Automobilinterieurbauteile auf Basis von strukturierten und zonierten Mehrlagengestricken aus Naturfasern
Projektdurchführung
Topp Textil GmbH
Heubachstr.
87471 Durach
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens
Ziel dieses F&E-Vorhabens war die Entwicklung eines Herstellungsverfahrens für Automobilinterieurbauteile auf Basis von strukturierten und zonierten Mehrlagengestricken aus Naturfasern. Im Stand der Technik werden Interieurbauteile moderner Fahrzeuge immer noch hauptsächlich im Spritzgussverfahren, aus Kunststoff, also auf Basis fossiler Rohstoffe hergestellt. Die Herstellung von Kunststoff erzeugt beträchtliche Mengen an CO2. Wird der Abfall später thermisch verwertet, kommen weitere Mengen CO2 hinzu. Ein Verfahren zur Herstellung solcher Teile aus möglichst hohen Anteilen nachwachsender Rohstoffe stellt daher ein großes Potenzial zur Vermeidung von CO2-Emissionen dar.
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Unterschied zu bereits verfolgten Konzepten zur Reduktion des Kunststoffanteils in den Bauteilen handelt es sich beim innovativen Ansatz dieses Vorhabens um keine bloße Materialsubstitution in den bestehenden Prozessen, sondern um eine Verfahrens- und Konstruktionsinnovation. Die Bauteile sollen dabei aus Mehrlagengestricken aus Hanffasern hergestellt werden, die später durch Tiefziehen in die benötigte Form gebracht werden. Die Flachstricktechnologie ermöglicht es generell die Dicke, Steifigkeit und andere Parameter in der Ebene des Textils partiell zu definieren, so dass die ausgeformten Teile letztendlich die geforderten Eigenschaften haben.
In diesem Projekt wurde zunächst untersucht, ob es durch moderne Verfahren der Stricktechnik und nachfolgender dreidimensionaler Formgebung möglich ist, Interieurbauteile aus einem möglichst hohen Anteil von Hanffasern herzustellen. Um das CO2-Einsparpotenzial zu maximieren und falls möglich auch eine Recyclingfähigkeit der Teile zu erzielen sollte hierbei geprüft werden, ob es idealerweise durch den Mehrlagenaufbau bereits gelingt, die nötige Formstabilität bei ausschließlichem Einsatz der Hanffasern zu erreichen, oder ob hierzu schmelzende Komponenten in Form von biobasierten Harzpulvern oder Kunststofffäden erforderlich sind. Es sollte soweit möglich Hanf aus biologischem Anbau zum Einsatz kommen, um die Umweltwirkung des Verfahrens zu maximieren. Ferner sollte im Projekt die Möglichkeit untersucht werden, durch das Verfahren bereits Funktionalitäten in die Seitenverkleidungen zu integrieren, um im Vergleich zum Stand der Technik, die dafür erforderlichen Arbeits-, Energie- und Materialaufwände einzusparen.
Ergebnisse und Diskussion
Das angestrebte Verfahren zur Herstellung von Türinnenverkleidungen aus Naturfaser konnte grundsätzlich erfolgreich entwickelt werden. Die notwendigen Materialien und Qualitäten, der Mehrlagenaufbau sowie alle dafür nötigen Maschinenparameter konnten identifiziert werden und es ist gelungen auf dieser Basis Demonstratoren herzustellen, die einen Hanf-Anteil von 80 % erreichen, die nötige Formstabilität zeigen und auch die Fähigkeit zur Integration zusätzlicher Funktionalitäten unter Beweis gestellt haben.
Es hat sich dabei gezeigt, dass die Naturfaserqualität der dominante Prozessparameter ist, da die Mehrlagenarchitektur hochsensitiv gegenüber den Eigenschaften der Hanffasern ist.
Mit einem Hanf-Anteil von 80 % geht das zum Projektabschluss erreichte Verfahren bereits deutlich über den Stand der Technik hinaus. Ein Kunststoffanteil zur Erreichung der Formstabilität bleibt zum jetzigen Stand aber noch erforderlich. Dennoch kann so ein substanzielles CO2-Einsparpotenzial im Vergleich zum Stand der Technik durch den weitgehenden Ersatz von Kunststoff durch Hanffasern erreicht werden. Dieser wird noch gesteigert durch die im Gegensatz zum üblichen Verfahren verschnittfreie Konturfertigung und der prinzipiell gezeigten Möglichkeiten der Funktionsintegration ohne zusätzliche Kunststoffbaugruppen.
Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation
Die Projektergebnisse sind noch nicht veröffentlicht.
Fazit
Das Vorhaben hat gezeigt, dass großflächige Automobil-Interieurbauteile auf Basis strukturierter, zonierter Mehrlagenstrickarchitekturen aus nachwachsendem Rohstoff (Hanf) technisch realisierbar sind. Die wesentliche Innovation liegt nicht allein in der Substitution einzelner Materialien, sondern in der konstruktiven Verschiebung der Traglogik von flächiger fossiler Polymermatrix hin zu architekturbasierter Lastaufnahme durch nachwachsende Fasern mit lokal dosierter thermoplastischer Fixierung. Erst durch dieses mit der modernen Stricktechnologie realisierte Konzept wird die Fertigung zu weit überwiegendem Anteil aus Naturfasern möglich.
Die mechanische Stabilität konnte bei moderater thermischer Aktivierung (~100 °C) reproduzierbar erzielt werden. Der Naturfaseranteil liegt bei über 80 %. Das Bauteilgewicht beträgt ca. 0,8 kg. Die Materialreduktion gegenüber konventionellen Systemen ist konstruktiv bedingt (Zero-Waste-Konturstrick, Funktionsintegration) und nicht durch bloße Substitution erreicht. Damit wurde der Kernansatz des Projektes technisch bestätigt. Mit dem erreichten Entwicklungsstand sollen die nächsten Schritte in Hinblick auf eine Markteinführung in Form statistisch abgesicherte Dauer- und Alterungsbewertung sowie OEM-spezifische Vollprüfprogramme angegangen werden.