COOPERATE – CO2-neutrale, lebensdaueroptimierte, kurzfaserverstärkte Thermoplaste für dynamische Applikationen

Das Projekt COOPERATE fördert Methoden zur grundlegenden Verbesserung von Produktdesign und Auslegung im Hinblick auf strukturelle Leichtbauleistung, Ökobilanz und Nachhaltigkeit von biobasierten, spritzgegossenen und kurzfaserverstärkten Kunststoffbauteilen.

Projektpartner
BOGE Elastmetall GmbH, TECNARO GmbH, Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

Laufzeit
01.11.2021 – 30.10.2024

Fördergeber
Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz BMWK

Motivation
In der Produktentwicklung liegt ein großes Potenzial zur Emissionsreduzierung. Durch die Reduzierung des Materialeinsatzes und die Verwendung von biobasierten Verbundwerkstoffen soll der CO2-Bedarf bei der Herstellung von kurzfaserverstärkten Kunststoffspritzgussbauteilen um bis zu 75 Prozent gesenkt werden. Gemeinsam entwickeln die Projektpartner materialsparende Konstruktionsmethoden und biobasierte Verbundwerkstoffe für langlebige und hoch belastete Bauteile - mit konkreten Anwendungsbeispielen aus dem Automobilbau als Benchmark. Die neuen Methoden und die verbesserten Materialeigenschaften ebnen den Weg für den Einsatz der neuen Kunststoffe in anderen Technologiefeldern. Das Projekt COOPERATE verfolgt die Ziele der leichtbaubezogenen Entwicklung ressourceneffizienter Verfahren und der Substitution von treibhausgasintensiven Materialien. Durch den Einsatz von biobasierten Werkstoffen werden erhebliche Einsparungen bei den materialbedingten Treibhausgasemissionen erzielt. Da biobasierte Werkstoffe ein anderes Leistungsverhalten als konventionelle Werkstoffe aufweisen, werden in diesem Projekt die klimaneutralen Ersatzstoffe weiterentwickelt und praxisrelevante Untersuchungen der Materialeigenschaften im Hinblick auf konstruktiv wichtige Kennwerte durchgeführt.

Vorgehen
Zur Reduktion der eingesetzten Materialmenge sollen für den Einsatz in schwingungsbelasteten Gebrauchsgütern die Designprozesse verbessert werden. Hierdurch wird das Leichtbaupotenzial und die damit verbundene Ressourceneffizienz erhöht. Dabei werden u.a. neue Berechnungsmethoden entwickelt, die die Einflüsse der Fertigung auf das quasi-statische und dynamische Verhalten der Werkstoffe berücksichtigen. Voraussetzung für die Ausschöpfung des Leichtbaupotenzials ist die genaue Charakterisierung der eingesetzten Werkstoffe und die Validierung der Simulationsmethoden. Unsere Aufgabe im Projekt ist es, eine Simulationsumgebung für die virtuelle Charakterisierung des neuartigen kurzfaserverstärkten Materials in Form einer mikromechanischen Zellhomogenisierung zu entwickeln. Die Herstellung im Spritzgussverfahren führt zu einigen prozessbedingten Effekten auf die Materialeigenschaften. Daher weist der gespritzte Verbundwerkstoff ein komplexes mikro-makrogekoppeltes mechanisches Verhalten auf. Dies muss gründlich untersucht werden, bevor spritzgegossene Komponenten in strukturelle Anwendungen in der Automobilindustrie integriert werden können. Darüber hinaus ist es unser Ziel, ein umfassendes Lebenszyklusmodell (LCA) zu entwickeln, um den Carbon Footprint der gesamten Material- und Herstellungsprozesskette zu bewerten.

Danksagung
Dieses Projekt wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz BMWK gefördert. (Förderkennzeichen: NW-1812-0006). Die Zusammenarbeit mit den Projektpartnern wird sehr geschätzt.