Die Automobilindustrie ist der größte Verbraucher technischer Kunststoffe weltweit – sie ist für etwa 25 % des weltweiten Verbrauchs von technischen Polymeren verantwortlich. Der durchschnittliche mittlere P-Wagen enthält heute 150–200 kg Kunststoff, und diese Zahl steigt mit jeder neuen Modellgeneration.
Hinter diesem Trend steckt eine Sache: das Gewicht. Für jedes Kilogramm reduziertes Fahrzeuggewicht bedeutet dies etwa 0,015 l/100 km weniger Kraftstoffverbrauch und eine angemessene Reduzierung der CO₂-Emissionen. Mit steigenden EU-Regulierungsanforderungen (Ziel von 95 g CO₂/km für Flotten) bleibt den OEMs nichts anderes übrig, als Metall durch Kunststoff zu ersetzen, wo immer Festigkeit und Sicherheit es erlauben.
In diesem Artikel erläutern wir, wie Polyamid auf diese Herausforderungen reagiert: Welche Komponenten werden bereits aus PA hergestellt, welche Trends prägen die Branche und was Elektrifizierung für die Nachfrage nach technischen Kunststoffen bedeutet.
Trends, die Materialveränderungen in der Automobilindustrie vorantreiben
CO₂-Reduzierung und Leichtgewichtung
EU-Emissionsanforderungen zwingen Hersteller dazu, nach jedem Gramm Gewichtseinsparung zu suchen. Der Ersatz der Stahlhalterung durch Polyamid reduziert das Gewicht um 40–60 % und hält die erforderliche Festigkeit bei.
Leichtgewicht beschränkt sich nicht auf Körperteile. Es betrifft auch den Antriebsstrang, die Federung, Hilfssysteme und das elektrische System – Bereiche, in denen Polyamid nach und nach Aluminium, Gusseisen und Stahl ersetzt.
Elektrifizierung: neue Anforderungen, neue Möglichkeiten
Elektrofahrzeuge (BEV) und Hybridfahrzeuge (PHEVs) verändern die Landkarte der Kunststoffkomponenten. Der Verbrennungsmotor und das Getriebe verschwinden – aber es entstehen völlig neue Bauteilgruppen: Batteriegehäuse, Batterie-Wärmemanagementsysteme, Hochspannungstecker, Lademodule.
Alle diese Elemente stellen hohe Materialanforderungen: Wärmebeständigkeit, elektrische Isolierung, Entflammbarkeitsklasse, Elektrolytbeständigkeit. Polyamid – insbesondere PA66 und Hochtemperaturvarianten – wird für viele von ihnen zum bevorzugten Material.
Erhöhung der Komplexität elektrischer Systeme
Ein modernes Auto verfügt über 3–5 km Verkabelung und Hunderte von elektrischen Steckern. Jeder Stecker, jedes Steckergehäuse und jedes Kabelbaummontageelement ist eine potenzielle Komponente bei PA66. Die Elektrifizierung verstärkt diese Tendenz weiter – Hochspannungssysteme benötigen Steckverbinder mit höherer Entflammbarkeits- und Isolierklasse.
Polyamid in einem Auto: eine Karte der Komponenten
Polyamid ist in praktisch jedem Autosystem vorhanden. Nachfolgend finden Sie einen Überblick über die wichtigsten Anwendungsbereiche.
Komponenten unter der Motorhaube
Dies ist die härteste Umgebung in einem Auto – Umgebungstemperatur von 120–150 °C, Kontakt mit Ölen, Kraftstoff, Kühlmittel (Glykol) und aggressiven Abgasen. Der Standard ist PA66 GF30 und PA66 GF50, deren HDT 220–240°C übersteigt.
Typische Komponenten:
- Luft- und Ölfiltergehäuse
- Kühlsystemanschlüsse und Tanks
- Steuerung und Ventildeckel
- Kabelbaumhalterungen und Halter
- Thermostat und EGR-Ventilgehäuse
- Ansaugkrümmer – eines der größten PA-Komponenten in der Automobilindustrie gemessen an Volumen
- Wasser- und Kraftstoffpumpengehäuse
- Turbolader-Komponenten (auf der kalten Seite)
„Der Ansaugkrümmer beim PA66 GF30 ist jetzt Standard bei Benzin- und Dieselmotoren – 40 % leichter als Aluminium, günstiger in der Herstellung und funktional identisch.“
Fahrzeuginnenkomponenten
Das Innere vereint ästhetische und mechanische Anforderungen. Die Temperatur ist niedriger (bis zu 80–90°C), aber UV-Beständigkeit, Ermüdungsfestigkeit und Oberflächenqualität sind entscheidend. PA6, PP und ABS werden hier je nach Anwendung verwendet.
Typische Komponenten:
- Innen- und Außentürgriffe (PA6 oder PA66)
- Fensterhebermechanismen (Zahnräder, Führungen – PA6)
- Lenksäule und Lenkkomponenten
- Armaturenbretter und Instrumentengehäuse (PP, ABS)
- Sitzelemente (Führungen, Griffe – PA6)
- Clips, Druckknöpfe, Polsterelemente (PP, PA6)
- Pedale Hebel (PA66 GF)
- Scharniere und Türelemente
Elektrische und elektronische Bauteile
Elektrische Stecker sind einer der größten Märkte für PA66 in der Automobilindustrie. Die wachsende Zahl von Controllern, Sensoren und ADAS-Systemen erhöht die Nachfrage nach Steckverbindergehäusen und Isolierungskomponenten.
Typische Komponenten:
- Steckverbindergehäuse – PA66, PA6T
- Gehäuse für Steuergeräte und elektronische Module
- Kabelbaumhalter und Führungen
- Sicherungs- und Relaisgehäuse
- Elemente von Hochspannungsteckern (BEV/PHEV) – PA66 FR (flammhemmend)
- Isolatoren und Abstandshalter auf Leiterplatten
Für Hochspannungsteckverbinder in Elektrofahrzeugen sind eine Entflammbarkeitsklasse UL94 V0 und eine elektrische Stärke von mehr als 20 kV/mm erforderlich – was durch die Sonderklassen PA66 FR erfüllt ist.
Zertifizierungsanforderungen in der Automobilbranche
Die Automobilindustrie ist einer der anspruchsvollsten Anbieter in Bezug auf Zertifizierungen und Qualifikationen. OEMs und Tier-1-Hersteller verlangen typischerweise:
- IATF 16949 – Qualitätsmanagementstandard für Automobilzulieferer. Sie erfordert m.in, APQP (Advanced Product Quality Planning), PPAP (Production Part Approval Process) und Prozessüberwachung im SPC-System. Dies ist die Grundlage für die Qualifikation eines jeden Komponentenherstellers als OEM.
- PPAP (Production Part Approval Process) – ein formaler Prozess zur Genehmigung eines neuen Teils oder einer Änderung im Produktionsprozess. Sie umfasst Materialdokumentation, Messberichte, Maß- und Eigenschaftstests sowie Proben aus der Serienproduktion.
- Ausdauer- und Umwelttests – Jedes Automobilteil unterliegt einer Reihe von Tests, darunter m.in: Klimatest (Temperatur-/Luftfeuchtigkeitszyklus), Vibrationstest, chemischer Widerstandstest (Kontakt mit Ölen, Kraftstoff, Kühlmittel), Aufprall- und Ermüdungstests.
- OEM-Materialanforderungen – Automobilhersteller (VW, BMW, Stellantis, Toyota und andere) haben eigene Materialspezifikationen, die die zulässigen Kunststoffqualitäten eingrenzen. Der Lieferant muss Material aus der genehmigten Liste verwenden und jede Produktionscharge dokumentieren.
Fallstudie: 40 % Reduzierung des Gewichts des Brackets bei Erhalt der Kraft
Hintergrund: Ein Hersteller von Tier-2-Komponenten hat eine Neugestaltung der Stahlhalterung für den Kühlerschlauch in Auftrag gegeben. Das Element arbeitete bei einer Temperatur von 110°C, unter konstanter Spannung durch den Kabelbinder, in Kontakt mit dem Kühlmittel.
Materialproblem: Edelstahl – haltbar, aber schwer (ca. 85 g Gewicht) und teuer in der Herstellung (Stanzen + Biegen + Galvanisieren). Der OEM erwartete, Kosten und Gewicht zu senken und gleichzeitig Funktion und Haltbarkeit beizubehalten.
Material: PA66 GF30 (Glykol-Kontaktqualität, HDT 235°C gemäß ISO 75 bei 1,8 MPa).
Strukturelle Veränderungen: Neugestaltung der Geometrie unter Berücksichtigung der Materialbesonderheit – Hinzufügen von Versteifungsrippen, Änderung der Querschnitte in Spannungszonen, Beseitigung scharfer Ecken.
Ergebnisse:
- Elementgewicht: 85 g → 51 g (40 % Reduktion)
- Stückkosten: 28 % Reduktion (Verzicht auf Galvanisierung und Stanzenarbeiten)
- Element HDT: 235°C vs erforderliche 120°C – Sicherheitsmarge 2×
- Klimatests (1000 Stunden bei 110°C mit Glykol): keine Degradierung, Maße innerhalb der Toleranz
- Umsetzung: 11 Wochen von der Bestellung bis zur PPAP-Genehmigung
Fazit: Die Umwandlung von Metall → Kunststoff mit der richtigen Konstruktion des Werkstücks und der Materialwahl führen zu einer gleichzeitigen Reduzierung von Gewicht, Kosten und Anzahl technischer Operationen.
Die Zukunft: Polyamid in Elektrofahrzeugen
Die Elektrifizierung der Automobilindustrie ist eine Chance, keine Bedrohung für Polyamid. Einige mit dem Verbrennungsmotor verbundene Komponenten verschwinden, aber neue Gruppen mit höheren Materialanforderungen und größeren Volumina entstehen.
- Batteriemodulgehäuse – Ein BEV-Batteriesystem enthält Hunderte von Zellen, und jedes Modul benötigt ein Gehäuse mit guter elektrischer Isolierung, Entflammbarkeitsklasse V0 und Lithiumelektrolytbeständigkeit. PA66 GF und hybride PA/PPA-Varianten sind hier ernsthafte Kandidaten.
- Hochspannungsteckverbinder und -systeme – Eine Betriebsspannung von 400V oder 800V erfordert Bauteile mit elektrischer Stärke und Entflammbarkeitsklasse, die deutlich über 12V-Standards liegen. PA66 FR und PA6T FR sind Materialien, die genau für diese Anforderungen entwickelt wurden.
- Batterie-Wärmemanagementsysteme – Batteriekühlsystem-Stubs, Tanks und Pumpengehäuse sind eine direkte Analogie zu Komponenten des Motorkühlsystems – und aus demselben Material: PA66 GF.
- Elektromotoren und Wandler – Spulen, Traktionsmotorgehäuse und Wicklungsisolatoren – benötigen Kunststoffe mit hoher thermischer Durchgangsklasse (RTI). Das klassische PA66 kann hier zu schwach sein, und Hochtemperaturmaterialien – PA46, PA6T, PPA – kommen ins Spiel.
„Ein Elektrofahrzeug enthält weniger Motorkomponenten als ein Verbrennungsfahrzeug, aber mehr elektrische Stecker, elektronische Gehäuse und Energiemanagementkomponenten – alles aus Polyamid.“
FAQ – häufig gestellte Fragen
Welche Polyamide werden am häufigsten in der Automobilindustrie verwendet?
PA66 GF30 dominiert die Bauteile unter der Motorhaube und den elektrischen Steckern. PA6 wird in Innenräumen, Türgriffen und mechanischen Komponenten eingesetzt. PA66 FR ist der Standard für Hochspannungsteckverbinder in BEV/PHEV. Für die anspruchsvollsten thermischen Anwendungen (über 180°C kontinuierlich) werden PA66/6T, PA6T oder PPA verwendet.
Sind Kunststoffe im Auto sicher?
Die strukturelle Sicherheit (Karosserie, Säulen, Boden) basiert weiterhin auf Stahl und Aluminium. Kunststoffe, die in der Automobilindustrie verwendet werden, sind funktionale Bauteile – Gehäuse, Halterungen, Verbinder, Führungen – die für spezifische Lasten entwickelt und getestet wurden. Jedes Bauteil unterläuft eine Reihe von Ausdauer-, Klima- und Umwelttests, bevor es zu einem Serienfahrzeug verarbeitet wird.
Was ist IATF 16949 und muss jeder Hersteller eines haben?
IATF 16949 ist ein Qualitätsmanagementstandard speziell für die Automobilindustrie – eine Erweiterung von ISO 9001 mit APQP, PPAP, SPC und weiteren Anforderungen. Die IATF-Zertifizierung wird von den meisten OEMs und Tier-1-Herstellern von ihren direkten Lieferanten verlangt. Ohne sie ist es schwierig, in die Automobillieferkette einzudringen.
Wie lange dauert es, eine neue Komponente in der Automobilindustrie zu qualifizieren?
Der Standard-PPAP-Prozess dauert 3–6 Monate von der Designgenehmigung bis zur Abnahme der ersten Charge. Für Sicherheitskomponenten oder völlig neue Anwendungen kann der Prozess länger dauern. Eine ordnungsgemäße Vorbereitung von Dokumentation und Proben verkürzt die Zeit – Fehler in der PPAP-Phase können das Projekt um weitere Monate verlängern.
Hält Polyamid in einem Elektrofahrzeug mit Hochspannungsbatterie?
Der Standard-PA66 hat eine elektrische Stärke von 20–30 kV/mm und einen Querwiderstand von 10¹³–10¹⁴ Ω·cm – dies reicht für die meisten Steckverbinder und Gehäuse in einem 400V-System aus. Für Bauteile, die direkt Hochspannung ausgesetzt sind, werden spezielle Klassen von PA66 FR mit zusätzlicher elektrischer Zertifizierung verwendet. Beim Entwurf von BEVs sollten Sie stets die elektrischen Eigenschaften einer bestimmten Materialqualität überprüfen.
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