Geschäftsbericht 2015DEENCN
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Mobilität

leicht gemacht

Autos sollen effizienter und damit umweltschonender werden. Leichtbauteile aus faserverstärkten Kunststoffen könnten helfen, doch ihre Herstellung ist teuer. Entwickler von Evonik Industries haben Lösungen gefunden, mit denen Leichtbau in Serie ein großes Stück näher rückt.

Mobilität macht das Leben einfacher: Ob trockenen Fußes zur Arbeit, mit vollen Einkaufstüten nach Hause oder im Notfall schnell zum Arzt – nur wenige wollen die Mobilität eines eigenen Autos missen, und Millionen Menschen in den Schwellenländern träumen davon.

Die weltweite Fahrzeugflotte hat bereits 2009 die Marke von einer Milliarde überschritten und wächst weiter. Um die Folgen für die Umwelt einzudämmen, verschärfen Gesetzgeber zunehmend die Umwelt- und Emissionsauflagen. So senkt die EU zum Beispiel bis 2020 die CO2-Grenzwerte für alle Neuwagen von heute 130 auf dann 95 Gramm pro Kilometer.

Konsequenter Leichtbau wäre ein Weg für die Hersteller, um diesen Vorgaben näher zu kommen. Mit 100 Kilogramm eingespartem Gewicht sinkt der Kraftstoffverbrauch eines Autos um bis zu 0,5 Liter pro 100 Kilometer. Während moderne Flugzeuge jedoch schon zu 50 Prozent aus Faserverbundwerkstoffen bestehen, machen solche „Composites“ bei Autos gerade einmal etwa ein Prozent aus. Ein wichtiger Grund: Im Leichtbau steckt viel Handarbeit, es fehlt an automatisierten Fertigungsverfahren, und das Aushärten der Materialien braucht deutlich länger als etwa das Stanzen, Biegen und Verschweißen von Metallteilen. Das treibt die Kosten und senkt die Produktionszahlen.

Die Fertigungsprozesse machen etwa 70 Prozent der Gesamtkosten von Faserverbundwerkstoffen aus. Deshalb haben wir uns im Projekthaus auf Prozesse und Materialien konzentriert, die diese Kosten deutlich senken.Dr. Sandra Reemers

Leiterin des Projekthauses Composites

Ein Entwicklerteam von Evonik stellt nun Abhilfe in Aussicht. Drei Jahre hat es im sogenannten Projekthaus Composites der strategischen Innovationseinheit Creavis intensiv mit den Geschäftsgebieten von Evonik, Partnern entlang der gesamten Wertschöpfungskette und Hochschulen zusammengearbeitet, um neue Materialien und Prozesse zu entwickeln, die Leichtbau mit Faserverbundwerkstoffen wirtschaftlicher machen. Basis dafür war das umfangreiche Know-how von Evonik bei fast allen Bestandteilen von Verbundwerkstoffen.

Für eine Serienfertigung eignet sich ein komplett neues Materialkonzept des Projekthauses: die sogenannten hybriden Polymersysteme. Sie vereinen die Eigenschaften von zwei Kunststofftypen, die bislang als unvereinbar galten. Sie lassen sich so einfach verarbeiten wie thermoplastische Kunststoffe und sind dennoch mechanisch so belastbar wie duroplastische Kunststoffe. Um das zu erreichen, bedienen sich die Entwickler eines Tricks: Dank spezieller Chemie lassen sich die Polymersysteme bei Temperaturen oberhalb 170 °C umformen, während sie bei normalen Gebrauchstemperaturen formstabil und mechanisch sehr robust sind. Damit können Bauteile aus diesem hybriden Polymersystem deutlich schneller produziert werden und sind zudem recyclingfähig.

Neuland hat das Projekthaus auch mit unidirektionalen Tapes betreten. Dahinter verbergen sich Kunststoffbänder, in die Fasern in Längsrichtung eingebettet sind. Werden solche Tapes in unterschiedlichen Winkeln übereinandergeschichtet und miteinander verschmolzen, entstehen extrem stabile Bauteile. Zur Herstellung dieser Tapes hat das Projekthaus ein neues Verfahren entwickelt, das Kosten, Zeit und Energie spart. Seit gut einem Jahr läuft es in einer serientauglichen Pilotanlage.

Nach der Entwicklungsphase im Projekthaus gilt es nun, die Markteinführung voranzutreiben. Das übernehmen die Geschäftsgebiete von Evonik. Die Reaktionen potenzieller Kunden, die Muster zum Testen erhalten haben, zeigen schon jetzt: Evonik hat mit diesen Entwicklungen einen Nerv getroffen.

Auch die Öl- und Gasförderung könnte von faserverstärkten Verbundwerkstoffen profitieren. Werden Öl und Gas aus großen Wassertiefen geholt, müssen die Leitungen hohem Druck standhalten. Sie werden dazu mit metallischem Gewebe versteift, das sie aber schwerer macht. Die unidirektionalen Tapes von Evonik bieten hier eine Alternative, weil sie extrem fest und sehr leicht sind und nicht korrodieren.