Große und schwere Komponenten von Landfahrzeugen sollen in Zukunft leichter und nachhaltiger gestaltet werden können. Dieses Ziel verfolgt das Forschungsvorhaben „ECO2-LInE“, das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) innerhalb des Technologietransfer-Programms Leichtbau (TTP LB) gefördert wird. Das Ziel ist, Metallkonstruktionen teilweise durch leichte, naturfaserverstärkte Kunststoffbauteile zu ersetzen. Um diese langzeitstabil und witterungsbeständig fertigen zu können, haben Experten aus dem Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadt ein eigenes Herstellungsverfahren für die Compounds entwickelt. Mehr dazu zeigt das Forscherteam auf der HANNOVER MESSE 2024 am Fraunhofer-Gemeinschaftsstand B24 in Halle 2.

Die klar abgesteckten Projekt-Ziele münden im Klimaschutz

Im Projekt „ECO2-LInE“ geht es zuvorderst um die Gewichtseinsparung mit neuartigen naturfaser-verstärkten Leichtbaukomponenten. Gleichzeitig soll der Fertigungsprozess hinsichtlich der Ökobilanz optimiert und eine verbesserte Recyclingfähigkeit nach mindestens äquivalenter Lebensdauer des Ursprungsbauteils realisiert werden – wodurch ein wichtiger Beitrag zum Klimaschutz geleistet würde. Sitzstrukturen für die Elektromobilität, Zugwagenübergänge und Pick-up-Aufsätze stehen dabei im Fokus. Stauelemente, die Teile eines Pick-up-Aufsatzes sind, werden gedruckt gefertigt.

Neues Verfahren hydrophobiert Fasern und sorgt für Temperaturbeständigkeit

Um Metallkonstruktionen teilweise durch leichte, naturfaserverstärkte Kunststoffbauteile ersetzen zu können, nutzen die Fraunhofer-Forschenden den additiven Highspeed-Prozess SEAM (Screw Extrusion Additive Manufacturing), der am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU etabliert wurde. Dieses neue 3D-Druck-Verfahren soll achtmal schneller als herkömmlicher 3D-Druck sein. Damit die neuen Bauteile aus naturfaserverstärktem Kunststoff vergleichbare Eigenschaften hinsichtlich Langzeitstabilität und Witterungsbeständigkeit aufweisen können, hat das Fraunhofer LBF ein eigenes Verfahren entwickelt. Es hydrophobiert die Fasern und schafft so die Grundlage für ihre Temperaturbeständigkeit. Der Schwerpunkt der Entwicklungen liegt auf der kombinierten Holzfasermodifikation durch Acetylierung und anschließender Epoxidharzbeschichtung.

Naturfasern als Bestandteil von Polyamiden

Durch die anschließende Beschichtung mit Epoxidharz wird die eigentliche Temperaturbeständigkeit erzielt. Sie ist die Voraussetzung, um die Fasern in Polyamide einarbeiten zu können, was bisher laut Aussage der Fraunhofer-Forschenden noch nicht möglich war. Der Nutzen dieses Verfahrens für den Kunden lässt sich leicht am Beispiel eines Hochgeschwindigkeitszuges errechnen: Bei einem Zug mit vierzehn Übergängen und einer Laufleistung von 12,5 Millionen Kilometern können bei jedem eingesetzten nachhaltigen Übergangssystem 160 Kilogramm eingespart werden. Dies entspricht auf den gesamten Zug gerechnet eine Einsparung von fast 115 Tonnen CO2-Äquivalent.

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