25. September 2018 
 
8. Oktober 2015

Hybride Kunststoffe erobern das Auto

Autos werden leistungsstärker, bieten mehr Komfort und sind zunehmend mit dem Internet verbunden. Zusätzliche Funktionen gehen aber oft mit höheren verbrauchs- und herstellungsbedingten Emissionen einher. Um sie zu reduzieren, setzt man im Fraunhofer Pilotanlagenzentrum PAZ in Schkopau auf den Einsatz von faserverstärkten Kunststoffen – nicht nur wie bisher in Verkleidungsteilen, sondern gleichermaßen in der Struktur des Fahrzeugs.

Foto: Fraunhofer PAZFoto: Fraunhofer PAZ
Automatisierte Fertigungszelle für die Herstellung von thermoplastbasierten Leichtbaustrukturen am Fraunhofer PAZ.
Am Fraunhofer PAZ entwickeln die Forscher besonders leichte und robuste Kunststoffteile: UD-Tapes, also faserverstärkte Hybridstoffe aus zwei oder mehreren Materialien. Ziel dieser einzigartigen Auftragsforschung ist es, schwere und energieintensive Metallkonstruktionen zu ersetzen. Professor Peter Michel und seine Mitarbeiter nutzen hierbei die idealen Elementeigenschaften der Verstärkungsfaser: Deren Ausrichtung kann direkt an den Lastverlauf angepasst und die auf das Bauteil einwirkende Last somit genau verteilt werden – ein großer Vorteil gegenüber metallischen Elementen. Diese Verteilung ermöglicht es, die besonders beanspruchten Stellen partiell zu verstärken und andere, weniger belastete Teile materialsparend herzustellen.

Weniger Gewicht, mehr Sicherheit

So ist man in der Lage, Gewicht zu reduzieren, Emissionen einzusparen und die Sicherheit der Fahrzeuginsassen zu erhöhen. „Wir wollen nicht nur Metalle durch Kunststoffe ersetzen, sondern über gänzlich neuartige Verbindungen nachdenken. Hybride Kunststoffe bieten viele Möglichkeiten“, betont Michel.

Ziel sei es, den Masseanteil von Kunststoff im Auto zu erhöhen. So sind heute bereits mehr als 25 Prozent Kunststoffe in einem Pkw verbaut, bei einem Branchenvorreiter sogar 40 Prozent. Nach Einschätzung von Michel lässt sich dieser Wert noch auf knapp 50 Prozent steigern.

Herstellungsprozess entscheidend

Für die Entscheidung, welches Material eingesetzt wird, ist allerdings nicht nur das Verhalten eines Bauteils entscheidend, sondern auch der energie- und kostenintensive Herstellungsprozess. „Die CO2-Bilanz eines Fahrzeugs muss bereits bei dessen Entstehung betrachtet werden. Es hilft nichts, wenn bei der Herstellung des Bauteils bereits so viel Energie aufgewendet wird, dass auch ein geringer Verbrauch den CO2-Footprint negativ bleiben lässt“, erklärt Michel. Deshalb sucht man am Fraunhofer PAZ ebenfalls nach Wegen, um leistungsfähige Kunsthybride möglichst energiesparend herstellen zu können.

Thermoplastische Verfahren

Vor allem thermoplastische Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffverbünden haben dabei Potenzial: Hierbei werden bereits konsolidierte Faser-Kunststoff-Verbunde erhitzt in ein Formwerkzeug gegeben und im gleichen Arbeitsgang funktionalisiert. Im Gegensatz zum duroplastischen Verfahren benötigen thermoplastisch verarbeitete Kunststoffhybride eine zehn Mal kürzere Produktionszeit.

Stofflich nutzen die Forscher Kohlenstofffaser, Glasfaser oder naturfaserverstärkte Kunststoffe, sogenannte Biopolymere. Besonders bei den Rezepturen der Glasfaser sieht Michel noch sehr viel Potenzial, den CO2-Footprint schon in der Herstellung positiv zu beeinflussen. Folgerichtig liegt der Fokus auf der Pilotierung besserer Herstellungsprozesse von thermoplastischen Kunststoffhybriden.

 

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