsatz. So passt es auch ins Bild, dass die Pressekonferenz zum Thema „Wertstoffkreisläufe im Automobil nachhaltig gestalten“ leider nicht stattfand. Die Umschreibung „Auf dem Weg in die Kreislaufwirtschaft“ von Thomas Drescher, Volkswagen, in der Begrüßung zum Kongress beschrieb deshalb die Situation der Automobilbranche recht treffend.
Eindeutig vermisst habe ich zum Beispiel beim Thema Nachhaltigkeit Vorträge und serienreife Einsatzbeispiele von Kunststoffen oder Composites basierend auf nachwachsenden Rohstoffen sowie Themen zur Materialeffizienz oder zum ökoeffizienten Produktdesign. Aber auch mehr und deutlichere Beispiele, wie Leichtbau zu all diesen Herausforderungen einen wichtigen Beitrag leisten kann. Ihn suchte man im Programm der PIAE 2023 auf den ersten Blick fast vergeblich.
Minimalismus als Beitrag zur Nachhaltigkeit
Gefunden habe ich Leichtbau am Vorabend der PIAE beim traditionellen Ateliertreff der BASF. Denn das Leichtbau-Konzeptfahrzeug „Oli“ war dort zu Gast – und konnte probegefahren werden. Das Fahrzeug ist dem, was sich derzeit noch im E-Mobilitäts-Sektor an „Leichtbau“-SUVs und „leichten“ Luxusmodellen tummelt, meilenweit voraus. Es zeigt wie Leichtbau und Produktdesign zu Nachhaltigkeit beitragen können und verkörpert meiner Ansicht nach den richtigen Ansatz – nicht nur im Hinblick auf Leichtbau und Kreislaufwirtschaft durch Recycling. Oli zeigt, wie funktionales und nachhaltiges Produktdesign aussehen kann, wie wenig ein Fahrzeug heute tatsächlich benötigt. Und es ist ein gutes Beispiel dafür, wie modern ein minimalistisches Autodesign daherkommen kann.
Das Fahrzeug ist weder schnell, noch luxuriös. Es ist vor allem leicht. Citroën und BASF zeigen mit dem Konzeptfahrzeug oli (all-ë), dass durch Reduktion und Eliminierung Gewicht und Ressourcen eingespart werden können. Die Höchstgeschwindigkeit ist auf 110 km/h gedrosselt und die Beschleunigung ähnelt einem 2CV. So werden Reichweite und Lebensdauer der Batterie verlängert.
Die Bauteile des Oli beweisen, dass Verzicht ästhetisch sein kann. Die komplette Rücksitzlehne wurde aus einem flexiblen 3D gedruckten Kunststoff gefertigt. Die offene Gitterstruktur (Lattice-Struktur) übernimmt dabei die natürliche Belüftung und ersetzt sämtliche Ventilatoren im Sitz. Sound- oder Navigationssystem fehlen, da die meisten Kunden über ein Smartphone und mobile Boxen verfügen. Dafür wurden im Armaturenbrett intelligent Halterungen eingeplant. Die Devices verbinden sich plug-and-play mit dem Fahrzeug.
Viele der Bauteile sind sortenrein konstruiert und weder verklebt noch verschweißt, um das Recycling zu erleichtern. Fahrer- und Beifahrertüre sind komplett identisch. Das spart Presswerkzeuge und reduziert die Komplexität. Dasselbe gilt für Radläufe und Stoßfänger. In den hinteren Armlehnen und im Boden des Innenraums findet sich ein expandiertes TPU (Thermoplastisches Polyurethan), das auch in Laufschuhen und Sportböden eingesetzt wird. Es ist elastisch wie Gummi, aber leichter und sehr widerstandsfähig und extrem abriebfest. Damit erhalten Armlehnen und Bodenbelag eine angenehme und beständige Oberfläche. Außerdem dämpft das Material Schall und Vibrationen. Weil der Bodenbelag wasserfest ist, lässt er sich einfach mit Wasser reinigen. Dazu sind Stöpsel aus Elastollan ® integriert, die zum Ablassen von Wasser und Schmutz entfernt werden können.
Motorhaube, Dach und Kofferraum bestehen aus Platten, in denen ein Polyurethansystem mit dem Spritzlacksystem kombiniert wurde. Dank einer wabenartigen Sandwichstruktur sind die Platten so stabil, dass man sogar darauf stehen kann. Dies ist Teil der Funktionalität des Fahrzeugs. Als Lackierung für die Karosserie kommt ein wasserbasierter Lack mit einem sehr niedrigen Gehalt an flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) zum Einsatz.
Mehr zu Oli gibt es hier.
Leichtbau auf der PIAE?
„Kunststoff ist per se Leichtbau“ – eine Aussage, die man immer mal wieder hört. Sie erscheint aufgrund der spezifischen Dichteunterschiede auch plausibel. Umso verwunderlicher daher, dass die PIAE auf den ersten Blick nur eine kleine Session mit drei Vorträgen zum Thema anbot. Doch bei näherem Hinsehen entpuppte sich die Automobil-Tagung als veritable Leichtbau-Veranstaltung: mindestens ein Drittel der Vorträge befassten sich mit dem Thema. Allerdings nur bei näherem Studium des Programms, denn Leichtbau ist schon seit 2019 eine Grundvoraussetzung für viele automobile Bauteile und Produktentwicklungen. Ohne Anspruch auf Vollständigkeit ein kleiner Auszug:
- Thomas Lindemann, Magna Exteriors, stellte ein leichtes Türmodul für BEVs vor – gefertigt aus thermoplastischen Polyolefine (TPO oder TPE-O). TPO sind Harzmischungen aus Polypropylen (PP) und unvernetztem EPDM-Kautschuk und Polyethylen. Sie besitzen eine hohe Schlagzähigkeit, geringe Dichte und gute chemische Beständigkeit.
- Guillaume Gardère, Valeo Thermal Systems, bezifferte am Beispiel einer Stoßstange die Vorteile von Organoblechen. 40 Prozent weniger Gewicht als Stahl und 39% geringeren CO2-Footprint im Vergleich zu Aluminium. Die Organoblech-Technologie sei reif für die Serienproduktion von Strukturbauteilen.
- In ihrem Vortrag „Lower Stiffener Porsche 911 GT3 in Projektil-Injektionstechnik“ griffen Christophe Bouvatier, Porsche, und Serdar Oener, Oenex, auch die Bauteilanforderungen Steifigkeit, Kosten und Gewicht auf. Bei der Projektil-Injektionstechnologie wird durch die noch weiche Schmelze unter (Medien-)Druck ein Projektil gedrückt, dessen Durchmesser die Wandstärke des Bauteils beeinflusst.
- Dr. Julius Rausch, Audi, und Harri Dittmar, ElringKlinger, stellten die Entwicklung eines Leichtbau-Unterfahrschutzes für Elektrofahrzeuge aus faserverstärktem Kunststoff vor. Der Ersteinsatz erfolgte beim Audi Q8 etron. Das Leichtbaupotential im Vergleich zu Aluminium liegt für den Unterfahrschutz für dieses Modell bei etwa sieben Kilogramm. Im Bauteil könnte Post-Consumer Recycling-Material eingesetzt werden, um den CO2-Footprint weiter zu verringern. Außerdem besitzt das sortenreine GF-PP-Bauteil, so die Referenten, Potential für das end-of-life Recycling.
- Als gelungenes Beispiel für Leichtbau und Nachhaltigkeit beschrieben Benoit Pesche, Celanese, und Dr. Gerard Liraut, Renault, die Kunststoff-Heckklappe des Renault Megane e-Tech. Um ein Fünftel leichter und auch der CO2-Footprint ist um ein Fünftel gesunken. Energie konnte durch das Verkürzen das Laserschweißprozesses und Materialeffizienz gespart werden. Eingesetzt wird eine patentierte Pultrusionstechnologie für die Herstellung von Langglasfaser-PP.
- Im neuen MAN Lkw werden an unterschiedlichen Stellen Rezyklate eingesetzt, was zu geringerem Gewicht und weniger CO2-Emissionen führt, wusste Hartmut Häberle, MAN Truck & Bus, zu berichten.
- Roman Hofer, 2Limit, zeigte auf, wie sich mit der MuCell-Technologie im Einsatz für Bauteile eines Autoscheinwerfers 26 Prozent Gewicht einsparen lassen. Hinzu kommen bei diesem Beispiel ein verminderter CO2-Footprint, eine verbesserte Kosteneffizienz sowie ein vereinfachtes Recycling.
- Batteriegehäuse, die stoß- und feuersicher gemäß eines Multimaterial-Konzepts aufgebaut sind, führen ebenfalls zu Gewichts- und Kosteneinsparungen. Die entsprechenden Versuchsergebnisse für die mechanischen und flammschützenden Eigenschaften erläuterte Warden Schijve, AZL Aachen, in seinem Vortrag.
- Hybrider Leichtbau steht derzeit im Hinblick auf das Recycling auf dem Prüfstand. Wie beides miteinander vereinbar sein könnte, stellt Mathias Lindemann, ThiM network factory, vor. Dabei berücksichtigte er den Einfluss einer veränderten Wahrnehmung des Werkstoffs Kunststoff durch ein verstärktes Umweltbewusstsein, leitete aus der notwendigen Recyclebarkeit neue Anforderungen für den Leichtbau ab. Als eine Möglichkeit stellte er Werkstoffkreisläufe in Kombination von Spritzgießen und Schäumen vor und ging in diesem Zusammenhang auf die Vor- und Nachteile von Mehrkomponenten und Mono-Materialsystemen ein.
- Ein Leichtbau-Design für mehr Nachhaltigkeit mit dem Fokus auf der strategischen Anwendung von Topologieoptimierung stellten Stuart Sampson, Lars Fredriksson und Mirko Bromberger, Altair Engineering, in ihrem Vortrag vor. Die Topologieoptimierung geht fast immer einher mit einem geringern Materialeinsatzu und damit geringerem Gewicht.
- Unter dem Session-Thema „Funktionsintegration“ stellten Fabian Groh, Audi, und Walter van Gilst, Polytec Group, ein Schubfeld in Kunststoffbauweise für Fahrzeuge mit verkürzten Batteriemodulen vor. Dabei spielten Strukturbauteile aus Kunststoff ebenso eine Rolle wie Prozesstechnologien für Composites, unter anderem Oneshot D-LFT und die Verarbeitung von UD-Tapes mit Glasfasern.
- Prozess- und Struktursimulationen haben eine Hohlprofil-Hybridlösung ermöglicht. Durch das Leichtbau-Spritzgussteil werden Metallhohlprofile funktionalisiert und können geschweißte Stahllösungen ersetzen. Diese serienreife Idee präsentierte Dr. Matthias Theunissen, Envalior.
- Das Fügen thermoplastischer Composite-Strukturen bedarf einer hohen Expertise. Wie dieser Prozessschritt gelingen kann und welche Möglichkeiten mit welchen Vor- und Nachteilen zur Verfügung stehen, das zeigten Stefan Weidmann und Thomas Hoffmann vom Leibniz-Institut für Verbundwerkstoffe.
- Eduard Ene, Porsche, berichtete unter der Rubrik Fertigungstechnologien über die Anwendung von naturfaserverstärkten Kunststoffen in einem Rennsportfahrzeug, wobei er besonders auf die Eigenschaften und möglichen Anwendungen dieser Werkstoffklasse einging.
Mut zum Verzicht macht Autos nachhaltiger
Möglichkeiten für mehr Nachhaltigkeit gibt es viele, sie beginnen dort, wo Autos entworfen werden. Sie beginnen möglicherweise sogar schon viel früher und erzählen eine Geschichte von Verzicht und Besinnung auf das Notwendige. In seiner Keynote, die sich um Chancen aus Krisen rankte, sagte Prof. Dr. Armin Nassehi, Ludwig-Maximilians-Universität, München, für mich einen der Schlüsselsätze dieser Veranstaltung:
„Um neue Lösungswege zu finden, ist ein vernetztes Denken in multiprofessionellen Teams erforderlich.“
Prof. Dr. Armin Nassehi, Ludwig-Maximilians-Universität
Das gilt nicht nur im Automobilbau, sondern auch für Fortschritt in anderen Branchen. Das gilt für den Leichtbau allgemein und die Bewältigung des Klimawandels im besonderen. Technologieoffenheit – nicht zu verstehen als „Hängenbleiben an alten Technologien“ – und die Bereitschaft neue Wege zu gehen, wird nicht nur der Automobilindustrie Wege aus der Krise und Wege für CO2-Neutralität ebnen. Denn jede Einheit CO2, die nicht emittiert wird, ist eine gute Einheit.
Bild oben: (Faserverstärkte) Kunststoffe sind beim Leichtbau im Automobil nicht mehr wegzudenken. (Quelle: Leichtbauwelt)
Autor: Christine Koblmiller, Redakteurin, Gründerin, Fachjournalistin aus Leidenschaft und überzeugter Leichtbau-Fan.
Leichtbauwelt ist Inspiration für Ihren Fortschritt und Wissen, wie’s leicht wird. Leichtbauwelt verlinkt, vernetzt und ordnet ein, verlagsunabhängig und transparent. Partei ergreife ich nur für den Leichtbau, von dessen Nutzen ich überzeugt bin. Mit dem Metamagazin Leichtbauwelt.de habe ich 2018 ein neues Medienformat im B2B-Umfeld geschaffen – Fachjournalismus mit einer klaren Haltung.
Seit etwa 25 Jahren bin ich Redakteurin für technische B2B-Fachzeitschriften. Für führende Fachmagazine habe ich als eBusiness-Projektmanager Industrie schon 2001 crossmediale Angebote eingeführt, denn die Digitalisierung aller Lebensbereiche hat großenEinfluss auf unser Informationsverhalten. Deshalb bin ich mir sicher, dass sich die Medienbranche wandeln muss. Mehr über mich finden Sie unter Conkomm, bei LinkedIn oder auf Xing.
„Leichtbau fasziniert und begeistert. Die Entwicklung von Leichtbauwelt über die letzten Jahre zeigt, dass der Markt unser Angebot braucht und gerne annimmt.“
Comments are closed, but trackbacks and pingbacks are open.