Porsche udnytter fordelene ved organiske materialer i bilproduktionsapplikationer

Bilproducenten Porsche udnytter fordelene ved organiske materialer i bilproduktionsapplikationer. Den nye 718 Cayman GT4 Clubsport har kropsdele fremstillet af naturfiberkompositmaterialer udviklet i Application Center for Wood Fiber Research HOFZET, som er en del af Fraunhofer Institute for Wood Research, Wilhelm-Klauditz-Institut WKI, sammen med Institute for Bioplastics and Biocomposites IfBB fra Hannover University of Applied Sciences and Arts.

Registreringsstatistikker indikerer, at nye biler gradvist bliver tungere, skyldes f.eks. forbedrede sikkerhedsfunktioner og mere elektronisk udstyr. Denne vægtforøgelse betyder også højere niveauer af brændstofforbrug, aspekter i strid med det generelle mål om at reducere CO ₂ emissioner. Vægt er også en vigtig faktor for e-biler, da de kræver større og dermed tungere batterier for at maksimere rækkevidden, et afgørende salgskriterium. Derfor, ny udvikling inden for letvægtsdesign er en absolut forudsætning for virkelig effektive e-biler. Ifølge en undersøgelse foretaget af virksomhedskonsulenter hos McKinsey, andelen af ​​lette dele i biler skal stige fra 30 til 70 procent i 2030 for at kompensere for stigningen i køretøjets vægt som følge af elektriske drev og motorer.

Indtil nu har den foretrukne løsning her været letvægtsstål og kulfiberforstærket plast. Men denne løsning har også sine ulemper:Først og fremmest det medfører betydelige udfordringer i bearbejdning, reparationer og genbrug. For det andet, fremstilling af disse materialer er meget energikrævende, trække fra det positive miljøaspekt ved vægttab.

Godt supplement til kulfiber

Forskere ved Fraunhofer WKI stillede således spørgsmålet om, hvorvidt andre fibrøse materialer kunne bruges til at reducere komponentvægt eller ej, kun ved hjælp af kulfiber de steder, hvor de repræsenterer en strukturel fordel. De undersøgte forskellige let tilgængelige økologiske materialer med hensyn til deres tekniske egenskaber, tilgængelighed og omkostningseffektivitet, da en gennemførlig løsning for industrien skal have positiv teknisk, økologiske og økonomiske konsekvenser.

Naturfiberforstærket plast viste sig at være svaret. Som komponenter i organiske kompositter, vegetabilske fibre er et bæredygtigt alternativ til lette karosserier. Den biogene komponent forbedrer den økologiske virkning af industrielle højtydende kompositmaterialer under fremstilling, brug og bortskaffelse.

Økonomisk set, brugen af ​​vedvarende råvarer er fordelagtig, fordi naturlig hør, hamp, træ- og jutefibre er billigere end kulfiber og kræver mindre energi at fremstille. Fordelene ved vægttab følger derfor ikke med en uoverkommelig pris.

Og der er yderligere fordele ved industriel forarbejdning og med applikationer i køretøjet:Den naturligt dyrkede struktur af organiske kompositter giver materialer akustiske dæmpningsegenskaber og reducerer splintring, hvilket er vigtigt i tilfælde af en kollision.

Porsche starter serieproduktion

Disse argumenter var overbevisende nok for Porsche. Sætter sig sammen med Porsche Motorsport, forskere fra Fraunhofer WKI testede først organiske materialer for serieklarhed under ekstreme forhold på en Porsche Cayman GT4 Clubsport ved hjælp af det mobile udviklingslaboratorium for det tyske "Four Motors" racerteam.

"Tredje generation af" Bioconcept-Car "har været på racerbanen siden 2015. Testene kombinerer fordelen ved ekstrem belastning med et køretøj, der også er gade-lovligt efter ændringer. Partnerskabet med Porsche AG muliggør også udvikling under de realistiske forhold fra en bilproducent, siger Ole Hansen, projektleder ved Fraunhofer WKI Application Center for Wood Fiber Research HOFZET. "Vi har været i stand til løbende at forbedre materialegenskaberne i løbet af de sidste fire år."

Det tyske forbundsministerium for fødevarer og landbrug BMEL anerkendte de potentielle fordele ved naturlige fibre fra begyndelsen og ledsager i dag stadig projektet som en strategisk partner. BMEL fremmer udviklingen af ​​biogene lette komponenter i finansieringsprogrammet "Vedvarende ressourcer" med det centrale koordineringsorgan for vedvarende ressourcer, Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. FNR.

De mange års erfaring med "Bioconcept-Car" blev integreret i materialeudvikling til dele af den nye 718 Cayman GT4 Clubsport, den første bil i serieproduktion med karrosseridele lavet af et naturfiberkompositmateriale. Fører- og passagerdørene samt bagvingen er fremstillet ved hjælp af en blanding af organiske fibre. Og Cayman er en rigtig letvægter, vejer kun 1320 kilo. En faktor her er den 60 procent vægtbesparelse som følge af brugen af ​​organiske kompositmaterialer i stedet for stål i dørene.

Kompositmaterialet består af et termohærdet polymermatrixsystem forstærket med organiske fibre. Et organisk fibernet bruges, fordi råvarerne er let tilgængelige, den udviser høj trækstyrke, og er særlig fin, homogen og draperbar, let passende delformer. Den lethed, hvormed den kan produceres til præcise dimensioner letter bearbejdning og kvalitetssikring, selv i kombination med andre konventionelt fremstillede komponenter.

Grundlag for produktion i store mængder

Disse aspekter er en vigtig forudsætning for produktion i store mængder. Fraunhofer WKI overvejede også andre faktorer i sine undersøgelser, herunder begreber til genanvendelse eller genbrug af udtjente produkter og metoder til opskalering af dele, der skal produceres i større mængder.

"Efter omfattende test under ekstreme forhold på racerbanen fortsatte vi med at evaluere vores dele, hvilket i sidste ende førte til den konklusion, at disse økologisk fordelagtige organiske materialer opfylder kriterierne for volumenproduktion, ”Tilføjer Ole Hansen.

Smudo, frontmand i den populære tyske rapgruppe "Fantastische Vier" og permanent pilot i Four Motors "Bioconcept-Car, "har testet sin praktiske levedygtighed, ligesom en særlig passager, der nød en prøvekørsel på racerbanen Nürburgring i august sidste år:Tysk forbundsminister for fødevarer og landbrug, Julia Klöckner.