Schwerpunkte

Umweltschutz

Leichte E-Abfallflitzer für die Städte

27. Oktober 2020, 08:10 Uhr   |  Irina Hübner

Leichte E-Abfallflitzer für die Städte
© EBF Dresden/Fraunhofer IWS Dresden

Für den Behälter eines kommunalen Müllsammlers kommen Aluminiumprofile und Composite-Platten zum Einsatz.

Um die Stadtluft zu verbessern, wollen viele Kommunen elektrische Abfallfahrzeuge anschaffen. Doch die haben meist schwere Akkus und können daher weniger Abfälle abtransportieren als klassische Mülltransporter mit Verbrennungsmotor. Dies könnte sich durch Leichtbaukonstruktionen ändern lassen.

Für dieses Vorhaben haben sich sechs mitteldeutsche Forschungseinrichtungen und Unternehmen im Verbund UTILITAS (»Ultraleichte Aufbaustrukturen für Nutzfahrzeuge im kommunalen Servicebetrieb«) zusammengetan. Sie wollen gemeinsam aus Leichtmetallen und Faserverbundkunststoffen bessere Sammelbehälter konstruieren, die schwere Stahlaufbauten klassischer Müllwagen ersetzen und etwa ein Drittel leichter sind. Zu den Partnern zählt auch das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWD Dresden, das für das Projekt neuartige Fügezangen entwickelt.

»Die neue Generation elektrischer Fahrzeuge wäre mit den Sammelbehältern aus Leichtmetallen und Faserverbundkunststoffen in der Lage, ähnlich viel Abfall pro Fahrt zu transportieren wie ein klassisches Klein-Müllfahrzeug«, sagt Annett Klotzbach, die am Fraunhofer IWS Dresden die Gruppe Kleben und Faserverbundtechnik leitet.

Rentable Kleinserien und einfache Reparaturen gefragt

UTILITAS zielt auf nachhaltige und preisgünstige Lösungen, mit denen die Kommunen ihre Klimaschutzziele mit den lokal verfügbaren Ressourcen erfüllen können. Aus diesem Grund entwickelt der Forschungsverbund nicht nur den Behälter, sondern auch praxisnahe Fertigungstechnologien dazu. Denn die Aufbauten sollen dadurch attraktiv werden, dass sie sich auch in Kleinserien rentabel bauen und in Werkstätten vor Ort zügig reparieren lassen.

Die Projektpartner setzen auf Behälterkonstruktionen aus Aluminiumgerüsten und glasfaserverstärkten Thermoplast-Platten. Um diese Materialien zuverlässig wie beim Stahlbau miteinander zu verbinden, testen sie verschiedene Methoden, beispielsweise Pressen, Schrauben oder Kleben.

HPCi-Fügeverfahren des Fraunhofer IWS

Zum Einsatz kommt auch die neuartige Fügetechnologie HeatPressCool-integrativ (HPCi), die das Fraunhofer IWS entwickelt hat: Ein Laser raut zunächst die Aluminiumbauteile auf. Dabei entstehen Gräben im Metall – dünner als eine Stecknadel und nur etwa 200 µm tief. Dann presst das Werkzeug das Kunststoffbauteil an die Alustrebe und erwärmt das Metall kurz. Dabei schmilzt der Thermoplast auf der Aluminiumoberfläche, fließt in die lasergeformten Gräben und verankert sich dort beim Erkalten. Nach wenigen Sekunden sind Aluminium und Verbundkunststoff dauerhaft und fest verbunden.

Wie gut ein solcherart gefügter Leichtbaubehälter im Vergleich zu Schraub- oder Klebelösungen langfristig hält, wollen die Fraunhofer-IWS-Ingenieure im Rahmen der Kooperation mit den anderen Partnern genau ermitteln. Denn der Behälter muss später im täglichen Einsatz die hohen Belastungen aushalten, die entstehen, wenn die Fahrzeugmechanik den gesammelten Müll zusammenpresst. In den bisherigen Experimenten erwiesen sich die HPCi-gefügten Aufbauten als besonders stabil und vor allem viel leichter zu reparieren als geklebte Konstruktionen. Messungen haben ergeben, dass die HPCi-Verbindungen Zugkräfte aushalten, die dem Druck eines Hydraulikarms mit bis zu 25 MPa entsprechen.

Ausgründung soll neue Fügezangen in Serie produzieren

Fügewerkzeug (HPCi) zum thermischen Direktfügen mit einem Industrieroboter.
© Fraunhofer IWS Dresden

Fügewerkzeug (HPCi) zum thermischen Direktfügen mit einem Industrieroboter.

Das neue Fügeverfahren eignet sich nicht nur für Abfallbehälter-Konstruktionen, sondern auch für den Leichtbau in Flugzeugen, Eisenbahnen, Industriehallen oder Schiffen, so die Meinung der Forscher. Industriekunden wollen HPCi auch bei der Produktion von Geschirrspülern und anderen Haushaltsgeräten verwenden.

Um den breiten Praxiseinsatz ihrer neuen Fügetechnologie zu unterstützen, haben die Dresdner Forscher mittlerweile kompakte HPCi-Fügezangen entwickelt, die kaum größer als eine handelsübliche Handbohrmaschine sind. Sie können zum Beispiel modular an Roboter montiert werden, um schnell eine Leichtbaukleinserie zu starten. Weil das neue Werkzeug so vielversprechend ist, beabsichtigen die Fraunhofer-Wissenschaftler, demnächst ein Unternehmen auszugründen, das die HPCi-Fügezangen in Serie produziert.

Beteiligt am Projekt »UTILITAS« sind sechs Partner: Das Fraunhofer IWS Dresden, die Professur für Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung der TU Chemnitz, Marko Pfaff & Co. Spezialfahrzeugbau, Car systems Scheil, Profil Verbindungstechnik und EBF Dresden.

Elektrische Mülltransporter mit Leichtbaubehältern bald Realität?

Die ersten elektrischen Mülltransporter mit den neuen Leichtbaubehältern könnten schon bald das urbane Bild – und die Geräuschkulisse – vieler Großstädte mitprägen. »Die Behälter-Prototypen sollen Anfang 2021 fertig sein«, kündigt Annett Klotzbach an. »Wir gehen davon aus, dass binnen zwei Jahren die ersten Abfallfahrzeuge damit unterwegs sind.«

Auf Facebook teilenAuf Twitter teilenAuf Linkedin teilenVia Mail teilen

Das könnte Sie auch interessieren

Die Europäer sind bereit für den Umstieg aufs Elektroauto
Mastercard fördert verbraucherfreundliche Bezahlsysteme
Plug-in-Hybride boomen in Europa

Verwandte Artikel

Fraunhofer IWS (Institut für Werkstoff- und Strahltechnik)