Leichtbau-Kreislauf Bewiesen! Composite-Teile sind jahrzehntelang wiederverwendbar

Redakteur: Peter Königsreuther

Wie man es schafft, dass Bauteile aus Faserverbundwerkstoffen bis zu 30 Jahre lang genutzt werden können, zeigten Fraunhofer-Forschende auf der Mailand Design Week.

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Composite-Kreislauf: Das ist der Prototyp eines carbonfaserverstärkten Bauteils für den Einsatz in Elektroautos. Das Fraunhofer-IWU beweist damit, dass man solche Faserverbundkomponenten bis zu 30 Jahre lang verwenden kann.
Composite-Kreislauf: Das ist der Prototyp eines carbonfaserverstärkten Bauteils für den Einsatz in Elektroautos. Das Fraunhofer-IWU beweist damit, dass man solche Faserverbundkomponenten bis zu 30 Jahre lang verwenden kann.
(Bild: Fraunhofer-IWU)

In Elektroautos werden nach Meinung der Experten des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) immer öfter carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) verbaut. Denn sie sind bekanntlich leicht, dennoch stabil und sorgen langfristig für Kostenvorteile, heißt es weiter. Aber was geschehe bisher mit diesen recht aufwendig produzierten Bauteilen, wenn sie ausgedient haben? Sie werden auf der Mülldeponie entsorgt oder verbrannt! Denn um sie wirtschaftlich wieder verwenden zu können, fehlten die passenden Prozesse. Das wollten die IWU-Spezialisten mit vielen Partnern aus sieben Ländern, im Rahmen des europäischen Forschungsprojekts „FiberEUse“ ändern.

Bei Composites geht viel mehr, als „nur“ Recycling

Seit über vier Jahren haben die beteiligte Experten nun Verfahren und Produktideen für Faserverbundmaterialien entwickelt, die mechanisch oder thermisch recycelt werden können, betont man. Speziell die IWU-Forschenden wollten aber mehr. Ihnen lag auch die Aufbereitung und Wiederverwendung am Herzen. Diesen weiter führenden Weg sowie zusätzliche, aus dem EU-Projekt resultierende Glieder, mit denen eine zirkuläre Wertschöpfungskette für Composites geschmiedet werden kann, haben die Partner zum Projektabschluss auf der Mailand Design Week vor ein paar Tagen vorgestellt. Und auch wenn die meisten Automobile keine 30 Jahre durchhalten dürften, erreichten die Composite-Teilen des IWU diese Lebensdauer durchaus, betonen die Experten.

Bei dem Exponat (siehe Bild) handelt es sich um eine wiederverwendbare Leichtbau-Plattform für Elektrofahrzeuge. Wenn man die Fahrzeuge entsprechend konzipiert, heißt es, kann die Plattform nach einander in drei Fahrzeugen zum Einsatz kommen, womit sich die 30 Jahre erklären. Eine Million Kilometer könne sie Fahrzeugbenutzer dabei begleiten. Zur Plattform gehört der Fahrzeugrahmen und die Sitzstruktur. Das verwendete Leichtbaumaterial sind stranggezogene Elemente aus CFK, die, wie es weiter heißt, wesentlich zur Steifigkeit des Fahrzeugs beitragen und die Batterien vor den Auswirkungen eines Unfalls schützen. Der Ansatz, der dahinter stehe, sei, dass man erst gar nicht primär in Richtung Recycling konstruieren sollte, sondern mit Blick auf eine Aufarbeitung – also etwa eine leichte Demontage oder Reparatur für den Wiederaufbau.

Geklebte Teile auf Knopfdruck demontieren

Faserverstärkte Kunststoffe, insbesondere CFK, eignen sich nämlich wegen ihrer Korrosionsbeständigkeit und hohen Ermüdungsfestigkeit ideal für solche langlebigen Komponenten, merken die Forschenden an. Zwar verlangen Verbundmaterialien nach anderen Fertigungsmethoden und Herangehensweisen für eine einfache Demontage, doch auch dafür habe man verschiedene Verfahren erfolgreich erprobt.

Denn die Konstruktion, die dahinter steckt, nutzt für die Plattform und die Sitzstruktur relativ große Profile und Knotenelemente mit komplexer Geometrie. Diese Profile werden am IWU pultrudiert (stranggezogen). So erhalte man günstige und sehr langlebige Faserverbundstrukturen.

Ein weiteres spezielles Thema mit Blick auf Faserverbundbauteile sind die die passenden Fügemethoden, denn faserverstärkte Kunststoffteile werden meist geklebt. Am IWU verfolgt man eine Technik, bei der dem Klebstoff thermisch expandierbare Partikel beigemischt werden. Wird Wärme zugeführt, vergrößern sich die Partikel um ein Vielfaches ihrer Größe, sie werden praktisch aufgeschäumt, wodurch die Klebestelle von innen heraus unter Druck gerät und geschwächt wird. Es entstehen Risse in der Klebstoffstruktur und die Bauteile lassen sich einfach voneinander lösen, erklären die Experten. Sozusagen auf Knopfdruck trennen könne man sie, wenn man noch feines Eisenpulver eingemischt hat, weil man es durch elektromagnetische Induktion prompt erhitzen kann. Aber auch per Heizdraht ist eine Klebschicht leicht zu knacken, heißt es weiter. Nach dem Trennen können die Klebstoffreste übrigens per Laser oder fräsen entfernt werden. Die gereinigten CFK-Komponenten können dann erneut geklebt werden.

Schon die erste Wiederverwendung lohnt sich

Die IWU-Forschenden haben mittels thermischer Alterungsverfahren Erkenntnisse gewonnen, die den Schluss erlauben, dass eine 30-Jahre-Nutzung möglich ist, heißt es zum Abschluss. Was man natürlich nicht beeinflussen könne, seien eventuelle Beschädigungen an Bauteilen, die mit der Fahrzeugnutzung zusammenhängen können. Deswegen sei die einfache Prüfung solcher CFK-Teile vor ihrem nächsten „Leben“ noch eine Herausforderung. Mit dem Zeithorizont von mehreren Jahrzehnten aber, werde der Einsatz von Composite-Komponenten auch in puncto Wirtschaftlichkeit attraktiv, denn bereits nach einmaliger Wiederverwendung winken im Vergleich zu Metallbauteilen Kostenvorteile, teilen die Experten mit.

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