Bayer Materialscience: Höhere Reichweite für Elektroautomobile durch leichte Polycarbonat-Scheiben

Dachmodul mit integrierten Solarmodulen und Panoramascheibe aus dem transparenten Polycarbonat Makrolon® AG2677.

Die notwendige Senkung von Treibstoffverbrauch und Kohlendioxid-Emissionen treibt die Entwicklung alternativer Antriebe für Fahrzeuge voran. Ein Beispiel ist die Elektromobilität, die einen Verzicht auf den Einsatz fossiler Brennstoffe ermöglicht. Eine Herausforderung ist jedoch noch die geringe Reichweite von Elektrofahrzeugen. Hier kommt es vor allem auf eine noch leichtgewichtigere Automobil-Konstruktion an. Hierfür entwickelt Bayer MaterialScience nach eigenem Bekunden innovative und nachhaltige Werkstofflösungen auf Basis von Polycarbonat und Polyurethan, die unter anderem im Bereich der Verscheibung und der Dachkonstruktion eingesetzt werden können. Dort sollen sie Gewichtseinsparungen von bis zu 50 Prozent ermöglichen, wie der Serieneinsatz von Panoramadächern oder feststehenden Seitenfenstern aus Polycarbonat bereits bewiesen hätten.

Nur 20 Kilogramm Systemgewicht soll beispielsweise ein Dachmodul mit Scheibe und integrierten Solarmodulen auf die Waage bringen, das als Prototyp-Bauteil und Konzeptstudie von der Webasto AG entwickelt und in einem Elektrofahrzeug auf der IAA ausgestellt wurde. Das geringe Gewicht des Dachmoduls sei vor allem der leichten Panoramascheibe zu verdanken. Sie bestehe aus dem transparenten Polycarbonat Makrolon® AG2677, das Bayer MaterialScience für die Automobilverscheibung entwickelt habe.

"Automobilscheiben aus unserem Polycarbonat können einen wichtigen Beitrag leisten, das bisher noch hohe Gewicht der Batterien von Elektroautos zu kompensieren", erläutert Dr. Sven Gestermann, Key Account Manager im Bereich Automotive Glazing bei Bayer MaterialScience. "Ein wichtiges Ziel aktueller Entwicklungen ist es, die Reichweite der Fahrzeuge deutlich zu erhöhen. Die Fahrzeughersteller zeigen deshalb großes Interesse an Verscheibungssystemen auf Basis unseres Kunststoffs."

Große Designfreiheiten mit Polycarbonat
Bei der Entwicklung von Elektrofahrzeugen eröffnen sich neue Gestaltungsspielräume, weil grundlegend andere Konzepte für den Antriebsstrang zum Einsatz kommen können. So könnte der bisherige Motorraum konventioneller Fahrzeuge komplett wegfallen, was gänzlich neue Fahrzeugformen erlaubt. Davon kann Polycarbonat ebenfalls profitieren. Denn seine im Vergleich zu Glas und Metall größeren Formgebungsmöglichkeiten erlauben die Verwirklichung großflächiger, komplex geformter 3D-Karosserieaussenteile mit integrierten Scheibenelementen. "Diese Bauteile können als unverwechselbares Stilelement das Erscheinungsbild von Fahrzeugen im Sinne eines Markendesigns prägen", so Gestermann.

Welche Styling-Chancen sich dabei ergeben können, will Bayer MaterialScience am Beispiel eines Prototyp-Konzeptes für eine komplette, einteilig ausgelegte Heckklappe demonstrieren. Die Heckscheibe ist dabei Teil der vollständig fugenlosen Polycarbonat-Außenhaut des Bauteils. Weiterhin integriert sind ein Heckspoiler und zwei Styling-Linien, was, wie Bayer MaterialScience erklärt, mit Metall und Glas so direkt nicht umsetzbar gewesen wäre - im Falle des Spoilers etwa nur durch eine separate Montage. Rück- und Bremslichter, Blinker, Nummernschildlampen und die hochgesetzte Bremsleuchte liegen hinter der transparenten Außenhaut, so dass die individuelle Abdichtung aller dieser Leuchten entfallen könne. Die zugehörigen Aufnahmen und Führungen seien in 2K-Hinterspritztechnik direkt integrierbar, was sich kostengünstig auf die Fertigung der Baugruppe auswirke.

Einfärbung und Hitzemanagement mit einem System
Ein weiterer Freiheitsgrad beim Fahrzeugdesign ergibt sich den Angaben zufolge aus der praktisch freien Farbwahl in der Einfärbung von Polycarbonat. Dagegen würden Glasscheiben für Automobile nur in wenigen Standardfarben angeboten. Speziell für Polycarbonat-Scheiben habe Bayer MaterialScience transparent getönte Farben entwickelt, die einen großen Anteil der Infrarot (IR)-Strahlung des Sonnenlichtes herausfiltern, so dass sich der Autoinnenraum bei Sonnenschein nicht so stark aufheize. Entsprechend ausgerüstete Scheiben aus Makrolon® AG2677 erreichten für dunkle Tönungen eine mindestens so niedrige IR-Licht- und Energietransmission wie kommerzielle Wärmeschutzfarben für Glas. "Dadurch muss die Lüftungs- und Klimaanlage bei Sonnenhitze weniger Arbeit leisten, was wiederum weniger Stromverbrauch und eine größere Reichweite des Elektrofahrzeugs ermöglicht", erklärt Gestermann.

Weiterhin sollen Polycarbonatscheiben aufgrund der ungefähr fünffach niedrigeren Wärmeleitfähigkeit dieses Kunststoffs gegenüber Glas Vorteile bei der Wärmeisolation bieten. Dies bewirke bei kalter Witterung eine signifikant höhere Oberflächentemperatur der Polycarbonatscheiben auf der Fahrzeuginnenseite, was den Energiebedarf zum Heizen des Fahrzeugs verringern und zugleich den Komfort erhöhen soll. Auch diese Eigenschaft könne dazu beitragen, die Reichweite von Elektrofahrzeugen zu erhöhen. Während nämlich bei Verbrennungsmotoren Wärme im Überschuss produziert wird, die für die Heizung genutzt werden kann, muss beim Elektrofahrzeug Wärme mit kostbarer elektrischer Energie erzeugt werden - mit direktem Einfluss auf die Reichweite.

Bedeutender Beitrag zum Klimaschutz auch bei konventionellen Fahrzeugen
Auch bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor soll das Klima von leichten Automobilscheiben aus Polycarbonat profitieren. Denn sie sparen im Einsatz mehr CO2 ein als bei ihrer Produktion und Verwertung entstehe. Pro Kilogramm eingesetztem Polycarbonat werde die Atmosphäre um 14 bis 22 Kilogramm CO2 weniger belastet als bei Verwendung von Glas. Das sei das Ergebnis einer Ökobilanz, die ein unabhängiges Beratungsunternehmen am Beispiel eines Mittelklasse-Pkw aufgestellt habe. Würden alle Scheiben des Autos mit Ausnahme der Windschutzscheibe aus Polycarbonat bestehen (mit einem Gesamtgewicht des Kunststoffs von 15 Kilogramm), sollen über eine Fahrzeuglebensdauer von 150.000 Kilometer im Vergleich zu Glas über einen geringeren Kraftstoffverbrauch bis zu 330 Kilogramm CO2 pro Fahrzeug eingespart werden können.

Bayer Materialscience AG, Leverkusen

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