AGRILIGHT: Leichtbau Innovation für die Landwirtschaft

Das Ziel vom Vorhaben AGRILIGHT war die zentrale Rahmenstruktur eines bestehenden Feldhäckslers durch eine innovative Leichtbaukonstruktion aus kohlenstoff- und glasfaserverstärkten Kunststoffen (CFK/GFK) zu ersetzen. Die bisherige Stahlbauweise bringt rund 1.200 kg auf die Waage. Durch den Einsatz einer funktionsintegrierten Verbundstruktur sollte das Gewicht um mindestens 400 kg reduziert werden. Dadurch könnte der Kraftstoffverbrauch und der CO₂-Ausstoß über den gesamten Lebenszyklus hinweg gesenkt werden. 

Das Projekt wurde von der MD Composites Technology GmbH koordiniert. Gemeinsam mit der Maschinenfabrik Bernard Krone GmbH & Co. KG als OEM sowie den Forschungspartnern TU Clausthal und Leibniz Universität Hannover wurde ein Prototyp entwickelt, gefertigt und unter realitätsnahen Belastungen geprüft. 

Projekte wie HylightCab und das Leichtbau Chassis des Mercedes Benz Sprinters der Firma Carbon Truck und Trailer GmbH zeigten bereits das Potenzial von Faserverbundlösungen im Nutzfahrzeugbereich. Für die Krafteinleitung in das Chassis wurden metallische Inserts verwendet. Hier setzte das Projekt auf die eigene Forschung aus dem DFG-Schwerpunktprogramm 1712 (Multilayer-Inserts), in dem im Kern hybride Strukturkonzepte untersucht wurden. Das Ziel bestand darin, kohlenstofffaserverstärkte Laminate integral mit lokal integrierten, mehrlagigen metallischen Krafteinleitungselementen herzustellen. Das Projekt AGRILIGHT knüpfte an diese Erkenntnisse an und überführte sie in eine großskalige Anwendung im Agrarsektor (Abbildung 1).

Das Institut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik (PuK) der TU Clausthal lieferte dabei die entscheidende materialwissenschaftliche Expertise. Von der systematischen Auswahl geeigneter Faserverbundwerkstoffe und der prozesssicheren Auslegung des Vakuuminfusionsverfahrens bis hin zu komplexen funktionalen Untersuchungen begleitete das PuK den gesamten Entwicklungsprozess. Durch die Kombination aus präzisen Infusionssimulationen (Abbildung 2), Branduntersuchungen und fundierten Analysen der strukturellen Integrität legte das Institut das Fundament für eine zugleich gewichtsoptimierte und robuste Rahmenstruktur. Auf Basis dieser Materialuntersuchungen wurden Simulationsmodelle der Rahmenstruktur und der Krafteinleitungselemente entworfen und anhand von Prüfungen validiert.

Die Ergebnisse waren vielversprechend. Der Prototyp erreichte ein Gesamtgewicht von 796 kg inklusive Tanks, wodurch die Masse im Vergleich zu einem konventionellen Stahlrahmen über 430 kg reduziert wurde (Abbildung 3). Darüber hinaus konnte der Prototyp erfolgreich in eine Serienmaschine für eine 1:1 Validierung integriert werden. Mechanische Prüfungen auf dem Hydropulser zeigten zwar Herausforderungen bei hochbeanspruchten Klebefügungen auf, doch führten diese zu wertvollen Erkenntnissen. Die umfassende Fehleranalyse lieferte konkrete Verbesserungspotenziale für die fertigungsgerechte Konstruktion von Fügestellen. Zudem bestätigten die Krafteinleitungselemente die vorab definierten Ziele hinsichtlich Fertigbarkeit und Belastbarkeit. 

Die Anwendung der gewonnenen Erkenntnisse ist nicht auf Feldhäcksler oder Landmaschinen beschränkt. Sie können vielmehr auf alle fahrenden Maschinen übertragen werden, da sie hinsichtlich der anwendungs- und belastungsgerechten Konstruktion universell einsetzbar sind. Ein noch größeres Anwendungsgebiet ergibt sich für die Lasteinleitungselemente. Sie können auf alle Faserverbundstrukturen übertragen werden. 

Das Projekt AGRILIGHT wurde im Rahmen des Technologietransfer-Programms Leichtbau (TTP LB) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert. Wir danken dem BMWK für die Förderung.