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Porsche verbaut biobasierte Werkstoffe im Cayman GT4

Fraunhofer-Forschung
Porsche verbaut biobasierte Werkstoffe im Cayman GT4

Porsche Fraunhofer Bioconcept Cars
Die Türen und der Heckflügel des "Bioconcept-Cars" sind aus einem Naturfasermix hergestellt. Bild: Fraunhofer WKI / Hans-Josef Endres
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Erstmals nutzt der Automobilhersteller Porsche in einem Serienfahrzeug biobasierte Werkstoffe in der Herstellung und Anwendung. Der Porsche 718 Cayman GT4 Clubsport verfügt über Karosseriebauteile aus Biofaser-Verbundwerkstoffen.

Die Werkstoffe wurden im Anwendungszentrum für Holzfaserforschung HOFZET des Fraunhofer-Instituts für Holzforschung, Wilhelm-Klauditz-Institut WKI, gemeinsam mit dem Institut für Biokunststoffe und Bioverbundwerkstoffe (IfBB) der Hochschule Hannover entwickelt.

Die Prämisse: Neue Autos werden immer schwerer. Der Grund: Erhöhte Sicherheitsfunktionen, mehr Elektronik. Das Problem: Höheres Gewicht bedeutet höherer Verbrauch – was für das generelle Ziel, möglichst viel CO2 einzusparen, schlecht ist. Das Gewicht stellt auch bei E-Autos ein Problem dar. Um die Reichweite zu erhöhen, müssen größere und damit schwerere Batterien verbaut werden. Die Forscher von Fraunhofer und IfBB sehen daher die Lösung im Verbau von Leichtbaumaterialien. Eine Studie der Unternehmensberatung McKinsey legt nahe, dass bis zum Jahr 2030 der Anteil von Leichtbauteilen in Autos auf 70 Prozent steigen muss (aktuell: 30 Prozent). Nur so könne das höhere Fahrzeuggewicht kompensiert werden.

Derzeit werden vor allem Leichtbaustähle und mit Kohlenstofffasern verstärkte Kunststoffe eingesetzt. Der Nachteil dabei ist zum einen, dass die technischen Herausforderungen bei Verarbeitung, Reparatur und Recycling sehr hoch sind. Zum anderen benötigt man für die Herstellung dieser Materialien viel Energie. Der positive Umweltaspekt der Gewichtsersparnis ist damit wieder zunichte gemacht.

Gute Ergänzung zu Carbonfasern

Forscher des WKI wollen jetzt naturfaserverstärkten Kunststoff verwenden, um den geschilderten Problemen zu begegnen. Pflanzenfasern als Bestandteile von Bioverbundwerkstoffen seien dabei eine nachhaltige Alternative für leichte Fahrzeugkarosserien, so das Institut. Durch den biogenen Anteil lasse sich die ökologische Bilanz der industriellen Hochleistungsverbundwerkstoffe verbessern.

Auch aus wirtschaftlicher Sicht lohne sich der Einsatz nachwachsender Rohstoffe. Ausgewählte Naturfasern seien günstiger als Carbonfasern und benötigten weniger Energie bei der Herstellung. Durch ihre natürlich gewachsene Struktur böten Bioverbundwerkstoffe außerdem gute akustische Dämpfungseigenschaften und eine geringe Splitterneigung, was bei Unfällen von Vorteil ist.

Vorteile biobasierte Werkstoffe
Die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe hat die Vorteile von biobasierten Werkstoffe in einer Grafik zusammengefasst. Bild: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR)

Porsche geht in Serie

Die Wissenschaftler des Fraunhofer WKI testeten jetzt mit Porsche Motorsport zunächst bei einem Porsche Cayman GT4 Clubsport biobasierte Werkstoffe unter Extrembedingungen auf deren Serientauglichkeit. »Das »Bioconcept-Car« ist seit 2015 bereits in dritter Generation auf der Rennstrecke unterwegs. In modifizierter Version ist das Fahrzeug auch für die Straße zugelassen. „Über die letzten vier Jahre hinweg konnten wir so die Materialeigenschaften kontinuierlich verbessern“, sagt Ole Hansen, Projektleiter am Anwendungszentrum für Holzfaserforschung HOFZET des Fraunhofer WKI.

Der neue 718 Cayman GT4 Clubsport ist das erste in Serie produzierte Auto, das über Karosserieteile aus einem Biofaser-Verbundwerkstoff verfügt. Fahrer- und Beifahrertür sowie der Heckflügel sind aus einem Naturfasermix hergestellt. Gewicht: 1320 Kilogramm. Im Vergleich mit Stahl bedeutet dies eine Gewichtseinsparung von bis zu 60 Prozent – nur durch den Einsatz von Bioverbundwerkstoffen bei den Türen.

Der Verbundstoff besteht aus einem duroplastischen, polymeren Matrixsystem, das mit Naturfasern verstärkt wird. Verwendet wird Naturfasergewebe, da es sich gut an die Bauteilformen anpassen lässt. Mit den so exakt herstellbaren Abmessungen ist eine problemlose und qualitätssichernde Verarbeitung auch in der Kombination mit den anderen, herkömmlich hergestellten Bauteilen möglich.

Alles wichtige Grundlagen für die mögliche Großserienproduktion. „Nach den ausgiebigen Tests unter Extrembedingungen auf der Rennstrecke haben wir unsere Komponenten immer weiter evaluiert – mit dem Ergebnis, dass die ökologisch vorteilhaften Biowerkstoffe das Potenzial einer Serienherstellung erfüllen“, ergänzt Ole Hansen. (wag)

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