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Einsatz von Naturfaserverstärkten Kunststoffen (NFK) für Innenraumkomponenten im Automobilbau

Ein Unternehmen stellt aus naturfaserverstärktem Kunststoff serienmäßig Innenraumkomponenten für Fahrzeuge im Spritzgießverfahren (z. B. Innenverkleidungen und Trägerstrukturen) und Werkzeugkomponenten wie Schleifscheiben her. Zum Teil sind die für die NFK-Herstellung verwendeten Rohstoffe regional produziert und verarbeitet. Als Naturfaser wird Hanf eingesetzt. Entscheidende Faktoren für die Substitution von glasfaserverstärkten und fossil-basierten Kunststoffen durch naturfaserverstärkte Kunststoffe sind die Preishöhe des Substituts, die geforderten Produkteigenschaften und eine gewünschte Umweltverträglichkeit. Bei Innenraumverkleidungen und Fächerschleifscheiben wurden die Entscheidungskriterien erreicht. Diese Produkte werden serienmäßig aus NFK hergestellt. Die Innenraumverkleidungen zeichnen sich durch ein geringes Gewicht und eine hohe Formstabilität aus. Fächerschleifscheiben verfügen über eine erhöhte Festigkeit bei reduzierter Bruchdehnung und Schlagzähigkeit. Dies ermöglicht eine Anwendung bei hoher Umdrehungszahl. Zudem ist keine Spezialentsorgung wie beim konventionellen Pendant notwendig und es entstehen keine gesundheitsschädlichen Glasfaserstäube.

Einkomponenten-Verbundwerkstoffe aus reiner Cellulose

Cellulosefasern werden bereits in naturfaserverstärkten Kunststoffen (NFK) genutzt, sind jedoch nur wenig hitzebeständig und die Adhäsion zwischen hydrophober Polymermatrix und hydrophiler (Natur-)Faser ist gering, was die mechanischen Eigenschaften negativ beeinflusst. Auch gibt es kein nachhaltiges Recyclingkonzept. Eine Alternative sind einkomponentige Verbundwerkstoffe aus reiner Cellulose, die im englischen als „all cellulose composites“ (ACC), bezeichnet werden. Neben den diskontinuierlichen Naturfasern werden auch die hochfesten Cellulose-Regeneratfasern als Verstärkungskomponente verwendet, etwa aus dem Viskoseprozess. Durch die gute Einbettung der Fasern in die Cellulosematrix verbessern sich die mechanischen Eigenschaften erheblich. ACC sind vollständig biologisch abbaubar und lassen sich vollständig stofflich verwerten. Im Labormaßstab ließen sich vier Generationen erzeugen. Auch ein Erweichen des Komposits in Wasserdampf und Umformen durch Heißpressen ist möglich. Da Cellulose Wasser aus der Umgebung aufnimmt und dadurch verformbar wird, muss die Wasseraufnahme vor der technischen Nutzung unterbunden werden, meist durch Oberflächenbehandlung mit einer teilweise biobasierten Polymerschicht. Diese muss am Produktlebensende, vor der Rezyklierung, Umformung oder Kompostierung, wieder abgelöst werden.

VP-3.2./BioWPC

Das Projekt "VP-3.2./BioWPC" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Faurecia Innenraum Systeme GmbH durchgeführt. In diesem Teilvorhaben erfolgt die Qualifizierung von BioPA für die Spritzgießverarbeitung von Holzfaser-Polymer-Werkstoffen für Anwendungen im Fahrzeuginnenraum. Ausgehend vom derzeitigen Stand der Technik wird eine Bewertung sowohl des Spritzgießverhaltens der entwickelten WPC als auch der Brauchbarkeit hinsichtlich zu erfüllender Material- und Bauteilanforderungen vorgenommen. Für in diesem ersten Schritt positiv evaluierte WPC-Muster erfolgt die Verarbeitung mit seriennahen Werkzeugen für Türträger, so dass am Ende des Projektes belastbare Aussagen sowohl zur prinzipiellen Einsatzfähigkeit der WPC in einer konkreten Anwendung als auch zu Eigenschaften und Kosten im Vergleich mit best practice Materialkonzepten vorliegen werden. Auf der Basis eines zu erstellenden Lastenheftes für Anwendungen im Fahrzeuginnenraum und von bestehenden Konzepten hinsichtlich Materialien und Verarbeitungstechnologien mit Blick auf Leichtbau und Nachhaltigkeit wird zunächst das grundlegende Potential der neuen WPC für die Spritzgussverarbeitung zu relevanten Bauteilen untersucht. Dies erfolgt auf der Grundlage von Musterplatten, wobei sowohl das Spritzgießverhalten der Materialien als auch deren Performance bewertet werden. Für positiv evaluierte Materialien erfolgt in einer zweiten Stufe der Übergang zu realen Werkzeugen und der Bewertung entsprechender Bauteile.

Teilprojekt 1: FuFaPro - ZALF

Das Projekt "Teilprojekt 1: FuFaPro - ZALF" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) e.V. durchgeführt. Durch den Anbau der Futterleguminosen kann die Landwirtschaft einen wirkungsvollen Beitrag zum Klima- und Bodenschutz sowie zur Anpassung an die Auswirkungen des Klimawandel leisten. Ziel des Projektes ist daher die Entwicklung und Etablierung von ressourcenschonenden Farming-Systemen für die duale Nutzung von Pflanzenteilen der Luzerne und des Steinklees. Dazu sollen am ZALF spezielle Anbau-, Ernte- und Erstaufbereitungsverfahren entwickelt bzw. getestet werden, mit denen die dualen Produktion a) von faserhaltigen Stängelteilen als Verstärkungsmaterialien für naturfaserverstärkte Bio-Kunststoffe und b) von als Koppel-produkt proteinreiche Blattmasse für die Verwendung als hochwertiges regional produziertes und GVO-freies qualitativ mit Soja vergleichbares Eiweißfuttermittel. Luzerne- und Steinkleestängel weisen im Abhängigkeit des Erntezeitpunktes einen hohen bisher werkstofflich noch nicht genutzten Fasergehalt auf, was diese als Verstärkungsfaser in naturfaserverstärkten Kunststoffen (NFK) prädestinieren. Das ZALF wird im Rahmen des Verbundprojektes FUFAPRO mit On-Station und On-Farm-Versuchen die Identifikation des optimaler Erntetermine zur dualen Nutzung der Luzerne aus Sicht sowohl der Futter- als auch der Faserqualität erarbeiten. Darüber hinaus wird das ZALF an der Entwicklung von praxisreifen Erntetechnologien, basierend auf modifizierten Großmähdreschern und Feldfutterwerbemaschinen mitarbeiten, um Blattmasse und Stängelmaterial zu trennen, und den differenzierten Verwendungszwecken zuführen zu können. Neben einer Akzeptanzanalyse bei Landwirten und einer ökonomischen Bewertung der gesamten Anbau- und Ernteverfahren erfolgt deren ökologische Bewertung in Hinblick auf die Förderung der Biodiversität landwirtschaftlicher Nutzflächen in Abhängigkeit des Erntetermines der einzelnen Schnitte der Luzerne. Es werden Praxishandbücher zum Anbau, der Beerntung und der Umrüstung von Mähdreschern und Online-Videopräsentationen der Ernteverfahren veröffentlicht (Text abgebrochen)

Teilvorhaben 1: Vom bio-basierten Rohstoff zum FVK

Das Projekt "Teilvorhaben 1: Vom bio-basierten Rohstoff zum FVK" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung durchgeführt. Die Automobilindustrie stellt in Deutschland und in Brasilien einen wichtigen Industriezweig dar, der sich den Herausforderungen des Klimawandels stellen muss. BestBioPLA hat daher zum Ziel, alternative Polymere zur Herstellung nachhaltiger naturfaserverstärkter Kunststoffe für den Automobilbereich zu entwickeln. Diese Leichtbauwerkstoffe sollen sich durch Beständigkeit im Laufe des Lebenszyklus auszeichnen und ein Recycling durch Bioabbaubarkeit ermöglichen. PLA und Pflanzenöle sollen die Basis für nachhaltige Polymere bilden. Dafür werden nachwachsende Rohstoffe aus den Zielregionen zum Einsatz kommen - Sisalfasern & Sojaöl aus Brasilien, Flachsfasern & Leinöl aus Europa. Neben ökonomischen Aspekten ist zu erwarten, dass die neuartigen FVKs den ökologischen Impact sowohl während der Produktion als auch bei der Entsorgung am Ende des Produktlebens reduzieren, was in einer höheren Akzeptanz dieser Werkstoffklasse im Markt und der Gesellschaft resultieren kann.

WIR! - Lausitz - Life & Technology - Innovative Windenergie-Technologien in der Lausitz

Das Projekt "WIR! - Lausitz - Life & Technology - Innovative Windenergie-Technologien in der Lausitz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Zittau/Görlitz, Fakultät Maschinenwesen, Professur Strömungsmechanik und Fluidenergiemaschinen durchgeführt. Mit der Nutzung von Windenergie lassen sich die natürlichen Schwankungen im Übertragungsnetz bei der solaren Stromproduktion im Tages- wie auch im Jahresverlauf kompensieren. In ländlichen Gebieten und im Offshore-Bereich sind klassische Windturbinen mit horizontaler Drehachse etabliert und stellen die optimale Lösung zur Energiegewinnung dar. Für den Einsatz in urbanen Gebieten sind hingegen Windturbinen mit vertikaler Drehachse prädestiniert. Die Nachteile dieser Bauart sind niedrigere Leistungsbeiwerte, das ungleichförmige Drehmoment und die mangelnde Fähigkeit zum Selbstanlauf. In dem Projekt sollen hierfür zwei verschiedene Lösungsansätze verfolgt werden - zum einen der Einsatz gewellter Vorderkanten an den Rotorblättern und zum anderen eine aktive Beeinflussung des Anstellwinkels über ein mechatronisches System. Ein generelles Problem aller Windenergieanlagen ist deren nachhaltige Produktion und die Wiederverwertung der Materialien nach Ablauf der Lebensdauer. Naturfaserverstärkte Kunststoffe stellen hierbei eine umweltgerechte Alternative zum Einsatz konventioneller Verbundwerkstoffe aus Carbon- oder Glasfasern dar. Ein Ansatz des Projektes stellt daher die Fertigung der Rotorblätter aus Naturfaser-Verbundwerkstoffen und die Verbesserung von deren Funktionseigenschaften dar. Das Ziel des Verbundprojektes LausitzWind ist die Entwicklung einer nachhaltig herstellbaren Windturbine mit hoher Leistung und niedrigen akustischen Emissionen zum Einsatz in urbanen Gebieten. Der Funktionsnachweis erfolgt durch die Errichtung eines Demonstrators im Realmaßstab. Das Teilprojekt LausitzWind-HSZG (Nr. P_27-1) fokussiert dabei auf die strömungsmechanischen Aspekte der Windturbine, während im Teilprojekt LausitzWind-Härtwig (Nr. P_27-2) insbesondere die festkörpermechanischen Problemstellungen untersucht werden. Das Projekt ordnet sich fachlich in die Innovationsbereiche 'Additive Fertigung' und 'Vernetzte Energiespeichersysteme' des Bündnisses 'Life and Technology' ein.

Teilvorhaben 2

Das Projekt "Teilvorhaben 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Faserinstitut Bremen e.V. durchgeführt. Im Rahmen dieses Projektes sollen umfassende Hilfsmittel geschaffen werden, die Konstrukteure aller Branchen unterstützen, naturfaserverstärkte Kunststoffe werkstoff- und verfahrensgerecht einzusetzen. Hierdurch kann mittelfristig ein wesentlich breiterer und kompetenterer Einsatz dieser Werkstoffe erreicht werden. Das Wissen wird durch Umfragen und Interviews mit Fachleuten evaluiert und gegebenenfalls werden in den beteiligten Instituten Experimente und Simulationsrechnungen durchgeführt, um für möglichst viele Werkstoffkombinationen die fehlenden Kenntnisse zu ermitteln. Die Ergebnisse werden in Form geeigneter Medien verbreitet. Die Prozedur wird sowohl für das Formpress- als auch das Spritzgießverfahren durchgeführt. Die Ergebnisse werden möglichst weit verbreitet, unter anderem auf der Plattform N-FibreBase. Die industriellen Partner nutzen die Ergebnisse zur Förderung ihrer Produkte. Die beteiligten Institute bauen ihre Kompetenz in den entsprechenden Feldern weiter aus. Hie raus ergeben sich für alle Beteiligten in Zukunft Folgegeschäfte. Nach Abschluss des Projektes ist geplant, ein Beraternetzwerk aufzubauen, welches die Projektinhalte als Dienstleistung anbietet.

Teilvorhaben 1

Das Projekt "Teilvorhaben 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von M-Base Engineering + Software GmbH durchgeführt. Im Rahmen dieses Projektes sollen umfassende Hilfsmittel geschaffen werden, die Konstrukteure aller Branchen unterstützen, naturfaserverstärkte Kunststoffe werkstoff- und verfahrensgerecht einzusetzen. Hierdurch kann mittelfristig ein wesentlich breiterer und kompetenterer Einsatz dieser Werkstoffe erreicht werden. Das Wissen wird durch Umfragen und Interviews mit Fachleuten evaluiert und gegebenenfalls werden in den beteiligten Instituten Experimente und Simulationsrechnungen durchgeführt, um für möglichst viele Werkstoffkombinationen die fehlenden Kenntnisse zu ermitteln. Die Ergebnisse werden in Form geeigneter Medien verbreitet. Die Prozedur wird sowohl für das Formpress- als auch das Spritzgießverfahren durchgeführt. Die Ergebnisse werden möglichst weit verbreitet, unter anderem auf der Plattform N-FibreBase. Die industriellen Partner nutzen die Ergebnisse zur Förderung ihrer Produkte. Die beteiligten Institute bauen ihre Kompetenz in den entsprechenden Feldern weiter aus. Hieraus ergeben sich für alle Beteiligten in Zukunft Folgegeschäfte. Nach Abschluss des Projektes ist geplant, ein Beraternetzwerk aufzubauen, welches die Projektinhalte als Dienstleistung anbietet.

Teilvorhaben 2: Prozessentwicklung zur Herstellung von Garnen und textilen Flächen

Das Projekt "Teilvorhaben 2: Prozessentwicklung zur Herstellung von Garnen und textilen Flächen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Institut für Textiltechnik, Lehrstuhl für Textilmaschinenbau durchgeführt. Im Verbundvorhaben 'DuroBast' werden innovative, biobasierte Materialien entwickelt, die als Werkstoff zur Herstellung von Strukturbauteilen für verschiedene Anwendungen im Großserienmaßstab dienen. Das Ziel ist die Herstellung thermoplastisch umformbarer naturfaserverstärkter Kunststoffe (NFK) mit geringer Feuchteaufnahme und verbesserten mechanischen Eigenschaften. Sie sollen dafür geeignet sein, in Bereichen eingesetzt werden zu können, die bislang auf Grund unzureichender Festigkeiten und hohem Feuchteaufnahmevermögen für Naturfasern nicht zugänglich waren. Als Polymermatrix werden biobasierte Kunststoffe dienen, um zu 100% biobasierten Materialien zu gelangen. Entlang der Wertschöpfungskette von der Faser bis zur Anwendung erarbeiten die Projektpartner gemeinsam Lösungswege zur Zielerreichung und übertragen die Projektergebnisse auf die konkreten Anwendungsfelder Automobilinterieur, Sportgeräte und den öffentlichen Transport. Angepasste Charakterisierungsmethoden ermöglichen fundierte Aussagen über das Eigenschaftsprofil der Werkstoffe sowie realistische Lebensdauervorhersagen unter verschiedenen Einsatzbedingungen. Eine parallel durchgeführte Wirtschaftlichkeitsbetrachtung gewährleistet, dass frühzeitig nur aus ökonomischer Sicht umsetzbare Lösungswege weiterverfolgt werden. Das Teilvorhaben 2 besteht aus zwei Aufgaben. Die erste Aufgabe umfasst die Prozessentwicklung zur Herstellung der innovativen drehungsarmen Garne. Diese Garne werden am ITA in enger entwickelt. Das Potential der Garne wird an vereinfachten Faserverbundproben getestet. Das Ergebnis sind die Parameter zur Herstellung der Garne, die das Hochskalieren beim Projektpartner WS ermöglichen. Die zweite Aufgabe des Teilvorhabens ist die Entwicklung der textilen Flächen. Basierend auf den am ITA im Labormaßstab gewonnenen Erkenntnissen wird die Firma Gustav Gerster GmbH & Co. KG im Unterauftrag das Hochskalieren übernehmen. Das ITA unterstützt durch die Charakterisierung der entwickelten Textilen.

Teilvorhaben 3: Verfügbarkeit und Preise

Das Projekt "Teilvorhaben 3: Verfügbarkeit und Preise" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von nova-Institut für politische und ökologische Innovation GmbH durchgeführt. Ziel des Projekts ist die Entwicklung und die Realisierung einer rechnerbasierten Kennwert-, Markt- und Wissensdatenbank zu den Themenbereichen Naturfasern und naturfaserverstärkte Kunststoffe. Es soll ein Werkzeug geschaffen werden, welches sowohl Herstellern von naturfaserverstärkten Werkstoffen als auch Anwendern von Zwischenprodukten und Halbzeugen aus Naturfasern sowie Konstrukteuren und Verarbeitern zugänglich gemacht wird. In dieser Datenbank können gesicherte Informationen zu dem gesamten Themenkomplex gesammelt, herstellerunabhängig verglichen und gezielt abgerufen werden. Um die sehr umfangreichen Gebiete der Naturfasern und der naturfaserverstärkten Kunststoffe in einer übersichtlichen Form umfassend darstellen zu können, ist eine modulare Datenbank geplant. Zu den technischen Aspekten von Naturfasern und naturfaserverstärkten Kunststoffen werden separate Dateistrukturen erstellt. Zudem sollen Marktdaten zu den Themengebieten integriert werden. Nach der Förderzeit soll die entwickelte Datenbank kommerziell eigenständig weitergeführt und gepflegt werden. Zur Vermarktung werden Vorschläge erarbeitet.

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