FiberEUse

Large scale demonstration of new circular economy value-chains based on the reuse of end-of-life fiber reinforced composites

© Fraunhofer-Projektzentrum Wolfsburg | Justus von Freeden
Schematische Darstellung der Herstellung von BMC mit recycelten und neuen Kohlenstofffasern.
© EDAG Engineering GmbH | Stefan Caba
Konstruktion des Fahrzeugrundrahmens.
© Fraunhofer-Projektzentrum Wolfsburg | Carsten Lies
Pultrusionsprozess eines Profils für den Fahrzeuggrundrahmen.

Das Projekt »FiberEUse« vom Fraunhofer-Projektzentrum Wolfsburg bündelt verschiedene Innovationspfade, um das Recycling von Kompositen zu verbessern, profitabel zu machen und in Form von neuen Produkten in Wertschöpfungsketten wiederzuverwerten. Faserverstärkte Komposite werden vermehrt als Strukturmaterialien in vielen Sektoren verwendet. Das Recycling solcher Materialien stellt jedoch eine Herausforderung dar. Obwohl mechanische Recyclingprozesse und Pyrolyse ein hohes Technology Readiness Level (TRL) erreicht haben, werden viele End-of-Life Kompositbauteile auf Mülldeponien entsorgt, da noch kein zusätzlicher Nutzen im Rahmen einer Wiederverwendung bewiesen wurde.

Das Projekt »FiberEUse« gliedert sich in drei verschiedene Use-Cases, deren Kern mechanisches und thermisches Recycling sowie die Wiederaufbereitung und Wiederverwendung von End-of-Life Kompositbauteilen ist.

Tätigkeitsschwerpunkt des Fraunhofer-Projektzentrums Wolfsburg ist die Entwicklung eines wiederverwertbaren Fahrzeuggrundrahmens sowie einer wiederverwertbaren Sitzstruktur aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern EDAG und INVENT. Hintergrund der Entwicklungen ist der Ansatz, dass nach dem Ende eines Fahrzeuglebens der Grundrahmen sowie die Sitzstruktur demontiert, aufbereitet, ggf. repariert, und anschließend mit neuen Komponenten zu einem neuen Fahrzeug montiert werden. Faserverstärkte Kunststoffe (insbesondere mit Kohlenstofffasern) eignen sich aufgrund ihrer Korrosionsbeständigkeit und hoher Ermüdungsfestigkeit ideal für solche langlebigen Komponenten. Neben der Entwicklung einer speziellen kreislaufgerechten Konstruktion, Auslegung und Bauweise werden auch verschiedene Technologien und Prozesse zur einfachen Demontage und der anschließenden Wiederaufbereitung und Wiederverwendung implementiert und erprobt.

Als Lösung für die Gestaltung hat sich sowohl für den Grundrahmen als auch für die Sitzstruktur eine Rahmenstruktur aus Profilen und Knotenelementen ergeben. Die Profile für den Fahrzeuggrundrahmen werden dabei mittels Pultrusionsverfahren gefertigt. Herausforderungen sind die Profilgröße, die Realisierung der komplexen Geometrie und der verschiedenen Faserlagen. Die Knotenelemente werden sowohl für den Grundrahmen als auch für die Sitzstruktur aus einem kohlenstofffaserverstärkten Bulk Molding Compound (BMC) hergestellt. Herausforderung bei den Knotenelementen ist die Entwicklung von passenden Werkzeugen für die ebenfalls komplexen Geometrien sowie die entsprechende Prozessführung. Im Rahmen der Entwicklung der BMC Knotenelemente wurde der Einsatz von thermisch recycelten Kohlenstofffasern als Verstärkungsmaterial des BMC evaluiert. Ein erster Vergleich zeigt zwar verringerte mechanische Kennwerte gegenüber einem BMC mit Neufasern, jedoch gibt es verschiedene Optimierungsmöglichkeiten auf Material- und Prozessebene zur Verbesserung der Eigenschaften von BMC mit Recyclingfasern. Diese Optimierungsmöglichkeiten sollen in weiterführenden Projekten erprobt und validiert werden.

Parallel zur Konzeption und Konstruktion von Grundrahmen und Sitzstruktur werden auch verschiedene Technologien zur Implementierung der automobilen Kreislaufwirtschaft entwickelt. Darunter fallen spezielle Reparaturmethoden und automatisierte, zerstörungsfreie Prüfverfahren für die kohlenstofffaserverstärkten Strukturen von Sitz- und Grundrahmen. Ein besonderer Fokus liegt auf lösbaren Verbindungen für eine optimale und zerstörungsfreie Demontage. Dazu konnte im Rahmen des Projekts bereits eine Lösung für lösbare Klebeverbindungen entwickelt und erprobt werden. Diese ermöglicht es, Klebungen ohne Beschädigung der zugefügten Bauteile über einen einfachen Mechanismus zu trennen.

Schwerpunkte des Projekts:

  • Ganzheitliche Betrachtung von Wiederverwendungskonzepten für Faser-Kunststoff-Verbunde
  • Nutzung der Materialeigenschaften von FKV für langlebige und wiederverwendbare Fahrzeugstrukturen
  • Entwicklung einer wiederverwendbaren Fahrzeugplattform sowie einer Sitzstruktur
  • Fahrzeugplattformkonzept basierend auf einer Kombination aus pultrudierten Profilen und BMC-Knoten
  • Lösung für lösbare Klebverbindung im Projekt entwickelt und erprobt
  • Entwicklung neuer Wertschöpfungsketten und Businessmodelle für eine automobile Kreislaufwirtschaft

Bisherige Projektergebnisse:

  • Design für Wiederverwendung: Konstruktion und Auslegung von wiederverwendbaren Fahrzeugstrukturen durchgeführt
  • Thermische Alterungsversuche haben Langlebigkeit von Faserverbundstrukturen gezeigt
  • Pultusion eines komplexen Profils mit verschiedenen Faserorientierungen und 3 Kernen realisiert
  • Entwicklung einer trennbaren Klebverbindung ohne Beschädigung der Fügepartner und ohne Verminderung der Klebfestigkeit gelungen

Mehr Informationen zum Forschungsprojekt »FiberEUse« finden Sie hier.

Website vom Forschungsprojekt: fibereuse.eu

 

Das Projekt wird aus Mitteln des Forschungs- und Innovationsprogramms „Horizont 2020“ der Europäischen Union finanziert. (Grant agreement Nr. H2020-730323-1.)