Nachhaltigkeit versus nachhaltige Mobilität
Nachhaltigkeit im ökologischen Sinne bedeutet, dass nicht mehr Ressourcen verbraucht werden dürfen, als nachwachsen, sich regenerieren oder künftig wieder bereitgestellt werden können. Mobilität drückt hingegen die Beweglichkeit in Hinblick auf den Beruf, die soziale Stellung sowie den Wohnsitz aus. Die Globalisierung fordert einen immer höheren Anspruch an Flexibilitätsbereitschaft des Menschen. Unabhängigkeit und Anpassungsfähigkeit sind in unserer schnelllebigen Zeit das A und O. Mit der Mobilität, den begrenzt zur Verfügung stehenden fossilen Ressourcen und der Reduzierung von Umweltbelastungen, trieb die Entwicklung alternative Antriebstechnologien voran. Staatliche Fördermaßnahmen und entsprechende Ambitionen der Automobilhersteller sprechen für einen umfangreicheren Einsatz elektrischer Antriebsformen. Für die nachhaltige Mobilität bedeutet das, dass das Fahrzeug von Morgen umweltfreundlicher und ressourcenschonender werden muss.

Bisherige Problematik
Hohe Belastung und Gefahren gehen vom Verkehr aus, welche schädlich für die Umwelt und die menschliche Gesundheit sind. Die erhöhte Mobilität durch wirtschaftliches Wachstum, gesellschaftliche Entwicklungen und der voranschreitenden Globalisierung, belastet das Klima, verursacht Emissionen, schädigt Natur- und Landschaftsräume und beeinträchtigt somit die Lebensqualität von Mensch und Tier. Auch wenn auf absehbare Zeit der Verbrennungsmotor seine Bedeutung im Fahrzeugbau behalten wird, müssen weitere Effizienzpotentiale gesucht und gefunden werden. Die Nutzung biogener Kraftstoffe bleibt auf der verkehrspolitischen Agenda! Es steht bereits heute fest, den Übergang zu neuen Effizienztechnologien zu gestalten. Die Aktivitäten der Bundesregierung im Bereich Elektromobilität sind ein wesentlicher Baustein auf dem Weg zu einer klimafreundlichen Umwelt. Weltweit gibt es 1 Milliarde Kraftfahrzeuge, davon sind 700 Millionen Personenkraftwagen. Laut BMU soll sich diese Zahl bis 2030 verdoppeln. Nicht nur für Deutschland stellt diese Zahl eine große Herausforderung in der Reduktion des verkehrsbedingten CO2- und Schadstoff-Ausstoß sowie die Abhängigkeit von Erdölimporten dar, sondern für nahezu alle Industrie- und Schwellenländer.

Elektromobilität im Automobilbau
Elektromobilität ist keine Erfindung aus unserem Jahrhundert, sondern beruht auf einer uralten Geschichte. Vor rund 130 Jahren präsentierte Gustave Trouvé sein dreirädriges, elektrisch angetriebenes Automobil. Das weltweit erste Elektroauto leistete zwölf km/h und wurde durch zwei Motoren angetrieben. Die Energie wurde durch Blei-Akkumulatoren erzielt, welche eine Reichweite zwischen 14 und 26 Kilometern erreichten. 1899 durchbrach dann ein E-Auto den Geschwindigkeitsrekord von 100 km/h. Mit der rasant voranschreitenden Entwicklung von schnelleren und leistungsstärkeren Motorfahrzeugen zu Beginn des 20. Jahrhunderts und aufgrund der Negativeigenschaften der schweren Akkumulatoren mit langer Ladezeit und geringer Reichweite, verloren die Elektroautos an Bedeutung und erlangten nicht den Durchbruch.

Mit dem erhöhten gesamtgesellschaftlichen Umweltgedanken und der Möglichkeit leistungsfähigere und kleinere Akkumulatoren zu bauen, erlangte Ende des letzten Jahrhunderts die Elektromobilität wieder neue Dynamik. Die Fahrzeuge mussten immer umweltfreundlicher und ressourcenschonender, nachhaltiger und leichter werden, aber ebenso eine hohe Reichweite erlangen. Hier gewann der Kunststoff immer mehr an Bedeutung für die Elektromobilität. Auf Grund der Flexibilität und Formbarkeit, aber ebenso die Stärke und Stabilität sind entscheidende Faktoren für den Einsatz von Kunststoffen. Materialien werden substituiert, die Fahrzeuge immer leichter. Die Elektrifizierung des Antriebs bietet die Chance, Emissionen zu minimieren und die Abhängigkeit von fossilen Ressourcen wie Öl und Gas zu reduzieren. 100 kg weniger Gewicht entsprechen in etwa 0,3 Liter/ 100 Kilometer weniger Verbrauch und je nach Kraftstoff ungefähr 10 g weniger CO2Emission.

Mit den gestiegenen Anforderungen an elektrischer Automobilität im Vollelektroauto als auch im Hybridfahrzeug, des höheren Stellenwerts von Ökologie sowie Ökonomie ergaben sich neue Aufgabenfelder für Masterbatch- und Compoundhersteller. Die resultierende stetig steigende Nachfrage, Produkte schnell und flexibel entsprechend der Bedürfnisse und Wünsche der OEM zu gestalten, stellen die kunststoffverarbeitende Industrie vor eine große Aufgabe: hervorragende mechanische Eigenschaften bei hohen Qualitätsanforderungen mit geringen Bauteilgewicht zu generieren.

Kunststoffe versus Elektromobilität
Ziele der OEM sind wettbewerbsfähige Produkte zu wettbewerbsfähigen Preisen mit einem maximalen Kundennutzen zu erhalten. Mit der Entwicklung mehrerer Komponenten mit dem Schwerpunkt Elektromobilität, Nachhaltigkeit bzw. nachhaltige Mobilität konnte die GRAFEGruppe einen erhöhten Einsatz von Kunststoffen im Fahrzeugbau ermöglichen und so den Anforderungen des OEM hinreichend entsprechen.

CFK-Materialien
Eines der hochwertigen Faserverbundwerkstoffe sind kohlefaserverstärkte Kunststoffe. Mit Hilfe dieser Composite kann trotz Gewichtreduktion eine hohe Steifigkeit und Festigkeit der Produkte erreicht werden. Faserverbundwerkstoffe erlangen im Leichtbau immer höhere Bedeutung. Selbst Karosserien werden heute entsprechend in CFK Bauweise ausgeführt. Entsprechend forschen und entwickeln die Ingenieure bei GRAFE auch an C–Kunststoff- Composites. Hier spielen Themen wie der Einsatz von Recyclingqualitäten eine immer größer werdende Rolle.

Leichtbau
Leichtbau wird in Multi-Material-Design als Schlüssel- und Zukunftstechnologie für die Elektromobilität identifiziert. Die Verwendung von Kunststoffen bei künftigen Mobilitätstechnologien sparen zusätzlich Gewicht ein, die Dauerhaftigkeit der Produkte wird erhöht und das Aussehen kann entscheidend mehr durch das Material Kunststoff beeinflusst werden. Schwere Materialien wie Metalle und Glas werden zunehmend durch Kunststoffe substituiert. Das betrifft neben Interieurbauteilen wie Abdeckungen und Säulenver-kleidungen auch Karosseriebauteile sowie elektrisch abschirmende und ableitende Kunststoff -Konstruktionen. Gerade die leitfähigen Kunststoffe gewinnen beim erhöhten Einsatz leistungsfähiger Akkumulatoren und Elektromotoren zunehmend an Bedeutung. Der Faktor Sicherheit im Automobil spielt mit zunehmender Anzahl von Batteriekomponenten und Elektromotoren eine sehr gewichtige Rolle. Die Akkumulatoren in einem Elektroauto sind extremen Belastungen ausgesetzt, da beim Ladevorgang über Stunden mehrere hundert Ampere fließen. Bei diesem Vorgang wird die Batterie sehr heiß und das Material strapaziert. Die Materialien müssen gleichermaßen leichtgewichtig, prozesssicher, kosteneffizient aber auch robust sein, so dass in diesem Bereich elektrisch leitfähige und abschirmende Kunststoffe in zunehmendem Maß konstruktiv Verwendung finden.

Elektrisch Leitfähige Kunststoffe
Kunststoffe sind gute Isolatoren, jedoch dringt elektromagnetische Strahlung ungehindert durch, da diese nicht abschirmend wirken, außerdem laden sich diese elektrostatisch auf. Funkenbildung und Spitzenentladungen können die Entzündung von Flüssigkeiten und Gasen verursachen und elektronisch sensible Bauteile zerstören. Die Alternative zu dem unentbehrlichen Material Kunststoff sind elektrisch leitfähige, abschirmende oder permanent antistatisch ausgerüstete Kunststoffe. Elektromagnetische Abschirmung erfolgt in der Regel bei Gehäuseteilen mit Leitungsummantelungen oder Leitbeschichtungen. Hierunter zählen abschirmende Abdeckungen für Verteilerkappen- und Zündkabel. Aber auch selbstregelnde Heizelemente für z.B. Kfz-Spiegel oder Scheibenwaschdüsen werden aus leitfähigen Kunststoffen hergestellt. Hier greift die Expertise der GRAFE Polymer Technik an, welche für den Automobilbau applikationsgerechte Formulierungen für elektrisch leitfähige, permanent antistatische und abschirmende Kunststoffe entwickelt und projektiert. „Zunehmend finden unsere zugeschnittenen Produkte als klassische Konstruktionswerkstoffe Einzug in den Automobilbau“ sagt Steffen Felzer, Geschäftsführer der GRAFE Polymer Technik GmbH. „Im konkreten Fall der Abb. 1 mussten wir ein ultraleichtfließendes PP-Material hochleitfähig modifizieren und gleichzeitig allen Anforderungen an Mechanik, Alterung und Prozesssicherheit gerecht werden. Mittlerweile haben wir das Produkt als Standardmaterial in unseren Produktkatalog elektrisch leitfähiger Kunststoffe aufgenommen“ so Felzer.

Fazit
Der Werkstoff Kunststoff ist in unserer Welt nicht mehr wegzudenken. Er gestaltet viele Bereiche unseres Lebens einfacher, auch den Automobilbau konnte er durch seinen Facettenreichtum revolutionäre Impulse geben. Der erste Käfer 1948 wog 600 kg, hatte eine Höchstgeschwindigkeit von ca. 100 km/h und 24,5 Pferdestärken. 60 Jahre später wurde der Golf VI geboren. Dieses Auto ist mit 1.241 kg doppelt so schwer, bietet aber eine Leistung von bis zu 200 PS und Geschwindigkeiten deutlich über 200 km/h. An diesem Entwicklungspotential hat Kunststoff einen eindeutigen Anteil und zeigt deutlich, dass der Werkstoff Kunststoff der Motor des Fortschritts ist und weiterhin sein wird.

Mit dem erhöhten Umweltgedanken kam der Vormarsch der Elektromobilität. Die Automobilindustrie musste nicht nur höher, schneller, weiter denken – PKW sicherer und schneller bauen, sondern ebenso den Gedanken aufgreifen das Automobil umweltfreundlicher, ressourcenschonender, nachhaltiger und leichter werden zu lassen. Neue Werkstoffe und Bauweisen ermöglichen eine Energieeffizienz und Emissionsminderung im Automobilbau.

Der kompetente Partner
Gegründet wurde das Familienunternehmen 1991 in Jena. Vier Jahre später folgte der Umzug in den neuen hochmodernen Firmenkomplex nach Blankenhain, in dem heute mehr als 200 Mitarbeiter, 25 % davon in Forschung und Entwicklung, für hochinnovative Lösungen sorgen. Innovativ, schnell und mit höchster Sorgfalt entwickelt das Unternehmen Masterbatches, Compounds und Pigment-Pulvermischungen. Das Unternehmen GRAFE ist Partner der Kunststoff verarbeitenden Industrie und hat mehr als 1.800 Kunden weltweit, darunter Unternehmen der optischen Industrie, Spielzeugindustrie, Medizintechnik sowie Automobilindustrie, wie VW, Audi und Porsche. Die OEM-Partner vertrauen der ISO- und TS16949 zertifizierten Qualität in Produktion und Service. Das Thüringer Unternehmen entwickelte in Zusammenarbeit mit seinen Kunden aus der Automobilbranche mehr als 10.000 Farbrezepturen. Namhafte deutsche sowie internationale Automobilhersteller sind als Kunden von der Qualität und Flexibilität von GRAFE überzeugt. Die Einstellung thermoplastischer Kunststoffabbildungen für Innenraumfarben im PKW erfolgt in der Regel über eine vom OEM definierte Leder-, Lack- bzw. Textilvorlage. Im Laufe der letzten elf Jahre hat man so für 35 nationale und internationale OEM über 750 Interior-Trim Colors in 30 differ. Thermoplast abgebildet. So zahlreich die Kunden, desto unterschiedlicher sind deren Ansprüche. Diesen individuellen Anforderungen werden die Mitarbeiter der GRAFE-Gruppe durch langjährige Erfahrungen und umfassendes Know-how gerecht. Die Kunden von GRAFE setzten auf die Fähigkeit der Mitarbeiter, intelligente Lösungen zu erarbeiten, welche ihre Produkte aufwerten und ihnen bessere Eigenschaften verleihen. Um diese zu sichern setzt die GRAFE -Gruppe sehr stark auf Ausbildung: 10 Prozent der Belegschaft sind Auszubildende und Studenten. So sichert GRAFE kontinuierlich Innovation und Wachstum. Mit global ausgerichteten Patenten, einer der größten Forschungsabteilung der Branche und einer intensiven Zusammenarbeit mit wissenschaftlichen Instituten, will GRAFE vergleichbaren Unternehmen immer einen Schritt voraus sein. Durch eine perfekte Produktionslogistik und einem hohen Automatisierungsgrad gewährleistet der Masterbatch-Spezialist eine schnelle Auftragsabwicklung und kurze Lieferzeiten. GRAFE steht vor allem für Qualität, Flexibilität, Schnelligkeit, Sorgfalt und Innovation.

Literatur

• VDA-Verband der Automobilindustrie: Beitrag zum Fortschritt im Automobilleichtbau durch belastungsgerechte Gestaltung und innovative Lösungen für lokale Verstärkungen von Fahrzeugstrukturen in Mischbauweise. FAT-Schriftenreihe. Berlin, 2012
  
• GGEMO-Gemeinsame Geschäftsstelle Elektromobilität der Bundesregierung: Fortschrittsbericht der Nationalen Plattform Elektromobilität. Berlin, 2012
  
• Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit: Nationaler Entwicklungsplan Elektromobilität der Bundesregierung. Berlin, 2009

Die Autoren
Dipl.-Ing. Steffen Felzer, geb. 1970, ist Geschäftsführer der GRAFE Polymer Technik GmbH
Danny Ludwig, geb. 1977, ist Leiter Entwicklung der GRAFE-Gruppe
Manuel Heimerl, geb. 1981, ist Bereichsleiter Automotive der GRAFE-Gruppe