Trends in der Klebstofftechnologie für Mobilitätsanwendungen

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  • Frank Kerstan, Global Business Development Manager E-Mobilität, Adhesive Technologies,  Henkel, Düsseldorf

Die Automobilindustrie steht vor gewaltigen Herausforderungen. Insbesondere die E-Mobilität erfordert neuartige Konstruktionen und Designs für sichere, komfortable und leistungsfähige Zukunftsautos. Durch das zusätzliche Gewicht der rund 600 kg schweren Batterien steigt die Bedeutung moderner Leichtbaukonzepte. Zudem müssen moderne Autos den steigenden Anforderungen der Kunden an die Vernetzung gerecht werden und entwickeln sich zunehmend zu selbstfahrenden Smartphones auf Rädern. Innovative Klebstoffe ermöglichen als Schlüsseltechnologie im Automobilbau zukunftsfähige Lösungen für diese drei zentralen Industrietrends.

Klimawandel, striktere Abgasnormen und Diskussionen um die Luftbelastung insbesondere in Städten haben die Automobilindustrie zum Umdenken gezwungen. Eine flächendeckende Mobilität im 21. Jahrhundert ohne Auto ist nicht vorstellbar, aber die über einhundertjährige Erfolgsgeschichte von Verbrennungsmotor und Antriebsstrang ist ausgeschrieben. Allein bis Ende 2020 werden Automobilhersteller weltweit rund 250 neue Modelle auf den Markt bringen, die entweder mit einem Hybridantrieb ausgestattet oder vollelektrisch betrieben werden. Damit wird das Zeitalter der Verbrennungsmotoren noch nicht enden, aber ihr Anteil an der Fahrzeugproduktion wird kontinuierlich sinken. Experten gehen heute davon aus, dass im Jahr 2025 bereits etwa ein Viertel aller weltweit produzierten Neufahrzeuge einen elektrischen Antrieb haben werden.
Bei dieser Transformation hin zur E-Mobilität stehen die Automobilhersteller noch am Anfang. Sie benötigen innovative Lösungen, um neue Fahrzeugkonzepte ohne Abstriche bei Sicherheit, Komfort und Leistungsfähigkeit zu entwickeln. Eine wesentliche Rolle dabei spielen Klebstofftechnologien. Bereits heute sind sie in mehr als 300 Anwendungen in Karosserie, Bauteilen und Komponenten ein zentraler Bestandteil im Automobilbau. In Zukunft wird eine Vielzahl neuer Anwendungen hinzukommen.

Temperaturmanagement und Schutz von Batterien
Das Herzstück von Elektroautos bilden leistungsstarke Lithium-Ionen-­Batterien (LIB) als Energiespeicher im Unterboden. Um möglichst hohe Reichweiten und eine lange Lebensdauer zu erzielen, muss ihre Betriebstemperatur konstant zwischen 25 °C und 35 °C liegen.

Würde diese Betriebstemperatur bspw. konstant bei 37 °C liegen, verringerte sich die durchschnittliche Lebensdauer von zehn Jahren um rund 10 %. Gleichzeitig nähme die Reichweite signifikant ab. Deshalb sorgen wärmeleitfähige Gap Filler zwischen den Batteriezellen und der Kühleinheit für das Wärmemanagement. Sie leiten die Wärme chemisch ab und schützen die Batterien bspw. auch beim Ladevorgang vor dem Überhitzen.
Der Einsatz von Lithium-Ionen-­Batterien erhöht gleichzeitig die Anforderungen an Sicherheit und den Schutz der Passagiere, wenn es zu einem Unfall kommt. Hier sorgen hochwirksame Kleb- und Dichtstoffe für starken Halt und hochfeste Konstruktionen. Sie kommen sowohl in den Batteriezellen als auch bei der Verbindung von Batteriezellen und -modulen zum Einsatz. Zudem ist die strukturelle Integrität des Batteriesystems für dynamische Belastungen und die Crashsicherheit relevant. Klebstoffe für Aluminium und Multimetall-Batterierahmen zeichnen sich durch eine sehr hohe strukturelle Festigkeit aus und tragen so zur Crashsicherheit bei.

Gewichtseinsparung durch Leichtbau
Je kompakter die Bauweise der Batterien ist, desto höher ist die Designflexibilität des Automobils, und desto niedriger ist das Gewicht. Batterien in Elektrofahrzeugen sorgen für ein zusätzliches Fahrzeuggewicht von rund 600 kg, bei großen Modellen können es bis zu 800 kg sein. Das hat nicht nur Auswirkungen auf die Reichweite der Autos, sondern auch auf den Fahrkomfort und die Leistungsfähigkeit.
Klebstoffe, Dichtstoffe und Funktionsbeschichtungen sorgen schon heute dafür, dass moderne Autos bis zu 15 % leichter sind. Im modernen Automobilbau sind die Technologien längst unverzichtbar – ob in Dach, Türen oder Windschutzscheibe. Sie ersetzen traditionelle Technologien wie Schrauben oder Schweißen, weil sie eine stärkere und langlebigere Verbindung zwischen den Bauteilen und Komponenten ermöglichen. Gleichzeitig bieten sie Herstellern ein hohes Maß an Design- und Materialfreiheit. Nur dank der flexiblen Verbindungsstärke von Klebstoffen können moderne Leichtbaumaterialien wie Aluminium, Magnesium oder spezielle Verbundwerkstoffe mit Stahl kombiniert werden – ohne Einbußen bei Leistung und Komfort. In zukünftigen Generationen von Hybrid- und Elektrofahrzeugen wird ihre Bedeutung weiter steigen, weil die Materialien fortschrittliche Leichtbaukonzepte für Batterien, Karosserie und Antriebssystem ermöglichen. Hersteller können so neue Designs und Konstruktionen entwickeln, die ihre elektrisch betriebenen Autos sicherer, nachhaltiger und leistungsfähiger machen.

Digitalisierung auf Rädern
Trotz moderner Leichtbaukonzepte sind Autos in den vergangenen Jahrzehnten immer schwerer geworden – das liegt vor allem an einer Vielzahl elektronischer Komponenten und Technologien, die das Autofahren heute sicherer und komfortabler machen als jemals zuvor. Diese Entwicklung wird sich weiter verstärken, weil Konsumenten auf der ganzen Welt immer höhere Anforderungen an Vernetzung und Infotainment stellen. Und vor allem sorgen immer mehr Sicherheitssysteme dafür, dass Autos den Fahrer nicht nur unterstützen, sondern selbständig eingreifen und bereits heute in spezifischen Situationen vollkommen autonom fahren.
Für die aktive Sicherheit in modernen Autos sorgt eine Vielzahl von Sensoren, Kameras und Radars. In diesen Bauteilen kommen zahlreiche Klebstofftechnologien zum Einsatz. Sie ermöglichen kleine, kompakte Bauweisen und schützen die Elektronik vor Feuchtigkeit und Korrosion. Auch in den Steuergeräten und in den einzelnen Platinen sorgen Klebstoffe für die sichere und langlebige Verbindung. Zudem ermöglichen sie ähnlich wie in den Batterien das kritische Wärmemanagement elektronischer Komponenten. Durch den Trend zum autonomen Fahren wird die Anzahl der Sensoren im Auto in den nächsten Jahren um durchschnittlich rund 8 % wachsen – damit wächst auch der Bedarf an immer leistungsfähigeren Materialien.
Auch im Bereich des automobilen Infotainments sind Klebstoffe unverzichtbar, bspw. sorgen optisch transparente Technologien für hochauflösende Displays, die in wachsender Anzahl und Größe die Cockpitlandschaft digitalisieren. Und auch die von Smartphone und Tablet bekannte Touch-Funktionalität wäre ohne sie nicht möglich.

Schlüsseltechnologie für Zukunftsautos
In den vergangenen Jahrzehnten haben Klebstoffe als Füge- und Schutztechnologie die Art und Weise verändert, wie Autos gebaut werden. Durch neue und zusätzliche Funktionalitäten leisten sie einen entscheidenden Beitrag für Sicherheit, Komfort und Leistungsfähigkeit. Zudem haben sie dazu beigetragen, den Grad der Automatisierung und somit die Effizienz der Herstellung zu erhöhen. Im Zeitalter von E-Mobilität und autonomen Fahren wird sich ihre Bedeutung weiter erhöhen, weil Klebstofftechnologien Lösungen für die Mobilitätsherausforderungen der Zukunft ermöglichen.

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