Wissenschaftliche Schriftenreihe des Fraunhofer ICT

In der vorliegenden Dissertation wird der Zusammenhang zwischen der Vision einer Circular Economy - als ein Lösungsansatz - und der Lebenszyklusanalyse - als ein Bewertungsansatz - im Sinne einer nachhaltigen Entwicklung auf Mikro- bzw. Produktebene dargestellt und potentielle Spannungsfelder näher beleuchtet. Daraus resultierend wird der methodische Weiterentwicklungsbedarf in der Auswertung produktbezogener Lebenszyklusanalysen zur verbesserten Berücksichtigung der Belange einer Circular Economy aufgezeigt und anhand der sog. "Life Cycle Gap Analyse" ein möglicher Lösungsansatz vorgestellt.
Zwei konkrete Anwendungsbeispiele, bei denen ein Einweggetränkebecher und ein Stellring für eine geregelte Pendelschieber-Ölpumpe näher beleuchtet werden, demonstrieren den Nutzen des Konzepts und zeigen auf, wie eine systematische Integration von Denkweisen und Strategien zur Schließung technischer Kreisläufe in die Praxis des Life Cycle Assessment und Life Cycle Costing erfolgen kann. Gleichzeitig nimmt der Autor im Sinne der Vision einer Circular Economy eine notwendige Einschränkung der Methode hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit vor. Die Dissertation liefert damit einen relevanten Beitrag zu mehr Nachhaltigkeit auf Produktebene.

The mechanical properties of injection-molded components can be significantly improved by adding continuous fiber reinforcements. If continuous fibers are added only locally according to the occurring load paths, a component’s lightweight potential can be maximized. Depending on the component’s complexity as well as on the applied loads and their directions, topology optimization may show that the local continuous fibers should form a complex skeleton-like fiber structure.
Within the scope of this study, a novel robot-based manufacturing process - the 3D skeleton winding process (3DSW) - was designed, developed, and validated. The 3DSW process enables the manufacturing of three-dimensional reinforcement structures (fiber skeletons) to locally reinforce injection-molded components with continuous fibers. By using a component-specific winding tool attached to an industrial 6-axis robot, it is possible to automatically wind continuous fiber strands based on hybrid yarns around hard points or load introduction elements (e.g., aluminum inserts). Such hybrid fiber skeleton structures can be subsequently embedded in the final component geometry using injection molding.