Seit der Herstellung des ersten benzinbetriebenen Fahrzeugs durch Karl Benz im Jahr 1885 hat die Automobilindustrie eine Vielzahl von Entwicklungen durchlaufen [1]. Die nächste Phase in dieser Entwicklung sind Fahrzeuge mit neuer Energie (NEVs). Dabei handelt es sich um Fahrzeuge, die anstelle von Benzin oder Diesel mit alternativen Energiequellen wie Strom und Wasserstoff betrieben werden.
Von allen NEVs werden batteriebetriebene Elektrofahrzeuge, die ausschließlich mit Strom aus großen Batterien betrieben werden, wegen des einfachen Zugangs zu Strom bevorzugt. Dies hat zu einer Nachfrage nach Innovationen bei der Herstellung von Elektrofahrzeugteilen geführt. Viele Länder und Regionen auf der ganzen Welt, darunter das Vereinigte Königreich, Kanada und Dänemark, werden zwischen 2025 und 2040 den Verkauf von Dieselfahrzeugen (auch Verbrennungsmotoren oder ICEs genannt) einstellen. [2].
China und einige US-Bundesstaaten haben sich ebenfalls das Ziel gesetzt, den Verkauf von neuen leichten und mittelschweren Diesel- und Benzinfahrzeugen bis 2035 zu verbieten. Die Verlagerung des Schwerpunkts auf die Herstellung von EV-Teilen hat eine Änderung der Herangehensweise der Hersteller erforderlich gemacht Formenbau und Spritzgießen.
Wie sich die Herstellung von EV-Teilen von der herkömmlicher Fahrzeuge unterscheidet
Neuenergie-Fahrzeuge haben in der Regel weniger bewegliche Teile als herkömmliche Fahrzeuge. Außerdem werden an die in NEVs verwendeten Kunststoffteile in der Regel höhere Anforderungen hinsichtlich Präzision und Leistung gestellt. Kunststoffe mit einem hohen Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht werden bevorzugt, um das Gewicht von Elektrofahrzeugen gering zu halten und die Batterieeffizienz zu verbessern.
Um dies zu erreichen, wird häufig eine breitere Palette von Kunststoffen, einschließlich Verbundwerkstoffen, technischen Kunststoffen und recycelten Harzen (PCR), eingeführt. Die prognostizierte durchschnittliche jährliche Wachstumsrate des PCR-Automobilmarktes von 2025 bis 2030 beträgt 11,1% [3]. PCR ist eine kosteneffiziente Alternative zu neuem Kunststoff, was ein Grund für seine wachsende Beliebtheit sein könnte.
Wichtige Parameter wie Fließgeschwindigkeit, Temperatur und Druck müssen beim Spritzgießen von recycelten Kunststoffen aus Post-Consumer-Abfällen optimiert werden, um EV-Teile herzustellen. Die Form kann mit Spezialausrüstung wie Entgasungssystemen und Filtern modifiziert werden, um Verunreinigungen zu beseitigen und flüchtige Verbindungen zu entfernen. Alternativ können Niederdruck-Formsysteme verwendet werden, um die Integrität des PCR zu erhalten.
Die Herstellung von EV-Teilen aus PCR verbraucht bis zu 80% weniger Energie und verursacht weniger Treibhausgasemissionen als die Verwendung von Neuware. Da die Verwendung von PCR im Einklang mit dem übergeordneten Ziel der Verringerung des CO2-Fußabdrucks und der ökologischen Nachhaltigkeit steht, werden Automobilhersteller, die ihre Umweltfreundlichkeit verbessern möchten, wahrscheinlich Teile aus diesem Material bevorzugen.
Daher ist es wichtig, mit einem Formenbauer zusammenzuarbeiten, der die Besonderheiten der Herstellung von EV-Teilen unter Verwendung von PCR versteht, um modifizierte Formen zu erstellen, die dieses Material effektiv verarbeiten können. Im Folgenden sind weitere wichtige Unterschiede aufgeführt, die den Prozess des Spritzgießens von EV-Teilen von dem für herkömmliche Fahrzeuge unterscheiden.
Komplexität des Designs aufgrund der Integration von Bauteilen
Der wohl größte Unterschied zwischen NEVs und herkömmlichen Fahrzeugen besteht darin, wie die Kraft erzeugt und auf die Räder übertragen wird. Die folgende Tabelle zeigt, wie sich das Spritzgießen bei der Herstellung wichtiger Komponenten von Verbrennungsmotoren und Elektrofahrzeugen unterscheidet.
| Teile | Traditionelle Fahrzeuge | Elektrofahrzeuge (EVs) |
|---|---|---|
| Hauptstromquelle | Motor: enthält Kolben, Ventile, Kurbelwelle, Zündkerzen und Zahnriemen, die Energie erzeugen und übertragen. Dazu müssen mehrere kleine Formen hergestellt werden, um die verschiedenen Komponenten herzustellen. | Akku: speichert Energie. Diese gespeicherte Energie treibt Elektromotoren an, die das Fahrzeug antreiben. EV-Batteriegehäuse werden häufig mit einer Mehrfachform hergestellt, um die Stückkosten zu senken und die Produktionszeit zu maximieren. |
| Kühlsystem | Verwendet Kühler, Wasserpumpe und Thermostat zur Kühlung. Genau wie der Motor besteht auch das Kühlsystem aus mehreren kleinen Teilen, von denen einige im Spritzgussverfahren hergestellt und montiert werden. | Verwenden Sie Ventilatoren zur Zirkulation der Umgebungsluft, elektrische Wasserpumpen zur Zirkulation des Kühlmittels oder beides. Die Gitter, die zur Unterstützung der Luftzirkulation dienen, werden häufig im Mehrkomponenten-Spritzgussverfahren hergestellt. |
EV-Batteriegehäuse werden beispielsweise in der Regel aus fortschrittlichen Verbundwerkstoffen hergestellt, wobei der Schwerpunkt auf einem hohen Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht liegt, um strukturelle Unterstützung zu bieten, das Wärmemanagement zu unterstützen und Brandschutz zu gewährleisten. EV-Batteriegehäuse haben in der Regel ein komplexes Design, das ohne Beeinträchtigung ihrer Funktion erfüllt werden muss. Dieses und mehrere andere Teile erfordern komplizierte Formdesigns mit komplexen Schiebern, Kühlkanälen und in einigen Fällen Mehrfachspritzgussfähigkeiten.
Größerer Schwerpunkt auf Präzision und Toleranz
Die Kernanforderungen bei der Herstellung traditioneller Automobilteile liegen in der Regel auf dem Aussehen (Erzielung einer glänzenden Oberfläche und einer glatten Textur beim Anfassen) und der Witterungsbeständigkeit, wobei die Produktionskosten niedrig gehalten werden sollen.
Andererseits liegt der Schwerpunkt bei der Produktion von EV-Teilen eher auf höherer Präzision und engeren Toleranzen, insbesondere bei empfindlichen Teilen im Zusammenhang mit Batteriesystemen und elektronischen Komponenten. Geformte EV-Teile müssen passgenau sein, da NVH-Probleme (Noise, Vibration, Harshness) bei EVs im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugen stärker ausgeprägt sind [4]. Eine höhere Präzision gewährleistet auch die Zuverlässigkeit und Sicherheit elektronischer Bauteile. Bei der Herstellung von EV-Teilen sind einige der Designüberlegungen für enge Toleranzen zu nennen:
- Beibehaltung einer gleichmäßigen Wandstärke: Dies hilft zu verhindern, dass Schären und Defekte durch ungleichmäßige Abkühlung.
- Verbesserung des Auswerfens aus der Form durch Entformungsschrägen: Zur Verringerung der Belastung beim Auswerfen.
- Verbesserung der Festigkeit durch Rippen oder Zwickel: Es minimiert die Schrumpfung und erhöht die Festigkeit des EV-Teils, ohne den Materialverbrauch zu erhöhen.
Schnellere Designiteration für die Weiterentwicklung der Herstellung von EV-Teilen
Herkömmliche Fahrzeuge haben einen evolutionären Höhepunkt erreicht. An bereits vorhandenen Teilen werden nur noch selten wesentliche Verbesserungen vorgenommen. Bei NEVs ist dies jedoch nicht der Fall, da es sich hierbei um einen sich noch schnell entwickelnden Markt handelt. Eine der größten Herausforderungen auf dem Weg zur Einführung von Elektrofahrzeugen ist die Reichweitenangst. Um dieses Problem zu bekämpfen, arbeiten die Hersteller kontinuierlich an neuen Designs, um Elektrofahrzeuge durch die Verwendung anderer Materialien leichter zu machen, ihre Aerodynamik zu verbessern oder sie schneller aufladen zu können.
Daher umfasst die Herstellung von EV-Formen häufig Rapid-Tooling- und Prototyping-Verfahren, mit denen neue Teile schneller auf den Markt gebracht werden können, im Vergleich zu den längeren Entwicklungszyklen, die für die meisten traditionellen Fahrzeugteile charakteristisch sind.
Vergleich des Spritzgussverfahrens zwischen Elektrofahrzeug und Verbrennungsmotor
Neben dem Unterschied in der Zweckbestimmung zwischen der Herstellung von ICE- und EV-Teilen unterscheidet sich auch der Formungsprozess. Um beispielsweise den Formungsprozess von EVs nachhaltiger zu gestalten, werden beim Spritzgussverfahren Maschinen eingesetzt, die für einen geringeren Energieverbrauch optimiert sind, was den umweltfreundlichen Zielen entspricht. Weitere bemerkenswerte Unterschiede beim Spritzgussverfahren für die Herstellung von EV-Teilen sind:
1. Einsatz von Spezialmaschinen für die Materialbearbeitung
EV-Teile werden aus Verbundwerkstoffen oder hochleistungsfähigen Thermoplasten hergestellt. Eigenschaften wie chemische Beständigkeit, Hitzebeständigkeit und ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht sprechen in der Regel für die Wahl dieser Materialien. Diese Eigenschaften garantieren die Langlebigkeit dieser Materialien, wenn sie für batteriebezogene Komponenten verwendet werden, bei denen Wärmeentwicklung und Chemikalienaustritt unvermeidbar sein können. Folglich müssen Formen für die Herstellung von EV-Teilen aus diesen Materialien die folgenden Eigenschaften aufweisen:
- Der Schmelzpunkt von Hochleistungs Polymere wie PEEK kann bis zu 343 betragenoC [5]. Die Form sollte bei dieser Temperatur ohne Verformung arbeiten können. In der Regel sind ausgeklügelte Heiz- und Kühlsysteme eingebaut, um eine gleichmäßige Temperaturregelung zu gewährleisten und eine ungleichmäßige Aushärtung und Verformung zu verhindern.
- Formen zur Herstellung von EV-Teilen für Hochleistungsanwendungen müssen aus hochbeständigen Materialien wie hochwertigem Stahl (z. B. H13 oder P20) hergestellt werden, anstatt aus kostengünstigerem Aluminium, das in Standardformen zur Herstellung von ICE-Teilen verwendet wird.
- Das komplexe Design von Elektrofahrzeugen, das sich aus der Teilekonsolidierung ergibt, erfordert oft eine sorgfältige Konstruktion von Angusskanälen, Angüssen und Entlüftungssystemen, um den Materialfluss richtig zu steuern und häufige Fehler wie Fließspuren und Leerstellen.
- Das Formmaterial für die Herstellung von EV-Teilen unter Verwendung faserverstärkter Materialien wie Kohlenstoff- oder Glasfasern muss eine hohe Verschleißfestigkeit aufweisen, um der abrasiven Beschaffenheit der Materialien standzuhalten.
- Formmaschinen für die Herstellung von EV-Teilen sind in der Regel spezialisierter und verwenden fortschrittliche Hydrauliksysteme, die eine hervorragende Kontrolle über Einspritzgeschwindigkeit, Schmelztemperatur und Packungsdruck bieten, um Wiederholbarkeit und gleichbleibende Teilequalität zu gewährleisten.
2. Verstärkter Einsatz von Überspritzguss
Der stärkere Fokus von Elektrofahrzeugen auf Elektronik bedeutet, dass Techniken wie Umspritzen um eine ordnungsgemäße Abdichtung und die gewünschten Funktionen zu erreichen, wie z. B. Umweltabdichtung, verbesserte Haltbarkeit, elektrische Isolierung, Schwingungsdämpfung und Schalldämpfung für ein leiseres Fahrerlebnis mit Elektrofahrzeugen. Zu den EV-Teilen, die eine Umspritzung erfordern, gehören unter anderem:
- Steckverbinder und Ladeanschlüsse, um wasserdichte Dichtungen zu erzielen, die empfindliche Komponenten vor Staub, Wasser und anderen Umwelteinflüssen schützen.
- Überformte Gehäuse schützen Batteriekomponenten vor mechanischer Beanspruchung und extremen Temperaturen.
- Elektronische Steuergeräte (ECUs) sind in der Regel durch den Einsatz von Umspritztechniken vollständig mit Kunststoff ummantelt, wodurch sie leichter und extrem robust sind.
- Diese Formgebungstechnik wird auch in Herstellung von EV-Innenteilen um eine ausgefeilte Ästhetik zu erreichen und den Komfort zu verbessern, wie bei Lenkrädern.
Obwohl das Spritzgießen sowohl für die Herstellung traditioneller ICE- als auch für die Herstellung von Elektrofahrzeugteilen verwendet wird, ist seine Anwendung bei letzteren breiter gefächert und umfasst kritische Komponenten, wobei der Schwerpunkt auf Gewichtsreduzierung und Effizienz liegt. Bei der Suche nach einem Formenbauer oder einem Partner für die Produktion von EV-Teilen sollten Sie sicherstellen, dass der Hersteller diese Unterschiede versteht, um das bestmögliche Ergebnis zu erzielen.
Referenzen
[1] Mercedes-Benz Group AG. (o. J.). 1885–1886: Die Erfindung des Automobils. Mercedes-Benz Group. Abgerufen am 8. Dezember 2025 von https://group.mercedes-benz.com/company/tradition/company-history/1885-1886.html
[2] Internationaler Rat für sauberen Verkehr. (11. Mai 2020). Das Ende der Straße? Ein Überblick über Ankündigungen zum Auslaufen von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Internationaler Rat für sauberen Verkehr. https://theicct.org/wp-content/uploads/2021/06/Combustion-engine-phase-out-briefing-may11.2020.pdf
[3] Grand View Research. (o. J.). Bericht über recycelte Kunststoffe aus Verbraucherabfällen im Automobilmarkt. Abgerufen im April 2024 von https://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/post-consumer-recycled-plastics-automotive-market-report
[4] ANSYS. (o. J.). Was ist NVH im Automobilbereich? ANSYS. Abgerufen am 27. April 2025 von https://www.ansys.com/blog/what-is-automotive-nvh
[5] SpecialChem. (7. November 2025). Polyetheretherketon (PEEK-Kunststoff): Eigenschaften, Verarbeitung und Anwendungen. SpecialChem. https://www.specialchem.com/plastics/guide/polyetheretherketone-peek-thermoplastic
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