Untersuchung von Bezugsmaterialkonzepten unter Verwendung nachwachsender Rohstoffe für die Anwendung innerhalb des automobilen Interieurs

Inhaltsverzeichnis

1. Frontmatter

2. Kapitel 1. Einleitung

   Lars Lewerdomski

   Der Beitrag beleuchtet die globalen Herausforderungen des Klimaschutzes und die Notwendigkeit der Reduktion von Treibhausgasemissionen. Die Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen und das Kyoto-Protokoll werden als wichtige politische Rahmenwerke hervorgehoben. Die Europäische Union setzt sich das Ziel, die Treibhausgasemissionen bis 2030 um 55 % zu reduzieren und bis 2050 klimaneutral zu werden. Die Automobilindustrie spielt eine zentrale Rolle in diesem Kontext, da sie durch die Entwicklung nachhaltiger Mobilitätsdienstleistungen und elektrifizierter Antriebsstränge einen wesentlichen Beitrag leisten kann. Die Lebenszyklusanalysen von Fahrzeugen und die Entwicklung umweltfreundlicher Materialien sind ebenfalls zentrale Themen. Der Beitrag zeigt, wie die Automobilindustrie durch technologische Innovationen und nachhaltige Strategien zur Erreichung der Klimaziele beiträgt.

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3. Kapitel 2. Stand der Technik

   Lars Lewerdomski

   Der Beitrag beleuchtet die historische Entwicklung biologischer Faserwerkstoffe im Automobilbau, beginnend mit der Verwendung von Holz und Leder im Übergang vom Kutschen- zum Automobilbau am Ende des 19. Jahrhunderts. Holz blieb bis in die 1930er Jahre der dominierende Werkstoff im Karosseriebau und prägt bis heute das Erscheinungsbild des automobilen Interieurs. Naturfasern wie Hanf und Soja fanden ebenfalls Anwendung, beispielsweise im Hemp-Car von Henry Ford und im Sachsenring Trabant. Mit der Weiterentwicklung der Kunststofftechnik und dem steigenden Druck auf Gewichts- und Produktionskostenreduktion stieg der Anteil an Kunststoffbauteilen im Automobilbau. Naturfasern wurden durch synthetische Polymerfasern und Glasfasern ersetzt, bis sie mit der Einführung von Naturfaserverstärkten Kunststoffen (NFK) eine Renaissance erlebten. NFK bieten ein hohes Leichtbaupotential und sind durch EU-Vorgaben zur Reduktion von CO2-Emissionen zwingend notwendig. Aktuell wird der Einsatz von NFK im Premiumsegment, wie bei Mercedes, und im Volumensegment, wie im Volkswagen Golf 7, demonstriert. Die Verwendung von Naturfasern als Dämmmaterialien und in der Innenraumgestaltung zeigt die Vielseitigkeit dieser Werkstoffe. Der Beitrag hebt die Bedeutung und die Vorteile von Naturfaserwerkstoffen hervor und zeigt ihre zukünftige Relevanz im Automobilbau auf.

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4. Kapitel 3. Literaturbesprechung

   Lars Lewerdomski

   Das Kapitel beleuchtet die Herausforderungen und Potenziale von Leder als Bezugsmaterial in der Automobilindustrie. Es wird kritisch die Umwelteinflüsse der Lederherstellung betrachtet und alternative Materialien wie PVC-Schaumkunstleder, Ananasblattfaservliesstoffe und statisch kultivierte bakterielle Cellulose vorgestellt. Diese Materialien bieten nicht nur ökologische Vorteile, sondern auch neue gestalterische Möglichkeiten. Die Analyse geht auf die Materialeigenschaften, Herstellungsprozesse und mögliche Anwendungsbereiche ein, um eine umfassende Bewertung der innovativen Bezugsmaterialien zu ermöglichen.

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5. Kapitel 4. Methodik

   Lars Lewerdomski

   Der Fachbeitrag beleuchtet die Methodik zur Untersuchung und Evaluierung der mechanischen Eigenschaften von Materialkonzepten mit einem steigenden Anteil nachwachsender Rohstoffe. Im ersten Schritt wird die reproduzierbare Umsetzung der Materialkonzepte beschrieben, gefolgt von der spezifischen Untersuchung der Materialeigenschaften, insbesondere der mechanischen Eigenschaften. Die Evaluierung erfolgt durch individuelle chemische und physikalische Untersuchungen, die in Abhängigkeit des gewählten Konzepts variieren. Die Ergebnisse werden anhand von standardisierten Prüfverfahren gemäß den Empfehlungen des VDA verglichen. Dazu gehören Zugversuche, Bestimmung der statischen und bleibenden Dehnung, Weiterreißkraft, Stichausreißkraft und das Abriebverhalten. Zusätzlich werden mikroskopische und thermogravimetrische Analysen durchgeführt, um die Materialeigenschaften umfassend zu charakterisieren. Die Ergebnisse werden in Bezug zu den Werkstoffanforderungen der Automobilindustrie gesetzt, um die Potentiale der untersuchten Materialkonzepte abzuschätzen.

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6. Kapitel 5. Versuchsdurchführung und Ergebnisse

   Lars Lewerdomski

   Der Beitrag beschreibt die Versuchsdurchführung und Ergebnisse der Herstellung von PVC-Schaumkunstleder unter Integration nachwachsender Rohstoffe. Dabei wird auf die Auswahl und Prüfung der Materialien, insbesondere der Füllstoffe wie Kaffeesilberhautpartikel, eingegangen. Die mechanischen Eigenschaften der hergestellten Kunstleder werden detailliert untersucht und mit konventionellen Materialien verglichen. Zudem werden verschiedene Garnmaterialien wie Leinen, Ramie und Lyocell als Trägergestricke getestet und deren Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften analysiert. Abschließend wird ein optimierter Materialaufbau vorgestellt, der in einem großtechnischen Prozess hergestellt wird und die Anforderungen an automobile Kunstleder erfüllt.

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7. Kapitel 6. Zusammenfassung

   Lars Lewerdomski

   Im Rahmen der vorliegenden Dissertation werden drei unterschiedliche Materialkonzepte für automobile Bezugsmaterialien untersucht, die auf nachwachsenden Rohstoffen basieren. Diese Konzepte umfassen ein PVC-Schaumkunstleder mit einem maximierten Anteil nachwachsender Rohstoffe, ein Ananasblattfaservliesstoff und eine flächig kultivierte Struktur aus bakterieller Cellulose. Die Untersuchungen beinhalten die Umsetzung der jeweiligen Konzepte sowie eine anschließende Evaluierung der Materialeigenschaften nach einer definierten Prüfungsauswahl. Dabei werden spezifische Optimierungspotentiale für den automobilen Anwendungsfall aufgezeigt. Das PVC-Schaumkunstleder zeigt geringfügige Unterschiede in den mechanischen Eigenschaften im Vergleich zu konventionellen Bezugsmaterialien, während der Ananasblattfaservliesstoff in Bezug auf Dicke und Festigkeit abweicht. Die bakterielle Cellulose wird hinsichtlich ihrer Flexibilisierung und Haptik untersucht, wobei verschiedene Weichmacherverbindungen getestet werden. Die Ergebnisse zeigen eine Flexibilisierung und eine herabgesetzte Zugfestigkeit, was für den automobilen Anwendungsfall von Interesse ist. Die detaillierte Analyse und Bewertung der Materialeigenschaften sowie die praktische Umsetzung der Konzepte bieten wertvolle Einblicke für die Entwicklung nachhaltiger automobiler Bezugsmaterialien.

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8. Kapitel 7. Ausblick

   Lars Lewerdomski

   Das Kapitel untersucht verschiedene Materialkonzepte für den automobilen Innenraum und deren potenzielle Anwendungen in anderen Branchen. Es wird gezeigt, dass konventionelle Kunstlederaufbauten bereits nach wenigen Entwicklungsschritten viele geltende Anforderungen erfüllen können. Für weniger etablierte Konzepte sind jedoch grundlegende Untersuchungen und Änderungen der Materialaufbauten notwendig, um maßgeschneiderte Eigenschaften zu erzielen. Ein besonderer Fokus liegt auf der Maximierung des Anteils pflanzlicher Rohstoffe, insbesondere durch die Nutzung von Bio-Naphtha aus Tallöl und anderen pflanzlichen Reststoffen. Diese könnten als Ausgangsmoleküle für Ethin und Ethen dienen, die weiter zu Vinylchlorid umgesetzt werden. Auch die Übertragbarkeit des Materialkonzepts auf PU-Beschichtungen wird diskutiert. Weitere Untersuchungsansätze betreffen die Modifikation der Vliesstruktur durch höhere Vernadelungsdichten und die Variation der Faserlängen zur Anpassung mechanischer Eigenschaften. Die Verwendung von biologischen Quellen für Beschichtungen und die Schaffung von Verbundmaterialien aus nachwachsenden Rohstoffen werden ebenfalls behandelt. Abschließend wird die Herausforderung der Wiederverwendung und Separation der Materialien im Rahmen einer zukünftigen Kreislaufwirtschaft thematisiert, wobei die Erforschung geeigneter Separationsmechanismen als essentiell angesehen wird.

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9. Backmatter