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29.09.2022

Fraunhofer LBF entwickelt effizienten Fertigungsprozess für naturfaserverstärkte Kunststoffe

Forschende des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit präsentieren neue Ansätze für nachhaltigen und effizienteren Leichtbau.

Verschiedene Einsatzgebiete von Materialien aus Flachsgewebe
Verschiedene Einsatzgebiete von Materialien aus Flachsgewebe © Fraunhofer LBF und Ansmann AG

Leichtbau macht Produkte wettbewerbsfähig und nachhaltig. Sicherheit und zuverlässige Funktion müssen dabei gewährleistet sein. Forschende aus dem Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit zeigen auf der »K-Messe« vom 19. bis 26. Oktober in Düsseldorf vielversprechende neue Ansätze für nachhaltige und effiziente Fertigungsverfahren mit naturfaserverstärkten Materialien (Fraunhofer-Stand, Halle 7, SC01). Mit dem »nachhaltigen Batteriegehäuse für E-Bikes«, demonstrieren die Forschenden das Potenzial für die Serienfertigung.

Aktuelle Trends belegen die wachsende Bedeutung nachhaltiger Produkte und Produktionsprozessen. Treiber sind dabei nicht nur strengerer Emissionsregeln, sondern auch das wachsende Bewusstsein für Umwelt und Nachhaltigkeit in der Gesellschaft.
Daher müssen nachhaltigere Lösungen entwickelt werden, die sowohl das Produkt als auch die Wertschöpfungskette und die Produktentwicklung transformieren.

Nachhaltiger Leichtbau bedeutet innovative Zukunftstechnologie. Die Forschenden am Fraunhofer LBF gehen bewusst immer stärker an die Grenzen des Machbaren. Dabei entstehen eigenschaftsoptimierte, besonders leichte Strukturlösungen für den funktionsintegrierten, intelligenten Leichtbau - immer unter Berücksichtigung von Zuverlässigkeit, Nachhaltigkeit und Bezahlbarkeit der technischen Produktlösung.

Leichtbau mit naturfaser-verstärkten Kunststoffen am Beispiel Li-Ionen-Batterie-Gehäuse

Um individuell auf Kundenwünsche einzugehen und der gesellschaftlichen und politischen Verantwortung nachzukommen, haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus dem Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Zusammenarbeit mit der Ansmann AG das Forschungsprojekt »BioBattery« zur Entwicklung von naturfaserverstärkten Kunststoffen für den Einsatz in Li-Ionen Batteriegehäusen durchgeführt.

Die naturfaserverstärkten Kunststoffe konnten durch ihre geringe Dichte, gute mechanische Eigenschaften, geringe Neigung zum Splittern sowie die vergleichsweisen geringen Kosten - bei gleichzeitiger Steigerung der Nachhaltigkeit - als Alternative zu einer Glas- oder Kohlefaserverstärkung überzeugen.

Verfahren zur Herstellung von NFK-Organoblechen mit verringerter thermischer Belastung der Naturfasern

Am Fraunhofer LBF wurden mit einem neuen Verfahren unterschiedliche Naturfasergewebe mit Kunststoffschmelze, bei gleichzeitiger Reduktion der Kontaktzeit, imprägniert und anforderungsgerecht modifiziert. Basierend auf einem angepassten Bauteil-Design des Batteriegehäuses, zur Erfüllung der zahlreichen Normen, wurden mittels eines innovativen Spritzgussverfahrens lokale Naturfaserverstärkungen in das Gehäuse eingebracht.

Um die speziellen Materialeigenschaften der eingesetzten naturfaserverstärkten Kunststoffe bei der Bauteilauslegung zu berücksichtigen, wurden die entwickelten Verbundsysteme tiefgehend charakterisiert und aus den spezifischen
Materialeigenschaften angepasste validierte Simulationsmodelle entwickelt.

Das so designte Gehäuse überzeugt, im Vergleich zum ursprünglichen Gehäuse, durch eine Gewichtsreduktion von 30 Prozent, bei gleichzeitiger Steigerung der Steifigkeit um 15 Prozent und adressiert gleichzeitig den zentralen Leitgedanken einer effizienten und umweltschonenden Ressourcennutzung unter Vermeidung von Treibhausgasen.

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