Leichtbau mit Natur Holz, Hanf, Hühnerfedern und das Faserblasverfahren

Redakteur: Peter Königsreuther

Den letzten Thinking diesen Jahres bekommt ein Verfahren, das durch sein Leichtbaupotenzial überzeugt: Das Faserblasverfahren oder FIM. Es nutzt drei Werkzeugsektionen, um ein Bauteil zu fertigen.

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Jetzt kommt das Faserblasen ins Leichtbauspiel. Fiber Engineering verarbeitet Holz, Hanf und Hühnerfedern. Hier ist das Optimierungsprinzip bei einer Pkw-Gurtabdeckung beschrieben.
Jetzt kommt das Faserblasen ins Leichtbauspiel. Fiber Engineering verarbeitet Holz, Hanf und Hühnerfedern. Hier ist das Optimierungsprinzip bei einer Pkw-Gurtabdeckung beschrieben.
(Bild: Fiber Engineering)

Das Verfahren schafft laut Aussage der Leichtbau-BW, die in jedem Monat eine Leichtbauidee aus dem Raum Baden-Württemberg mit dem Thinking auszeichnet, in einer intelligenten Kombination aus Materialunabhängigkeit und verfahrenstechnischem Know-how Bauteile, die nicht nur besonders leicht, sondern auch kostenbewusst, materialeffizient sowie ressourcen- und klimaschonend sind. Im Dezember hat das Unternehmen Fiber Engineering die Ehre.

Faserflexibles Herstellverfahren passt Bauteileigenschaften an

„Was benötigt man, um ein Bauteil herzustellen? Das Material, eine Form und eine Möglichkeit, diese zu füllen“, fasst Egon Förster, geschäftsführender Gesellschafter der Fiber Engineering GmbH, die ersten Überlegungen zur Entwicklung des Faserblassystems FIM (Fiber Injection Molding).

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Man kann dazu Fasern jeglicher Herkunft nutzen, um daraus Bauteile zu fertigen, heißt es weiter. Primär finde sich ihr Anwendungsgebiet in der Automobilbranche. Die Teile wirken auf den ersten Blick wie geformte Fasermatten-Zuschnitte, werden aber ohne, dass sie zuvor zu einem Halbzeug geformt werden müssen, zum Fertigteil, betont Förster.

Und das geht so: Im ersten Prozessschritt werden beim FIM die Fasern direkt in zwei Werkzeughälften geblasen und diese Kavitäten mit dem gewünschten Faservolumengehalt homogen gefüllt. Eine dritte Werkzeugkavität verdichtet, verklebt und formt anschließend durch Erwärmen die im Schnitt etwa ein bis 140 mm langen Fasern im Bauteil, so die weitere Erklärung. Duromere oder thermoplastische Bindemittel könnten dabei in Form von Fasern oder Pulver beigemischt werden. Alternativ kann das Bauteil wie beim RTM-Verfahren auch mit einer Harzmatrix infiltriert werden.

Im Prozess können die mechanischen Eigenschaften des Bauteils über die Dichte, das heißt über den Faservolumengehalt, und das Verdichten durch die dritte Werkzeugsektion je nach Anforderungen lokal eingestellt werden, so Förster.

Geldbeutel und Umwelt können aufatmen...

Das FIM kann einen Materialeinsatz von 100 % erreichen! Das heißt, es können Formteile mit Endkontur gefertigt werden, sodass wenig bis kein Randbeschnitt im Nachgang auszuführen ist.

„Das ist wichtig, denn Materialkosten machen in der Automobilindustrie häufig bis zu 70 % der Gesamtkosten aus“, merkt Förster zu diesem Vorteil an. Durch die spezifische Dichteeinstellung und den entfallenden Verschnitt könnten im etwa 20 bis 30 % der bisherigen Materialkosten eingespart werden.

Die Bauteile sind zudem deutlich leichter. Dazu Förster: „Bei einer Gurtabdeckung für einen Pkw konnten wir eine Gewichtsersparnis von 50 % und eine Materialkostensenkung von ebenfalls 50 % erzielen.“

In den mechanischen Eigenschaften sind die FIM-Bauteile, wie gesagt, variabel. Sie können hart oder weich ausgelegt werden und sind so entweder für feste Trägerteile (Türinnenmodule oder Instrumententafeln), Dämmungen oder Isolierungen, aber auch Polster geeignet.

Die umweltfreundlichere Art, nicht nur im Auto zu sitzen...

Bei Sitzpolstern steht das Faserblasverfahren in direktem Wettbewerb zu den PUR-Verarbeitungsverfahren. Und auch dabei soll das Leichtbaupotenzial erheblich sein, denn bis zu 30 % Gewicht ließen sich bei Sitzen einsparen, wenn die Polster und Rückenlehnen aus dem FIM kämen. Denn im Unterschied zu aus PUR geschäumten Bauteilen können mit dem FIM auch strenge Vorgaben bezüglich CO2-Emission oder Schadstoffgehalt erfüllt werden, wie es weiter heißt. Das ist wichtig für ein weiteres Projekt, das Babytrageschalen betrifft, was aber auch ein Pluspunkt für die Automobilindustrie bedeutet. Denn der CO2-Footprint des Fahrzeugs kann durch die Verwendung von Naturfasern – zum Beispiel für Rückenlehnen – nachweislich gesenkt werden.

Mit dem FIM-Prozess lassen sich bis auf klebrige Fasern sehr viele faserige Materialien verarbeiten. Das Spektrum reicht von Carbon über Basalt und Kunststoffen bis hin zu Naturfasern aus Holz, Wolle, Hanf oder gar Seegras, zählt Förster auf. Das funktioniere auch, wenn das Faserbasismaterial einen hohen Rezyklatanteil enthalte (über 50 % seien möglich). Das robuste System funktioniert auch dann, wenn das Recyclingmaterial aus schwierigen Reststofffraktionen stammt, führt Förster weiter aus. Außerdem lassen sich auch die FIM-Bauteile am Ende ihres Lebens auch wieder recyceln.

Momentan sind viele Projekte in der Entwicklung, die auf Naturfasern oder Recyclingware setzen, um die Ansprüche an eine CO2-Reduzierung zu erfüllen.

Keine Angst vor großserienmäßigen Aufgaben!

In den USA wurde das Verfahren vor einiger Zeit zum ersten Mal auch in einer Großserie eingesetzt. Für Stirnwand und Bodenisolierung für den VW Passat wurden damals 10 kg Fasern verarbeitet. Alle 90 s wurden jeweils beide Teile als ein Fahrzeugsatz zeitgleich fertig.

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