Die Spritzgusstechnologie wird in der Automobilindustrie häufig eingesetzt, da sie eine hohe Effizienz und Präzision gewährleistet und gleichzeitig die Kosten und den Zeitaufwand bei der Herstellung von Kunststoffteilen reduziert. Wie sieht dieses Verfahren aus, welche Materialien können damit verarbeitet werden und welche Vorteile bietet es?
In der Automobilindustrie verwendete Kunststoffarten
In der Automobilbranche werden heute viele verschiedene Arten von Kunststoffen verwendet. Je nach ihren Eigenschaften werden sie in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Die häufigste Gruppe sind Thermoplaste wie Polypropylen (PP), Polycarbonat (PC) und ABS, die im Spritzgussverfahren verarbeitet werden. Der erste Kunststoff ist leicht, chemikalienbeständig und stoßfest, weshalb er bei der Herstellung von Stoßstangen, Motorabdeckungen und Türverkleidungen verwendet wird. Polycarbonat wiederum ist transparent und widerstandsfähig gegen mechanische Beschädigungen, weshalb es sich beispielsweise für die Herstellung von Reflektoren eignet. ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) verfügt über ebenso gute Eigenschaften hinsichtlich mechanischer Beständigkeit und hoher Temperaturen. Typischerweise werden daraus Armaturenbrett- und Gehäuseteile gefertigt.
Eine weitere wichtige Werkstoffgruppe sind duroplastische Kunststoffe. Zu ihr gehören chemikalien- und temperaturbeständige Epoxide, die in Klebstoffen und Schutzbeschichtungen zu finden sind. Phenolharze, die in der elektrischen Isolierung und in Motorkomponenten verwendet werden und sich durch ihre Beständigkeit gegen extrem hohe Temperaturen und Feuer auszeichnen, sind hier ebenfalls zu erwähnen.
Eine dritte, sehr beliebte Gruppe moderner Kunststoffe, die in Automobilen verwendet werden, sind kohlenstoff- oder glasfaserverstärkte Verbundwerkstoffe. Erstere vereinen außerordentliche Festigkeit mit ultraleichtem Gewicht, weshalb sie sich beispielsweise für die Herstellung von Motorhauben von Fahrzeugen eignen. Letztere werden aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit häufig in Stoßstangen oder Kotflügeln verwendet.
Kunststoffformverfahren
Es gibt verschiedene Technologien des Spritzgussformens von Kunststoffen, die die Herstellung einer breiten Palette von Automobilkomponenten ermöglichen. Die gängigste Methode ist das Spritzgießen, bei dem der Kunststoff bis zum flüssigen Zustand erhitzt und dann unter hohem Druck in eine Form eingebracht wird. Sobald er abgekühlt und ausgehärtet ist, nimmt er dauerhaft die Form der Gussform an. Mit diesem Verfahren werden beispielsweise Armaturenbretter, Türverkleidungen, Stoßstangen, Motorabdeckungen sowie Innen- und Außengehäuseteile hergestellt.
Eine weitere Technologie ist die Extrusion. Dabei wird plastisch erhitztes Material durch eine Matrize gepresst und erhält so die gewünschte Form. Durch Extrusion werden überwiegend lange, gleichmäßige Teile wie Profile, Rohre, Dichtungen und Streifen hergestellt. Zu den Technologien des Spritzgussformens von Kunststoffen zählen außerdem Rotations-, Thermo- und Druckformen. Bei der ersten wird Kunststoffpulver oder -granulat in eine Form gegeben, die dann gleichzeitig in zwei Achsen gedreht und erhitzt wird. Der schmelzende Kunststoff verteilt sich gleichmäßig an den Innenwänden der Form und bildet ein dünnwandiges Teil. Auf diese Weise entstehen zum Beispiel Kraftstofftanks und alle Arten von Abdeckungen. Beim Thermoformen (Warmformen) hingegen wird eine Kunststoffplatte bis zum plastischen Zustand erhitzt und dann mit Hilfe einer Form und Vakuum oder Druck in die gewünschte Form gebracht. Durch Thermoformen können größere Teile aus dünnerem Material hergestellt werden, wie zum Beispiel Gepäckträgerkomponenten. Beim Druckformen wird das Material in eine Form gegeben und hohem Druck ausgesetzt, wodurch eine präzise Reproduktion der Formgestalt ermöglicht wird. Dieses Verfahren wird oft in Kombination mit dem Spritzgussverfahren eingesetzt und ermöglicht die Herstellung komplexerer Produkte wie Strukturbauteile und Gehäuse.
Vorteile der Verwendung von Kunststoffen in der Automobilindustrie
Die Verwendung von Kunststoffen in der Automobilindustrie hat viele Vorteile. Spritzgegossene Bauteile von Fahrzeugen tragen zu einer verbesserten Effizienz, Sicherheit und Nachhaltigkeit der Autos bei. Sie sind deutlich leichter als herkömmliche Materialien wie Stahl oder Glas. Außerdem verbrauchen Fahrzeuge mit geringerem Eigengewicht weniger Kraftstoff, was zu niedrigeren CO2-Emissionen und einer besseren Kraftstoffeffizienz führt.
Darüber hinaus bieten Kunststoffe mehr Freiheit bei der Gestaltung komplexer Formen und Strukturen und ermöglichen so die Herstellung aerodynamischerer und ästhetischerer Fahrzeuge. Des Weiteren sind sie korrosionsbeständig, was die Haltbarkeit und Lebensdauer der aus ihnen hergestellten Bauteile auch bei Einsatz unter schwierigen Witterungsbedingungen erhöht. Aufgrund ihrer hohen mechanischen Festigkeit werden Kunststoffe auch häufig in Sicherheitsbauteilen wie Airbags, energieabsorbierenden Stoßdämpfern in Stoßfängern und Schutzabdeckungen verwendet, um die Insassen bei einem Unfall wirksam zu schützen. Darüber hinaus verfügen derartige Materialien über hervorragende Isoliereigenschaften, die zur Verbesserung des akustischen und thermischen Komforts im Fahrzeuginneren beitragen. Außerdem sind sie umweltfreundlich, da die meisten von ihnen recycelt werden können, was zur Abfallreduzierung beiträgt. Es ist auch erwähnenswert, dass die Verarbeitung von Kunststoffen im Spritzgussverfahren im Vergleich zu herkömmlichen Materialien oft weniger Energie erfordert. Dies wirkt sich auch auf die höhere Wirtschaftlichkeit ihrer Verarbeitung aus, was insbesondere bei Großserienproduktionen von Vorteil ist.
Beispiele der Verwendung von Kunststoffen in der Automobilindustrie
Heutige Fahrzeuge enthalten eine erhebliche Menge an Kunststoffen. Schätzungsweise machen sie im Durchschnitt etwa 10-15 % des Gewichts eines modernen Autos aus. In einigen Fällen, insbesondere bei technologisch fortschrittlicheren Fahrzeugen, kann dieser Anteil bis zu 25% betragen. Zu den am häufigsten verwendeten Materialien gehören Polypropylen (PP) und ABS. Diese Werkstoffe sorgen für die ästhetische Optik und Langlebigkeit der daraus gefertigten Cockpit-Elemente, Seitenverkleidungen und Türgriffe. Für Sitze werden in der Regel Polyurethan- (PU) und Polypropylen- (EPP) Schaumstoffe verwendet. Das letztgenannte Material ermöglicht die Herstellung ästhetisch ansprechender Sonnenblenden oder bequemer und dauerhaft flexibler Sitze, die ihre ursprüngliche Form für eine lange Zeit beibehalten. Die im Sicherheitssystem verwendeten Airbags werden dagegen aus Nylon (PA) hergestellt. Auch an der Außenseite von Fahrzeugen finden sich zunehmend Kunststoffe, zum Beispiel in Kühlergrills oder Stoßfängern. Diese Strukturen werden meist im Spritzgussverfahren aus Polypropylen (PP) oder Polycarbonat (PC) hergestellt. Im Inneren der Stoßfänger kommen hingegen EPP-Autoelemente, sogenannte Absorber, zum Einsatz, die Aufprallenergie aufnehmen und so Unfallschäden minimieren.
Zum Schutz vor Verschmutzung und Beschädigung sind auch Motorabdeckungen aus Kunststoff gefertigt. Polypropylen (PP) eignet sich in diesem Fall am besten. Aufgrund seiner mechanischen Festigkeit wird dieser Werkstoff zunehmend für die Herstellung von Karosserieteilen verwendet. Das Anwendungsspektrum von Kunststoffen umfasst auch alle Arten von PVC-Dichtungen und Kabelummantelungen sowie Kofferraumkomponenten wie Fußmatten, Ablagen und Werkzeugkästen.
Herausforderungen und Zukunft des Spritzgussformens von Kunststoffen in der Automobilbranche
Das Spritzgussformen von Kunststoffen wird sich weiterentwickeln, um den Herausforderungen der Nachhaltigkeit gerecht zu werden. Ihre Zukunft sieht vielversprechend aus, insbesondere angesichts der steigenden Nachfrage nach Elektro- und Hybridfahrzeugen und der Entwicklung neuer Materialien und Technologien. Zwar reduzieren Kunststoffe das Gewicht von Fahrzeugen und erhöhen deren Energieeffizienz, allerdings besteht dringender Handlungsbedarf im Bereich effektiver Verarbeitungs- und Recyclingtechnologien, die den Einsatz von Energie und fossilen Rohstoffen reduzieren.
Eine der Lösungen für die Zukunft ist richtiges Recycling und eine Kreislaufwirtschaft. Die Einführung effizienterer Methoden zur Rückgewinnung von Kunststoffen wird die Ölförderung reduzieren und die Menge an umweltgefährdenden und schwer abbaubaren Abfällen verringern. Zunehmend strengere Umweltvorschriften verpflichten die Hersteller zu einem verantwortungsvollen Umgang mit Kunststoffen. Zudem deutet alles darauf hin, dass die Zukunft von Kunststoffen auch weiterhin von Innovationen geprägt sein wird. Die Automobilbranche ist ständig auf der Suche nach neuartigen Werkstoffen mit noch besseren technischen und ökologischen Eigenschaften. In der Zukunft ist die Entwicklung leichter Verbundwerkstoffe zu erwarten, die mit Kohlenstoff- oder Glasfasern oder Materialien biologischen Ursprungs verstärkt sein werden. Ihre effiziente Produktion wird durch moderne, automatisierte und robotergestützte Produktionslinien unterstützt, die durch künstliche Intelligenz gesteuert werden.