In Anbetracht der EU-Agenda \u201eCO2-neutral bis 2050\u201c gibt es f\u00fcr die Automobilindustrie keinen Ausweg, wenn sie die Herausforderung der gr\u00fcnen Mobilit\u00e4t nicht mit nachhaltigem Leichtbau und dem Ansatz der Kreislaufwirtschaft angeht. Naturfaserverst\u00e4rkte Composites (NFCs) gelten als ein vielversprechendes Material f\u00fcr die Zukunft, um diese Ziele zu erreichen.<\/p>\n
Aus den naturfaserverst\u00e4rkten Composites (NFCs) aus Flachs oder Hanf lassen sich thermoplastischen unidirektionalen- oder gewebten Prepregs herstellen. (Bild: B\u00fcfa)
\nNFCs auf Basis von Vliesstoffstrukturen wurden bereits in der Automobilindustrie eingesetzt, sind aber aufgrund ihrer begrenzten Leistungsf\u00e4higkeit nicht f\u00fcr den Leichtbau geeignet. Hochleistungs-NFCs auf Basis von unidirektionalen oder gewebten Strukturen bieten dagegen eine \u00fcberlegene Leichtbauleistung, sind jedoch hinsichtlich der Kosten sowie der Skalierbarkeit f\u00fcr die Massenproduktion im Nachteil.<\/p>\n
Naturfaserverst\u00e4rkte Prepregs
\nDoch eine Technik zur einstufigen, breiten und kontinuierlichen Herstellung von naturfaserverst\u00e4rkten thermoplastischen unidirektionalen- oder gewebten Prepregs erm\u00f6glicht nun einen Paradigmenwechsel. Das Material zeichnet sich durch noch bessere mechanische Eigenschaften zu den sonst am meisten geforderten Merkmalen aus: Recyclingf\u00e4higkeit, Einf\u00e4rbbarkeit, geringer Geruch sowie Kompatibilit\u00e4t zu konventionellen Verfahren. Das t\u00fcrkische Unternehmen BPREG bietet die Produktreihe Ecorein an, welche thermoplastisch basierte (PP, PLA) Prepregs beinhaltet. Diese sind mit ausgerichteten Naturfasern (Flachs, Hanf) verst\u00e4rkt, um die h\u00f6chsten mechanischen Eigenschaften zu erzielen. Das Portfolio umfasst Typen, die einen Zugmodul im Bereich von 9 bis 13\u00a0GPa (ISO 527-4&5) und einen Biegemodul von 6 bis 9\u00a0GPa (ISO 14125) aufweisen. Es bietet Designflexibilit\u00e4t sowohl in Bezug auf den Fasergehalt (30 bis 70%), das Prepreg-Gewicht (250 bis 500\u00a0g\/m\u00b2) als auch die Breite von schmalen Tapes bis hin zu Organobleche bis 1,5\u00a0m.<\/p>\n
Es handelt sich dabei um ein umformf\u00e4higes Halbzeug, das durch bestehende Thermoformverfahren in der Automobilindustrie wie zum Beispiel Formpressen, Vakuumkonsolidierung, Hybrid-Spritzgie\u00dfen und automatisches Tapelegen in Form gebracht werden. F\u00fcr die Implementierung in das Design einer Innenverkleidung sind keine neuen Investitionen in die Produktionsmontage von Automobilkomponenten erforderlich. Dar\u00fcber hinaus sind diese Prepregs mit den in der Industrie h\u00e4ufig verwendeten Materialien kompatibel, wie zum Beispiel Vlies-Akustikmatten in Motorhauben, T\u00fcren, Heck- oder Bodenverkleidungen, Wabenstrukturen in Stirnwand, Seitenverkleidungen und Kohlenstofffaser-Preforms f\u00fcr verbesserte NVH-Eigenschaften (Noise-Vibration-Harshness).<\/p>\n
D\u00fcnnere Wandst\u00e4rken und weniger Materialeinsatz<\/p>\n
Eine Hutablage ist ein dekoratives Innenraumverkleidungsteil, das die Aufgabe hat, den Fahrgastraum vom Kofferraum zu isolieren. Daher wird sie entsprechend den Anforderungen an die mechanische Steifigkeit, die Witterungsbest\u00e4ndigkeit, das NVH, die wahrgenommene Oberfl\u00e4chenqualit\u00e4t und die Dimensionsstabilit\u00e4t ausgelegt. Die Hutablage wird durch zwei Methoden im industriellen Ma\u00dfstab hergestellt; (i) Formpressen von holzfaserverst\u00e4rkten Kunststoffen oder Glas\/PP-Matten oder Naturfaser\/PP-Matten, (ii) Spritzguss von 10\u00a0% mineralverst\u00e4rktem Thermoplast.<\/p>\n
In der Regel wird eine Hutablage mit einer mittleren Wandst\u00e4rke von 2,5\u00a0mm konzipiert. Durch den Ersatz der derzeit verwendeten Materialien mit diesem Prepreg kann die Gesamtwandst\u00e4rke auf 2\u00a0mm oder noch d\u00fcnner reduziert werden. Das Ergebnis ist eine Gewichtsreduzierung von bis zu 40\u00a0%.<\/p>\n
Thermoplastische UD-Prepregs helfen dem Konstrukteur bei einer ma\u00dfgeschneiderten Konstruktion auf Basis der tragenden Bereiche im Endbauteil, die mechanischen Anforderungen mit minimalem Materialeinsatz zu erf\u00fcllen. Als neuer Designansatz f\u00fchrt die Kombination von NFCs auf Mattenbasis mit UD-Prepregs an diagonalen Stellen, die statisch belastet werden, zu einer reduzierten Gesamtbauteildichte.<\/p>\n
Nachhaltige, schnelle und kosteng\u00fcnstige Herstellung von Composite-Bauteilen
\nG\u00e4ngige thermoplastische Verbundwerkstoffe erfordern eine komplexe, automatisierte Verarbeitung, was die Kosten im Leichtbau erh\u00f6ht. Die konventionelle Verarbeitung von Verbundwerkstoffen ist mit diesen UD-Tapes m\u00f6glich und im Vergleich zu \u00e4hnlichen Materialien realisierbar. Im Fall der Hutablage wird das UD-Prepreg zun\u00e4chst mit einer Infrarotheizung vorgew\u00e4rmt, anschlie\u00dfend in eine Form eingelegt und formgepresst.\u00a0 Durch die Optimierung der Prozessparameter konnten die Verarbeitungstemperaturen um 30% und die Zykluszeiten um 50\u00a0% gesenkt werden.\u00a0 Die Energieeinsparung reduziert den CO2-Fu\u00dfabdruck bei der Herstellug deutlich.<\/p>\n
Aus einer intensiven Arbeit in drei Monaten mit 23 iterativen Designs resultiert eine Gewichtseinsparung und bemerkenswerte Reduzierung der Produktionszykluszeit\/Prozesstemperatur. Dank der UD-Prepregs ist ein Gewicht von circa 1300\u00a0g m\u00f6glich, das bei wichtigen mechanischen Stabilit\u00e4tstests (Durchbiegung unter Last und Steifigkeit) recht gut abschneidet. IR-Erw\u00e4rmung von circa 45\u00a0s bei 250\u00b0C und Kaltverformung mit einem Druck von circa 150\u00a0bar sind die optimalen Prozessparameter. In Anbetracht des perfekten Oberfl\u00e4chenfinishs und der nat\u00fcrlichen Haptik kann auf ein zus\u00e4tzliches Dekorationsgewebe verzichtet werden.<\/p>\n
Lightweighting Meets Performance
\nDie Prototypen wurden durch Funktionspr\u00fcfungen gem\u00e4\u00df den OEM-Standards getestet. Die Vorgaben der Dimensionsstabilit\u00e4t und der optischen Qualit\u00e4t wurden genau eingehalten. Dar\u00fcber hinaus wurden die Teile den Validierungstests unterzogen. Diese ergaben, dass die Hutablage wichtige mechanische Stabilit\u00e4tstests wie die Steifigkeitspr\u00fcfung und die Durchbiegung unter Last bestanden hat.<\/p>\n
Die Verwendung des 50% flachsfaserverst\u00e4rkten Thermoplasts in der Hutablage erm\u00f6glicht eine Gewichtsreduzierung von bis zu 40% und d\u00fcnnere Abschnitte in der Teilekonstruktion. Die perfekte Oberfl\u00e4chenbeschaffenheit erlaubt auch den Verzicht auf eine zus\u00e4tzliche Dekorschicht. Die Schalld\u00e4mmleistung ist dank der Naturfaser verbessert worden. Dieses Konzept ist auch ausschlaggebend f\u00fcr andere potenzielle Anwendungen im Bauwesen, bei Konsumg\u00fctern und in der Elektronik \u00fcber den Transport hinaus.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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