Die Fertigungstechnik für Kraftfahrzeug-Fensterscheiben aus Kunststoff ist zum Serienstart bereit. Ende der 60er-Jahre lugte ein Volkswagenfahrer durch Fenster mit einer Gesamtfläche von rund 1,5 m2. Das viele Fahrzeuggenerationen später aufgelegte Nachfolgemodell New Beetle eröffnet durch 4m² große Fenster einen fast panoramaartigen Rundblick. Insgesamt soll sich die Fensterfläche in Personenkraftwagen in den letzten 40 Jahren annähernd verdoppelt haben, schätzt die Saint-Gobain Sekurit Deutschland GmbH & Co. KG in Aachen.
Das Unternehmen mit einer langen Tradition in Frankreich - dort hat die Muttergesellschaft einst den Spiegelsaal in Versailles ausgestattet - gilt heute als Marktführer für Automobilverglasung. Es rüstet in Europa rund 50%, weltweit etwa 20% aller Fahrzeuge mit Scheiben aus. Statistisch geführt werden sie unspektakulär als „Flachglas" tatsächlich handelt es sich zum Teil um hochwertige Verbundwerkstoffe mit zahlreichen Zusatzfunktionen. Die Scheiben können farblich getönt, beschichtet oder laminiert sein und Geräusche dämpfen, Wasser abweisen und UV- oder IR-Strahlung reflektieren oder absorbieren. In Mehrschichtscheiben lassen sich auch Heizschleifen, Flachantennen und Solarzellen integrieren.
Diese hohe Komplexität beeindruckt, schreckt die Kunststoffhersteller aber keineswegs ab. Sie haben in den letzten Jahrzehnten gerade im Automobilbau erfolgreich die Substitution von Metallen proklamiert, unterstützt und betrieben; und nun visieren sie Glas an. Die Aussichten sind verlockend. Bei einer Jahresproduktion von rund 60 Mio. Fahrzeugen weltweit und 6 bis 8 Scheiben pro Fahrzeug kommen jährlich einige 100 Mio. Scheiben in Betracht: Ein gewaltiger und annähernd stabiler Markt für Kunststoff.
Das jüngste Projekt dieser Art wurde im Juni 2003 auf der National Plastics Exhibition (NPE) in Chicago vorgestellt: die Produktion eines Heckscheiben-Dachmoduls aus Polycarbonat. Drei Unternehmen hatten dabei mitgewirkt: Exatec lieferte den Kunststoff und arbeitet am Hauptsitz in den USA an Beschichtungsverfahren für die Scheiben - in Deutschland unterhält das Technologieunternehmen ein Büro in Bergisch Gladbach; die Summerer Technologies GmbH & Co. KG in Rimsting entwickelte das Produktionsverfahren und baute das Werkzeug; und die Battenfeld GmbH in Meinerzhagen projektierte das Produktionskonzept und passte eine Spritzgießmaschine dafür an.
Die treibende Kraft kam von den Kunststoffherstellern Bayer Polymers und GE Plastics. Sie hatten 1998 Exatec gegründet und die gemeinsame Tochter beauftragt, eine Wertschöpfungskette für die „Kunststoffverscheibung aufzubauen und damit einen „Pull-Effekt zu erzielen - also das Interesse auf sich zu ziehen. Das ist mittlerweile eine gängige Praxis, denn die Automobilhersteller bekennen sich zwar durchweg zu Innovationen, verhalten sich bei weitreichenden Projekten aber eher abwartend. Sie lassen auch Entwicklungsaufgaben gerne extern machen und wollen erst einmal Taten sehen.
Die Scheibe, die in Chicago im Testbetrieb produziert wurde, kann sich durchaus sehen lassen. Battenfeld betrachtet sie als eine „Sensation - als Meilenstein, der aber eine lange Strecke markiert. Zum Beispiel hatte Röhm - heute ein Geschäftsbereich von Degussa - bereits in den 50er-Jahren Fensterscheiben für Autobusse aus Polymethylmethacrylat zur Serienreife gebracht; und auch der legendäre Kabinenroller von Messerschmitt hatte eine tiefgezogene Haube aus diesem Kunststoff, der auch Acrylglas oder - nach Röhm - Plexiglas genannt wird. Er bewährte sich bei Bauten wie dem Zeltdach des Münchener Olympiastadions, hat bei Automobilen aber Glas nicht verdrängen können.
Röhm liefert zwar Material für Plexiglasscheiben in Wohnwagen und Baufahrzeugen, häufiger seien im Fahrzeugbau jedoch nicht-transparente Anwendungen, heißt es. Zum Beispiel wird Plexiglas, weil es sich sehr gut einfärben lässt, oft für Abdeckblenden verwendet. Über Plexiglas als Scheibenwerkstoff ist das Unternehmen mit Automobilherstellern im Gespräch; man trifft aber, wie zu hören ist, noch auf Vorbehalte wegen der Sicherheit und der Produkthaftung insbesondere in den USA. Diese Bedenken müssen Röhm zufolge noch ausgeräumt werden.
Acryl- oder Plexiglas ist transparenter als Glas und UV-beständiger und abriebfester als Polycarbonat, trotzdem wird es bei Exatec nicht als ernsthafter Konkurrent betrachtet; weil es nicht schlagzäh genug ist und bei Kälte mit scharfen Kanten bricht. Laut Exatec ist Polycarbonat "unverzichtbar". So sieht man es auch bei Summerer International, einer Tochtergesellschaft des Werkzeugbauers: "Polycarbonat gewinnt." Die angeblichen Vorteile von Acrylglas fallen laut Summerer nicht ins Gewicht, weil Scheiben für Serienfahrzeuge aufgrund der hohen Anforderungen beschichtet werden müssen.
Die Befürworter von Polycarbonat können sich auf die Seitenscheiben berufen, die seit 1998 von der Schefenacker AG, Esslingen, für das Smart City Coupé produziert werden - auch sie bestehen aus Polycarbonat. Der Automobilzulieferer, der auf Spiegel und Leuchten spezialisiert ist, gründete aufgrund des erfolgreich verlaufenen Projekts 2001 gemeinsam mit Saint-Gobain Sekurit die Freeglass GmbH & Co. KG in Schwaikheim, die im Januar 2003 die Produktion von Scheiben für den Smart Roadster aufnahm. Sie werden in 2-Komponententechnik mit einem Rahmen gespritzt, in den bereits Befestigungselemente integriert sind. Die Wendeplattentechnik von Krauss-Maffei erleichtert dieses Verfahren erheblich.
Exatec erkennt den Erfolg der Smart-Scheibe an, sieht darin aber nur eine "Nischenanwendung". Das ist dem Unternehmen aber zu wenig, das sich vorgenommen hat, die Polycarbonatscheibe auf breiter Basis in den Standardserien der großen Automobilhersteller zu etablieren. Eine wesentliche Voraussetzung dafür soll die Scheibe sein, die auf der NPE präsentiert wurde. Sie hat eine Fläche von 1m² und ist damit deutlich größer als die dreieckige Scheibe, die mit dem Smart in die Serie ging. Für die 1-Liter Autostudie von Volkswagen hat Freeglass jedoch auch schon eine Scheibe hergestellt, die über das Format der Smart-Scheibe hinausgeht.
So große Scheiben kann man nur per Spritzprägen - auch In-Mould-Pressing genannt - herstellen. Summerer hat dieses bekannte, aber wenig angewandte Verfahren in eine neue Dimension geführt und Markenschutz für die Bezeichnung IMPmore erworben.
Im Kern besteht das Verfahren darin, dass die Masse in das noch leicht geöffnete, durch eine Eintauchkante aber abgeschlossene Werkzeug eingespritzt und die Scheibe erst durch das vollständige Schließen des Werkzeugs - den Prägehub - ausgeformt wird. Bei dem von Freeglass praktizierten Expansionsprägen wird das Werkzeug nach dem Füllen und vor dem Prägen noch einmal leicht geöffnet.
Charakteristisch für die verschiedenen Varianten des Spritzprägens ist, dass der Nachdruck nicht wie beim Spritzgießen durch das Einspritzaggregat, sondern durch das Werkzeug aufgebracht wird. Dadurch entsteht ein gleichmäßiger Innendruck in der Kavität, und der Kunststoff kann nahezu spannungsfrei erkalten und ein homogenes Gefüge ausbilden. Das ist unumgänglich für optische Teile und besonders schwierig, wenn es so lange Fließwege gibt wie bei der Produktion großer Fensterscheiben. Einen zentralen Anguss kann man dabei nicht vorsehen, denn er würde auf der Oberfläche eine Marke hinterlassen und die Optik beeinträchtigen.
Im Werkzeug von Summerer strömt die Masse durch einen Filmanguss an der Stirnseite der rechteckigen, leicht geknickten Scheibe in die großflächige Kavität. Zunächst füllt sie sich nur partiell. Erst in der Prägephase verteilt das eintauchende Werkzeug die Masse mit gleichmäßig niedrigem Innendruck entlang der gesamten Fließfront. Der Druck soll dabei durchgehend niedriger sein als beim Expansionsprägen. Die Kavität ist wie üblich poliert, und auch die Kühlung erfordert keinen außergewöhnlichen Aufwand. Hohe Anforderungen werden dagegen an die Plastifizierung und an die Sauberkeit bei Material und Maschine gestellt. In der Serienfertigung muss in einer reinen Umgebung gearbeitet werden.
Für das von Summerer entwickelte Verfahren sei das Werkzeug "entscheidend", heißt es, aber auch die Maschine von Battenfeld leistet einen wesentlichen Beitrag. Sie ist mit einer Servohydraulik ausgestattet, die laut dem Maschinenbauer einen genau reproduzierbaren Prägehub gewährleistet und ein von Summerer vorgesehenes Druckausgleichssystem im Werkzeug versorgt. Damit werden die asymmetrischen Kräfte ausbalanciert, die infolge der dezentralen Anspritzung auftreten. Das funktioniere wie eine selbsttätige Druckwaage, heißt es. Als besonders bemerkenswert betrachtet man auch, dass die Scheibe auf einer 2-Plattenmaschine vom Typ HM 20000/19000 mit nur 20 000 kN Schließkraft auf einer geringen Stellfläche produziert werden kann. Sie hat ausfahrende Holme. Das erleichtert den Werkzeugeinbau und die automatische Entnahme der Scheibe wesentlich.
Bei der Demonstration in Chicago wurde die Scheibe mit einer Zykluszeit von rund 120 s hergestellt. Laut Battenfeld sollen etwa 80 s erreichbar sein. In der Serienfertigung würde die Scheibe nach der Entnahme in polarisiertem Licht auf optische Fehler geprüft und beschichtet. Mit den Verfahren, die Exatec dafür entwickelt, lassen sich - so heißt es - die wesentlichen Anforderungen der Automobilindustrie erfüllen. Die Polycarbonatscheibe soll Glas aber keineswegs nur ersetzen: Exatec propagiert es als ein komplett neues System, das ungeahnte Möglichkeiten eröffnet.
Die Scheiben aus Polycarbonat können zwischen 30 und 50% leichter sein als Glasscheiben. Dadurch tragen sie zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs bei; und auch der Schwerpunkt der Fahrzeuge verlagert sich nach unten, was sich günstig auf die Fahreigenschaften auswirkt. Außerdem ergeben sich für das Fahrzeugdesign völlig neue Perspektiven, denn das Spritzpressen lässt es zu, dreidimensionale, kuppelartige Formen herzustellen, die mit Glas nicht zu realisieren sind und in die zusätzliche Funktionselemente integriert werden können - etwa Befestigungsrahmen wie beim Smart. Auch Leuchten oder Spiegel lassen sich direkt an eine Scheibe anspritzen.
Seit Anfang der 80er-Jahre sind für Kraftfahrzeuge Windschutzscheiben aus Sicherheits-Verbundglas vorgeschrieben. Sie bestehen aus drei Lagen: Glas, Kunststoff, Glas. Aus diesem Aufbau ergibt sich der charakteristische spinnwebenartige Bruch, bei dem die Scheibe als Ganze erhalten bleibt. Von der Kunststofffolie in der Mitte können sich keine Splitter ablösen und Insassen verletzen.
Die übrigen Scheiben für die Seiten- und das Heckfenster oder das Sonnendach bestehen meist aus Einscheiben-Sicherheitsglas, das aufgrund einer speziellen Wärmebehandlung beim Bruch ebenfalls nicht splittert, sondern in kleine Bröckchen zerfällt. Scheiben aus Polycarbonat brechen in der Regel nicht. Dadurch können die Insassen bei einem Unfall nicht so leicht aus dem Fahrzeug hinausgeschleudert werden. Nach den Erkenntnissen der Unfallforschung ist das günstiger. Wer im Fahrzeug bleibt, erleidet meist geringere Verletzungen. Unzerstörbare Scheiben können allerdings auch das Entkommen aus einem Unfallfahrzeug verhindern.
Nur wenig getrübt werden diese Aussichten durch die internationale Rechtsordnung, die Windschutzscheiben aus Verbundglas vorschreibt. Sie werden durch Winddruck, Staubpartikel und Abrieb durch Scheibenwischer extrem beansprucht und bleiben auf absehbare Zeit von der Substitution ausgenommen. Bei Seiten-, Heck- und Dachfenstern könnte die Polycarbonatscheibe allerdings schon bald in Serie gehen. So verhandeln Exatec wie Summerer International derzeit mit Automobilherstellern und rechnen damit, dass sie in etwa zwei bis drei Jahren so schnell reüssiert wie die Lichtstreuscheibe aus Polycarbonat, die Anfang der 90er-Jahre eingeführt wurde. Heute sind bereits 90% aller neuen Fahrzeuge damit ausgerüstet