Intelligenter Leichtbau für Materialeffizienz und Ressourcenschonung

Das Kunststoff-Zentrum in Leipzig (KUZ) ist eines von über 70 unabhängigen, gemeinnützigen Instituten der Zuse-Gemeinschaft, welche bundesweit marktorientierte Forschung erfolgreich vorantreiben. Die Zuse-Institute sind als Innovationsmotor branchenübergreifend in allen Hightech-Strategiefeldern der Bundesregierung tätig.

 

Im Interview: Dr. Peter Bloß, Geschäftsführer des Kunststoff-Zentrums in Leipzig (KUZ), Gründungsmitglied der Zuse-Gemeinschaft

Herr Dr. Peter Bloß, können Sie uns das KUZ vorstellen und kurz die Forschungsschwerpunkte Ihres Instituts erläutern?

Das KUZ versteht sich als modernes Forschungsinstitut für die Kunststoff verarbeitende und anwendende Industrie, welches nachhaltig mit Blick in die Zukunft agiert. Seit 60 Jahren am Markt führen wir mit unserem Branchen-Know-how und unserer Methodenkompetenz zielgerichtete Innovationsforschung durch. Unsere Forschungsschwerpunkte sind Leichtbau, Digitalisierung, Miniaturisierung und Technologieentwicklung für kunststofftechnische Lösungen. Ein Teilgebiet jedes Forschungsschwerpunktes ist die Optimierung der Prozesse und Produkte hinsichtlich ihrer Ressourcen- und Energieeffizienz.

An welchen vielversprechenden Lösungsansätzen für die Automotive-Branche arbeiten die Wissenschaftler des KUZ aktuell?

Für eine nachhaltige Zukunft, wie z. B. im Segment der Energie- und Verkehrswende, wird Kunststoff weiterhin eine wichtige Rolle einnehmen. Zwei Schwerpunkte, welche auch im Automotive Bereich immer mehr gefordert werden, sind einerseits die Entwicklung von leichten und trotzdem stabilen Formteilen, um den Energiebedarf zu senken und Ressourcen zu schonen. Andererseits spielt die Implementierung von kreislauffähigen Werkstoffen und Produkten ebenso wie der Einsatz von Recyclingmaterial eine wichtige Rolle für die Gestaltung einer nachhaltigen Zukunft. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, arbeiten unsere Forscher mit verschiedenen Partnern aus der Industrie an konkreten Lösungen beispielsweise für thermoplastische Schäume.  Eine nachhaltig optimierte Vorgehensweise demonstrieren Projekte zum 2K-Sandwichspritzguss mit geschäumtem Kern und einer hochstabilen Außenschicht.

Können Sie anhand von konkreten Forschungsprojekten aufzeigen wohin die Reise beim Leichtbau durch Schäumen geht?

Ja, sehr gerne. Ich werde Ihnen anhand zweier Beispiele das Potenzial des Zwei-Komponenten-Sandwich-Spritzgießens für den wirtschaftlichen Einsatz von Recyclingmaterial aufzeigen. In einem Forschungsprojekt entwickelte das KUZ ein Bauteil für den industriellen Einsatz. Es besteht aus Polypropylen (PP) mit 30% Sekundärkohlefasern in der Hautschicht und einem holzmehlgefüllten chemisch geschäumten Kern (siehe Abbildung).

Bauteil hergestellt im 2K-Sandwichspritzguss mit geschäumtem Kern aus PP mit nachwachsendem Rohstoff und einer hochstabilen Außenschicht aus PP mit Recyclingmaterial (sekundäre Kohlefasern)

Eine weitere beispielhafte Entwicklung für ein industrielles Sandwich-Leichtbauteil besteht aus Polyamid 66-Compound mit 25 % Sekundärkohlefasern in der Hautschicht, dies sorgt für die gute Optik und mechanische Festigkeit des Formteils. Der recycelte Schaumkern ist bei diesem Bauteil ein Regranulat aus Spritzgießabfällen.

Für welche Bauteile im Automotive-Bereich lassen sich diese geschäumten Zwei-Komponenten-Leichtbauteile einsetzen?

Der Zielmarkt dieser Leichtbaulösung sind hoch belastete, flächige, plattenartige oder schalenförmige Formteile, die einer Biegebelastung ausgesetzt sind. Besonders vorteilhaft wirkt sich die Gewichtsersparnis bei Bauteilen aus, bei denen eine Verringerung bewegter Massen und somit eine Energieeinsparung erzielt werden kann. Beispiele für Automotive-Applikationen sind tragende Bauteile, Halterungen und Verkleidungsteile. Der geringere Materialverbrauch macht sich natürlich auch bei den Kosten für die Bauteile bemerkbar. Ebenso werden aufwendige Prozessschritte eingespart, da alles in einem One-Shot-Verfahren realisiert werden kann. Beide Verfahren, chemisches und physikalisches Schäumen, sind dabei möglich und haben jeweils ihre prozess- und anwendungsbedingten Vor- und Nachteile.

Wie können Unternehmen die Forschungsleistungen des KUZ und der weiteren Institute der Zuse-Gemeinschaft nutzen?

Als innovativer Partner der Industrie bietet das KUZ Leistungen entlang der gesamten Wertschöpfungskette an: Rohstoff und Compoundierung, Formteil- und Werkzeugkonzeption, Verarbeitung von Thermoplasten und Polyurethanen, Verbindungstechnik, Kunststoffprüfungen im akkreditierten Prüflabor sowie fachspezifische Weiterbildungen. Wir können entweder direkt für die Unternehmen als Entwicklungs- und Dienstleistungspartner agieren oder aber im Rahmen von geförderten Forschungsprojekten wettbewerbsfähige und nachhaltige Lösungen entwickeln. Dies kann exklusiv oder durch Zusammenführung mehrerer Industrie- und/oder Forschungspartner, beispielsweise in Form eines ZIM-Netzwerkes, realisiert werden. Durch den Zusammenschluss in der Zuse-Gemeinschaft gibt es einen direkten Draht der Zuse-Institute untereinander, die Kommunikationswege sind kurz und effizient. Beste Voraussetzungen, um für unsere Kunden branchenübergreifend die passenden Partner zu finden. Ich möchte vor allem die KMUs ermuntern bei uns anzufragen und von unserem vielfältigen Angeboten zu profitieren.

Kunststoff-Zentrum in Leipzig www.kuz-leipzig.de

Netzwerk für Leichtbau www.leichtbau-netzwerk.de

Zuse-Gemeinschaft www.zuse-gemeinschaft.de

 

Die Zuse-Gemeinschaft – Forschungspartner für den deutschen Mittelstand

Konrad Zuse, Schöpfer des ersten frei programmierbaren Rechners und damit quasi Vater der heutigen Computertechnologie, ist Namensgeber der 2015 gegründeten Zuse-Gemeinschaft, zu der sich bundesweit 75 Forschungsinstitute vereint haben. Die Institute sind die praxisnahen und kreativen Ideengeber des deutschen Mittelstands und Plattform für industrienahe Forschung. Im Gegensatz zu den Hochschulen und den vom Bund und Ländern gemeinsam geförderten Großforschungseinrichtungen fehlt den seitens des Bundes nicht grundfinanzierten Instituten der Zuse-Gemeinschaft oft nicht nur der politische Rückenwind, sondern auch eine dauerhafte Förderung über einen eigenen Titel aus dem Bundeshaushalt. Deshalb hat die Zuse-Gemeinschaft ein Positionspapier erarbeitet, in dem sie Vorschläge für Verbesserungen der Förderpolitik zugunsten der gemeinnützig organisierten, industrienahen Forschung macht.

Nachhaltige Mobilität ist ein Arbeitsschwerpunkt vieler Institute der Zuse-Gemeinschaft. Das gilt auch für Einrichtungen des Verbundes in Mitteldeutschland, darunter zahlreiche Institute, die an Standorten der Automobilindustrie beheimatet sind.

Beispiele hierfür sind u.a.:

Cetex
https://www.zuse-gemeinschaft.de/blog/mit-leichtbau-komfortabel-durch-die-hintertuer

Forschungsinstitut Leder und Kunststoffbahnen FILK
https://www.filkfreiberg.de/

Institut für Mechatronik
https://www.ifm-chemnitz.de/

Institut Chemnitzer Maschinen- und Anlagenbau (ICM)
https://icm-chemnitz.de/

Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V. (STFI)
http://www.stfi.de/

 

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