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LOHNEN SICH NATURFASERVERSTÄRKTE KUNSTSTOFFE?
Nachdem wir im Oktober 2021 den von uns im Auftrag eines privaten Investors entwickelten AquaSpeeder präsentiert hatten, war für uns lange nicht Schluss. Bereits bei Beginn der Entwicklungsphase keimte die Idee, den ohnehin durch seinen elektrischen Propellerantrieb umweltfreundlichen AquaSpeeder noch weiter in dieser Hinsicht zu optimieren.
Der Rumpf des AquaSpeeders ist im Leichtbauverfahren aus Glasfaserverbundwerkstoff gebaut — ein Verfahren, bei dem Glasfasern in einer Matrix aus Epoxidharz eingebettet werden. Sie sorgen dann dafür, dass einwirkende Kräfte gezielt ins Bauteil eingeleitet werden. Das Ergebnis ist ein hochstabiler und dabei leichter Rumpf.
Allerdings haben Glasfasern den Nachteil, dass sie weder nachwachsend noch biologisch abbaubar sind — im Gegensatz zu Naturfasern.
Sind Naturfasern also die Lösung?
Sie sind in jedem Fall eine Alternative, die näher betrachtet werden kann und sollte.
Wie der Name schon sagt sind Naturfasern sowohl tierischen als auch pflanzlichen Ursprungs, wobei im Faserverbund überwiegend pflanzliche Fasern von Pflanzen wie Flachs, Hanf, Jute, Kenaf, Sisal und Abaca Verwendung finden.
Naturfaserverstärkte Kunststoffe, kurz NFK, werden bisher vor allem in der Automobilindustrie verwendet, z.B. zur Innenverkleidung von Türen. Sie weisen hohe Steifigkeiten bei geringer Dichte auf. Kurz: sie sind stark belastbar und gleichzeitig leicht.
Hier ein kleiner Dichte-Vergleich:
Stahl — 7,9 g/ccm
Glasfaser — 2,7 g/ccm
Carbonfaser — 1,8 g/ccm
Flachsfaser — 1,4 g/ccm
Da es sich bei Hanf, Flachs und Co. um nachwachsende Rohstoffe handelt, die — je nach Pflanze — auf fast allen Kontinenten angebaut werden können, kann eine stetige Versorgung garantiert werden. Sie verursachen bei der Produktion weniger CO2 und binden zudem während des Wachstums der Pflanze CO2 aus der Atmosphäre. Naturfaserverstärkte Kunststoffe bieten eine gute Thermo- und Schallisolierung. Im Verarbeitungsprozess anfallende Schnittabfälle können bis zu 100% weiterverwendet werden.
Darüber hinaus sind mittlerweile Harze verfügbar, deren Kohlenstoffanteil zu 50% aus Pflanzen gewonnen wird, wodurch wiederum 50% CO2 gegenüber herkömmlichen Harzen eingespart werden kann.
Selbst wenn man die nach der Produktion noch hinzukommenden Verarbeitungsschritte mit einbezieht, haben Naturfaserverbundwerkstoffe einen um etwa 50% geringeren CO2-Fußabdruck als Glasfaserverbundwerkstoffe.
Wo ist der Haken?
Vereinfach gesagt: da zum Beispiel Flachsfasern nur ein Fünftel der Zugkraft (Kraft, die benötigt wird, um ein Gewicht entgegen der Schwerkraft zu halten) von z.B. Carbonfasern und die halbe Zugraft von Glasfasern haben, müsste ein Bauteil, das Flachsfasern verwendet, ca. das Vierfache des sonst baugleichen Bauteils aus Carbonfasern wiegen, um gleich effektiv zu sein. Ähnlich verhält es sich mit Flachsfasern zu Glasfasern. Da Fasern und Harz im Faserverbund in einem Verhältnis von 50/50 verwendet werden, bedeutet ein Vielfaches von Fasern auch ein Vielfaches an Harz. Das verschlechtert nicht nur die Ökobilanz, sondern kehrt sie ggf. sogar um.
Während die reine Naturfaser auch bei der Entsorgung CO2-neutral bleibt, müssen Bauteile aus Faserverbund unabhängig von der verwendeten Faser bedingt durch ihren Kunststoffanteil grundsätzlich als Sondermüll entsorgt werden. In der Regel geschieht dies thermisch.
Flachsfasern kosten (noch) mehr als das Fünffache von Glasfasern. Ihre Eigenschaften reichen grundsätzlich an die der Glasfasern heran, können diese aber nicht eins zu eins ersetzen. Hinzu kommt, dass es sich um ein standortabhängiges Naturprodukt handelt, das ein besonders gezieltes Qualitätsmanagement erfordert, um witterungsbedingte Schwankungen abzufedern.
Wie bei so vielen Dingen, spielen die Kosten eine Rolle. Das Know-how, das für den Anbau von Hanf, Flachs und Co. benötigt wird, kommt primär in der Textilindustrie zum Einsatz und nur wenige Hersteller produzieren Naturfasern für den Einsatz im Faserverbund. Entsprechend fällt die Preisgestaltung aus.
Ein vorläufiges Fazit
Auf unser Beispiel angewendet bedeuten die zur Zeit gängigen Preise für Carbon-, Glas- und Naturfasern, dass ein sonst baugleiches Bauteil mit Flachsfaser im Vergleich zu Glasfaser sechsmal so viel kosten würde und 20% teurer wäre als Carbonfaser.
Wir alle sind uns bewusst, dass umweltfreundliche Materialien mehr kosten. Als Produktentwickler sehen wir uns aber mit der Frage konfrontiert, ab wann in diesem Fall Naturfasern sich aus ökologischen und ökonomischen Aspekten (schon) lohnen.
Das Gewicht spielt beim Bau von Wasserfahrzeugen eine wichtige Rolle, weshalb der Einsatz von Naturfasern bei strukturell wichtigen Bauteilen aktuell für uns nicht in Frage kommt. Aber: immer mehr Harze mit Bioanteil werden verfügbar. Es ist denkbar, bei strukturell nicht belasteten Bauteilen wie Verkleidung, Oberschale und Deckel Bioharze in Kombination mit Naturfasern zu nutzen.
Wir würden uns über eine Diskussion diesbezüglich freuen. Ebenso über Input bezüglich unserer These, dass unter Berücksichtigung von sich gegenseitig beeinflussenden Faktoren wie Dichte, Gewicht, Harzanteil und Zugkraft sich der Einsatz von Naturfaserwerkstoffen ökologisch und ökonomisch zum jetzigen Zeitpunkt nicht lohnt. Fallen euch Einsatzmöglichkeiten ein, die wir übersehen haben?
NEWS: ZDI-NETZWERK ENNEPE-RUHR
Bei uns startet das Jahr mit super Neuigkeiten: diesen Monat ist bei uns das zdi-Netzwerk Ennepe-Ruhr eingezogen! Das zdi steht für #zukunftdurchinnovation und hat das Ziel, junge Menschen für ein MINT-Studium oder eine MINT-Ausbildung zu begeistern und ihnen Einblick in die berufliche Praxis dualer Ausbildungsberufe zu ermöglichen. Darüber hinaus verleiht es u.a. humanoise Roboter, 3D-Drucker und Experimentierkoffer an schulische und außerschulische Lernorte, um Kids in der Region spielerisch die MINT-Fächer näher zu bringen.
EIN JAHR INNOVATIONSWERKSTATT: HERAUSFORDERUNGEN UND ERKENNTNISSE
Vor genau einem Jahr, im November 2020, wagten wir uns mit der Innovationswerkstatt an die Öffentlichkeit. Der Zeitpunkt schien wie eine große Herausforderung, insbesondere wegen der anhaltenden Coronakrise. Jetzt ist es an der Zeit, ein Resümee zu ziehen.
Unser Interesse und unser Schwerpunkt in Sachen Innovation galt von Anfang an den greifbaren Produkten und dem Optimieren von Entwicklungs- und Produktionsprozessen. Dank unseres Backgrounds im Design und der Produktentwicklung lag es auf der Hand, dass wir dieses Know-how nutzen, um auch insbesondere Gründer und mittelständische Unternehmen dabei zu unterstützen, das Beste aus ihren Ideen heraus zu holen.
Dahinter stand zum einen die Motivation, unser Wissen an die jungen, motivierten Menschen weiter zu geben, die wir in den vergangenen Jahren immer wieder im Rahmen von Semesterpraktika kennen lernen durften. Zum anderen sehen wir vor allem bei den mittelständischen Unternehmen um uns herum die Herausforderung, dass Innovation und innovative Produkte so gefragt sind wie nie. Diese Unternehmen sehen sich aber in der Zwickmühle, dass innovative Produktentwicklung ein Kostenfaktor ist, der insbesondere in der jetzigen schwierigen Zeit ein finanzielles Risiko ohne Garantie auf Erfolg darstellt.
Gründen liegt im Trend
Und das ist auch gut so. Wir brauchen Gründer mit neuen, frischen Ideen. Gründer mit guten Ideen brauchen aber auch Unterstützung dabei, diese Ideen umzusetzen und serientauglich zu machen. Heutzutage gibt es viele Aspekte, z.B. der Nachhaltigkeit und Kommunikation, die in der Produktentwicklung berücksichtigt und optimiert werden müssen.
Dank unserer langjährigen Erfahrung in unseren Werkstätten mit Design- und Entwicklungsschwerpunkt und unserer Zusammenarbeit mit Forschungseinrichtungen, sind wir in der Lage, ein Produkt effizient zu analysieren und an den richtigen Stellen in Sachen Optimierung anzusetzen. Wir bringen die Herangehensweise der Industrie und die Flexibilität eines kleinen Betriebes in den Prozess mit ein.
Gründer, Start-ups und Erwartungen
Im Laufe des Jahres 2021 hatten wir die Gelegenheit, unseren Ansatz als Innovationswerkstatt zu testen. Unsere Erwartungen an die Start-up Szene haben sich nicht so entwickelt, wie wir uns das vorgestellt hatten. Es wird viel über Vertrieb und Kapital geredet und weniger über das, was man letztlich vertreiben will. Und das, obwohl nach dem Deutschen Startup Monitor 2021 die Produktentwicklung unter den von Start-ups gelisteten Herausforderung auf Platz zwei kommt — nach der Kundengewinnung und vor der Kapitalbeschaffung.
Eine klare Identität ist wichtig
Unser Fazit aus diesen Erfahrungen ist, dass wir in Zukunft unsere Partner aus der Industrie stärker in den Fokus rücken wollen. Wir haben gute Erfahrungen gemacht mit Investoren, die mit einer Produktidee an uns heran treten und so Ausgründung aus bereits bestehenden Unternehmen vorantreiben.
Hinzu kommt, dass wir einen Bedarf sehen, uns von den „Maker Spaces“ zu differenzieren, in die Welle derer wir zeitlich geraten sind. Wir sind kein Maker Space und auch keine Coaches für Produktfindung, sondern ein Wirtschaftsunternehmen mit Tagesgeschäft, das bereits vorhandene Produktideen in Sachen Machbarkeit und Fertigung berät und unterstützt bzw. Prototypen anfertigt. Wir unterstützen Gründer und Investoren dabei, Produkte und entwickeln, zu designen und zu optimieren — vorhandenen Ideen und Konzepte vorausgesetzt. Wir werden nicht von einer anderen Einrichtung getragen, sondern organisieren uns selbst, sind für unsere Projekte verantwortlich und nicht involviert im Ringen um Fördergelder. Für gemeinsame Projekte bieten wir den Raum, vor Ort an diesen zu arbeiten.
Diese klare Positionierung ist etwas, das wir aus dem ersten Jahr der Innovationswerkstatt mitnehmen werden. Sie zu finden und nach außen hin zu formulieren war vielleicht die größte Herausforderung für uns und etwas, woran wir auch im kommenden Jahr arbeiten werden.
Wir freuen uns schon drauf.
NEUES PROJEKT: KB WOODCRAFT SUP BOARDS
Bei diesem Projekt unterstützen und beraten wir Heiko und Micha vom Startup Kremer & Baez Woodcraft. Die beiden entwickeln und produzieren in Piraeus, Griechenland, Balancing Boards und Stand Up Paddle Boards aus natürlichen Werkstoffen und in aufwendiger Handarbeit.
Nach einer erfolgreichen Crowdfunding Kampagne gilt es, die Produktion ihrer neuen SUP Boards für die kommende Saison vorzubereiten. Die neuen Entwürfe müssen in Hinblick auf Konstruktion, Gewicht und Zeitersparnis für die Kleinserienfertigung optimiert werden. Dazu gehören auch Aspekte der Hydrodynamik und Stabilität, damit man mit den Boards optimal auf dem Wasser unterwegs sein kann.
PROJEKTABSCHLUSS: AQUASPEEDER
Im Zusammenarbeit mit einem privaten Investor haben wir den Prototypen eines Kleinstwasserfahrzeugs mit Elektroantrieb zum Wasserwandern auf Binnengewässern entwickelt, welches aufgrund seiner geringen Leistung auch ohne Bootsführerschein genutzt werden kann.
Am Samstag, dem 2. Oktober 2021, haben wir am Duisburger Wolfssee ganz offiziell den funktionsfähigen Prototypen unter dem Markennamen AquaSpeeder einem begeisterten Publikum und Pressevertretern vorgestellt. Mehr als fünfzig Besucher haben eine Testrunde auf dem AquaSpeeder gedreht und kamen strahlend wieder.
Die Besonderheit dieses Modells ist, dass es aussieht wie ein Jetski und sich anfühlt wie ein Jetski, aber keinen Jetantrieb hat. Der AquaSpeeder fährt mit einem Propellerantrieb, was ihn als Boot klassifiziert.
Wir werden den AquaSpeeder auch weiter begleiten. Die nächsten Schritte sind zweierlei: zum einen unterstützen wir den Investor beim Marketing und der Markenbildung, zum anderen steht die Vorbereitung der Produktion an. In dieser Phase wird der Prototyp weiter optimiert und z.B. der Einsatz von Naturfasern und Naturharzen erwogen.
Für Interessierte bieten wir die Pressemitteilung sowie das Datenblatt mit allen Informationen zur Größe, Geschwindigkeit, Ladezeit, etc. zum Download an.
PROJEKTABSCHLUSS: TREASURESHIP
In Zusammenarbeit mit dem DST (Entwicklungszentrum für Schiffstechnik und Transportsysteme e. V.) in Duisburg bauten wir ein Modell eines der Schatzschiffe des berühmten chinesischen Admirals Zheng He. Laut chinesischen Quellen waren die Schatzschiffe zwischen 120 und 125 Metern lang und 50 Meter breit, was sie zu den größten je gebauten Holzschiffen machen würde. Die Seetauglichkeit eines solchen Schiffes ist seit jeher von Forschern in Frage gestellt worden.
Basierend auf der Dissertation von Sarah Ward (2006) mit dem Titel “Chinese Whispers: Zheng He’s Treasure Ships in the context of Chinese Maritime Policy in the Ming Dynasty (1364-1644)” bauten wir ein Modell, mit dem die Seegängigkeit des Schiffes untersucht werden soll.
Das Modell ist im Maßstab von 1:70 gebaut.
PROJEKTABSCHLUSS: DOG & DRIVE
Im Auftrag eines privaten Investors haben wir eine Hundetransport- und einstiegshilfe entwickelt. Er trat an uns heran, nachdem er in seiner Tierarztpraxis die Beobachtung machte, dass das herkömmliche Ein- und Ausladen insbesondere großer Hunde sowohl für den Besitzer als auch für das Tier körperliche Belastung und Stress bedeuten. Sie ist besonders einfach ein- und auszubauen und lässt sich mit nur einem Handgriff bedienen.
Die Phase der Prototypenentwicklung ist nun abgeschlossen. Wir werden auch weiterhin die in dafür eigens eingerichtete Räumlichkeiten umgezogene Produktion der ersten Kleinserie begleiten. Darüber hinaus sind wir weiter in dem Projekt in Sachen Visualisierung und Markenbildung involviert.
Das Video ist von uns parallel zum Produktentwicklungsprozess und in enger Zusammenarbeit zwischen Produktdesign- und Grafikbereich konzipiert und verwirklicht worden und der Launch ist in der heißen Phase.
Kontakt
INNOVATIONSWERKSTATT.RUHR
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