Die Autos von morgen werden zu großen Teilen aus Kunststoff bestehen. Polymerwerkstoffe machen Fahrzeuge nicht nur leichter, sondern auch schöner. Sie lassen Elektroautos länger fahren und erhöhen die Fahrzeugsicherheit. Ein innovatives Autokonzept von Covestro zeigt, was heute alles schon geht.

Die aktuelle Diskussion über die Abgaswerte der aktuellen Automobilgeneration öffnet den Blick dafür, welchen Stellenwert modernste Technik in unseren Fahrzeugen hat. Und damit natürlich erst recht in denen von morgen. Auch wenn Mobilität immer wichtiger werden wird: Die „Faszination Automobil“ kann nur erhalten bleiben, wenn es gelingt, Fahrzeuge noch sparsamer, effizienter und umweltfreundlicher zu machen. Und zugleich den Wünschen der Kunden nach immer ansprechender gestalteten Fahrzeugen entgegen zu kommen, in denen exzellentes Design, Funktionalität und Nachhaltigkeit optimal zusammenfinden. Hinzu kommen weitere Anforderungen, die Elektro- oder gar selbstfahrende Autos an Werkstoffe stellen. Bei der Lösung all dieser Aufgaben spielen Kunststoffe eine zentrale Rolle.

Energie sparen ist das Gebot der Stunde

Bereits heute besteht ein Mittelklassewagen zu rund 18 Gewichtsprozent aus polymeren Hochleistungsmaterialien. Einer der Gründe: Kunststoffe sind leichter als metallische Werkstoffe. Außerdem sind sie gestaltungsfreudiger – wodurch sich in Bauteilen aus geeigneten Polymerwerkstoffen oft mehrere Funktionen zusammenführen lassen. Darum sind Kunststoffe der Schlüssel für den automobilen Leichtbau: Sie helfen, Emissionen nachhaltig zu minimieren und strenge Umweltauflagen zu erfüllen – ein um 10% geringeres Gewicht reduziert den Verbrauch um rund 5%. Experten erwarten deshalb, dass der Anteil von Leichtbauteilen im Fahrzeugbau bis zum Jahr 2030 auf rund 70% steigen wird.

Ein idealer Kandidat für einen forcierten Leichtbau sind (Verbund-) Werkstoffe auf Basis von Polycarbonat (PC). Ein Konzeptfahrzeug, das Covestro auf der Kunststoffmesse K 2016 vorgestellt hat, zeigt, was damit bereits heute möglich ist. Auf den ersten Blick am auffälligsten: Der Prototyp verfügt über eine 360-Grad-Rundumverscheibung. Darin ist erstmals auch der Frontbereich aus Polycarbonat gefertigt.

Die Verbundglas-Windschutzscheibe eines Automobils kann ein Gewicht von um die 20 kg auf die Waage bringen. Kunststoffscheiben können aufgrund ihrer im Vergleich zu Mineralglas geringeren Dichte durchaus leichter ausfallen. Nicht zuletzt deshalb dürfen Kunststofffrontscheiben seit Ende 2015 in vielen Ländern der Erde endlich offiziell verbaut werden – bis dahin waren sie nur in Sondereinsatzfahrzeugen mit Ausnahmegenehmigung erlaubt. Dabei spart die Kunststoffverscheibung nicht nur Gewicht – sie steigert auch die Insassensicherheit. Das schlagzähe PC ist sehr beständig gegen Steinschlag.

Aber Polycarbonat ist nur ein Baustein des Konzeptautos. Mit PC-ABS-Blends lassen sich auch sicherheitsrelevante Bauteile auf Diät setzen. In dem Showcar haben die Ingenieure das Konzept „Kunststoff statt Metall“ auf den derzeit erreichbaren Gipfel getrieben: So gelang die Konstruktion einer semi-transparenten A-Säule – eines für die Fahrzeugstabilität wichtigen Bauteils. Der Kunststoff wird hier durch eine metallische Gitterstruktur gestützt.

Energieeinsparung durch Aerodynamik

Das geringere Gewicht der Kunststoffe ist nur ein wichtiger Vorteil in Sachen Emissionsreduzierung. Ihre gestalterische Vielseitigkeit eröffnet weitere Einsparpotenziale. Ein Beispiel: fugenlose, homogene Oberflächen aus Kunststoff verringern den Luftwiderstand – und helfen dadurch, Sprit zu sparen.

Energiesparende Konstruktionen mit Kunststoffen sind schon bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor ein Muss, um ihre zukünftige Marktakzeptanz sicherzustellen. Bei Elektroautos sind sie (fast) noch wichtiger, da das Fahrzeuggewicht einen direkten Einfluss auf die Batteriereichweite hat. Darüber hinaus gibt es hier aber noch weitere, besondere Anforderungen zu erfüllen, die Kunststoffe praktisch automatisch auf die Einkaufsliste der Ingenieure setzen. Nur ein Beispiel: Elektroautos können keine Motorabwärme für die Heizung nutzen – also muss sie über die Batterie betrieben werden. PC erleichtert durch seine geringe Wärmeleitfähigkeit das Wärmemanagement im Fahrzeuginnenraum und schont dadurch die Batterie.

Design als Marketing-Booster

Aber das Covestro-Konzeptauto verweist noch auf einen ganz anderen Aspekt: Die Designfreiheit moderner Kunststoffe lässt sich auch gestalterisch nutzen. Die Rundumsicht dank Polycarbonat entschärft nicht nur das Problem des „toten Winkels“, sondern wertet das Fahrzeug auch optisch auf. Die Möglichkeiten von Autodesignern werden durch die freiere Gestaltbarkeit von Front- und Heckbereichen dank Kunststoff deutlich erweitert. Verbraucher freuen sich über das schicke und trendige Aussehen ihres Wagens – ein wichtiger Treiber für Neuanschaffungen, und Autohersteller können die Möglichkeiten nutzen, um ein unverwechselbares Markendesign zu schaffen.

Weitere Beispiele für neue Design-Chancen, die sich erst durch High-End-Polymere eröffnen, sind integrierte Displays in Karosserieteilen für die direkte Kommunikation von Auto zu Auto oder mit dem Fußgänger. Mit leuchtenden Flächen sowie Scheinwerfern und Heckleuchten, die in die Karosserie integriert werden, kommt der Autobeleuchtung eine ganz neue Bedeutung zu: Licht und seine Wirkung werden zum Styling-Element. Und nicht zu vergessen: Werkstoffe wie Polycarbonat lassen Funksignale passieren und erlauben die unkomplizierte Integration von Sensoren – den „Augen“ der kommenden autonomen Fahrzeuge, die ihre Daten dann auch kabellos kommunizieren können.

Insbesondere eine Top-Technologie aber dürfte sich als Kristallisationskeim für völlig neue Wege in der Autobeleuchtung erweisen: die Holografie. So hat Covestro gemeinsam mit dem Autozulieferer Hella innovative Leuchtelemente auf Basis holografischer Folien entwickelt. Damit lassen sich verschiedene Lichtfunktionen in Karosserieteile integrieren, die dennoch nur minimalen Bauraum benötigen.

Lackierung auf Basis von Biomasse

Auch nachhaltige Lack- und Klebstoffsysteme auf Basis nachwachsender Rohstoffe helfen, den ökologischen Fingerabdruck eines Fahrzeugs durch kluge Werkstoffauswahl zu verbessern: 70% des Kohlenstoffgehalts eines Lackhärters auf Basis von Biomasse, den Covestro vorgestellt hat, sind pflanzlichen Ursprungs.

Die Konzeptstudie belegt also gleich in mehrfacher Hinsicht: Die Autos von morgen werden dank Kunststoffen nicht nur leichter, besser und spritsparender, sondern auch insgesamt nachhaltiger. Und tatsächlich noch schöner.