{"id":37785,"date":"2023-10-04T11:04:28","date_gmt":"2023-10-04T09:04:28","guid":{"rendered":"https:\/\/plas.tv\/?p=37785"},"modified":"2023-10-04T11:04:28","modified_gmt":"2023-10-04T09:04:28","slug":"langlebige-co2-reduzierte-bauteile-aus-faserverstaerkten-biopolymeren-fuer-fahrzeuge","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/plas.tv\/?p=37785","title":{"rendered":"Langlebige CO2-reduzierte Bauteile aus faserverst\u00e4rkten Biopolymeren f\u00fcr Fahrzeuge"},"content":{"rendered":"
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Kunststoffe haben viele positive Eigenschaften, sie sind leicht, langlebig und bieten gro\u00dfe Gestaltungsm\u00f6glichkeiten. Konventionelle Leichtbau-Komponenten aus erd\u00f6lbasierten Kunststoffen bieten jedoch auch gro\u00dfes Potenzial zur Reduktion von CO2-Emissionen. Im Projekt COOPERATE ersetzen Forschende des Fraunhofer-Instituts f\u00fcr Betriebsfestigkeit und Systemzuverl\u00e4ssigkeit LBF gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Forschung den erd\u00f6lbasierten Kunststoff durch biobasierte Alternativen. Zudem erarbeiten sie materialsparende Methoden, um die Produktgestaltung und -auslegung hinsichtlich \u00d6kobilanz und Nachhaltigkeit zu verbessern. Ziel ist es, den CO2-Anteil in Fahrzeugbauteilen und in industriellen Anwendungen um bis zu 50 Prozent zu reduzieren.<\/b><\/p>\n<\/div>\n<\/article>\n<\/div>\n<\/section>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Die Industrie m\u00f6chte und muss ihre Emissionen auch nach Vorgaben der Bundesregierung bis 2030 um rund die H\u00e4lfte mindern. Einen gro\u00dfen Beitrag kann hier der Leichtbau leisten, durch den sich j\u00e4hrlich viele Tonnen CO2<\/sub>\u00a0einsparen lassen. Im Projekt COOPERATE (kurz f\u00fcr CO2<\/sub>-neutrale, lebensdaueroptimierte, kurzfaserverst\u00e4rkte Thermoplaste f\u00fcr dynamische Applikationen) widmen sich die Partner der Reduktion von CO2<\/sub>-Emissionen beim Design von mechanisch und dynamisch stark beanspruchten Leichtbau-Bauteilen im Fahrzeugbereich. Dazu geh\u00f6ren etwa lasttragende Kunststoffbauteile wie Motorlager oder Koppelstangen als Teil des Fahrwerks. Um den CO2<\/sub>-Bedarf bei der Produktion von Kunststoffbauteilen zu verringern, kombinieren die Projektpartner zwei Ans\u00e4tze: Zum einen substituieren sie erd\u00f6lbasierte durch biobasierte Kunststoffe bzw. faserverst\u00e4rkte Biopolymere, welche aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden, die zum Beispiel als Nebenprodukte in der Landwirtschaft entstehen. Im Projekt wird aus Lein\u00f6l gewonnenes Biopolyamid f\u00fcr langlebige, schwingungsbelastete Leichtbau-Bauteile optimiert. Zum anderen senken die Forschenden die umweltsch\u00e4dlichen Treibhausgasemissionen durch eine werkstoffgerechte Auslegung und Verringerung des Materialeinsatzes. Hierf\u00fcr entwickeln die Partner verbesserte Methoden zur materialsparenden Auslegung von Bauteilen. Dabei wird unter anderem die Beanspruchbarkeit des Werkstoffs ber\u00fccksichtigt. Angestrebt ist eine Materialreduktion von 20 bis 30 Prozent. Dies wiederum f\u00fchrt zu einer Verringerung der Prozessenergie, die zum Aufheizen und Aufschmelzen der Werkstoffe ben\u00f6tigt wird.<\/p>\n

\u00bbKlimaschonende Substitute k\u00f6nnen \u00fcber die gesamte Lebensdauer \u00fcber 50 Prozent CO2<\/sub>-Emissionen einsparen. Wir konzentrieren uns auf das Matrixmaterial im Komposit und halbieren dort die Emissionen gegen\u00fcber konventionellem Kunststoff mit 9 Kilogramm CO2<\/sub>\u00a0pro Kilogramm auf 4,5 Kilogramm CO2<\/sub>\u00a0pro kg Produktgewicht\u00ab, sagt Georg Stoll, Projektleiter und Wissenschaftler am Fraunhofer LBF in Darmstadt. \u00bbDurch die Gewichteinsparung im Fahrzeugbereich l\u00e4sst sich au\u00dferdem der Verbrauch an Antriebsenergie senken, was wiederum den CO2<\/sub>-Fu\u00dfabdruck mindert.\u00ab An der Optimierung des Designprozesses und der Substitution fossiler Werkstoffe arbeitet das Fraunhofer LBF gemeinsam mit der BOGE Elastmetall GmbH, einem Hersteller von Schwingungssystemen und Kunstoffbauteilen aus dem Automobilsektor, der TECNARO GmbH, welche aus nachwachsenden Rohstoffen Biokunststoffe und Biokomposite entwickelt, und dem Lehrstuhl f\u00fcr Carbon Composites (LCC) der Technischen Universit\u00e4t M\u00fcnchen. Das Bundesministerium f\u00fcr Wirtschaft und Klimaschutz BMWK f\u00f6rdert das Vorhaben.<\/p>\n

Bessere \u00d6kobilanz und mehr Nachhaltigkeit in der Produktentwicklung<\/b><\/h4>\n

Im Projekt entstehen zudem neue Berechnungsmethoden, welche die Einfl\u00fcsse der Herstellung auf das quasistatische und zyklische Verhalten der Werkstoffe ber\u00fccksichtigen. Mit den erweiterten Simulationsmethoden lassen sich je nach Anordnung der Fasern im Bauteil beispielsweise Materialeigenschaften wie Steifigkeit und Festigkeit absch\u00e4tzen. \u00bbWir simulieren sowohl den Herstellungsprozess als auch das Bauteilverhalten. Dadurch erkennen wir bereits im virtuellen Entwurfs- und Entwicklungsprozess, wie das Bauteil optimalerweise konstruiert werden muss, um weniger Material zu verbrauchen\u00ab, so der Forscher. Die erforderlichen Modelle f\u00fcr die Beschreibung des Materialverhaltens im fertigen Bauteil werden am Fraunhofer LBF und am LCC an der TU M\u00fcnchen
\nentwickelt, basierend auf experimentell ermittelten Daten vom Fraunhofer LBF und bereitgestellter Daten der BOGE Elastmetall GmbH.<\/p>\n

Aus dem Biokunststoff werden derzeit im Spritzgussprozess Proben-Geometrien hergestellt und auf Pr\u00fcfst\u00e4nden am Fraunhofer LBF charakterisiert. Die Versuche liefern wichtige Erkenntnisse zum Einfluss von Temperatur, Feuchtigkeit und Kerbradien in der Bauteilgeometrie auf die Steifigkeit und Betriebsfestigkeit des Materials. Dabei wird auch das akustische und Vibrationsverhalten ber\u00fccksichtigt, um ungewollte Vibrationen und st\u00f6renden Schall effektiv mindern oder vollst\u00e4ndig unterdr\u00fccken zu k\u00f6nnen. Schlie\u00dflich sollen auch zuk\u00fcnftige Kunststoff-Armaturen oder T\u00fcrverkleidungen nicht klappern oder Ger\u00e4usche von Motoren f\u00fcr die Fahrzeuginsassen m\u00f6glichst nicht wahrnehmbar sein. Getestet wird am Prototyp einer Koppelstange, deren Form im Lauf des Projekts verschlankt werden soll, um eine Materialreduktion zu erzielen. \u00bbBiobasierte Kunststoffe werden zunehmend leistungsf\u00e4higer und erreichen heutzutage fast vergleichbare Eigenschaften wie ihre \u00fcber viele Jahrzehnte hoch optimierten, fossilen Pendants. Ein nachhaltiges Bauteil zu designen, das die gleichen Lasten bei weniger Gewicht tragen kann als ein Bauteil aus treibhausgasintensiven Werkstoffen, ist dennoch eine gro\u00dfe Herausforderung\u00ab, erl\u00e4utert der Forscher.<\/p>\n

Mit den neuen, ressourceneffizienten Methoden und den verbesserten, leichtbaubezogenen Materialeigenschaften wollen die Projektpartner den Weg f\u00fcr den Einsatz von biobasierten Kunststoffen in weitere Technologie- und Anwendungsfeldern wie etwa den Maschinenbau ebnen.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/article>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/section>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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