Leichtbau Ultraleichter Basaltsitz aus nachhaltigen Materialien und Verfahren

Redakteur: Claus-Peter Köth

Der „High Performance Seat Jeroen Bleekemolen“ wurde mit Basaltfasern gewickelt und auf ressourcenschonenden Flachsplatten mit Alcantara bespannt. Ein Paradebeispiel für Nachhaltigkeit durch Leichtbau.

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„High Performance Seat Jeroen Bleekemolen“, benannt nach dem Le-Mans-Sieger aus dem niederländischen Zandvoort (Foto).
„High Performance Seat Jeroen Bleekemolen“, benannt nach dem Le-Mans-Sieger aus dem niederländischen Zandvoort (Foto).
(Bild: AMC/Gradel)

Was im Herbst 2015 mit einem Fahrrad-Flaschenhalter begann, hat sich mittlerweile zum stetig wachsenden Marktsegment Ultraleichtbau entwickelt – national wie international, ausgehend von der Prozesstechnik „xFK in 3D“.

Jüngste Beispiele waren auf dem Leichtbau-Symposium der Automotive Management Consulting (AMC) in Kasel bei Trier zu sehen: Dort wurden vielfältige Einsatzfelder des xFK-in-3D-Ultraleichtbaus gezeigt, etwa in der Automobil- und Luftfahrtindustrie, der Medizin- und Raumfahrttechnik sowie im Maschinen- und Anlagenbau.

Bereits zwei Jahre zuvor hatten die AMC, CSI Entwicklungstechnik sowie Alba Tooling & Engineering einen abfallfrei gewickelten und topologieoptimierten Ultraleichtbausitz präsentiert. Dieses Mal trat Gradel mit dem „High Performance Seat Jeroen Bleekemolen“ an, benannt nach dem Le-Mans-Sieger aus dem niederländischen Zandvoort. Dieser ließ es sich nicht nehmen, den Sitz persönlich zu enthüllen.

Basalt mit achtfach geringeren CO2-Footprint

Um Nachhaltigkeitsziele zu erreichen und erdölbasierte Werkstoffe zu ersetzen, wurde der Performance-Sitz mit Basaltfasern gewickelt – vollautomatisiert, und auf ressourcenschonenden Flachsplatten mit Alcantara bespannt. „Die Radikalinnovation BFK in 3D ermöglicht relativ einfach den weitergehenden technischen Einsatz von Naturfasern für hochbelastete Strukturkomponenten wie den Vollschalen-Sitz und eröffnet damit ein neues Leichtbau-Turnier“, erklärte Rainer Kurek, geschäftsführender Gesellschafter der AMC, mit der Gradel seit 2018 kooperiert. (Anm. d. Red.: das „B“ steht für Basalt)

Da Basalt ein geringeres Global Warming Potential (GWP) hat, besser zu recyceln ist und laut AMC der CO2-Footprint achtfach geringer ist als beispielsweise der von Carbonfaser-verstärkten Kunststoffen (CFK), bedeute der Performance-Sitz einen neuerlichen Paradigmenwechsel im Ultraleichtbau. Konkret wiegt der Sitz weniger als vier Kilogramm, die Struktur allein nur etwa 1.800 Gramm. Dennoch ist der Sitz bei einem vergleichbaren E-Modul etwa 30 Prozent steifer als konventionelle, faserverpresste Vollschalen. Im Übrigen lassen sich Gewicht und Steifigkeit über Faseraufbau, -richtung und -stärke einstellen.

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Als mittelständisches Unternehmen verfügt Gradel über die Kompetenzen, mit Harz imprägnierte Fasern im Nasswickelverfahren präzise und reproduzierbar mit mehrachsigen Roboteranlagen dort zu platzieren, wo diese simulationsgerecht hingehören.

Gegenüber teureren Faserverbund-Verfahren wie dem Resin Transfer Moulding (RTM), dem Tapelegen oder der Pultrusion lagen die Investitionen für das additive Fertigungsverfahren xFK in 3D laut Angaben von Gradel nicht im zwei- oder dreistelligen Millionenbereich, sondern deutlich darunter. „Leicht geht eben auch preiswert“, betonte Kurek, der vom Industrialisierungspartner Gradel überzeugt ist.

Hintergrund zum Herstellverfahren

Die patentierte Prozesstechnik „xFK in 3D“ ist ein Verfahren, bei dem faserverstärkte Kunststoffe – etwa Glas-, Kohle-, oder Basaltfasern – basierend auf Berechnung und Simulation dreidimensional gewickelt werden. Die Fasern lassen sich dabei geometrisch frei in der X-, Y- und Z-Ebene auslegen, je nach den definierten Lastpfaden und Lastkollektiven des Bauteils. Die Vorteile dabei: eine auf die Kraft- und Spannungsaufnahme ausgelegte Faserablage und minimaler Werkstoffverschnitt.

Den aktuellen Technologie- und Industrialisierungsstand von xFK in 3D und den „High Performance Seat Jeroen Bleekemolen“ präsentieren Rainer Kurek, Prof. Markus Milwich von den Deutschen Instituten für Textil- und Faserforschung (DITF), CSI-Geschäftsführer Kai Kisseberth und Gradel-Gesellschafter Claude Maack am 17. November auf dem „Automobil Industrie Leichtbau-Gipfel 2021“ im Rahmen der Fachsession „Nachhaltigkeit und Leichtbau“.

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