Aus der Branche

Im Rennen um den sächsischen Landespreis „Baupraxis der Zukunft – nachhaltig, innovativ, zirkulär“ gehören zu den zehn Finalisten zwei Entwicklungen, die aus sächsischen Industrieforschungsprojekten erwachsen sind. Zum einen überzeugte das Holz-Textil-Faltwerk die Jury als innovatives Raumkonzept für modulares Arbeiten und Wohnen. Zum anderen fand die Jury Gefallen an einem Hybridbauteil für Holz-Beton-Verbunddecken, bei dem ein biobasiertes Hanffaserkunststofflaminat als Balkenverstärkung größere Spannweiten ermöglicht. Beide Projekte wurden am 8. März 2024 zur Preisverleihung im Rahmen der Baumesse HAUS in Dresden mit einer undotierten Anerkennung gewürdigt.

Holz-Textil-Faltwerke
Ein interdisziplinäres Entwicklerteam hat Holz-Textil-Faltwerke (HTF) konzipiert, die temporär zum Zweck des Schallschutzes, Sichtschutzes oder der räumlichen Abgrenzung aufstellbar sind. Die HTF sind selbsttragend und zeichnen sich durch kleines Packvolumen und Leichtbauweise aus. Unter Nutzung der Origami-Mathematik wurden mehrschichtige Holz-Textil-Verbunde entwickelt. Das Textil dient als zweidimensionales Scharnier der fertigen Konstruktion. Auf der Oberseite des Textils ist je nach technischer Anforderung eine entsprechende funktionale Schicht (z. B. Holz- oder Kunststoffelemente) zu fixieren. Dabei wird die Faltkinematik durch die Geometrie der biegesteifen Holzelemente bestimmt. Durch den Verbund aus biegeschlaffen textilen Materialien mit biegesteifen Holzelementen sind Faltbewegungen möglich, die eine selbsttragende Struktur entstehen lassen. Ein wahlweiser Einbau von Funktionselementen erhöht die Schallabsorption und -dämmung. Insgesamt entsteht durch die Origamifaltung von Holz und Textil ein ästhetisches Design. An der Entwicklung waren das Ressort Physik und Bauteile des Instituts für Holztechnologie Dresden gemeinnützige GmbH (IHD), die Hochschule für nachhaltige Entwicklung Eberswalde (HNEE) mit seinem Fachbereich Holzingenieurwesen sowie das Sächsische Textilforschungsinstitut e.V. (STFI) (Chemnitz) beteiligt.
Das IGF-Vorhaben 20946BR der Forschungsvereinigung Trägerverein Institut für Holztechnologie Dresden e.V. (TIHD) wurde unter dem Titel „Akustisch wirksame Origami-Faltwerke mit bedarfsgerecht anpassbarer Raumgeometrie auf Basis von Holz/Textilverbunden“ über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz auf Grund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert

Gro-Coce – Zukunftsfähiges Hybridbauteil aus Holz, Beton und Hanffasern
Zukunftsweisende Materialien bieten die Entwicklungen aus dem Bereich nachwachsender Rohstoffe in Kombination mit biobasierten Harzsystemen. Ein interdisziplinäres Team modifizierte die Herstellungstechnologie von Holz-Beton-Verbunddecken. Das Forschungsprojekt Gro-Coce verfolgte das Ziel, durch die Verbindung nachhaltiger Bauprodukte und -weisen ein innovatives Deckensystem zu entwickeln, welches auf Grundlage der Holz-Beton-Verbundbauweise (HBV-Bauweise) als ökonomische und ökologisch vorteilhafte Alternative zu den momentan vorherrschenden, energie- und ressourcenintensiven Deckenkonstruktionen aus Stahlbeton funktioniert. Das Deckensystem besteht aus Holzstegen, deren Zugzone durch hochleistungsfähige hanffaserbasierte Armierungstextilien verstärkt wird. Dadurch gelingt eine deutliche Reduktion des notwendigen Holzquerschnittes und eine anforderungsgerechtere sowie verantwortungsvollere Nutzung des Querschnitts für alle üblichen Spannweiten des Hoch- und Geschossbaus. Ziel war die Nutzbarmachung bisher nicht erreichter mechanischer Kennwerte der Hanfbastfasern, durch die Entwicklung neuartiger Bastfasergewinnungs- und Aufbereitungsmethoden. Für die Entwicklung des neuartigen Deckensystems kooperierten die Partner Hanffaser Uckermark (Prenzlau), Holzbau Meyer (Stollberg/Erzgebirge), Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur (Leipzig) sowie das Sächsische Textilforschungsinstitut e.V. (STFI), Fachbereich Web- und Maschenwaren, Verstärkungsstrukturen (Chemnitz). Das Forschungsprojekt ZIM KF4013848KI9 wurde unter dem Titel „Green organic reinforced high performance Timber Concrete Ceilings – Hanffaserkunststoffverstärkte, hochleistungsfähige und ressourceneffiziente Holz-Beton-Verbund-Decken“ über das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz auf Grund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Das niederländische Unternehmen Knitwear Lab macht aus Visionen Realität. Die Kreativschmiede bietet Kapazitäten in den Bereichen F & E, Design, Strickwaren-Entwicklung sowie Produktion von Prototypen und Kleinmengen und hat damit in den letzten Jahren eine breite Projektpalette umgesetzt. Diese reicht von medizinischen Produkten über Hightech-Sportswear bis hin zu Smart Textiles mit integrierten Sensoren. Auch Nachhaltigkeitsaktivitäten wie die Erzeugung von Garnen aus recyceltem Abfall gehören dazu.

Für die vielfältigen Aufgaben operiert Knitwear Lab an zwei Standorten: Entwicklungen entstehen in Almere in den Niederlanden und produziert wird in Istanbul. Beide Standorte verfügen über jeweils fünf Flachstrickmaschinen von STOLL, darunter auch Modelle der modernen ADF-Range. In Almere entstehen Prototypen und es gibt eine Fertigung in kleinem Maßstab. Der Produktionsbetrieb in Istanbul hat sich auf die Herstellung hochwertiger Strickwaren in kleinen Mengen spezialisiert. Auch bei den Kreativprozessen ist STOLL Partner. Für die industrielle Entwicklung von Strickwaren bietet Knitwear Lab Virtual Knitting, eine revolutionäre Methode, die virtuelle und materielle Elemente der Musterentwicklung und Strickwarenproduktion miteinander verbindet, um Abfallmengen und Vorproduktionsschritte zu sparen. Die Kunden können mit Virtual Knitting realistische, produzierbare Kollektionen kreieren, ihre Design-Iterationsprozesse vereinfachen und vielfältige Real-Life-Farbgebungen nutzen. Grundlagen hierfür sind ein umfassendes Strickwaren-Know-how, neueste 3D-Software und die Musterungssoftware CREATE PLUS, die von STOLL gemeinsam mit KM.ON entwickelt wurde.
 
„Die 3D-Visualisierung von CREATE vereinfacht die Kommunikation mit dem Kunden erheblich. Wir nutzen diese Funktion täglich“, sagt Annika Klaas, Senior Knitwear-Programmiererin. Sie persönlich schätze generell das unkomplizierte Gradieren und Austauschen der Stitch Dimensions und das damit mögliche viel schnellere und effizientere Arbeiten mit Dimensioned Shapes. Dies helfe ihr im Arbeitsalltag. „Wir haben öfter Anfragen, das gleiche Produkt in verschiedenen Garnen zu realisieren – das funktioniert nun viel schneller“, so die Programmiererin. Weitere Erleichterungen würden kleinere Optimierungen rund um das Thema Effizienz und Benutzerfreundlichkeit der Programmierung und zusätzliche Im- und Exportmöglichkeiten von Schnittdaten bringen. Die Gespräche zur Umsetzung laufen bereits.

Das ITM wird den Besuchern der JEC einen umfassenden Einblick in die aktuellen Arbeiten auf dem Gebiet der Maschinen- und Produktentwicklungen entlang der gesamten textilen Prozesskette geben.
Ein Highlight auf der JEC 2018 ist die Präsentation der vielfältigen Möglichkeiten, die die Struktur- und Prozesssimulation textiler Hochleistungswerkstoffe und textiler Fertigungsprozesse bietet.

Mittels skalenübergreifender Modellierung und Simulation wird am ITM ein tiefgreifendes Material- und Prozessverständnis erreicht. Dazu wurden Finite-Element-Modelle auf der Mikro-, Meso- und Makroskala entwickelt und validiert. Beispiele aus aktuellen Forschungsprojekten des ITM demonstrieren die vielseitigen Möglichkeiten und Einsatzbereiche der modernen Simulationsmethoden auf dem Gebiet der Textilmaschinen.

Weiterhin werden beispielhafte innovative konstruktive Highlights aus dem Bereich der Flachstricktechnologie durch das ITM vorgestellt. Eine besondere Herausforderung bei der Verwendung von Faserkunststoffverbunden (FKV) mit komplexen Freiformflächen ist neben der belastungsgerechten Auslegung eine wirtschaftliche und produktive Fertigung, wofür am ITM innovative, hochdrapierbare und anforderungsgerechte textile Halbzeuge entwickelt werden. Konstruktive Neu- und Weiterentwicklungen im Bereich Textilmaschinen erfolgen dabei in enger Zusammenarbeit mit namenhaften Textilmaschinenherstellern, wie u.a. Stoll, Steiger und Shima Seiki.  

Im Rahmen einer Projektbearbeitung konnte am ITM ein innovatives Verfahren für die kontinuierliche und damit hochproduktive Fertigung von komplexen, schalenförmigen und hohlprofilförmigen 3D-Preforms aus Hochleistungsfaserstoffen entwickelt und erfolgreich umgesetzt werden. Durch die prozessintegrierte Strukturfixierung eignen sich die Preforms hervorragend für die Weiterverarbeitung zu FKV-Bauteilen. Hierbei arbeitet das neue Umformverfahren ohne aufwändige, bewegte bzw. aktiv angetriebene Elemente. Daher ist die Ausformung komplexer Geometrien bei engen Bauraumsituationen besonders gut zu realisieren. Damit gelingt erstmals die kontinuierliche und reproduzierbare Herstellung geschlossener hohlprofilförmiger 3D-Preforms mit sehr guter und reproduzierbarer Qualität, die zur JEC ausgestellt werden.

Ein am ITM erfolgreich etablierter Entwicklungsschwerpunkt sind 3D-Strukturen in Form von Near Net Shape Preformen, die zur JEC präsentiert werden. Dazu gehören z.B. ebene und gekrümmte Bauteile mit integrierten Rippen für die Steigerung der Biegesteifigkeit von hoch tragenden Bauteilen, die am ITM kontinuierlich in einem simulationsgestützten Verarbeitungsprozess gefertigt werden. Eine besondere Herausforderung ist die Entwicklung von dringend benötigten anforderungsgerechten Knotenverbindungselementen aus Glas- und Carbon-Filamentgarnen, die mittels hochkomplexer simulationsgestützter Bindungskonstruktionen auf modernsten computergesteuerten Textilmaschinen am ITM hergestellt werden. Für diese Entwicklungen wurde das ITM mehrfach international ausgezeichnet.

Zum Thema Multimaterialcomposites auf Basis von textilen Halbzeugen und Metallblech werden Ergebnisse anhand von Technologiedemonstratoren offeriert, die im Rahmen interdisziplinärer und institutsübergreifender Forschung entlang der gesamten Prozesskette erfolgreich umgesetzt wurden. Im Rahmen mehrerer Forschungsprojekte wurde eine Prozesskette entwickelt, die eine kostengünstige und großserientaugliche Bauteilfertigung von FKV-Metallblech-Verbunden durch in-Situ-Umfom-Fügen aus den Halbzeugen erlaubt.  

Auf der JEC stellt das ITM auch exemplarische Demonstratorstrukturen wie Near Net Shape Preforms und textile Bewehrungen für Carbonbetonanwendungen vor, die mittels der am ITM fest etablierten Multiaxial-Kettenwirktechnologie, gefertigt worden sind. Durch eigene Weiterentwicklungen beim individuellen Kettfadenzulieferungs, -versatz und abzugssystem, bei der Fertigung thermoplastischer Hybridspreizbänder sowie bei dem online-Beschichtungssystem für textile Bewehrungen können maßgeschneiderte Halbzeuge hergestellt und neue Anwendungsfelder erschlossen werden.  

Weiterhin wird am ITM die Entwicklung und Umsetzung von neuartigen Garnkonstruktionen aus recycelten Carbonfasern (rCF) für neue Verbundwerkstoffe erfolgreich vorangetrieben. Mit einer sogenannten Spezialkrempelanlage werden recycelten Fasern aufgelöst, vereinzelt und zu einem breiten gleichmäßigen Band zusammengeführt. Anschließend können daraus auf Basis verschiedener Spinntechnologien neuartige Hybridgarnkonstruktionen aus gleichmäßig vermischten recycelten Carbon- und Thermoplastfasern gefertigt werden. Ausgewählte Garnkonstruktionen und daraus gefertige Demonstratoren werden den Besuchern zur JEC präsentiert.