Aus der Branche

• Mit einem Festakt haben Dr. Eva-Maria Stange, Staatsministerin für Wissenschaft und Kunst des Freistaates Sachsen, Prof. Gerhard Rödel, Prorektor für Forschung der Technischen Universität Dresden, Prof. Hubert Jäger und Prof. Chokri Cherif am 02.11.2018 das Carbonfaser-Technikum des Research Center Carbon Fibers (RCCF) eröffnet.

Das RCCF, eine gemeinsame wissenschaftliche Einrichtung des Instituts für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) und des Instituts für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM) der TU Dresden, wurde gegründet, um die Carbonfasern vom Faserrohstoff bis zum fertigen Bauteil zu erforschen und neue Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten zu entdecken.

„Sachsen verfügt in der Schlüsseltechnologie Werkstoff-, Material- und Nanowissenschaft über hervorragende Rahmenbedingungen und hoch motivierte Wissenschaftler an Hochschulen und Forschungseinrichtungen, die in dieser Spezialisierung weltweit ihresgleichen suchen“, erklärt dazu Staatsministerin Dr. Stange. „Beinahe alle Materialklassen von Metallen, Polymeren, Keramiken bis hin zu Verbund- und Naturwerkstoffen werden auf international hohem Niveau bearbeitet. Dabei greifen Grundlagen- und Angewandte Forschung in zahlreichen Feldern eng ineinander und bilden geschlossene Entwicklungsketten bis zu einem Transfer in die Wirtschaft – regional, national und international.“

Der Prorektor für Forschung der TU Dresden, Prof. Gerhard Rödel, ergänzt: „Mit dem Carbonfaser-Technikum ist im Research Center Carbon Fibers eine weltweit einzigartige Anlage entstanden, die völlig neue Möglichkeiten eröffnet. Es geht darum, Fasern mit einem möglichst hohen Individualisierungsgrad zu designen – je nach Bedarf und Einsatzbereich.“

Auf der derzeit installierten, einzigartigen Anlage erforschen Wissenschaftler des RCCF unter Reinraum-Bedingungen die Grundlagen für maßgeschneiderte Kohlenstofffasern und erschließen deren hohes Innovationspotential. Dabei greifen die Forscher auf einzelne Anlagenmodule zur Stabilisierung und Carbonisierung mit industrienahem Ofendesign und individuell einstellbaren Parameterkombinationen zurück. Durch den außerordentlichen Reinheitsgrad sind die Carbonfasern für die Anforderungen der Luft-/Raumfahrt- und der Automobilindustrie maßgeschneidert.

„Die Carbonfaser ist der Stahl des 21. Jahrhunderts“, führt Prof. Hubert Jäger, Sprecher des Instituts für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK), aus. „Ganze Branchen erfinden sich derzeit durch diesen Werkstoff neu und erreichen mit ihren Produkten nie gedachte Dimensionen. Das Problem ist jedoch die Verfügbarkeit. Wir werden mit dem Carbonfaser-Technikum einen Beitrag dazu leisten, dass aus Sachsen heraus dieser Werkstoff nicht nur leichter verfügbar, sondern auch besser und maßgeschneidert einsetzbar wird für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, Fahrzeugbau, Architektur und Hochleistungselektronik.“

„Mit der Inbetriebnahme des Carbonfaser-Technikums unter Reinraumbedingungen am RCCF gelingt es uns, die Prozesskette zur Fertigung maßgeschneiderter Kohlenstofffasern signifikant zu erweitern. Die notwendigen Maschinentechniken des ITM einschließlich der bereits gewonnenen Erfahrungen bei Prozessoptimierungen zur Herstellung von Precursorfasern, dem Ausgangsmaterial für die neuen Stabilisierungs- und Carbonisierungslinien, stehen in künftigen Forschungsvorhaben den Wissenschaftlern des RCCF zur Verfügung. Somit geben wir am exzellenten Forschungsstandort Dresden die Initialzündung für die weiterführende Grundlagen- und anwendungsorientierte Forschung auf dem Gebiet der Kohlenstofffasern“, ergänzt Prof. Chokri Cherif, Direktor des ITM und Inhaber der Professur für Textiltechnik.

Das Carbonfaser-Technikum umfasst einen mehr als 300 m² großen Reinraum der Klasse ISO 8. Neben den beiden auf etwa 30 Metern aufgestellten Stabilisierungs- und Carbonisierungslinien sind weitere Flächen für künftige Erweiterungen der Gesamtanlage vorgesehen, zum Beispiel ein weiterer Hochtemperaturofen, in dem Carbonfasern bis zu Temperaturen über 2000°C graphitierbar sind oder unikale Beschichtungsanlagen zur Oberflächenaktivierung.

Die RCCF-Wissenschaftler ergründen die Wechselwirkungen zwischen Prozessparametern, Faserstruktur und weiteren mechanischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften bei der Herstellung von Carbonfasern, um die Fähigkeiten des Hightech-Werkstoffes weiter zu steigern. Zusätzlich nehmen die Forscher die Entwicklung multifunktionaler Fasern mit neuartigen Eigenschaftsprofilen wie hohe Leitfähigkeit bei hoher Festigkeit oder ausgeprägter Verformbarkeit sowie die Nutzung erneuerbarer Ausgangsstoffe in den Fokus ihrer Arbeiten.

Ein weiterer Schwerpunkt der RCCF-Aktivitäten ist die tiefgreifende studentische Ausbildung im Bereich der Carbonfaser-Herstellung. Den Studierenden werden dabei fundierte Kenntnisse in Herstellung und Weiterverarbeitung von Carbonfasern vermittelt, damit sie in diesem Bereich der Zukunftstechnologien dem sächsischen und deutschen Arbeitsmarkt zur Verfügung stehen. Etwa 15 Studierende werden pro Jahr in Forschungsbereiche wie die Prozessführung, -modellierung und -überwachung sowie die Entwicklung, Fertigung und Charakterisierung neuer Carbonfasern und Verbundwerkstoffe einbezogen.

Das Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen University, kurz ITA, zeigt auf der Composites Europe in Stuttgart vom 06.-08. November Produkte, Bauteile und Maschinen entlang der Faserverbundprozesskette. Das ITA präsentiert sich auf dem Stand des Aachener Zentrums für integrativen Leichtbau (AZL) in Halle 9, Stand E70. Anhand verschiedener Demonstratoren werden ausgewählte innovative Prozesse und Produkte über die einzelnen Schritte hin dargestellt. Die Exponate stammen aus unterschiedlichen Anwendungsfeldern: Von Mobilitätsanwendungen bis hin zur Baubranche. Anbei ein Beispiel aus dem Baubereich:

Durch den Barhocker aus Beton mit hybrider Carbon-Textilbewehrung beweist das ITA, dass Textilbetonelemente eine enorme geometrische Gestaltungsfreiheit ermöglichen und gleichzeitig einfach herstellbar sind. Bislang war die manuelle Positionierung der Textilbewehrung zeitaufwändig und komplex, da zulässige Toleranzen im Millimeterbereich liegen. So trug die Fertigung hauptsächlich zu den hohen Kosten von Textilbeton bei.

Am ITA wurde gemeinsam mit den beiden Industriepartnern Albani Group GmbH & Co. KG und DuraPact 2.0 Kompetenzzentrum Faserbeton GmbH eine neue Hybridbewehrung mit integriertem Ab-standshalter entwickelt. Diese Hybridbewehrung senkt die erforderliche Zeit zur Positionierung der Bewehrung um bis zu 60 Prozent und macht den Werkstoff damit deutlich wettbewerbsfähiger.

Die kostengünstige, hybride Bewehrung enthält einen integrierten Abstandshalter und ermöglicht damit die einfache Positionierung von trockenen und beschichteten Bewehrungen. Durch den integrierten Abstandhalter lassen sich schnell mehrere Bewehrungslagen stapeln, wodurch der gewünschte Bewehrungsgrad einstellbar ist. Die Hybridbewehrung besteht aus einem Carbon- oder Glasfasergitter, das mit einer durchlässigen Matte aus Polyamid gefügt ist und in naher Zukunft bei den Industriepartnern als Rollenware erhältlich ist.

Aachener Forscher haben die adaptive Textilfassade green.fACade entwickelt, die am 2. August in der Aachener Architekturfakultät der RWTH Aachen University vorgestellt wurde. green.fACade wird wie eine zweite Haut vor ein Gebäude montiert und kann die Stickoxidbelastung in Städten nachhaltig senken.

Die Reduzierung der schädlichen Stickoxide (NO und NO2) erreichen die Forscher durch eine Titandioxidbeschichtung auf der Fassade. Titandioxid wirkt dabei als Photokatalysator und ermöglicht das Oxidieren der Stickoxide zu abwaschbarem Nitrat (NO3-). Da die Fassade außerdem begrünt ist, trägt sie durch Photosynthese zur Umwandlung von Kohlendioxid in Sauerstoff bei. Dazu schafft eine grüne Fassade einen optischen Ruhepunkt im Stadtbild und verringert urbane Hitze durch Verdunstungskälte.

green.fACade gehört zum innovativen Forschungsprojekt „Adaptive Textilfassaden“, das die besonderen Eigenschaften von Textil nutzt. Textil kann durch seine Machart Sonnenlicht und Luft durchlassen und trägt so zu einem modernen, ästhetischen Gebäudedesign bei. Neu ist an dem Forschungsprojekt, dass weitere Elemente wie z.B. die Titanoxidbeschichtung oder Sonnenschutzelemente in die Textilfassade integriert und vor die bestehende Gebäudefassade gesetzt werden. Die adaptive Textilfassade agiert dabei eigenständig und schafft so eine Reduzierung des Energieverbrauches durch die positiven klimatischen Effekte an der Gebäudefassade.

„Adaptive Textilfassade“ ist Teil einer aktuellen Forschungsreihe mit dem Ziel, neuartige Fassadenkonstruktionen zu entwickeln, die klimaneutral sind und den Komfort der Anwohner erhöhen. Das Forscherteam besteht aus den drei RWTH-Bereichen Architektur (Fakultät für Architektur, Doktorand Architekt M.Sc. Jan Serode), Medizin (Uniklinik RWTH Aachen, Klinik für Augenheilkunde, Prof. Dr. Walter) und Textiltechnik (Institut für Textiltechnik, Prof. Dr. Gries) und konnte seine Kompetenzen hier bestmöglich einbringen.

In diesem Sommer wurde das Forschungsteam erstmalig unterstützt vom Münchener Architekturbüro Auer Weber, vertreten durch Geschäftsführer Philipp Auer: „Für uns Architekten sind die Entwicklungen im Bereich textiler Außenhüllen eine besondere Herausforderung. Hier verbinden sich hochentwickelte textile Werkstoffe und Verarbeitungsmethoden mit der Leichtigkeit und Anmut von Geweben. Durch adaptive textile Fassadenelemente wird sich die „Gebäudehülle“ immer mehr zur „Gebäudehaut“ entwickeln, einem System, das nicht nur Wetter-, Wärme- und Sonnenschutz bietet, sondern in ständigem intelligenten Austausch mit seiner Umwelt steht."

Die große Bedeutung dieser Themen für die Öffentlichkeit wurde dokumentiert durch die Anwesenheit von Kirsten Roßels, Vertreterin des Fachbereich Wirtschaft, Wissenschaft und Europa der Stadt Aachen.  Frau Roßels erläutert: „Als Stadt Aachen freuen wir uns über die innovativen und zukunftsorientierten Projektideen, die an der Aachener Hochschule entstehen, so z. B. die adaptive Textilfassade. Diese Entwicklungen unterstreichen die Bedeutung der Wissenschaftsstadt Aachen und ich würde es begrüßen, wenn diese und weitere Technologien auch in Aachen zukünftig sichtbar werden.“

Prof. Dr. Gries vom Institut für Textiltechnik resümiert: „Wir sehen eine große Chance darin, als Textilforscher gemeinsam mit renommierten Experten anderer Disziplinen konkrete Lösungsansätze für unsere städtischen Lebensräume zu entwickeln. Ich bin sicher, dass wir so das städtische Klima angenehmer gestalten und die Schadstoffbelastung reduzieren können.“

Technische Textilien treffen Leichtbau beim internationalen Messe-Duo mtex+ und LiMA am 29./30. Mai 2018 in Chemnitz
Tschechien und Österreich stark vertreten / Kooperation von mtex+ und SALTEX Dornbirn vereinbart

„Exzellente Verbindungen – Technische Textilien treffen Leichtbau“ lautet künftig der gemeinsame Slogan des am 29./30. Mai 2018 in Chemnitz (Deutschland) stattfindenden Messe-Doppels mtex+ und LiMA. „Er bringt das auf der jüngsten gemeinsamen Beratung von den Fachbeiräten befürwortete engere Zusammengehen beider Messen auf den Punkt. Ein folgerichtiger Schritt, denn die Themen Technische Textilien und Leichtbau weisen eine ständig wachsende Schnittmenge auf, die Grenzen sind fließend“, erläutert André Rehn, Leiter Messen der C³ GmbH, Chemnitz. „Zudem existiert in der sozusagen gastgebenden mitteldeutschen Industrieregion ein überdurchschnittlich stark ausgeprägtes Forschungs- und Entwicklungspotenzial auf den genannten Gebieten. Die Akteure hier spielen wahrlich Zukunftsmusik. Nicht minder wichtig für Aussteller wie für Fachbesucher sind die von uns so bezeichneten ‚exzellenten Verbindungen‘. Wer zu unserem kleinen aber feinen Messe-Duo der kurzen Wege und erschwinglichen Preise kommt, weiß: In Chemnitz habe ich mehr Zeit und Gelegenheit für den Aufbau und die Pflege vertrauensvoller Geschäftskontakte als bei kaum überschaubaren Großveranstaltungen, auf denen eilige Betriebsamkeit herrscht. Wir schaffen die Basis für die langfristig tragfähige Qualität solcher Kontakte. Die nahezu parallel, am  28. und 29. Mai, auf unserem Messegelände stattfindende 16. Chemnitzer Textiltechnik-Tagung ist ein zusätzlicher Anreiz, uns zu besuchen. Auch sie schlägt thematisch die Brücke zwischen moderner Textilherstellung und vielfältigen Leichtbau-Anwendungen.“ Die 7. Int. Messe für Technische Textilien mtex+ und die Leichtbaumesse LiMA präsentieren sich künftig im Internet gemeinsam unter: www.mtex-lima.de.

Wie Projektleiterin Katja Bauer berichtet, haben sich zum Messe-Doppel bereits interessante Aussteller aus Deutschland, Frankreich, Österreich, der Schweiz und Tschechien angekündigt. Insgesamt elf Firmen präsentieren sich am umfangreichen Kollektivstand des in Prag ansässigen Textilverbandes ATOK und des tschechischen Techtex-Cluster CLUTEX.  Die in Österreich wirkende Smart-Textiles Plattform hat die Teilnahme von sieben Firmen angekündigt. „Wir waren bereits die letzten Jahre mit einem Gemeinschaftsstand auf der mtex+ dabei und wollen unsere seinerzeit geknüpften Kontakte erweitern“, erläutert Smart-Textiles-Koordinater Günter Grabher. „Wir freuen uns, dass die Messegesellschaften von Chemnitz und Dornbirn vor wenigen Tagen offiziell die Kooperation zwischen der mtex+ und der SALTEX vereinbart haben.“  Kernstück der Übereinkunft ist die gegenseitige Gewährung von vorteilhaften Bedingungen für die Präsentation von Firmen aus den Textilregionen Vorarlberg und Ostdeutschland.  „Aus unserer Sicht ergänzen sich die Profile beider Veranstaltungen in optimaler Weise“, sagt Dr.-Ing. Jenz Otto, Hauptgeschäftsführer des Verbandes der Nord-Ostdeutschen Textil- und Bekleidungsindustrie e.V. (vti), Chemnitz. Er kündigte an, dass sich mehrere Mitgliedsfirmen des vti am 12. und 13. Sept. 2018 erstmals mit einem Kollektivstand auf der SALTEX präsentieren werden. 

Hauptthemen der mtex+ sind funktionalisierte Textilien, textile Verfahrens- und Prozessentwicklung  sowie Herstellung und  Recycling  von  textilen Verbundstoffen. Die Sonderausstellung „flexible.protect“ zeigt innovative Schutz- und Sicherheitstextilien. Die Themenschau „health.textil“ sowie eine Projekt-Werkstatt sind Gesundheitstextilien für Klinik, Pflege, Kur und Wellness gewidmet.

Die 2. SALTEX stellt Smart Textiles in den Mittelpunkt und führt deren Entwickler mit (potenziellen) Anwendern aus Branchen wie Bautechnik, Mobilität, Medizin sowie aus dem Sport- und Lifestyle-Sektor zusammen. Zweites Schwerpunktthema sind textile High-Performance Materials (HPM). Zum Programm gehören zudem das Smart-Textiles-Symposium sowie Besuche in Vorarlberger Textilfirmen. Die SALTEX wird erstmals parallel zur 57. Internationalen Fasertagung Dornbirn-GFC veranstaltet.

Prof. Dr. Konstantin Kornev, Clemson University, USA, hat am Institut für Textiltechnik (ITA) der RWTH-Aachen University einen Vortrag über biologisch inspirierte, Faser-basierte Nanofluidik gehalten. In einem sehr lebendigen Vortrag zeigte er auf, wie durch Butterfly proboscis, eine flexible Faser, die als Fütterungsgerät von Schmetterlingen und Motten dient, die Rolle der Oberflächenmorphologie und Chemie dieser komplexen multifunktionellen Fasern zu verstehen ist. Hierbei konnte er mit Hilfe der Röntgenphasen-Kontrast-Bildgebung, der Hochgeschwindigkeitsoptischen Bildgebung und von magnetischen Sonden komplexe Mechanismen von Fluid- und Rüssel-Wechselwirkungen nachweisen. Mit den Grundprinzipien des Rüssel-Funktionierens demonstrierte er anschaulich in dem Vortrag, wie flexible Faser-basierte Sonden für den Transport von kleinen Mengen an Flüssigkeiten entworfen und produziert wurden. Garne aus Nanofasern mit entsprechender Porosität haben außergewöhnliche Fähigkeiten, unterschiedliche Flüssigkeiten zu transportieren. Einige Biotechnologie-Anwendungen von Faser-basierten Sonden wurden im Vortrag gezeigt.

Jochen Adler, Vice-President und Chief Technology Officer der Oerlikon Textile GmbH & Co. KG, überreichte im Mai Prof. Dr. Thomas Gries, Leiter des Instituts für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen University, einen Oerlikon Barmag Take-Up Wickler als Teilschenkung. Der neue Wickler vom Typ ASW602 ersetzt den vorherigen Barmag Take-Up Wickler des Institutes und ist mit moderner Steuerungssoftware und Bedienoberfläche ausgestattet. Durch diese Modernisierung steht dem Institut für Textiltechnik ein Take-Up Wickler der neusten Generation für die vielfältigen Forschungsprojekte zur Verfügung. Der neue Wickler wird an den beiden Pilotschmelzspinnanlagen des ITA verwendet und gewährleistet die Übertragung neuer Erkenntnisse aus der Forschung und Entwicklung vom Labor- in den Pilotmaßstab. Dazu verfügt er über zwei Wickelpositionen und läuft mit Wickelgeschwindigkeiten von 2500 m/min bis 5500 m/min. Geeignet ist der neue Wickler für unterschiedliche Polymere von Polypropylen über Polyethylen, Polyester, Polyamid etc. und Garntypen wie z. B. Industriegarn, vorverstrecktes und vollverstreckte Garne.

„Wir bedanken uns herzlich für die großzügige Teilschenkung durch Oerlikon Barmag und die Unterstützung während der Inbetriebnahme des neuen Take-Up Wicklers“, freut sich Prof. Dr. Thomas Gries. „Durch die neue Ausstattung wird der Maschinenpark des Institutes auf einem modernen und leistungsfähigen Niveau gehalten.“ Und Chemiefasertechnik-Bereichsleiter Dr. Thorsten Anders ergänzt: „Dieser Wickler ist speziell auf die Anforderungen in der Chemiefaserforschung zugeschnitten. Er ermöglicht Forschung und Entwicklung auf dem Stand der Technik und die Produktion im Pilotmaßstab. Wir werden ihn für die Schmelzspinnanlagen im Einkomponenten- und Zweikomponenten-Spinnprozess verwenden. So können wir auf eine große Spanne an produzierbaren Garneigenschaften zurückgreifen.“

Das Institut für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen University hat gemeinsam mit der Firma mezzo-forte Streichinstrumente aus Werther einen zerlegbaren Kontrabass aus carbonfaserverstärkten Kunststoff (CFK) entwickelt, dessen Hals und Corpus durch eine Verbindungsstelle aus CFK zerlegt werden können. Hier ergibt sich ein großer Vorteil beim Transport: So misst der zerlegbare Kontrabass maximal 1,10 m in der Länge anstelle von 2 m Länge in nicht-zerlegtem Zustand. Damit kann der zerlegbare Kontrabass per PKW und in Standardgepäckboxen transportiert werden und spart die bisherigen hohen Transportkosten als Sondergepäck ein.

Die eigentliche Innovation liegt darin, dass sowohl Verbindungsstelle als auch das Instrument aus CFK gefertigt sind und so keine klanglichen Einbußen durch einen Werkstoffwechsel in der Verbindungsstelle entstehen. Warum? Eine Verbindungstelle muss gleichzeitig sehr steif und robust sein. Hier stellt carbonfaserverstärkten Kunststoff das ideale Baumaterial für einen Kontrabass dar, da er eine hohe Steifigkeit und gute mechanische Eigenschaften besitzt. Wenn Instrument und Verbindungsstelle aus unterschiedlichen Werkstoffen sind, kann dies zu einer klanglich inaktiven Region im Instrument und damit zu einem schlechten Klang und einem instabilen Instrument führen.