Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ziel dieses Vorhabens ist es, \u00f6kologisch vertr\u00e4gliche Werkstoffe an den Markt heranzuf\u00fchren und deren Bekanntheitsgrad zu vergr\u00f6\u00dfern.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAnhand eines prototypischen Kastentr\u00e4gers aus Naturfaserverbundwerkstoff auf der Basis nachwachsender Rohstoffe soll aufgezeigt und in Form eines Handbuchs dokumentiert werden,<\/p>\n
\u00b7 welche nachwachsenden Rohstoffe f\u00fcr die Herstellung solcher Strukturen prinzipiell geeignet sind,
\n\u00b7 wie ein Faserverbundwerkstoff aus nachwachsenden Rohstoffen aufgebaut und worauf zu achten ist,
\n\u00b7 welche Werkstoffkennwerte zugrunde gelegt werden k\u00f6nnen,
\n\u00b7 welche mechanischen Ans\u00e4tze zu formulieren sind, um Strukturberechnungen durchzuf\u00fchren,
\n\u00b7 welche Konstruktions- und Gestaltungsprinzipien zugrunde zu legen sind,
\n\u00b7 wie ma\u00dfgeschneiderte Werkstoffkompositionen zur optimierten Materialausnutzung m\u00f6glich sind,
\n\u00b7 welche Fertigungstechnologien geeignet sind und worauf zu achten ist,
\n\u00b7 nach welchen Entsorgungskonzepten ein solches Bauteil behandelt werden kann.<\/p>\n
Der prototypische Kastentr\u00e4ger soll Modellcharakter haben und stellvertretend f\u00fcr lasttragende Bauteile im Schienen- und Stra\u00dfenfahrzeugbau, im Anlagenbau, in der Wasser- und Abwassertechnik, usw. betrachtet werden, um entsprechend breite Akzeptanz f\u00fcr diese neuartige Werkstoffklasse in der Industrie zu finden.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
In der vorliegenden Studie wurde am Beispiel eines Kastentr\u00e4gerprofils die Umsetzung und Realisierung von hochbelastbaren Faserverbundbauteilen auf Basis nachwachsender Rohstoffe beschrieben. Im Zuge einer ganzheitlichen Betrachtung wurden die einzelnen Entwicklungsstufen, ausgehend von der Auswahl der Werkstoffe, der Dimensionierung und Fertigung des Kastentr\u00e4gers bis hin zu Entsorgungskonzepten f\u00fcr diese innovative Werkstoffgruppe, aufgezeigt.<\/p>\n
Anhand der Untersuchungen konnte nachgewiesen werden, da\u00df sich speziell Bastfasern und hier insbesondere Flachs-, Hanf- und Ramiefasern als Verst\u00e4rkungskomponente f\u00fcr Bioverbundwerkstoffe eignen. Als Bettungsmasse (Matrix) wurden sogenannte Biopolymere eingesetzt, die aus nachwachsenden Rohstoffen wie St\u00e4rke, Zucker, Cellulose oder Pflanzen\u00f6len gewonnen werden. Zur Evaluierung eines geeigneten Bio-Verbundwerkstoffs wurden statische Untersuchungen an Probek\u00f6rpern mit den Bio-Matrixsystemen Polylactid, Schellack sowie Elastoflex in Kombination mit den oben genannten Naturfasern durchgef\u00fchrt. Dabei zeigte sich, da\u00df die spezifischen, d. h. die auf die Dichte des Werkstoffes bezogenen Festigkeiten, bei ca. 35% eines vergleichbaren glasfaserverst\u00e4rkten Kunststoffes liegen. F\u00fcr die spezifischen Steifigkeiten wurden hingegen Werte in der Gr\u00f6\u00dfenordnung von 70% – 110% ermittelt.<\/p>\n
Die Auslegung des Kastentr\u00e4gers erfolgte im vorliegenden Fall gegen eine Biegebeanspruchung mit einer Werkstoffpaarung aus Ramiegarn (Verst\u00e4rkungskomponente) und Elastoflex (Matrix). Als Fertigungsverfahren wurde auf die Wickeltechnologie zur\u00fcckgegriffen, da diese sich f\u00fcr Bauteile wie den hier behandelten Bio-Verbundkastentr\u00e4ger hervorragend eignet und als hochwertiges Fertigungsverfahren einzustufen ist.<\/p>\n
Insgesamt erfolgte die Entwicklung des prototypischen Bio-Verbundkastentr\u00e4gers in mehreren Stufen. In einem ersten Entwicklungsschritt wurde der Kastentr\u00e4ger im Trockenwickelverfahren hergestellt. Dabei zeigte sich, da\u00df Ramiegarn im unimpr\u00e4gnierten Zustand eine ausreichend hohe Festigkeit besitzt, um mit der Wickeltechnik verarbeitet zu werden. Beim anschlie\u00dfenden Einstraken des trockenen Profils konnten die Fasern aufgrund der hohen Viskosit\u00e4t bzw. der niedrigen Topfzeit und den daraus resultierenden schlechten Flie\u00dfeigenschaften des Matrixsystems Elastoflex nicht ausreichend mit Harz benetzt werden, was zur Ausbildung von Fehlstellen im Verbund f\u00fchrte. Eine wesentliche Verbesserung konnte diesbez\u00fcglich in einer zweiten Entwicklungsstufe mit dem Einsatz der Na\u00dfwickeltechnik erreicht werden. Hierbei wurde das Ramiegarn vor der Ablage auf den Wickelkern zun\u00e4chst mit einem petrochemisch basierenden Epoxidharz impr\u00e4gniert, wodurch eine vollst\u00e4ndige Durchtr\u00e4nkung des Kastentr\u00e4gers erreicht werden konnte. Im dritten Entwicklungsschritt konnte die Topfzeit des Elastoflexsystems durch den Einsatz eines neuen H\u00e4rters erheblich erh\u00f6ht werden, wodurch dieses auch im Na\u00dfwickelverfahren verarbeitet werden konnte. Der nach diesem Verfahren gefertigte Kastentr\u00e4ger zeichnet sich durch eine vollst\u00e4ndige Durchtr\u00e4nkung sowie eine qualitativ hochwertige Oberfl\u00e4che aus. Aus den dimensionierenden Kenngr\u00f6\u00dfen ergibt sich, da\u00df der Bio-Verbundkastentr\u00e4ger mit der Werkstoffpaarung Ramie\/Elastoflex ca. 50% der Steifigkeit eines GFK-Kastentr\u00e4gers erreicht.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Im Rahmen der Studie konnte gezeigt werden, da\u00df ein qualitativer Entwicklungssprung weg von Bauteilen mit einer geringen mechanischen Wertsch\u00f6pfung, wie z. B. T\u00fcrinnenverkleidungen f\u00fcr die Automobilindustrie, hin zu Konstruktionswerkstoffen f\u00fcr ein hohes Beanspruchungsniveau, wie beispielsweise dem in der Studie dargestellten Kastentr\u00e4ger, heute schon m\u00f6glich ist. Neben der Charakterisierung der einzelnen Komponenten wurde dabei auch ausf\u00fchrlich auf die Berechnungsgrundlagen und Auslegungsleitlinien f\u00fcr Bio-Verbundwerkstoffe eingegangen sowie die Fertigungstechnologie zur Herstellung solcher Strukturbauteile vorgestellt.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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