From the Sector

Gemeinsam mit insgesamt 46 Industriepartnern konnten mehrere, verschiedene Konzepte für Kunststoff-basierte Multimaterial-Batteriegehäuse erarbeitet werden, mit denen deutliche Einsparpotentiale bei Gewicht und Kosten möglich sind. Im Projektverlauf kristallisierten sich zwei wichtige Kernthemen heraus, die in Folgeprojekten gesondert behandelt werden sollen: Bodenaufprallschutz und Feuerbeständigkeit. Diese zwei Folgeprojekte starten am 26. Januar 2022. Ein Projekt zur Entwicklung und Realisierung von Prototypen für Mitte nächsten Jahres 2022 ist in Planung.

Batteriegehäuse gehören zu den Schlüsselkomponenten in E-Fahrzeugen und werden derzeit in der Regel aus Aluminium hergestellt. Genau diese Komponente analysierte das AZL in dem jetzt durchgeführten Projekt mit einem großen Konsortium aus Automobilherstellern, Automobilzulieferern, Rohstoffherstellern und Maschinenherstellern. „Der enorme Zuspruch aus der Industrie unterstreicht die Relevanz des Themas“, freut sich der Projektleiter Warden Schijve, der zudem sehr zufrieden mit dem Verlauf und den Ergebnissen ist. Schließlich lassen sich bis zu 36 % des Gewichts und bis zu 20 % der Kosten einsparen, wenn anstelle herkömmlicher Lösungen Multi-Material-Verbunde auf Basis von Kunststoffen zum Einsatz kommen.

Um zu den Ergebnissen zu gelangen, hat das AZL unter Mitwirkung seiner Partnerunternehmen, zu denen unter anderem Audi, Asahi Kasei, Covestro, DSM, EconCore, Faurecia, Formosa, Hengrui, Hutchinson, IPTE, Johns Manville, Magna, Marelli und Teijin, gehörten, zunächst fünf Subkomponenten eines Batteriegehäuses definiert: die Gehäusewanne, die Bodenschutzplatte, den Crash-Rahmen, die Querbalken und den Gehäusedeckel. Außerdem analysierten die Partner insgesamt 44 marktrelevante, existierende Serienkomponenten und Konzepte genauer und erstellten eine umfangreiche Übersicht über die verschiedenen Standards sowie Anforderungen auf nationaler, internationaler und OEM-Ebene. Prämisse dabei war, gleiche oder gar bessere mechanische Kennwerte zu erreichen als bei herkömmlichen Lösungen. So sollten beispielsweise mindestens gleiche Steifigkeiten, Sicherheiten bei seitlichem Aufprall, EMI-Abschirmung sowie Flammschutz vorhanden sein. Um nun die alternativen Lösungen zu ermitteln, entwickelte das AZL 20 Designkonzepte mit unterschiedlichen Materialkombinationen. Zur Analyse und Auslegung der verschiedenen Konzepte wurden mehr als 500 FEM-Modelle erstellt und über 1.500 CAE-Simulationen durchgeführt.

Während sich Folgeprojekt 1 mit einer anwendungsbezogenen Testmethode und der Untersuchung der Sicherheit verschiedener Materialkombinationen für den Bodenaufprallschutz beschäftigt, steht in Folgeprojekt 2 die Flammresistenz verschiedener Materialien und Materialkombinationen im Vordergrund. Ziel ist es Prüfverfahren zu entwickeln, die es erlauben, die Aufprall-/Feuerbeständigkeit auf Materialebene unter Berücksichtigung der spezifischen Anforderungen an ein Batteriegehäuse im Vergleich zu Standardmaterialien zu untersuchen.

Firmen mit Interesse an Herstellung von Batteriegehäusen können sich an Philipp Fröhlig und Alexander Knauff wenden:
Philipp Fröhlig, AZL Aachen GmbH, Senior Project Manager, Tel: +49 241 47573514, philipp.froehlig@azl-aachen-gmbh.de
Alexander Knauff, AZL Aachen GmbH, Manager Industrial Services, Tel: +49 241 47573516, alexander.knauff@azl-aachen-gmbh.de

Market and technology analysis confirms big potential for tape inserts in the injection molding process. Following the finalization of a major consortial project led by the Aachen Center for Integrative Lightweight Production (AZL) and the Institute for Plastics Processing at RWTH Aachen University (IKV), the result is clear: tape inserts offer enormous potential for injection molding parts. For suitable components, product costs and component properties can be positively influenced.

In cooperation with 20 industrial partners, the two renowned Aachen research institutes AZL and IKV carried out a detailed analysis of tape inserts in injection molded components over a period of eight months. The tapes, which are a few tenths of a millimeter thick, are continuous fibers, typically made of glass or carbon, completely impregnated and embedded in a thermoplastic matrix. The tapes can be precisely aligned to the loads in a component and are used primarily in high-performance applications with the aim of weight reduction. The aim of the conducted analysis was the identification of potential applications and the estimation of a wider range of applications.

The project was divided into several phases: Phase I was used to identify the current status. In 20 interviews with representative companies of the injection molding industry, the researchers gathered why tape inserts have rarely been taken into account so far, when defining the material concepts to be analyzed. The lack of information about the material class, the procedure and tools for the development process and the necessary production technologies were cited as major challenges. This is where the consortium will take action and provide comprehensive information during the “Technology Information Day” on the extensively prepared state of the art and the high degree of maturity of the supply chain. Based on the status quo, they developed a methodology for analyzing the technological and economic potential of tape inserts in injection molding applications.

Both the previous results and the planned follow-up projects are the subject of the “Technology Information Day" at K 2019, to which the companies involved in the study, the AZL and IKV, invite all companies along the value chain, from raw material manufacturers to injection molders to OEMs. (Date: 18th October 2019, 10:00 am to 1:30 pm, Trade Fair Düsseldorf CCD South, Room 002).

The consortium, amongst others consisting of Asahi Kasei Europe GmbH, BASF SE, Borealis AG, BÜFA Thermoplastic Composites GmbH & Co. KG, ENGEL AUSTRIA GmbH, Huesker Synthetic GmbH, LG Hausys R&D Center, Mitsui Chemicals, Nippon Electric Glass, Polyscope Polymers BV, POLYTEC GROUP, Simcon kunststofftechnische Software GmbH, SABIC and Toray International Europe GmbH, is inviting to the “Technology Information Day” at K 2019. The goal is to inform about the technology and to identify topics for future collaboration.

Am 11. April 2019 öffneten die 9 Partnerinstitute des AZL die Türen ihrer Maschinenhallen und Forschungslabore, um vor Ort umfassende Einblicke in ihre Forschungs- und Entwicklungskapazitäten im Bereich Leichtbau-Produktion und Verbundwerkstoffen auf dem RWTH Aachen Campus zu bieten. Als besonderes Highlight dieses Jahr präsentierte das AZL die selbstoptimierende Prozesskette "i-Composite 4.0": Fasersprühen - Trockenfaserplatzierung - adaptives RTM sowie AZL´s neue Proto-typ-Maschinenentwicklung "Ultra-Fast Consolidator Machine" für die hochproduktive und flexible Verarbeitung von thermoplastischen Bändern mit In-situ-Konsolidierung (Gewinner des JEC World Innovation Award 2019).

Mehr als 100 Teilnehmer aus externen Unternehmen sowie aus dem AZL-Netzwerk hatten die Möglichkeit, sich über die neuesten Technologien und Ausrüstungen der Leichtbau-Produktion zu informieren, die nutz-bringende Infrastruktur auf dem Campus kennenzulernen und sich mit international vertretenen Unterneh-men der gesamten Leichtbau-Wertschöpfungskette zu vernetzen, indem sie an fünf Führungen zu den Leichtbauminstituten teilnahmen.

Das AZL bündelte Inhalte im Bereich Textilien (ITA), Kunststoff- und Verbundstoffmaterialien (IKV), Produk-tionstechnologie (WZL, IPT, ILT und ISF), Qualitätssicherung und Produktions-integrierte Messtechnologie (WZL), Leichtbau-Design (SLA), Automobilproduktion (IKA) sowie Multi-Material-Systeme und Prozessin-tegration (AZL).

Einmal im Jahr bietet das AZL durch den Open Day einen exklusiven und in der Breite einmaligen Einblick in die F&E-Kapazitäten der Institute im Bereich Leichtbau und Composite Technologien auf dem Campus der RWTH Aachen. In fußläufiger Entfernung arbeiten auf einer der größten Forschungslandschaften Euro-pas Forscher und Studenten aus 9 Instituten an neuesten Technologien zur kosteneffizienten Entwicklung und Produktion von Leichtbauteilen. Die Forschung unter enger Einbeziehung von Industrieunternehmen deckt die gesamte Wertschöpfungskette von der Faserherstellung über die Werkstoff- und Verarbeitungs-technik bis zur Qualitätssicherung und die Komponentenerprobung ab.

• Tape Placement-Applikator "PrePro 3D" erfolgreich installiert

Im Oktober 2018 lieferte Conbility den modularen Klebeband-Applikator "PrePro 3D" innerhalb einer Lieferzeit von 4 Monaten an das Technologiezentrum AIMEN in O Porriño, Spanien.

Das Alleinstellungsmerkmal des PrePro 3D-Systems ist sein multifunktionaler Einsatzbereich: Es ermöglicht die lasergestützte thermoplastische Bandplatzierung, die IR-gestützte duroplastische Prepregplatzierung und die Trockenfaserplatzierung: Drei Technologien in einem einzigen modularen System.

Der JEC-prämierte "PrePro 3D" Bandplatzierungs- und Wickelapplikator ist als modulares Werkzeug mit dezentraler Steuerung und HMI (inkl. Regelung der Energiezufuhr in die Verarbeitungszone) für die "Plug-in"-Implementierung in bestehende Robotersysteme oder Maschinensysteme über Standardschnittstellen zur Kommunikation mit der übergeordneten Steuerung erhältlich. Conbility liefert sowohl den einzelnen Applikator als auch schlüsselfertige Systeme einschließlich Roboter und Handhabungssysteme.

Der PrePro 3D-Kopf basiert auf 25 Jahren Entwicklungsarbeit am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT) zur lasergestützten Bandverarbeitung mit In-situ-Konsolidierung.
Seit Januar 2018 ist Conbility Vertragspartner des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie, IPT, für die Vermarktung und Weiterentwicklung der Bandanlagen "PrePro 2D" und "PrePro 3D".

Flexible Preisgestaltung für Conbility´s Prozesskalkulationssoftware OPLYSIS
Die Prozesskostenrechnung für die intuitive Prozesskettenmodellierung und Kostenbewertung per Drag-and-Drop ist ab sofort in drei Preismodellen ab 95 € pro Monat und Anwender verfügbar. Derzeit hat Conbility mit der Entwicklung einer Echtzeit-Prozessmodellierung und -Überwachung begonnen, z.B. für den Plan-Ist-Kostenvergleich und die Gesamtproduktivitätsanalyse. Darüber hinaus unterstützen die Produktions- und Kostenexperten von Conbility vor Ort z.B. bei der Bewertung und Optimierung von Technologie und Produktionsstandorten, der Prozesskostenanalyse sowie bei der Datenerfassung und -auswertung.

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.

Wie sieht der Möbelmarkt aus und welches Potential bieten Faserverbundkunststoffe für die Möbel von heute und morgen? Dieser Frage geht das AZL zusammen mit Firmen der Composite- und Möbelindustrie nach. Ergebnis wird ein Überblick über den aktuellen Markt und die bisher einsetzten Materialien sein sowie ein Ausblick auf zukünftige Massenanwendungen für Faserverbundkunststoffe (FVK). Die Studie ist offen für interessierte Firmen und startet mit einem Kick-Off-Meeting auf der Composites Europe in Stuttgart am 07. November 2018.

Möbel, ihr Design und Funktion haben sich in den letzten Jahrzehnten stark gewandelt: Vom massiven, lebensbegleitenden Möbelstück zum Trendgegenstand, vom handgefertigten Einzelstück zum Massenprodukt, vom Aufbewahrungsgegenstand zum smarten Alleskönner. Damit einher geht eine gesteigerte Vielfalt bezüglich des Designs und der verwendeten Materialen – und ein großes Potential für Composites, die zusätzliche Gestaltungsfreiheit und außergewöhnliche mechanische Eigenschaften bei geringem Gewicht bieten.

Studie bietet Überblick über Möbelmarkt und Alleinstellungsmerkmale von Composites
Um das Potential von Faserverbundkunststoffen systematisch zu identifizieren und diese gezielt und vermehrt in zukünftigen Möbelanwendungen einzusetzen, startet das AZL zusammen mit Firmen der Möbel- und Composite-Industrie eine Studie. Innerhalb von viereinhalb Monaten wird der Markt für Möbel segmentiert, Design- und Technologietrends herausgearbeitet und die technischen Anforderungen für Möbel und Möbelbauteile aufgeschlüsselt, um Anwendungen mit hohem Potential für Composites zu identifizieren. Übergeordnetes Ziel ist es, den Auswahlprozess und Bedarf des Möbeldesigners so zu verstehen, dass Composites gezielt als Alternative zu konventionellen Materialen in den Markt gebracht werden.

Virginia Bozsak, Technical Manager Composites bei ARKEMA Innovative Chemistry beteiligt sich an der startenden Studie: „Steigende Bevölkerungszahlen machen den Einsatz umweltfreundlicher Materialien unumgänglich und fordern Lösungen für die Wiederverwertung von Materialien. Zusätzlich müssen diese Materialien besondere Gestaltungsfreiheit ermöglichen, wenn sie in den schnell wandelnden Märkten, wie dem Möbelmarkt eingesetzt werden sollen. Arkema beantwortet diesen Bedarf bereits mit niedrigviskosem thermoplastischem Harz Elium®, das wie Duroplaste verarbeitet werden kann, um strukturelle und ästhetische Composite-Bauteile herzustellen. Mit der gemeinsamen Studie möchten wir für unser Material spezielle Anwendungen im Möbelmarkt identifizieren, um Kreativität und Designmöglichkeiten zu unterstützen und die Zukunft zu revolutionieren.“

The Aachen Center for Integrative Lightweight Production (AZL) of RWTH Aachen University is installing a new ENGEL injection molding system in its technical center. Engel Deutschland GmbH – in cooperation with the ENGEL Centre for Lightweight Composite Technologies in Austria – will install the 2-component injection molding system with turning plate and 17,000 kN clamping force in 2019. This machine setup is the basis for further developments of efficient inline-combination technologies using different kinds of polymer performance materials.

The ENGEL injection molding system will enable innovative combinations of already established fiber-reinforced plastics (FRP) processes and the development of new individual processes. The focus is on increasing resource efficiency in lightweight production. With the new equipment, new research and development initiatives can explore the more efficient use of materials, which are eventually the key to the mass production of lightweight components. The research will address multi-material systems, continuous processes, process chains as well as self-optimizing processes.

Dr.-Ing. Michael Emonts, Managing Director of the Aachen Center for Integrative Lightweight Production (AZL) is looking forward to realizing new innovative lightweight production process with the new injection molding system: “This new injection molding system offers us as specialists for lightweight production technology in cooperation with the injection molding experts of the Institute of Plastics Processing – the IKV – the opportunity to establish hybrid processes for industrial lightweight applications. The system will expand our existing machinery in the AZL Technical Center and will be available as an important platform for lightweight production research at RWTH Aachen University.”

Being a Partner of the AZL, ENGEL has already been working closely with the AZL for many years as a Partner Company of the AZL Partner Network. Dr. Stefan Engleder, CEO of the ENGEL Group, emphasizes the importance of close collaboration with technical universities and especially with the AZL: “The AZL provides great conditions for industry-related research activities in the field of lightweight composites as it is characterized by a strong interdisciplinary approach. It benefits from the great infrastructure and the collaboration with well-known institutes of the RTWH Aachen University. ENGEL is looking forward to working together with the AZL on developing efficient lightweight composite mass production processes.”

In addition to the numerous composite and lightweight equipment at the RWTH Aachen Campus, the AZL Technical Center comprises large-scale equipment for the development of processes for lightweight production, such as a composite press from Schuler Pressen GmbH with 18,000 kN clamping force.

The AZL will continue its collaboration on composites in buildings and infrastructure after completing an initial market and technology study which identified new potentials for composite technologies in buildings and infrastructure markets. The aim of the new AZL Workgroup which will meet for the first time on January 25th, 2018 is to jointly develop new applications and to support the business development for composites in these two growing markets. The meeting is open to interested companies from the composite industry as well as the building and infrastructure markets.

The aim of the initial workgroup meeting will be to turn insights from the study into a long-term workgroup collaboration and to define topics and initiatives for the joint cooperation in the field of process and manufacturing technologies, fire safety regulations, materials as well as standards and norms. Industrial keynote presentations will introduce these action fields and will provide an insight into building and infrastructure applications for composites. The meeting will furthermore provide a platform to network with companies along the entire composite value chain.

Dr. Amer Affan, CEO and founder of AFFAN Innovative Structures based in Dubai is in charge of various composite projects for buildings such as the Museum of the Future in Dubai: “We have been utilizing structural composites in construction since 2010. Composites is a truly high-tech material compared with the traditional building materials (steel, concrete, timber and aluminum) but it is still to be recognized as such in the conservative and price-sensitive building industry. AZL, particularly its location at the RWTH Aachen University and its partner companies, offers a good platform to progress the use of composites in construction.”

AZL together with more than 25 companies just completed the Joint Market and Technology Study on “New Potentials for Composite Technologies in Buildings and Infrastructure” establishing a broad knowledge on business opportunities for composite technologies in these two growing markets. In a structured approach, the study determined the key segments as well as the technologies/applications with the highest market and technological potential. Analyses of 20 market segments, investigation of 438 applications, technology analyses of 25 highlight components and 11 detailed business cases were elaborated throughout the study. Additional to requirement analyses for materials and production technologies, new concepts for efficient profitable production technologies and cost engineering analysis were developed. With the workgroup, the AZL will take this initiative a step further with the aim to build a long-term cooperation platform for composites in buildings and infrastructure markets.

Justin Jin, CEO of the Korean company AXIA Materials participated in the study and is part of the AZL Partner Network: “As producer of large thermoplastic composite sheets and composite SIP (Structural Insulated Panel), we are eager to drive composites in B&I applications with the best efficient way. The AZL study on Buildings and Infrastructure provided us a great networking with key players in this business field and opportunities to strengthen our products with the key elements from partners. The study also gave us a proper market understanding including market size/volume in numbers to prove the value of this technology to building industry. We are looking forward to following up on these first insights and to realize applications with the AZL and its partners.”

Besides the networking options, the meeting will offer the opportunity to get an insight into the activities of the AZL Network consisting of nine research institutes at the RWTH Aachen Campus and more than 80 companies from 21 countries. During an optional guided tour, participants will visit selected institutes at the RWTH Aachen Campus. The meeting is open to all interested companies and free of charge.

More Information on Meeting and the Study
Information on AZL activities in the field of buildings and infrastructure:
www.azl-lightweight-production.com/composites-buildings-infrastructure
Details and registration to first Workgroup Meeting on January 25th, 2018:
http://www.azl-lightweight-production.com/termine/1st-workgroup-meeting-buildings-infrastructure