Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS
Die steigenden Anforderungen an Klimaschutz, Ressourceneffizienz und Reichweite stellen die urbane Elektromobilität vor neue Herausforderungen. Insbesondere im Fahrzeugleichtbau wächst der Bedarf an Materialien, die eine hohe mechanische Leistungsfähigkeit mit einer deutlich verbesserten Umweltbilanz verbinden. Hier setzt das Projekt »Bio-Schaum-NFK« an: In Zusammenarbeit verschiedener Partner mit dem Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle (Saale) werden neuartige, nachhaltige Leichtbaukomponenten auf Basis biobasierter und naturfaserverstärkter Kunststoff-Sandwich-Verbundwerkstoffe für den Einsatz in urbanen Elektrofahrzeugen entwickelt. Ziel ist es, fossile Werkstoffe durch leistungsfähige Biokomposite zu ersetzen und gleichzeitig Fertigungs- sowie Bauteildesignkonzepte zu schaffen, die für eine industrielle, nachhaltige Serienproduktion geeignet sind.
Nachhaltiger Leichtbau erfordert neue Material- und Fertigungskonzepte, die ökologische Anforderungen mit industrieller Effizienz verbinden. Für strukturelle Anwendungen mit gleichzeitigen Leichtbauanforderungen, wie z. B. in Mobilitätsanwendungen, sind Sandwichstrukturen aus leichtem Kern und steifen Deckschichten aufgrund ihrer hervorragenden gewichtsbezogenen mechanischen Eigenschaften prädestiniert. Vor diesem Hintergrund werden im Rahmen von »Bio-Schaum-NFK« neuartige Fertigungsverfahren für Sandwichstrukturen aus biobasierten Kunststoffen und naturfaserverstärkten Verbundwerkstoffen bzw. Tapes im Schaumspritzguss untersucht. Dabei werden physikalische und chemische Schäumungsverfahren mit Tape-Decklagen sowie das sogenannte Negativprägen kombiniert und erstmals für Biokunststoffe erforscht und angewendet.
Das daraus resultierende vollautomatische Produktionskonzept verbindet das thermoplastische Schaumspritzgießen mit der Integration funktionaler Elemente sowie den hohen mechanischen Eigenschaften von Sandwichaufbauten direkt im Bauteil. Dieser Ansatz ermöglicht die Herstellung komplexer und, bei Verwendung biobasierter Materialien, nachhaltiger Strukturbauteile mit hoher Funktionsintegration bei gleichzeitig deutlich reduziertem Gewicht.
»Mit Bio-Schaum-NFK verfolgen wir einen konsequenten Leichtbauansatz, der Nachhaltigkeit, technische Leistungsfähigkeit und industrielle Umsetzbarkeit vereint«, erklärt Dr.-Ing. Matthias Zscheyge, Projektleiter am Fraunhofer IMWS. »Die Kombination aus biobasierten Kunststoffen, quasi-endlos naturfaserverstärkten Tape-Decklagen und einem hochautomatisierten Schaumspritzgussprozess eröffnet neue Möglichkeiten für eine ressourceneffiziente und nachhaltige Mobilität der Zukunft.«
Ein zentrales Ziel des Projekts ist die Reduzierung des CO₂-Fußabdrucks von Fahrzeugkomponenten über den gesamten Lebenszyklus hinweg, sowohl bei der Herstellung durch den Einsatz nachhaltiger Materialien und Fertigungstechnologien als auch im späteren Betrieb durch Leichtbau zur Gewichtsreduzierung in der Elektromobilität. Durch den Einsatz von Biokunststoffen in Kombination mit naturfaserverstärkten Tapes entstehen leichte, hochfeste Biokomposite, die konventionelle fossilbasierte Materialien ersetzen können. Gleichzeitig erfüllt die neue Materialklasse Bio-NFK die hohen Qualitäts- und Prozessanforderungen, die für eine vollautomatisierte Massenproduktion im Mobilitätssektor notwendig sind.
Das Projekt vereint die Kompetenzen mehrerer Partner entlang der gesamten Wertschöpfungskette: Die Hochschule Merseburg (HoMe) bringt ihre Expertise im Bereich Werkstoffanalyse und Simulationsmethoden ein, die Fuse GmbH entwickelt die Bio-NFK-Tapes, die IDberlin Haller Roose GbR ist für Produktgestaltung und nachhaltiges Bauteildesign verantwortlich, die YOUR Solution GmbH & Co. KG verantwortet die Werkzeugentwicklung, und die Muhr und Bender KG (Mubea) unterstützt das Projekt mit anwendungsnahen Bauteildemonstratoren.
Neben der Anwendung in urbanen Elektro-Kleinfahrzeugen adressiert »Bio-Schaum-NFK« auch die wachsende Nachfrage nach nachhaltigen Werkstoffen in weiteren Industriebereichen. Die entwickelten Material- und Fertigungskonzepte lassen sich auf Branchen wie Automotive, Sportanwendungen, Logistik oder Bauwesen übertragen. Das Projekt »Bio-Schaum-NFK« (FKZ 16KN077451) wird im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) gefördert und vom Projektträger VDI/VDE Innovation + Technik GmbH betreut. Das Projekt ist aus dem ZIM-Kooperationsnetzwerk »TSchaum + Funktion« hervorgegangen.
(2. März 2026)