Biowerkstoffe Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V.

 

Bioverbundwerkstoffe

Bioverbundwerkstoffe: Leichtbaukarosserie aus Pflanzenfasern

Leichter als Glasfasern, billiger als Kohlefasern und aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt: Pflanzenfasern als Verstärkung für Duromere sind eine nachhaltige Alternative für leichte Fahrzeugkarosserien und bewähren sich sogar unter den extremen Belastungen im Motorsport. Damit haben diese Naturcomposites die Chance, zu einem Schlüsselwerkstoff für die Zukunft des Automobils zu werden. Denn Gewichtsersparnis ist das Zauberwort in der Fahrzeugindustrie: egal, ob es um geringeren Verbrauch und damit verbesserte CO2-Werte bei Verbrennungsmotoren oder größere Reichweiten bei Elektrofahrzeugen geht.
Viele Karosserieteile des Bioconcept-Cars bestehen – vereinfacht dargestellt – aus Gewebematten, die in eine Form gelegt und mit Harz getränkt werden, das anschließend aushärtet. Nach ersten Versuchen entschieden sich die Ingenieure aus Hannover für ein reines Flachsgewebe. Flachsfasern sind zugfest, gut verfügbar, besonders fein, homogen, flexibel und drapierfähig, das heißt, sie passen sich den Formteilen gut an. So entstehen exakte Kanten, die für die Maßhaltigkeit und Verarbeitungsqualität der Bauteile wichtig sind.
Wichtig für die endgültige Stabilität der Naturfaser-Composites ist auch das kontrollierte Aushärten des Harzes im Ofen. Die chemische Reaktion muss vollständig abgeschlossen sein, sonst würde der Prozess später zum Beispiel durch Motorwärme oder Sonneneinstrahlung wieder in Gang gesetzt und die Karosserieteile würden sich verformen. Je nach Karosserieteil und eingesetztem Harz dauert das Aushärten im Ofen einige Stunden.
Das Team des IfBB geht schrittweise vor und arbeitet in der ersten Projektphase mit einem petrochemischen Harz, dessen technische Eigenschaften wie Schwindungsverhalten oder Aushärtetemperatur bekannt sind. Nachfolgend sollen die Naturfasern auch mit biogenen Harzen verarbeitet werden.
 
Als Rohstoff kommen beispielsweise verschiedene Pflanzenöle wie Lein- oder Sonnenblumenöl oder auch Ligninbestandteile in Frage, um die geforderten Eigenschaften wie etwa Härte, Viskosität oder eine schnelle Aushärtungszeit zu erfüllen und in Kombination mit den Naturfasern zu den gewünschten Ergebnissen zu führen.
Ergebnis der intensiven Entwicklungsarbeit:
Durch Heckklappe, Motorhaube und Türen aus naturfaserverstärktem Duromer wiegt das Fahrzeug zurzeit 67 Kilogramm weniger. Im Vergleich zu den entsprechenden Bauteilen aus Stahl entspricht das einer Gewichtsersparnis von rund 60 Prozent bei den einzelnen Bauteilen. So brachte die Serientür 38,5 Kilogramm auf die Waage, aus dem pflanzenfaserverstärkten Werkstoff hergestellt wiegt sie nur noch 14 Kilogramm.
Eine Gewichtsersparnis, die für relativ wenig Geld zu bekommen ist:. Die Preise für Kohlefasern, die im Karosseriebau eingesetzt werden, liegen bei etwa 30 €/kg. Die Kosten von Pflanzenfasern sind abhängig von der Art der Faser und der erforderlichen Qualität deutlich geringer. Für die eingesetzten Fasern  zur Verstärkung der Duromere liegen die Preise bei ca. 2,50 €/kg.

Zuschnitt des Leinengewebes - für das BCC von Hand, für die Serienproduktion werden die benötigten Teile gestanzt
Zuschnitt des Leinengewebes - für das BCC von Hand, für die Serienproduktion werden die benötigten Teile gestanzt. (Quelle: FNR/Hardy Müller)
Enge Radien werden mit zähflüssigem Harz aufgefüllt, um Fehlstellen zu vermeiden.
Enge Radien werden mit zähflüssigem Harz aufgefüllt, um Fehlstellen zu vermeiden. (Quelle: FNR/Hardy Müller)
Der ausgehärte Tür-Rohling wird auf eventuelle Fehlstellen untersucht.
Der ausgehärte Tür-Rohling wird auf eventuelle Fehlstellen untersucht. (Quelle: FNR/Hardy Müller)