Demonstrator

Fahrzeug-Plattform aus Faserverbundkunststoffen für E-Autos. Im Rahmen eines europäischen Projektes will man den Bauteilen mehrere Leben schenken. (Bild: Justus von Freeden/Fraunhofer IWU)

Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe sind insbesondere im Automobilbau gefragt. Da vermehrt E-Autos auf die Straßen kommen, eröffnet diese Fahrzeugkategorie dem Bereich Leichtbau neue Potenziale. Um die mit hohem Aufwand produzierten Faserverbundbauteile wirtschaftlich nachhaltig wiederzuverwerten, fehlte bisher die Technologie. Das wollen 20 Partner aus sieben Ländern, darunter das Fraunhofer IWU, im europäischen Forschungsprojekt „Fiber Euse“ ändern. Weitere Informationen und Hintergründe zum Projekt erfahren Sie hier.

Die Akteure arbeiten bereits seit Juni 2017 an Technologien und Produktideen für Faserverbundmaterialien, die mechanisch oder auch thermisch recycelt werden. Darüber hinaus spielt auch die Aufbereitung und Wiederverwendung eine übergeordnete Rolle. Erste Ergebnisse des Projekts wurden jüngst anlässlich des Projektabschluss auf der Mailand Design Week vorgestellt. Justus von Freeden, wissenschaftlicher Mitarbeiter des Fraunhofer-Projektzentrums Wolfsburg, präsentierte dabei einen Fahrzeugrahmen, der sich 30 Jahre lang wiederverwenden lässt. Doch die aller wenigsten Autos werden derart lange gefahren.

Kohlenstofffaserverstärkte Bauteile auf mehrere Lebenszyklen auslegen

Im Fokus steht hier die Wiederverwendbarkeit. Konkret sollen die Bauteile nacheinander in mehreren Autos genutzt werden. Dafür hat man nun gemeinsam mit den Projektpartner Edag und Invent eine wiederverwendbare Plattform für E-Fahrzeuge präsentiert. Freeden geht ins Detail: „Die einzelnen Teile sind so beschaffen, dass sie nach dem ersten Leben eines Pkw erneut genutzt werden können. Bis zu 30 Jahre oder bis zu einer Million Kilometer soll diese Plattform im Einsatz sein. Neben dem Fahrzeugrahmen betrifft das auch eine zugehörige Sitzstruktur.“ Stranggezogene Elemente aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) tragen zur Steifigkeit bei und schützen gleichzeitig die Batterie des Fahrzeugs. Langlebig und kreislauffähig: Produkte sollen von der Wiege an auf diese Anforderungen hin umgesetzt werden. Die Akteure handeln hier nach dem „Design-for-Re-Use-Ansatz“, wie Freeden verrät: Denn anstatt Komponenten und Baugruppen aus Faserverbundkunststoffen zu recyceln, sollen diese direkt aufgearbeitet und wiederverwendet werden.

Ein "zweites" oder gar "drittes" Leben für CFK-Bauteile

Am Ende ihrer Nutzungsphase erwartet sie dann ein „zweites“ Leben: so werden der Grundrahmen und die Sitzstruktur demontiert und aufbereitet. Sie bilden also die Basis für ein neues Fahrzeug, wie Freeden ausführt. „Faserverstärkte Kunststoffe, insbesondere CFK, eignen sich aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit und hohen Ermüdungsfestigkeit ideal für solche langlebigen Komponenten. Andererseits verlangen Verbundmaterialien aus Fasern und einer bindenden Matrix nach anderen Fertigungstechnologien und Prozessen für eine einfache Demontage. Auch hierzu haben wir im Projekt verschiedene Verfahren für diesen Anwendungsfall eingebracht und erprobt.“

Plattform und Sitzstruktur bestehen aus großen Profilen und Knotenelementen mit komplexer Geometrie, die mittels Pultrusion oder Strangziehen hergestellt werden. „Damit lassen sich besonders langlebige Fahrzeugstrukturen aus Faserverbunden wirtschaftlich fertigen“, sagt Freeden. Da jedoch faserverstärkte Kunstoffe meist geklebt werden, sind diese mit herkömmlichen Methoden nicht ohne Beschädigungen zu trennen. Deshalb setzt man hier auf leicht lösbare Klebverbindungen. Freeden konkretisiert: „Technisch gesprochen, mischen wir dem Klebstoff thermisch expandierbare Partikel bei. Wird Wärme zugeführt, erweitern sich die Partikel um ein Vielfaches ihrer Größe. Dadurch wird die Klebestelle geschwächt, es entstehen Risse im Kleber und die Bauteile lassen sich einfach voneinander lösen. Sozusagen auf Knopfdruck trennen kann man sie, wenn in den Kleber zusätzlich feines Eisenpulver eingemischt und dieses durch Induktion aktiviert wird. Auch mittels Heizdraht ist eine schnelle Lösung der Klebschicht möglich.“ Fallen danach noch Klebstoffreste an, so lassen sich diese mittels Laser oder Fräsen entfernen.

Erschließen potentieller Marktfelder

Die Projektpartner sehen durch das Aufkommen der Elektromobilität und zunehmender Leichtbaulösungen Chancen für das Entstehen neuer Geschäftsfelder. Rund um Faserverbundteile könnte sich demnach ein ganz neuer Markt bilden, der sich auf das Wiederverwerten solcher Komponenten spezialisiert. Thermische Alterungsverfahren helfen abzuschätzen, wie lange die Bauteile nutzbar sind. 30 Jahre sind laut den Projektdaten realistisch. Eventuelle Beschädigungen bleiben jedoch ein Problem. Denn ein einfaches Prüfen vor dem Wiedereinsatz wird so zur Herausforderung. Dennoch überwiegen klar die Vorteile: „Mit dem Zeithorizont von mehreren Jahrzehnten wird die Verwendung von Komposite-Komponenten auch unter wirtschaftlichen Aspekten günstig. Bereits nach einer Wiederverwendung erreicht man Kostenvorteile gegenüber klassischen Metallteilen“, bilanziert Freeden.

Quelle: Fraunhofer IWU

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