Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Verbundvorhaben: Werkstoff- und Fließmodelle für naturfaserverstärkte Spritzgießmaterialien für den praktischen Einsatz in der Automobilindustrie; Teilvorhaben 7: Scale-up und Erprobung im Serienmaßstab

Anschrift
Kunststoffwerk Voerde Hueck & Schade GmbH & Co. KG
58256 Ennepetal
Jacobstr. 13-17
Kontakt
Rolf Schukart
Tel: +49 2333 8300-101
E-Mail: rolf.schukart@kw-voerde.de
FKZ
22006111
Anfang
01.07.2011
Ende
30.06.2014
Aufgabenbeschreibung
Kunststoffwerk Voerde ist ein auf speziell ausgerüstete Polymer-Compounds spezialisierter Compoundeur mit Schwerkpunkt-Aktivitäten in der Automobilindustrie. Das Projekt soll Erkenntnisse über den Einsatz von Naturfasxern als Verstärkungsstoffe in thermoplastischen Compounds erbringen, mit dem Ziel des anschließenden Serieneinsatzes für Kfz.-Teile. Auf Basis der Laboruntersuchungen wird eine Materialkombination als Beispiel ausgewählt und hiervon eine größere Charge produziert. Dazu muss ein Scale-Up Prozess stattfinden, in dem die Verarbeitungsparameter auf die größere Compoundieranlage umgesetzt werden. Das Scale-Up wird gemeinsam zwischen der FH Hannover und der Firma Voerde durchgeführt. Dabei werden die Compoundrezepturen optimiert und der Einsatz und die Anwendung simuliert. Danach produziert Voerde eine größere Menge an NF-Compound, um daraus später die Demonstrator Bauteile herzustellen. Die Ergebnissesind auf eine sichere Serienproduktion im kommerziellen Maßstab zu übertragen. Je nach gewählter Faserart muss Voerde entsprechende Anlagen zur Trocknung und für die Dosierung bereitstellen. Im gesamten Projektverlauf verfolgt Voerde die Laboruntersuchungen und steht beratend in Fragen des späteren Scale-Up Vorgangs zur Verfügung. Im Rahmen eines Scale-Up Vorgangs fertigen wir die im Labormassstab entwickelten Compounds unter industriellen Bedingungen. Dazu bedient sich Voerde seiner Compoundieranlagen und Peripheriegeräte, die speziell konfiguriert und bedient werden.
Ergebnisdarstellung
Im Verbundvorhaben wurden für unterschiedliche Naturfaser-Compounds belastbare Informationen für die Verarbeitung und Konstruktion von Bauteilen erarbeitet, die umfangreiche morphologische Charakterisierungen sowie alle Aspekte der Werkstoffprüfung und Modellierung, bis zur Visualisierung von Ergebnissen beinhalten. Beispielhaft konnte für ein Bauteil die vollständige Konstruktionskette bis hin zur Crash-Simulation nach Richtlinien der Automobilindustrie erfolgreich ausgeführt werden. Für weitere Werkstoff-Kombinationen wurden die Grundlagen geschaffen. Im Teilvorhaben 7 wurden Untersuchungen zum Upscaling der bei den Projektpartnern durchgeführten Laborversuche zur Herstellung der Naturfasercompounds auf industriell relevante Durchsätze durchgeführt. Es stellte sich heraus, dass die Übertragung der Prozessparameter aus den Laborversuchen auf die Produktion einer Serienproduktion problematisch war, weil die Fasern innerhalb der Charge in Bezug auf ihre Rieselfähigkeit sehr schwankten. Dies hat bei der Dosierung zur Folge, dass eine homogene Einarbeitung unter Verwendung der heute üblichen und verfügbaren Anlagentechnik nicht prozesssicher möglich ist. Bedingt durch die voluminöse Konsistenz der Faserschüttung ist nur ein sehr geringer Durchsatz in der Compoundieranlage realisierbar. Die Dosierschwankungen führten zu Faser-Konzentrationsschwankungen im Compound, Strangabrisse und Verstopfungen der Düsen waren die Folge. Neben dem negativen Rieselverhalten und der Brückenbildung bei der Schüttung hatten sich teils Agglomerate gebildet. Nach umfangreichen Versuchen und Erörterungen unter den Partnern wurde als Lösung die Pelletierung der Fasern in einem vorgelagerten Schritt beschlossen. Die anschließende Produktion bzw. Compoundierung im industriellen Maßstab konnte erfolgreich und ohne Auffälligkeiten auf einem gleichsinnig drehenden Doppelschneckenextruder durchgeführt werden. Die Ausschussquote lag deutlich unter 5 Prozent.

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