Aus der Branche

Felix Pohlkemper und Tim Röding vom Institut für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen lassen die Carbonfaserproduktion durch Sensortechnologie überwachen und erreichen so mittelfristig eine Verdopplung der Produktionsgeschwindigkeit von derzeit 15 auf 30 m/min und dadurch eine Umsatzsteigerung von bis zum 37,5 Mio. € pro Jahr und Anlage. Diese Entwicklung überzeugte auch die Jury der ITMF und wurde mit dem ITMF StartUp Award 2023 auf der diesjährigen ITMF Annual Conference in Keqiao (China) ausgezeichnet.

Dr. Musa Akdere nahm den Preis stellvertretend für das CarboScreen-Gründerteam entgegen.

Kohlenstofffasern können ihr volles Potenzial nur dann entfalten, wenn sie bei der Herstellung und Weiterverarbeitung nicht beschädigt werden. Zwei Arten von Faserschädigungen treten bei der Faserherstellung verstärkt auf: Oberflächliche oder mechanische Schäden an den Fasern oder Schäden an der chemischen Struktur.

Beide Schäden können durch die derzeitigen Mittel nicht optimal erkannt werden oder fallen erst nach der Produktion auf, um nur zwei Beispiele zu nennen. Dies führt zu höheren Produktionskosten. Eine fehlerhafte Produktion kann im Ernstfall sogar zu Anlagenbränden führen. Deshalb und um eine gute Produktionsqualität zu gewährleisten, wird die Anlage sicherheitshalber mit 15 m/min unter ihrer Produktionskapazität gefahren. Möglich wären jedoch 30 m/min oder mehr. Durch die sensorbasierte Online-Überwachung von CarboScreen kann die Produktionskapazität auf 30 m/min verdoppelt werden. Dies würde zu einer höheren Produktion, dadurch sinkenden Herstellkosten und einem breiteren Einsatz von Carbonfasern in Massenmärkten wie Automotive, Luft- und Raumfahrt und Windenergie führen.

Nachhaltigkeit war das Leitthema der diesjährigen Textilmaschinenbaumesse ITMA. Und so zeigten fast alle Firmen in Mailand neue Technologien für das Textilrecycling. Doch es ist anspruchsvoll, aus Alttextilien hochwertige Garne zu gewinnen und zu ebenso hochwertigen Produkten zu verarbeiten. Noch gibt es nicht für alle Herausforderungen die passenden technologischen Lösungen. Für jedes Material müssen die passenden Prozesse gefunden werden. Dafür haben die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF) zusammen mit dem Sächsischen Textilforschungsinstitut (STFI) eine neue Prüfroutine entwickelt.

Am Anfang des Recyclingprozesses steht das mechanische Reißen, bei dem die Alttextilien zerkleinert werden. In den meisten Fällen schädigt die Prozedur die Fasern. Einzelne Fasern geraten zu kurz, was den anschließenden Spinnprozess erschwert. Um die Reißmaschinen optimal einstellen zu können, wurden nach dem Reißen die Fasern klassifiziert. Dazu haben die Forscherinnen und Forscher eine neue Prüfroutine entwickelt, die mit einem speziellen Messgerät durchgeführt wurde. Die Faserlänge ist der wichtigste Parameter für die Weiterverarbeitung der Fasern und für die Qualität des fertigen Garns aus Recyclingfasern. Garnstücke, die sich noch im gerissenen Material befinden, sind immer länger als die Fasern selbst und verfälschen dadurch die Faserlängenmessung. Durch den Prüfaufbau können noch vorhandene Garnstücke nahezu ohne weitere Fasereinkürzung aufgelöst werden. Somit ist eine exakte Messung der Faserlängenverteilung des gerissenen Recyclingmaterials möglich.

Auf der Basis der Prüfergebnisse können die Reißparameter besser auf das Material abgestimmt werden, so dass die Fasern beim Reißprozess weniger eingekürzt werden. Auf diese Weise können qualitativ höherwertige Garne hergestellt werden. Die Kennwerte des optimalen Recyclingmaterials, die anhand eines statistischen Verfahrens ermittelt wurden, dienten auch dazu, für die Ausspinnung das geeignete Recyclingprodukt und für den Spinnprozess die optimalen Einstellungen und Spinnmittel zu finden.

Anschließend wurden die recycelten Materialien zu Ring- und Rotorgarn verarbeitet. In der Praxis ließ sich das Ringgarn am besten mit dem Kompaktspinnverfahren herstellen. Durch dieses Verfahren können die ohnehin schon kurzen Recyclingfasern wesentlich besser eingebunden werden. Dadurch gewinnt das Garn an Festigkeit.

Mit der neuen Prüfroutine und den dadurch optimierten Prozessen war es möglich, Garne ohne Beimischung aus 100 Prozent recycelten Aramidfasern herzustellen, die anschließend zu Gestricken weiterverarbeitet wurden. Da Aramidfasern sehr teuer sind, senkt das Verfahren die Kosten, spart Rohstoffe und trägt zu mehr Nachhaltigkeit bei. Auch Baumwollfasern wurden in Mischung von 80 Prozent Gutfasern und 20 Prozent Rezyklat versponnen. Nach Projektabschluss konnte der Rezyklatanteil bei Baumwolle auf bis zu 70 Prozent erhöht werden.

Die Forschungsarbeit von DITF und STFI zeigt, dass es möglich ist, recyceltes Material zu 100 Prozent wieder zu verarbeiten. Die Garne müssen jedoch produktorientiert eingesetzt werden, das heißt, nicht jedes Garn aus recycelten Fasern passt für jede Anwendung. Denn durch den Reißprozess kommt es unweigerlich zu Qualitätseinbußen der Fasern, zum Beispiel bei der Garnfestigkeit.

Entscheidend für die Qualität des Garns aus recycelten Fasern ist auch die Qualität des Ausgangsmaterials. Besteht das Alttextil aus vielen unterschiedlichen Materialien, müssen diese erst mühsam getrennt werden. „Die Recyclingquote ist ein wichtiges Kaufkriterium, aber man muss die Qualität des Produkts und die Anwendung im Blick behalten“ ist das Fazit von wissenschaftlicher Markus Baumann, Mitarbeiter im Projekt.

Absorbierende Hygieneprodukte wie Windeln, Damenbinden und Inkontinenzprodukte sind ein fester Bestandteil unseres täglichen Lebens. Allerdings enthalten die meisten dieser Produkte synthetische Komponenten und tragen somit zum globalen Plastikmüllproblem bei. So wird die Suche nach Alternativen immer dringlicher. Der Knackpunkt dabei: Nur Innovationen, die die gleiche Leistung und Zuverlässigkeit bieten wie konventionelle Produkte, können auf dem Markt erfolgreich sein. Schließlich möchte niemand in einem so sensiblen Bereich wie der Körperhygiene Kompromisse eingehen.

Kelheim Fibres ist derzeit in verschiedenen Entwicklungsprojekten tätig, um vollständig biobasierte AHP-Produkte (absorbierende Hygieneprodukte) zu konzipieren, die in Bezug auf Leistung keine Kompromisse eingehen. Dabei stützt sich das Unternehmen auf seine holzbasierten Spezialfasern, auf die auch die Tamponindustrie seit Jahrzehnten vertraut. Allerdings unterscheiden sich die Anforderungen bei AHP-Produkten, da jede Schicht eine spezifische Funktion erfüllen muss.

Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, hat Kelheim Fibres eine Reihe funktionalisierter Spezialfasern entwickelt, darunter die hydrophobe Olea, die trilobale Galaxy® und die Hohlfaser Bramante. Diese Spezialfasern gewährleisten optimale Ergebnisse in jeder einzelnen Schicht des AHP-Produkts.

Dabei bestehen alle Fasern von Kelheim zu 100 % aus Holzzellstoff, der nur aus zertifizierten und nachhaltig bewirtschafteten Wäldern stammt. Sie sind vollständig biologisch abbaubar - Mikroorganismen im Boden und im Meer sorgen dafür, dass keine Rückstände bleiben.

Ein aktuelles Beispiel für eine solches Partnerprojekt ist die Entwicklung einer vollständig biobasierten Slipeinlage mit dem Vliesstoffhersteller Sandler und dem Hygieneartikelhersteller Pelz, die bereits in Kürze auf den Markt kommen soll.

Neben neuen Projekten im Bereich biobasierter Einweg- und Reusable-Lösungen zeigt Kelheim auch seine bereits bewährten Fasern auf der INDEX™23, etwa für Tampons oder Flushable Wipes.

Toray hat die erste Adipinsäure entwickelt, die zu hundert Prozent aus biobasierten Rohstoffen besteht. Adipinsäure ist der Grundstoff zur Herstellung von Nylon 66 (Polyamid 66). Das neue Verfahren nutzt Zucker aus Biomasse, die nicht für die Herstellung von Lebensmitteln geeignet ist. Die firmeneigene Synthesetechnik kombiniert eine mikrobielle Fermentationstechnologie mit einer chemischen Reinigungstechnologie mit Trennmembranen. Das Unternehmen wird in den kommenden Jahren eine Produktionstechnologie entwickeln und die Polymerisation von Nylon 66 testen. Anwendungen für die biobasierte Adipinsäure sollen bis etwa 2030 kommerziell einsetzbar sein.

Nylon 66 ist haltbar und fest, und wird seit vielen Jahren für Fasern, Harze und andere Anwendungen verwendet. Der Wunsch, für Nylon 66 eine nachhaltige Alternative zu entwickeln, hat in den letzten Jahren zugenommen.  

Für das neue Verfahren nutzt Toray Mikroorganismen, die aus Zuckern ein Adipinsäure-Zwischenprodukt herstellen. Die Biochemiker haben die Gene dieser Mikroorganismen neu kombiniert und so die Effizienz des Stoffwechsels gesteigert. Dabei kamen Methoden der Bioinformatik zum Einsatz, um optimale mikrobielle Fermentationswege für die Synthese zu finden. Die Mikroorganismen steigern die Ausbeute des Zwischenprodukts bei der Synthese um mehr als das Tausendfache. Umkehrosmose-Trennmembranen reinigen das Zwischenprodukt und erhöhen die Konzentration. Dieser Ansatz ist besonders energieeffizient. Auch entsteht bei dem  Verfahren zur Herstellung von Bio-Adipinsäure im Gegensatz zu den Herstellungsverfahren aus Erdöl kein Distickstoffmonoxid.

Toray entwickelt derzeit ein Verfahren zur Herstellung von Zuckern aus Ernterückständen und anderen nicht-essbaren pflanzlichen Ressourcen. Dabei forscht das Unternehmen in zwei Projekten gemeinsam mit dem National Institute of Advanced Industrial Science and Technology und dem RIKEN, Japans größter Forschungseinrichtung. Die Projekte erhalten Mittel der New Energy and Industrial Technology Development Organization. Das erste Projekt befasst sich mit der „Entwicklung von Produktionstechniken für hochfunktionale Biomaterialien unter Verwendung von intelligenten Zellen aus Pflanzen und anderen Organismen“, das zweite laufende Projekt behandelt die „Entwicklung einer biobasierten Produktionstechnologie zur Beschleunigung des Kohlenstoffrecyclings“. 

Um den akustischen Anforderungen von Elektrofahrzeugen gerecht zu werden, hat Autoneum seine Konzepte für lärmreduzierende Motorkapselungen auf neue Anwendungen rund um den Elektroantrieb erweitert. Hybrid-Acoustics PET und die schaumbasierten Alternativen Hybrid-Acoustics FLEX und Fit FLEX sorgen für optimalen Lärmschutz im E-Auto und verbessern damit den Fahrkomfort. Alle drei Technologien zeichnen sich durch eine hohe, auf die spezifischen Kundenbedürfnisse zugeschnittene akustische Leistung und eine abfallfreie Produktion aus.

Störende Geräusche wie die hochfrequenten Töne von E-Motoren und anderen elektrischen Geräten oder das Heulen des Getriebes stellen Fahrzeughersteller weltweit vor neue akustische Herausforderungen. Autoneum hat die steigende Nachfrage nach lärmreduzierenden Komponenten sowohl im Front- als auch im Heckbereich von E-Autos frühzeitig erkannt und seine Technologien für den Lärmschutz im Motorraum auf neue, massgeschneiderte Anwendungen für Elektrofahrzeuge erweitert.

Mit der Fasertechnologie Hybrid-Acoustics PET und den beiden Schaumalternativen Hybrid-Acoustics FLEX und Fit FLEX bietet das Unternehmen drei standardisierte Technologien an, die Lärm direkt an der Quelle reduzieren und damit den Fahrkomfort verbessern. Alle drei Technologien werden abfallfrei produziert und ihre Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Grössen und Formen ermöglicht ein breites Spektrum von Anwendungen in Elektrofahrzeugen: von der Verkapselung von E-Motoren bis hin zur Reduzierung von Lärm und Vibration von Wechselrichtern, Getrieben, Pumpen und Kompressoren. Durch das Angebot von sowohl faser- als auch schaumbasierten Varianten ist Autoneum in der Lage, flexibel auf individuelle Kundenbedürfnisse und -präferenzen in Bezug auf Material, Akustikkonzept, Nachhaltigkeit und Kosten einzugehen.

In Sachen nachhaltiger Lärmschutz im Motorraum gibt Autoneums patentierte Innovation Hybrid-Acoustics PET den Ton an: Sie besteht zu 100 Prozent aus PET mit bis zu 50 Prozent rezyklierten Fasern; die bei der Produktion anfallenden Abfälle werden zurückgewonnen, aufbereitet und wiederverwendet, und das Material kann am Ende der Produktlebensdauer vollständig rezykliert werden. Die Textiltechnologie, die Teil des unternehmenseigenen Nachhaltigkeitslabels Autoneum Pure ist, eignet sich besonders zur Dämpfung hochfrequenter Geräusche des Elektroantriebs und bietet ein optimales Verhältnis von Absorption und Isolation. Zudem sind Komponenten aus Hybrid-Acoustics PET um bis zu 40 Prozent leichter als herkömmliche Isolationen.

Um den unterschiedlichen Präferenzen der Fahrzeughersteller Rechnung zu tragen, hat Autoneum seine leichte Textiltechnologie durch zwei schaumbasierte Alternativen ergänzt. Da der Schaum bei beiden Technologien gespritzt wird, fällt bei der Produktion ebenfalls kein Abfall an. Hybrid-Acoustics FLEX basiert auf demselben akustischen Konzept wie Hybrid-Acoustics PET, der Entkoppler besteht jedoch aus Schaum anstelle von Filz. Autoneums Fit FLEX hingegen kombiniert den Schaum-Entkoppler mit einer spritzgegossenen Schwerschicht. Dank der hohen geometrischen Anpassungsfähigkeit von Schaum an selbst komplexe Formen überzeugen beide Technologien mit einer hervorragenden akustischen Leistung bei der Isolierung von E-Motoren und anderen Geräuschquellen im Elektroauto. Darüber hinaus kann die absorbierende oder isolierende akustische Qualität des Schaums flexibel auf spezifische Kundenbedürfnisse abgestimmt werden.

Trützschler Man-Made Fibers stellt „OPTIMA for IDY“ vor und erweitert damit die OPTIMA-Plattform um den Sektor der technischen Garne (IDY) aus. Neben die bisherigen Anlagen zum Spinnen von Teppichgarnen (MO40-C, MO40-E und TO40) treten jetzt Varianten zur Herstellung von (semi-)technischen Multifilamentgarnen.

Seit 2012 entwickelt und baut Trützschler performante Extrusionsanlagen für Teppichgarne (BCF – Bulk Continuous Filament) und technische Garne aus Polyester, Polyamid und Polypropylen. Die Markteinführung des OPTIMA-Maschinenkonzepts für BCF erfolgte 2019 und hat sich seitdem in den Märkten etabliert. OPTIMA ist im Ursprung als modulares Plattformkonzept angelegt und umfasst jetzt auch Lösungen im Bereich IDY (InDustrial Yarn).

Die neuen OPTIMA-Anlagenkonzepte für Technischgarn (TEC-O40 und TEC-O80) überzeugen durch Flexibilität im Bereich Anwendungs- und Endproduktevielfalt. OPTIMA TEC-O40/O80-Systeme bieten vielfältigste Gestaltungsmöglichkeiten, sie können passgenau auf Anforderungen an Endprodukt und Durchsatz zugeschnitten werden.

OPTIMA ermöglicht die Produktion hochfester Garne für Schnürsenkel, Seile und Netze sowie schrumpfarmer Qualitäten für Reifencorde, LKW-Planen und Airbags. Da die Anlagen modular aufgebaut sind, können sie schnell an neue Marktentwicklungen und Endprodukte angepasst werden.

Rund 5000 Windeln verbraucht ein Baby bis zum Alter von drei Jahren. Trotz des bequemen Handlings von Einwegwindeln suchen Eltern zunehmend nach gesunden und nachhaltigen Alternativen, um Müll zu vermeide. Allein in Deutschland werden täglich 10 Millionen Windeln entsorgt.

Wege, um dieses Dilemma zu lösen, wären Einwegprodukte aus biobasierten oder biologisch abbaubaren Materialien oder wiederverwendbare Produkte mit einer längeren Lebensdauer.

Das Gründerteam Luisa Kahlfeldt und Caspar Böhme verbindet mit ihren „Sumo Windeln“ beides. Diese wiederverwendbare Stoffwindel besteht vollständig aus nachhaltigen Materialien bei hoher Leistung und innovativem Design.

Die Sumo Windel ist eine passgenaue Stoffwindel, die aus einer wasserdichten Hülle und saugfähigen Einlagen besteht. Dabei ist die Hülle derart vernäht, dass sich eine Tasche bildet: hier wird die Saugeinlage rutschsicher eingebracht.

Um die Leistungsfähigkeit dieser Saugeinlage zu steigern, arbeitet das Team von Sumo mit dem Viskosespezialfaserhersteller Kelheim Fibres zusammen, der jahrzehntelange Erfahrung aus dem Hygienebereich mitbringt, insbesondere für sensible Anwendungen, in denen hohe Saugkraft gefordert ist (wie z.B. Tampons). Gemeinsam haben Sumo und Kelheim Fibres eine leistungsstarke Saugeinlage entwickelt, die ohne fossile Materialien auskommt.

Die Basis sind funktionalisierte Spezialviskosefasern mit angepassten Querschnitten. Um die Waschbarkeit des Produkts zu gewährleisten, werden vernadelte / thermisch verfestigte Vliese mit einer Mischung aus Spezialviskose- und PLA-Bikomponentenfasern eingesetzt. PLA steht für Polymilchsäure aus natürlichen und nachwachsenden Rohstoffen. Mit der Verbindung von Nonwovens, die sonst v.a. im Single-Use-Bereich eingesetzt werden, und wiederverwendbaren Produkten beschreiten Sumo und Kelheim Fibres einen neuen Weg.

Im Inneren der Einlage punkten die Spezialfasern aus Kelheim mit ihren besonderen Eigenschaften: In der Verteilerschicht (ADL) bilden sich durch den trilobalen Querschnitt der Galaxy®-Faser Kapillarkanäle, die eine effiziente und optimierte Flüssigkeitsverteilung und somit eine optimale Nutzung der Kapazität des Saugkörpers ermöglichen und niedrigste Rücknässewerte bieten.

Im Saugkern speichert die segmentierte Hohlfaser Bramante Flüssigkeit nicht nur zwischen, sondern auch im Inneren der Faser. Dort bleibt die Flüssigkeit auch, wenn Druck auf die Konstruktion ausgeübt wird, was für überzeugende Rücknässewerte sorgt. Bramante kann bis zu 260 % ihres Eigengewichts an Flüssigkeit aufnehmen, Baumwolle erreicht Werte von ca. 50 %.

Die innovative Vlieskonstruktion mit den Spezialfasern aus Kelheim schneidet in Tests im Hinblick auf Luftdurchlässigkeit, Flüssigkeitsaufnahme und Rücknässen deutlich besser ab als marktübliche Lösungen aus synthetischen Fasern oder Baumwolle in gestrickten Strukturen und hat den Sumo Windeln einen Platz unter den Finalisten für den IDEA® Long-Life Product Achievement Award eingebracht.

Die Markteinführung ist für den 1. Mai geplant.

Der Maschinenbau ist eine Stärke der deutschen Industrie. In Leitbranchen, deren Produkte in einem globalisierten Umfeld starker Konkurrenz ausgesetzt sind, kann der Einsatz Künstlicher Intelligenz (KI) dazu beitragen, Industriekapazitäten und Knowhow in Deutschland zu halten, im Maschinenbau und nachgelagerten Branchen. Doch erst durch praxisnahe Anwendung in der Industrie kann KI seine Stärken für Unternehmen voll entfalten. Wie das mit dem Beitrag angewandter Forschung geht, zeigen Textilindustrie und -maschinenbau ebenso wie die Kunststoffbranche.

Mit der Corona-Krise sind Vliesstoffe über die Fachwelt hinaus bekannt geworden, denn sie bilden das Ausgangsmaterial für Schutzmasken. Die aufgetretenen Engpässe am Markt 2020 zeigten, wie stark Deutschland hier von Lieferungen aus dem Ausland abhängig ist. Zugleich ist Deutschland in anderen Vliesstoff-Segmenten und bei Maschinen für die Vliesstoffherstellung eine wichtige Größe auf den Weltmärkten. Damit das so bleibt, arbeitet die Branche an Innovationen. Ein zentraler Baustein dafür: Die Nutzung Künstlicher Intelligenz (KI).

Das Auge auf der lernenden Maschine

Am ITA Augsburg hat man dafür Grundlagen in einem Projekt gelegt, auf denen sich nun aufbauen lässt. Die Vision: Die Maschine zur Vliesstoffproduktion passt die Parameter entsprechend den Erfordernissen im laufenden Betrieb autonom an. Etwaig auftretende Fehler werden von der Maschine selbstständig diagnostiziert, die Drehzahlen entsprechend angepasst. „Wir haben im Projekt EasyVlies gezeigt, wie sich mit der Nutzung von Algorithmen für die Vliesstoffproduktion Material- und Energiekosten einsparen lassen. Zusammen mit Partnern aus der Industrie haben wir erreicht, dass die Maschine zentrale Parameter wie Drehzahlen und Abstände, von denen eine große Kombinationsmenge für das Erreichen der gewünschten Produktqualität notwendig sind, durch das entwickelte KI-Modell vorhergesagt werden. „Die Abstände der bis zu 40 Arbeitselemente in der Maschine bestimmen dabei in Kombination mit den Drehzahlen der beteiligten Walzen die Öffnung der Faserflocken bis zur Einzelfaser und die Bildung des Vlieses“, erläutert ITA-Augsburg Geschäftsführer Prof. Stefan Schlichter. Die naturwissenschaftlichen Zusammenhänge und Wechselwirkungen zwischen den Drehzahlen und den Qualitätsparametern der Vliesstoffproduktion sind nicht eindeutig bekannt. Gerade deshalb kann KI hier seine Vorteile ausspielen. „Denn Künstliche Intelligenz kann auch diffuse Zusammenhänge modellieren und simulieren“, betont Schlichter. Die Algorithmen dafür hat Maschinenbauingenieur Dr. Frederik Cloppenburg aus dem Aachener ITA-Stammhaus entwickelt, 280 Versuche wurden im Zusammenspiel mit der KI-Entwicklung durchgeführt.

In der unternehmerischen Praxis lernen die Algorithmen nun hinzu. Das zeigt  bei einem Vliesstoffbetrieb der Fahrzeugbranche bereits erste Erfolge in der betrieblichen Praxis. Im nächsten Schritt arbeiten die ITA-Forschenden daran, Messtechnik wie Kamerasysteme und strahlungsbasierte Messsysteme für die Gleichmäßigkeit des Vliesstoffs in die Maschinen zu integrieren. Ziel: Fehler so prognostizieren, dass sie gar nicht erst auftreten. Das Aufkommen an Vliesstoff-Ausschuss soll so um 30 bis 50 Prozent sinken. Angesichts von bislang jährlich allein in Deutschland anfallender Ausschussware im Wert von 150 Mio. Euro, das entspricht 10 Prozent des Branchenumsatzes, ein erheblicher Anreiz. „Die hoch qualifizierten Facharbeiter beaufsichtigen sozusagen die lernende Maschine“, erklärt Schlichter.

Industrie 4.0 wird in der Kunststoffbranche künftig auch benötigt, um das Ziel höherer Recyclingquoten zu erreichen. Denn eine weniger einheitliche Rohstoffbasis macht lernende Maschinen noch wertvoller. Das ist auch Ausgangspunkt des vom Bundesforschungsministerium (BMBF) geförderten Verbundprojekts CYCLOPS des Kunststoff-Zentrums (SKZ) und namhaften Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft. Durch den Einsatz von KI sollen Materialströme automatisiert klassifiziert werden, damit sie sich optimal verwenden lassen. „Die Maschinen sollen künftig eigenständig erkennen, in welche Anwendungen produzierte Materialien eines bestimmten Typs gehen können“ erläutert SKZ-Gruppenleiter Digitalisierung, Christoph Kugler. Ein Faktor: Die Fließfähigkeit des Kunststoffs, seine Viskosität. Je kürzer die Polymerketten des Materials, desto größer, vereinfacht gesagt, ihre Fließfähigkeit. Für diese Fließfähigkeit spielt andererseits auch das Druckniveau in der Maschine eine Rolle. Hier kommt wiederum die KI ins Spiel: „Durch Künstliche Intelligenz können Materialeigenschaften und selbst lernende Maschinensteuerungen sehr gut ineinanderwirken, so unsere Erwartung“, erklärt Kugler. Grundlage für die angewandte Forschung im Projekt CYCLOPS sind sowohl Prozessdaten aus den Maschinen, welche die Materialqualität beschreiben können, als auch Daten entlang des Lebenswegs von Material und Produkt. Im Rahmen des Projektes werden damit die Transparenz und die Informationsdichte erhöht, welche nach wie vor einige der größten Hemmnisse der Kreislaufwirtschaft sind.

Neue Expertisefelder wie Erklärbare KI erschlossen

Das SKZ baut mit dem Projekt auf KI-Expertise auf, die über abgeschlossene und noch laufende Projekte erarbeitet wurde. In der Vergangenheit lag der Schwerpunkt in der Entwicklung sogenannter Softsensoren aus Prozessdaten zur Berechnung komplexer Qualitätskennwerte wie z.B. Viskosität oder Vernetzungsgrad des Kunststoffs. Durch die Weiterentwicklung der Technologie werden neue Expertisefelder erschlossen, so z.B. Optimierung der Prozessmodellierung durch KI, Prognose von Materialverhalten unter Last oder auch erklärbare KI (XAI), sie beschreibt den Weg, auf dem Algorithmen zu ihren Ergebnissen gelangen. In den letzten Jahren wurde ebenfalls der Einsatz von digitalen Technologien und KI im Kontext der Kreislaufwirtschaft am SKZ forciert, so in den noch jeweils bis ins nächste Jahr hinein laufenden Projekten Di-Plast und DiLinK. Während Di-Plast ein EU-Projekt ist, wird DiLink ebenfalls vom BMBF gefördert. Mit dem FIR e.V. ist ein weiteres Institut der Zuse-Gemeinschaft im DiLink-Projektkonsortium vertreten, mit dem Fokus auf dem Thema Geschäftsmodelle. Denn diese verändern sich durch das Vordringen der KI in immer mehr Aspekten des Maschinenbaus.