Naturfaserverstärkter Autositz

Im Rahmen des Innovation Campus Future Mobility ICM konzentrieren sich Forscher auf den Einsatz nachhaltiger Materialien in Mobilitätslösungen der Zukunft. Im Mittelpunkt des Projekts „Design for Recycling“ steht eine Sitzschale, die aus verschiedenen naturfaserverstärkten Kunststoffen (NFK) hergestellt wird, um den ökologischen Fußabdruck deutlich zu reduzieren. Daher werden verschiedene Aspekte des Produktlebenszyklus berücksichtigt.

NFK mit belastungsoptimierten Kohlefaserverstärkungen

Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie lieferten den Entwurf und identifizierten die Bereiche, in denen lokale Carbonfaserverstärkungen angebracht werden müssen. Leichtbauexperten des Instituts für Flugzeugbau der Universität Stuttgart brachten das Know-how zu hybriden Materialkonzepten und maßgeschneiderten Fertigungsverfahren in das Projekt ein.

Dabei werden NFK mit belastungsoptimierten Kohlefaserverstärkungen hergestellt. Die rechnergestützte Optimierung berücksichtigt die Rahmenbedingungen der Verarbeitbarkeit und Recyclingfähigkeit. Für die Entwicklung der Tragstruktur wurde Rhino 7 in Kombination mit einem Topologieoptimierungs-Plugin verwendet. Auf diese Weise wurde innerhalb des vorgegebenen Bauraums eine belastungsgerechte Struktur generiert.

Im nächsten Schritt wurden die Faserpfade extrahiert und als Ausschnitte auf das 3D-Modell eines Kerns projiziert. Dann wurde dieser Kern vollständig aus gestapelten Pappstücken hergestellt. Dieses Material bringt zwei große Vorteile mit sich. Einerseits gibt es für Karton gut etablierte Recyclingverfahren und andererseits weicht der Karton bei Kontakt mit Wasser auf. Dies ermöglicht es, den Kern nach der Produktion auszuwaschen, um große und leichte 3D-Strukturen zu erzeugen.

In diesem Fall wurde die Tragstruktur durch Aufwickeln vorimprägnierter Kohlefaserrovings auf den Kern erzeugt. Das starke und offene Kohlefasergitter repräsentiert den Leichtbauaspekt mit faserverstärkterten Verbundwerkstoffen bei minimalem Einsatz des synthetischen und teuren Materials. Gleichzeitig zeigt die naturfaserverstärkte Sitzstruktur die Leistungsfähigkeit nachwachsender Rohstoffe auf, die lokal produziert werden können und CO₂ binden.

Das Projekt wurde vom Ministerium für Forschung und Wissenschaft Baden-Württemberg im Rahmen des Projekts „Design for Recycling“ als Teil des InnovationCampus Mobilität der Zukunft gefördert. Für die Durchführung der Forschungsarbeiten war das Team um den Wissenschaftler Johannes Baur verantwortlich.

www.ifb.uni-stuttgart.de