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Anwendungen beim Automobilbau

Neben Metall, Kunststoff und Glas, den bekanntesten Materialien im Automobilbau, werden von allen Automobilherstellern zunehmend auch nachwachsende Rohstoffe eingesetzt. Dazu gehören neben Leder, Kautschuk und pflanzlichen Ölen auch Naturfasern, denn sie sind als Werkstoffe hochwertige Alternativen zu synthetischen Fasern. Sie besitzen gute mechanische Eigenschaften, sind leichter und trotzdem stabil, und ihre Verwendung entlastet die Umwelt.
Pflanzliche Fasern bestehen hauptsächlich aus Zellulose. Die bekanntesten Vertreter sind Flachs, Hanf, Jute, Kenaf, Sisal und Kokos.
Durch unsere Initiative wurden die Fasern der Hopfenpflanze wiederentdeckt und sollen künftig auch im Automobilbau Verwendung finden.

Die Hopfenpflanze bietet in der Reihe der natürlichen Faserpflanzen mehrere ganz besondere Vorteile:
- Fasern der Hopfenreben besitzen neben ihrer ökologischen Herkunft und ihrer hohen Zugfestigkeit
auch den Vorteil, dass sie in großen Mengen bereits seit langen Jahren verfügbar sind
- Hopfenanbau wird seit Jahrhunderten gepflegt, es existiert ein breites Netz von Anbau- und
Verarbeitungsbetrieben
- Hopfen wird unter sehr hoher Qualitätskontrolle und nach Herstellungskriterien der
Lebensmittelindustrie produziert
- Deutschland ist der weltgrößte Hopfenproduzent
- Hopfenreben sind mit 7m eine der längsten natürlich wachsenden Faserpflanzen

In der industriellen Fertigung von Fahrzeugen verwendet man Fasern nicht in ihrer ursprünglichen Form, sondern verarbeitet sie zusammen mit anderen Komponenten zu Werkstoffen, um auf diese Weise optimale Eigenschaften zu erzielen. Derartige Materialien sind Verbundwerkstoffe, bei denen die Fasern in eine sogenannte Matrix aus Polymeren eingebettet werden.
Die natürlichen Hopfenfasern können bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen durchaus mit „technischen" Fasern wie Glasfasern konkurrieren. Sie haben günstige mechanische Eigenschaften, weisen eine hohe Zugfestigkeit, Haltbarkeit und Steifigkeit auf, lassen sich gut verarbeiten und sind leichter und wesentlich billiger als Glasfasern.
Da sich Hopfenfasern unterschiedlich aufarbeiten und mischen lassen, hat man bei der Produktion von Fahrzeugteilen die Möglichkeit diese Teile ihren individuellen Anforderungen anzupassen.

KFZ-Türverkleidung

Folgende Materialformen und Verarbeitungsverfahren stehen dabei zur Verfügung:

- Kunststoff Spritzteile

können in normalen Spritzmaschinen hergestellt werden. Das zu verarbeitende Material ist thermoplastisches Kunststoffgranulat, das aus PP mit 50 bis 70% Hopfenfasern und Füllstoffen aus Blattgranulat besteht. Die verwendeten Fasern und Schäben haben eine Länge von 3 bis 5 mm. Das Blattmaterial liegt in gepulverter Form vor. Die daraus gefertigten Teile besitzen eine gute Konturenschärfe und sind gegenüber reinen Kunststoffen wesentlich bruchfester und formstabiler. Dabei sind die Füllstoffe auch wesentlich billiger als reiner Kunststoff. Die Teile sind nach ihrer Gebrauchsdauer wiederverwertbar oder auch energetisch zu nutzen, da der Hauptanteil aus nachwachsenden Rohstoffen besteht.

Musterplatte, Steuergerätegehäuse, Steckergehäuse, Bedienelemente

Musterplatte, Steuergerätegehäuse, Steckergehäuse, Bedienelemente

- großflächige Formteile

Ausgangsmaterial sind Hopfenfasern mit einer Länge von 2 bis 5 cm, die zu einer gleichmäßigen Fasermatte, einem sogenannten Vlies vorverarbeitet sind. Das Bindemittel kann entweder in flüssiger Form durch Aufsprühen eingebracht werden oder man mischt beim Auflegen des Vlieses thermoplastische, also aufschmelzbare Fasern mit ein. Die Trägermatrix kann aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen wie Acrylaten, Phenolharze, Polyurethane oder auch Biopolymere.
Gemeinsam ist all diesen „duroplastischen" Materialien die Eigenschaft, unter Wärmeeinwirkung oder mittels eines Reaktionspartners langkettige Moleküle in Form eines festen Netzwerks zu bilden, das sich seinerseits mit den verstärkenden Fasern verbindet. Die entweder mit thermoplastischen Fasern gemischte oder mit Harz getränkte Matte wird anschließend in eine Form eingelegt und mit einer Presse bei hohem Druck und Temperaturen (bis zu 190 Grad Celsius) zu dem gewünschten Formteil verpresst. Das so bei einer Presszeit von etwa einer Minute entstandene Formteil besitzt eine endgültige Materialstärke von etwa 2-3mm. Zur weiteren Versteifung kann die Rückseite dieses Teiles nun mit ebenfalls getränkten Schäbenmaterial aufgefüllt werden. Die Sichtseite wird mit einem gewünschten Überzugsmaterial kaschiert (Leder, Kunstleder, Stoffe), oder kann auch naturbelassen bleiben. Falls gewünscht, lassen sich anschließend noch Öffnungen ausstanzen oder weitere Elemente anpressen. Mögliche Teile die mit dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt werden können sind Türverkleidungen, Seitenverkleidungen, Ablagen, Armaturentafeln, Sitzschalen, Deckenverkleidungen und auch Karosserieteile. Die Möglichkeit der Verfüllung mit Schäbenmaterial lässt auch Teile mit vordefinierten Bruch- und Verformungsverhalten realisieren, da gleiche Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften innerhalb eines Bauteils verwendet werden
können.

Innenverkleidungsteil mit partieller Versteifung durch Hopfenschäben

Innenverkleidungsteil mit partieller Versteifung durch Hopfenschäben

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