Aus der Branche

• Prozessbänder für Imprägnierung und Trocknung aus einer Hand

In der Glasvliesproduktion setzen Trocknerbänder der GKD Gruppe weltweit Maßstäbe. Nahezu alle Hersteller vertrauen auf die Ebenheit und Querstabilität dieser Metallbänder. Mit der Erweiterung des Portfolios um Imprägnierbänder liefert GKD jetzt aus einer Hand Bänder für Kernprozesse in der Glasvliesfertigung.

Imprägnierbänder haben entscheidenden Einfluss auf die Effizienz des Produktionsprozesses und die Qualität des Endprodukts. Parameter wie Größe der Maschenöffnung, Anzahl der Auflagepunkte und Art der Gewebebindung tragen maßgeblich zum Prozesserfolg bei. Auf Basis von Marktumfragen entwickelte GKD für Imprägnierprozesse drei verschiedene Bandtypen. Mit ihren unterschiedlich großen Maschenöffnungen decken sie das gesamte Anforderungsspektrum ab: Type 1780 (8/6,1 Fäden pro Zentimeter), Type 1830 (9,2/7,5 Fäden pro Zentimeter) und Type 1865 (11/9 Fäden pro Zentimeter). In Abhängigkeit von der Kundenspezifikation bezüglich Länge und Stärke der eingesetzten Glasfasern, individueller Binderzusammensetzung, Prozess und Endprodukt wählt GKD aus diesem Spektrum gemeinsam mit dem Kunden das optimale Band aus.

Als geschätzter Lieferant von zuverlässigen Produkten und Services sowie kompetenter Ansprechpartner in Fragen der Anlagentechnik kennt GKD die Prozesse, Anlagen und Produkte nahezu aller Hersteller von Glasvliesen. Das hierdurch über Jahre gewachsene Vertrauensverhältnis paart der Weltmarktführer für technische Gewebe für Industrie und Architektur mit jahrzehntelang bewiesener Kompetenz im Bereich Kunststoff-Prozessbänder. Insbesondere in der anspruchsvollen Nonwovens-Fertigung gelten Kunststoffbänder von GKD als Garant für Effizienz und Produktqualität. Die neuen Imprägnierbänder von GKD für die Glasvliesherstellung aus prozessspezifisch modifiziertem Linear-Screen - auch als Leinenbindung bekannt - zeichnen sich durch exakt auf die jeweilige Anwendung abgestimmte Porengrößen und Luftdurchlässigkeit sowie durch eine stabile Kantenstruktur für eine sichere Randabtastung aus. Dank spezieller, prozessabhängiger thermischer Veredelung überzeugt ihre Gewebekonstruktion durch exzellente Laufeigenschaften. Die glatte Oberfläche gewährleistet überdies eine ebenso leichte wie schonende Produktablösung.

Lieferbar in allen gängigen Breitenklassen für Glasvliesanlagen mit Produktionsgeschwindigkeiten bis zu 450 Metern/Minute sind sie eine attraktive Alternative zu herkömmlich eingesetzten Bändern. Da GKD die Prozesse, Anlagen und Produkte der meisten Hersteller seit Jahren kennt und durch das Tochterunternehmen GKD USA auch auf dem Kernmarkt für Glasvliese in den USA kurze Lieferzeiten sicherstellt, haben Glasvlieshersteller weltweit nun eine attraktive Option: Bezug der erfolgskritischen Prozessbänder für Imprägnierung und Trocknung aus einer jahrelang bewährten Hand.
 

Dass Schmaltextilien im Fitness- und Reha-Bereich häufig im Einsatz sind, hat gute Gründe – sie sind hochflexibel, hochfest, sicher, leicht und hautfreundlich. Essenzielles Bauteil sind häufig JUMBO-Textilien: mit Elastics lässt sich kinetische Energie in potenzielle Energie umwandeln. Elastische Kordeln und Kabel gehören deshalb zu den wesentlichen Bauteilen fast aller Fitness-Geräte und -Tools. Die Elastizität der Trampolin-Seile verleiht schließlich dem Sprungtuch seine notwendige Kraft. Erst die elastischen Expander-Kordeln erzeugen den gewünschten Widerstand des Krafttrainingsklassikers.

Das Kraft-Dehn-Verhältnis der elastischen Kordeln und Kabel wird – wie alle anderen Eigenschaften – für den jeweiligen Einsatz entsprechend individuell und optimal spezifiziert. Abhängig von den konkreten Anforderungen der Schmaltextilien im jeweiligen Produkt entwickeln Expertenteams Kordeln und Kabel aus Hightech-Fasern und an Hightech-Anlagen: technische Textilien, die speziell auf das Gerät und seine Funktionen abgestimmt sind

Darüber hinaus sind unelastische Kordeln– je nach Typ und Konstruktion – als Zug- und Verbindungselemente für die Funktionalität der Fitnessgeräte essenziell. Oft sind auch textile Bauteile als Befestigungs- oder Fixierungssystem fester Bestandteil der Gerätetechnik.

• Batteriedeckel aus SMC – Was Composites für die Elektromobilität leisten können

Die schnelle Entwicklung der Elektromobilität hat die gesamte Werkstoffentwicklung vor neue Herausforderungen gestellt. Besonders die Batterie, ein Herzstück der Elektrofahrzeuge, stellt ausgesprochen hohe Anforderungen an die eingesetzten Materialien und Lösungen.

Bei dem Batteriegehäuse (sog. Wanne) stellen metallische Werkstoffe in Profilform (vor allem Aluminium und spezielle Stähle) bezüglich der Crashanforderungen eine etablierte Lösung dar. Bei den Batteriedeckeln stehen verschiedene Lösungen in Wettbewerb. Je nach Konzept und Hersteller werden metallische (Aluminium, bzw. Stahl) sowie nichtmetallische Werkstoffe (Kunststoffe) bzw. deren Kombinationen eingesetzt.

Welche Anforderungen werden an die potenziellen Materialien für Batteriedeckel gestellt, um in Betracht gezogen zu werden?

Dieser Artikel betrachtet vorrangig die sehr guten Verwendungsmöglichkeiten von Sheet Molding Compounds (SMC). Fünf wichtige Merkmale der Funktion eines Batteriedeckels werden nachstehend kommentiert.

1.    Mechanische Eigenschaften

Das Batteriegehäuse besteht hauptsächlich aus Aluminium – bzw. Stahlprofilen, es kann allerdings auch im Aluminiumdruckverfahren hergestellt werden. Das Gehäuse beherbergt die Zellen, die Kühlung, die Verkabelung und schützt die Batterie vor Crash - / Crush – Schäden. Außerdem ist das Gehäuse ein Teil der gesamten Fahrzeugstruktur. Für die mechanischen Anforderungen des Batteriedeckels ist faserverstärkter Kunststoff (SMC) eine passende Lösung, die folgende Vorteile bietet:

•    gute Zug – und Biegefestigkeit erhöhen die Steifigkeit,
•    SMC ermöglicht die Verteilung dieser Eigenschaften über das gesamte Bauteil,
•    Verwendung verschiedenster Fasertypen und Glaskugeln ist möglich,
•    mögliche Fasersysteme, wie uni – und multidirektionale, sowie randomisierte Schnittfasern, erhöhen die mechanischen Eigenschaften,
•    lokale Verstärkungen der Wanddicken unterstützen diese Verbesserungen und
•    stabile und vorhersehbare Eigenschaften im breiten Temperaturbereich von minus 60°C bis 150°C und darüber hinaus, keine Versprödung, kein Schmelzen bzw. Aufweichen sprechen für diesen Werkstoff.

2.    Flammwidrigkeit und Temperaturbeständigkeit

Im Falle eines Batteriebrandes hat der Insassenschutz höchste Priorität, damit die Passagiere rechtzeitig das Fahrzeug verlassen können, das Elektrofahrzeug muss den sog. 'Run away test‘ bestehen. Ein Brand kann entstehen, wenn folgende Faktoren eintreten:

•    elektrische Überladung, Kurzschluss, Fehlfunktion der Steuerelektronik
•    mechanische Einwirkungen, wie z. B. ein Crash des Fahrzeuges.

Im Brandfall können Flammen oder heiße Gase mit Temperaturen von bis zu 1100°C auftreten, die feste Partikel der Zellen beinhalten, also wie ein Sandstrahlgebläse wirken. Dünne Blechdeckel widerstehen hier nur kurzzeitig, weshalb zusätzliche Platten aus Stahl oder Geweben verwendet werden müssen, um die Sicherheitsanforderungen zu erfüllen.
SMC bietet hier folgende Vorteile:
•    die Nutzung von unterschiedlichen Füllstoffen ergeben höchste Flammwidrigkeiten,
•    durch die Verwendung von einer Faserverstärkung wird eine Formstabilität und elektrische Isolation garantiert und
•    es gibt kein Spontanversagen aufgrund von Erweichen (Thermoplaste) oder Schmelzen (Metalle).

3.     Teilegeometrie und Werkzeugkosten

Batterien aus dem Bereich der Elektromobilität haben in der Regel große Dimensionen und ein komplexes Design, um die Zellmodule, Elektronik, Verkabelung und Kühlung aufnehmen zu können. Das führt zu reliefartigen Deckelformen, die als Metallversion nur durch einen mehrstufigen Tiefziehprozess hergestellt werden können.
SMC bietet hier folgende Vorteile:
•    Herstellung mit nur einem Werkzeug,
•    Bauteilhöhen von 20mm bis 800 mm sind im gleichen Teil möglich,
•    umlaufender Rand incl. Dichtungsnut ausführbar,
•    Materialschwindung ist einstellbar und kann auch als sogenannte Null-schwinder eingestellt werden,
•    partielle Wandstärkenerhöhungen für die Flammwidrigkeit sind möglich,
•    einstufiger Herstellprozess (Fließpressverfahren).

Bei der Montage gewinnt die Geometriegenauigkeit der SMC – Deckel eine besondere Wichtigkeit, wodurch die Dichtungspressung optimiert und der fast verzugsfreie Deckel einfach montiert werden kann.
Hier ist das SMC den metallischen oder thermoplastischen Lösungen deutlich über-legen.

4.     EMV Abschirmung

Wie alle Kunststoffe, hat SMC - im Gegensatz zu Metallen - keine elektromagnetische Abschirmwirkung. Daher müssen SMC Bauteile mit einem zusätzlichen Bauteil (Blech bzw. Folie) großflächig verbunden werden, was zusätzliche Kosten verursacht. Trotzdem bleibt ein SMC- Deckel mit entsprechender Abschirmungshilfe als Systemlösung absolut funktions- und wettbewerbsfähig.

5.      Emission

Da sich die Batteriegehäuse mit dem Interieur im Karosserieinnenraum befinden, sind Anforderungen an die Emissionseigenschaften (VOC und andere) zu erfüllen. Dies stellt folgende hohen Anforderungen an:

•    die chemische Zusammensetzung des Basisharzes,
•    das sorgfältige Rezeptieren,
•    die für die Aushärtung verantwortlichen Stoffe (Initiatoren, Inhibitoren, usw.),
•    die Sauberkeit in der Halbzeugproduktion und
•    die Kontrolle des Herstellungsprozesses.

All diese Elemente sind entscheidende Voraussetzungen, um die Emissionswerte unter Kontrolle zu bringen und nachhaltig zu garantieren. Dieser Herausforderung stellt sich die SMC Industrie und hat mittlerweile bewiesen, die notwendigen Mittel und Fähigkeiten zu haben, um die geforderten Emissionswerte zu erreichen.

Das Zusammenwirken aller oben genannten Faktoren zeigt eindeutig, dass Batteriedeckel aus SMC eine technische, die Sicherheit verbessernde und wirtschaftliche Alternative zu Bauteilen aus metallischen Werkstoffen darstellen. Es handelt sich also um einen optimalen Werkstoff für die Batterielösungen der E-Mobilität, der bereits bei einigen Fahrzeugen Verwendung in der Serienproduktion gefunden hat!

• Neuentwicklung im Bereich hydrophobe Oberflächen

Die SAUERESSIG Group fertigt seit Jahrzehnten Druck- und Prägewalzen für die unterschiedlichsten Industrien. Neben seinem umfassenden Produkt- und Dienstleistungsangebot legt, das Unternehmen einen starken Fokus auf Innovationen. Die hauseigene F&E-Abteilung arbeitet spartenübergreifend an Neu- und Weiterentwicklungen für die Bereiche Produkt- und Prozessoptimierung. Die Experten von SAUERESSIG Surfaces schaffen mit ihrer jüngsten Innovation einen wegweisenden Fortschritt am internationalen Markt:

Mit Hilfe eines modifizierten Heißprägeprozesses gelang die Erzeugung hydrophober Oberflächen - einer speziell entwickelten Oberflächenstruktur zur Nachahmung natürlicher Effekte. „Hydrophob kommt aus dem Altgriechischen und bedeutet ‚wassermeidend‘. Ein Extrembeispiel für solch eine Oberfläche sind die Blätter und Blüten der Lotusblume“, erklärt Robert Staudte, Sales Director SAUERESSIG Surfaces. Diese ist rau und zusätzlich mit wasserabweisenden Substanzen bedeckt. Durch seine typische Noppenstruktur gibt es nur wenige Kontaktstellen, so dass Tropfen darauf fast rund erscheinen. „Diese geringe Benetzbarkeit ist die Grundlage der von uns entwickelten Mikrostruktur. Je nach Material können wir mit Wasser auf der Oberfläche einen Kontaktwinkel von bis zu 150° erzeugen.“ Damit perlt Flüssigkeit sehr gut ab und aufliegende Schmutzpartikel werden leicht weggespült. Diese Selbstreinigungsfähigkeit vermindert die feste Anhaftung von Verschmutzungen aller Art und vereinfacht die Reinigung erheblich. Besonders bei Bodenbelägen und Möbeloberflächen sind Eigenschaften wie wasserfest oder feuchtigkeitsresistent für viele Verbraucher zum Synonym für besonders unempfindliche und pflegeleichte Produkte geworden. „Wir sehen in den hydrophoben Oberflächen großes Potenzial für die unterschiedlichsten Bereiche. Mit mittels Pikosekundenlaser gravierten Prägewalzen, ist es uns bereits gelungen, diesen Effekt auch in Coatings und Folien zu übertragen“, so Staudte.

SAUERESSIG Surfaces bietet seinen Kunden dazu umfassende Service- und gemeinsame Entwicklungsoptionen. Neben technischer Beratung und der Abwägung von Umsetzbarkeiten, unterstützen die Experten auch mit individueller Strukturentwicklung. Im hauseigenen Technikum können zudem Testabprägungen mit Heißprägeverfahren auf Folien bis 200°C realisiert werden.

• Neues Tiefdruckzentrum am Standort Mönchengladbach

Der SAUERESSIG Surfaces Standort in Mönchengladbach vereint von der Rohkörperfertigung über die galvanischen Prozesse bis hin zu den Gravurverfahren Molettage, Laserdirektgravur und Ätzung, alle gängigen Technologien unter einem Dach. Bereits im vergangenen Jahr wurde mit dem Ausbau und der umfassenden Modernisierung des Tiefdruckzentrums begonnen. Neben der Investition in neue Gravurmaschinen und Galvanikanlagen, wurden die Fertigungsprozesse in einem Flussprinzip angeordnet, um so eine optimale Durchlaufzeit und Qualität zu garantieren. Um auch den stetig wachsenden Anforderungen im Bereich der Mikrostrukturierung von Oberflächen gerecht zu werden, wurde zudem das Laserzentrum am Standort ausgebaut. „Mit den jüngst getätigten Investitionen und Umbauten, sehen wir uns für die Zukunft sehr gut aufgestellt und bieten auch weiterhin hervorragende Möglichkeiten gemeinsam mit unseren Kunden innovative Prozesse und Produkte zu entwickeln“, sagt Staudte.

• Personalmitteilung

Robert Staudte ist seit Oktober 2020 als Sales Director bei SAUERESSIG Surfaces tätig. Nach fast zwanzigjähriger Betriebszugehörigkeit bei der Windmöller GmbH, sammelte er bei der SWISS KRONO TEX GmbH & Co. KG sowie LCC Fiberon, North Carolina, weitreichende, internationale Kenntnisse bei führenden Unternehmen der Fußbodenindustrie. Zuletzt war Robert Staudte mehrere Jahre bei der Westag & Getalit AG und verfügt somit über essenzielles Know-How im Bereich von Holzwerkstoff- und Kunststoffoberflächen. Als neuer Vertriebsleiter bei SAUERESSIG Surfaces übernimmt er zukünftig standortübergreifend die Verantwortung für die Bereiche Dekor und Fußboden.

Funktionelle Sporttextilien versprechen Leistungssteigerung. Sie werden inzwischen nicht nur von Profis genutzt, sondern sind im Freizeitsport angekommen. Beim Training und der anschließenden Regeneration spielen Kompression und Wärme eine wichtige Rolle. Die DITF entwickeln im Rahmen eines Forschungsprojektes Sporttextilien, die mit Hilfe von beheizbaren Garnen Kompression mit aktiver Wärme kombinieren.

Kompressionstextilien stimulieren nachweislich die Gewebedurchblutung und unterstützen den Lymphabfluss. Dadurch werden die Muskeln effektiver versorgt und entgiftet. Nach der sportlichen Betätigung bewirkt Wärme eine schnelle Regeneration von Muskeln, Sehnen und Faszien. Sie steigert das Wohlbefinden und kann sogar den Heilungsprozess beschleunigen, wenn beim Training im Muskel feine Risse oder Entzündungen entstanden sind.

Für Kompressionstextilen haben sich maschentechnologische Fertigungsverfahren etabliert. Heizbare Kompressionstextilien werden auf Flachstrickautomaten in einem Stück als „full garment“-Teil entwickelt. Dabei müssen empfindliche, dehnstarre leitfähige Garne in hochdehnbare textile Flächen integriert werden. Sporttextilien sind großen thermischen, chemischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt. Die Kombination von häufigem Waschen, mechanischer Belastung und Schweiß stellen hohe Anforderungen an das Material. Im Projekt wird deshalb vor allem der Verschleiß von leitfähigen Garnen untersucht.

Damit das Textil in der Praxis besteht und marktfähig werden kann, wird neben dem optimalen Garn auch ein robustes textiles Zuleitungskonzept entwickelt, das die Heizflächen mit Energie versorgt. Optimierte Strickbindungen haben die Aufgabe, Kurzschlüsse zu verhindern und sorgen dafür, dass sich das Textil nicht lokal erhitzt, also keine sogenannten „Hotspots“ entstehen.

Neben den Textilien wird im Projekt auch die Elektronik zur Energieversorgung entwickelt.

Das Forschungsprojekt wird im Rahmen des Zentralen Innovationsprogrammes Mittelstand (ZIM) gefördert. Projektpartner sind warmX aus Apolda und das Ingenieurbüro Günter aus Esslingen.

Der weltweite Bedarf an Schutzmasken und -bekleidung hat seit Ausbruch der Corona-Pandemie bei Oerlikon Nonwoven zu einem Rekord-Bestellungseingang im oberen zweistelligen Millionen-Euro-Bereich geführt. Die Meltblown-Technologie aus Neumünster ist im Markt als eine der technisch effizientesten Methoden bei der Erzeugung hochabscheidender Filtermedien aus Kunststofffasern anerkannt.

Schutzausrüstungen verlangen hochwertige Vliesprodukte
Mit der steigenden Nachfrage nach Schutzmasken und anderer medizinischer Schutzausrüstung seit Beginn der Corona-Pandemie und dem damit verbundenen weltweiten Aufbau von Produktionskapazitäten stieg konsequenterweise auch die Nachfrage nach Vliesstoffen für deren Produktion. Zuerst zeichneten sich Engpässe bei der Versorgung mit Meltblown-Filtervliesen ab. So gab es bisher außerhalb Chinas kaum Produzenten für medizinisches Filtervlies. Mittlerweile steigt auch die Nachfrage nach Spinnvliesanlagen. „Aufgrund unserer Konzernstruktur sind wir in der glücklichen Lage, Kapazitäten kurzfristig umzuplanen und freisetzen zu können. So sind wir nicht nur bei Meltblown-anlagen, sondern auch bei Spinnvliesanlagen relativ kurzfristig lieferfähig“, erklärt Dr. Ingo Mählmann, Head of Sales & Marketing bei Oerlikon Nonwoven, die positive Situation im Unternehmen.

Die bislang in Europa für Atemschutzmasken zur Verfügung stehenden Kapazitäten werden überwiegend auf Anlagen von Oerlikon Nonwoven produziert. „Unsere Maschinen und Anlagen zur Herstellung für Chemiefaser- und Vliesstofflösungen genießen weltweit einen hervorragenden Ruf. Immer mehr neue Produzenten in unterschiedlichsten Ländern wollen unabhängig von Importen werden“, so Dr. Mählmann. Nach Deutschland, China, der Türkei, Großbritannien, Südkorea, Italien, Frankreich sowie Nordamerika und erstmalig auch Australien werden die Meltblown-Anlagen von Oerlikon Nonwoven weit bis ins Jahr 2021 hinein ausgeliefert.

Qualität und Effizienz gefragt
Medizinische PSA (persönlich Schutzausrüstungen) soll – je nach Anwendungszweck - atmungsaktiv und angenehm zu tragen sein, das medizinische Personal vor Viren, Bakterien und anderen Schadstoffen schützen sowie dem Eindringen von Flüssigkeiten widerstehen. Deshalb besteht sie oftmals entweder aus reinem Spinnvlies oder aus Spinnvlies-Meltblown-Kombinationsvliesen. Das Melt-blown-Vlies im Kern übernimmt hier die Barriere- bzw. Filteraufgabe, während das Spinnvlies formstabil, reißfest, abriebfest, saugfähig, schwer entflammbar und trotzdem angenehm weich auf der Haut sein muss.

Maske ist nicht gleich Maske – dank ecuTEC+
Der Schutz vor Infektionen wie durch das Corona-Virus ist nur dann gewährleistet, wenn die Qualität stimmt.

Um die Filterleistung noch weiter zu verbessern, ohne den Atemwiderstand weiter zu erhöhen, können die Vliese elektrostatisch aufgeladen werden. Die patentierte Elektro-Charging Unit ecuTEC+ von Oerlikon Nonwoven zeichnet sich hierbei durch besondere Flexibilität aus. Die Vliesstoffproduzenten können zahlreiche Variationsmöglichkeiten frei wählen und die für ihre Anwendung optimale Auflademethode und -intensität einstellen. Selbst kleinste Partikel werden so von einem relativ offenporigen Vliesstoff noch angezogen und sicher abgeschieden. Aufgrund der vergleichsweisen lockeren Anordnung der Fasern kann der Maskenträger dennoch gut ein- und ausatmen. So ist es nicht überraschend, dass alle aktuellen, für die Produktion von Maskenvlies verkauften Meltblown-Anlagen, mit ecuTEC+ ausgeliefert werden.

• Kohlenstoff mit mehreren Leben

Geht es um die Zukunft der motorisierten Mobilität, reden alle vom Antrieb: Wie viel E-Auto, wie viel Verbrenner verträgt die Umwelt und braucht der Mensch? Zugleich stellen neue Antriebe erhöhte Anforderungen nicht nur an den Motor, sondern auch an dessen Gehäuse und die Karosse: Für solch anspruchsvolle Anwendungen kommen häufig Carbonfasern zum Einsatz. Wie der Antrieb der Zukunft, sollten auch die Werkstoffe am Fahrzeug umweltfreundlich sein. Deshalb ist Recycling von Carbonfasern gefragt. Lösungen dafür haben Institute der Zuse-Gemeinschaft entwickelt.

Carbonfasern, auch als Kohlenstofffasern oder verkürzt als Kohlefasern bekannt, bestehen fast vollständig aus reinem Kohlenstoff. Sehr energieaufwändig wird er bei 1.300 Grad Celsius aus dem Kunststoff Polyacrylnitril gewonnen. Die Vorteile der Carbonfasern: Sie haben kaum Eigengewicht, sind enorm bruchfest und stabil. Solche Eigenschaften benötigt man z.B. am Batteriekasten von E-Mobilen oder in Strukturbauteilen der Karosserie. So arbeitet das Sächsische Textilforschungsinstitut e.V. (STFI) aktuell gemeinsam mit Industriepartnern daran, statisch-mechanische Stärken der Carbonfasern mit Eigenschaften zur Schwingungsdämpfung zu verknüpfen, um die Gehäuse von E-Motoren im Auto zu verbessern. Angedacht ist in dem vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Projekt die Entwicklung sogenannter Hybridvliesstoffe, die neben der Carbonfaser als Verstärkung weitere Faserstoffe enthalten. „Wir wollen, die Vorteile unterschiedlicher Faserstoffe verbinden und so ein optimal auf die Anforderungen abgestimmtes Produkt entwickeln“, erläutert Marcel Hofmann, STFI-Abteilungsleiter Textiler Leichtbau.

Damit würden die Chemnitzer Forschenden bisherige Vliesstoff-Lösungen ergänzen. Sie blicken auf eine 15-jährige Geschichte in der Arbeit mit recycelten Carbonfasern zurück. Der globale Jahresbedarf der hochwertigen Fasern hat sich im vergangenen Jahrzehnt fast vervierfacht, laut Angaben der Industrievereinigung AVK auf zuletzt rd. 142.000 t. „Die steigende Nachfrage hat das Recycling immer stärker in den Fokus gerückt“, betont Hofmann. Carbonfaserabfälle sind ihm zufolge für etwa ein Zehntel bis ein Fünftel des Preises von Primärfasern erhältlich, müssen aber noch aufbereitet werden. Dreh- und Angelpunkt für den Forschungserfolg der recycelten Fasern sind konkurrenzfähige Anwendungen. Die hat das STFI nicht nur am Auto, sondern auch im Sport-Freizeitsektor sowie in der Medizintechnik gefunden, so in Komponenten für Computertomographen. "Während Metalle oder Glasfasern als potenzielle Konkurrenzprodukte Schatten werfen, stört Carbon die Bilddarstellung nicht und kann seine Vorteile voll ausspielen“, erläutert Hofmann.

Papier-Knowhow nutzen
Können recycelte Carbonfasern nochmals den Produktkreislauf durchlaufen, verbessert das ihre CO2-Bilanz deutlich. Zugleich gilt: Je kürzer die Carbonfasern, desto unattraktiver sind sie für die weitere Verwertung. Vor diesem Hintergrund entwickelten das Forschungsinstitut Cetex und die Papiertechnische Stiftung (PTS), beide Mitglieder der Zuse-Gemeinschaft, im Rahmen eines Forschungsvorhabens ein neues Verfahren, das bislang wenig geeignet erscheinende Recycling-Carbonfasern ein zweites Produktleben gibt. „Während klassische Textilverfahren die ohnehin sehr spröden Recycling-Carbonfasern in Faserlängen von mind. 80 mm trocken verarbeiten, beschäftigten wir uns mit einem Verfahren aus der Papierindustrie, welches die Materialien nass verarbeitet. Am Ende des Prozesses erhielten wir, stark vereinfacht gesprochen, eine flächige Matte aus recycelten Carbonfasern und Kunststofffasern“, erläutert Cetex-Projektingenieur Johannes Tietze das Verfahren, mit dem auch 40 mm kurze Carbonfasern zu attraktiven Zwischenprodukten recycelt werden können. Das danach in einem Heißpressprozess entstandene Erzeugnis dient als Grundmaterial für hochbelastbare Strukturbauteile. Zusätzlich wurden die mechanischen Eigenschaften der Halbzeuge durch die Kombination mit endlosfaserverstärkten Tapes verbessert. Das Recyclingprodukt soll, so die Erwartung der Forschenden, glasfaserverstärkten Kunststoffen, Konkurrenz machen, z.B. bei Anwendungen im Schienen- und Fahrzeugbau. Die Ergebnisse fließen nun in weiterführende Forschung und Entwicklung im Kooperationsnetzwerk Ressourcetex ein, einem geförderten Verbund von 18 Partnern aus Industrie und Wissenschaft.

Erfolgreiche Umsetzung in der Autoindustrie
Industriereife Lösungen für die Verwertung von Carbonfaser-Produktionsabfällen werden im Thüringischen Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung Rudolstadt (TITK) entwickelt. Mehrere dieser Entwicklungen wurden mit Partnern beim Unternehmen SGL Composites in Wackersdorf industriell umgesetzt. Die Aufbereitung der so genannten trockenen Abfälle, hauptsächlich aus Verschnittresten, erfolgt nach einem eigenen Verfahren. „Dabei führen wir die geöffneten Fasern verschiedenen Prozessen zur Vliesherstellung zu“, sagt die zuständige Abteilungsleiterin im TITK, Dr. Renate Lützkendorf. Neben den Entwicklungen für den Einsatz z.B. im BMW i3 in Dach oder Hintersitzschale wurden im TITK spezielle Vliesstoffe und Verfahren für die Herstellung von Sheet Molding Compounds (SMC) etabliert, das sind duroplastische Werkstoffe, die aus Reaktionsharzen und Verstärkungsfasern bestehen und zum Pressen von Faser-Kunststoff-Verbunden verwendet werden. Eingang fand dies z.B. in einem Bauteil für die C-Säule des 7er BMW. „In seinen Projekten setzt das TITK vor allem auf die Entwicklung leistungsfähigerer Prozesse und kombinierter Verfahren, um den Carbonfaser-Recyclingmaterialien auch von den Kosten her bessere Chancen in Leichtbauanwendungen einzuräumen“, betont Lützkendorf. So liege der Fokus gegenwärtig auf dem Einsatz von CF-Recyclingfasern in thermoplastischen Prozessen zur Platten- und Profilextrusion. „Ziel ist es, die Kombination von Kurz- und Endlosfaserverstärkung in einem einzigen, leistungsfähigen Prozess-Schritt zu realisieren.“

Das Cetex Institut, die thermoPre ENGINEERING GmbH und die The FilamentFactory GmbH kooperieren bei der Entwicklung, Herstellung und Vermarktung neuartiger Hybridmaterialien. Der am 2. Oktober 2020 in Chemnitz gemeinsam unterzeichnete Kooperationsvertrag hebt die Zusammenarbeit auf eine neue Stufe. „Wir freuen uns, dem Endanwender die Hybridrovings nicht nur anwendungsangepasst liefern zu können, sondern auch das Engineering für spätere Bauteilanwendungen inklusive dem Prototyping der FKV-Bauteile anzubieten“, so Sebastian Nendel, geschäftsführender Direktor des Cetex Institutes.

Patentiertes Verfahren zur Herstellung von Hybridrovings
Das Cetex Institut hat in den letzten 3 Jahren eine Anlagentechnologie zur Herstellung von Hybridrovings entwickelt. Durch das patentierte Verfahren können kundenspezifisch verschiedene Materialkombinationen hergestellt werden. Dabei können Materialkombinationen aus Verstärkungsfasern (Glas, Basalt, Carbon, Aramid oder hochfesten Polymerfasern) mit Matrixfasern (PP, PET, PA, PPS, PEEK) kombiniert werden, aber auch Spezialkombinationen aus unterschiedlichen Verstärkungsfasern oder der Kombination von Verstärkungsfasern mit Metallfasern. Vorteile des neuartigen Hybridrovings sind die drehungsfreie und vollständig gestreckte Faserlage und die damit verbundene optimale Eigenschaftsausnutzung der Verstärkungsfasern, wie auch eine sehr gute Homogenität, wodurch in späteren Prozessschritten eine hervorragende Verarbeitung erzielt werden kann.

Serienproduktion als nächsten Schritt
Das nächste Ziel ist klar gesetzt: Im Rahmen der Vereinbarung soll das Verfahren durch die Projektpartner gemeinsam weiterentwickelt und bis zur Serienproduktion überführt werden. Diese gemeinsamen Aktivitäten bilden die Basis für eine langjährige intensive Zusammenarbeit auf diesem neuen Gebiet.

• Gestärkt in die Zukunft der Faserverbundanwendungen im Bauwesen

Das Fachnetzwerk CU Bau des Composites United e.V. stellt für die Entwicklung zum internationalen Verband strategische Weichen. Für den Einsatz von faserverstärkten Werkstoffen im Bauwesen konnte der erfahrene und in der Branche gut vernetzte Textil-Beton-Visionär Roy Thyroff ab September 2020 als Geschäftsführer gewonnen werden.

Bis 2019 widmete sich der Technische Betriebswirt und Industriemeister Textil als Geschäftsführer dem Aufbau der V. Fraas Solutions in Textile GmbH, entwickelte u.a. Maschinen- und Anlagentechnologien für die Herstellung und Weiterverarbeitung von Technischen Textilien, Textilbewehrungen und Carbon-Bewehrungen. Seit Juni 2019 ist er mit der Firma rothycon entlang der gesamten textilen Wertschöpfungskette aktiv. Von 2012 bis 2019 war Roy Thyroff außerdem Verbandsgeschäftsführer des Tudalit e.V., bis er Ende Juni 2019 in den Vorstand gewählt wurde.

CU Bau agiert für das Ziel, die gesamte Bauwirtschaft – von Bauherren über Architekten und Planern bis hin zu Zulassungsstellen sowie Bauunternehmen – mit Informationen und gut aufbereitetem, praxisorientiertem Wissen zu Bauprodukten mit faserverstärkter Beton- und Polymermatrix zu versorgen. Damit diese optimal, materialgerecht und mit entsprechenden Zulassungen einsetzt werden können. Schon heute treibt der CU Bau als überregionales Fachnetzwerk des international vernetzten Composites United e.V. für die ca. 400 Mitglieder aus Industrie und Wissenschaft die Akzeptanz und den flächendeckenden Einsatz von faserverstärkten Werkstoffen im Bauwesen voran.

• Nachhaltiges Bauen mit Carbonbeton: schnell, kostenreduziert, umwelt- und ressourcenschonend

Carbonbeton bringt zahlreiche Vorteile in der bautechnischen Verstärkung und Instandsetzung mit sich, speziell auch bei der Sanierung von Industriefußböden. Die HITEXBAU GmbH produziert auf Wirkmaschinen neuester Bauart und mit eigenen Beschichtungsanlagen Armierungsgitter für Beton aus Carbon, Basalt und AR-Glas. In einem innovativen, vollautomatischen Prozess können besonders großflächige und vielfältige Hochleistungs-Carbongelege kostengünstig für die Baubranche hergestellt werden. Wie zum Beispiel für die tschechische Firma Immogard s.r.o., die an verschiedenen Standorten Industrieflächen vermietet, u.a. im Industriepark Libravské Údolí. Hier waren rund 3.000 m² Industrieböden in drei Hallen zu sanieren. In Kooperation zwischen HITEXBAU und der Koch GmbH, Kreuztal, einem Spezialisten für Carbonbetonanwendungen im Sanierungsbereich, wurde ein Instandsetzungskonzept erarbeitet.

Spezielle Projektanforderungen: Hohe Traglast auf schwierigen Untergründen

Aufgrund der stark sanierungsbedürftigen Böden und sehr schwieriger Untergründe – minderfester Altbeton mit partiellen Ausbrüchen und Rissen, teilweise mit nicht tragfähigen Beschichtungen – war es wichtig, eine robuste und dauerhafte Lösung zur Erneuerung des Fabrikbodens umzusetzen. Zudem mussten hohe Nutzungsanforderungen als Produktionshalle mit dynamischen Sonderlasten durch bis zu 15 Tonnen schwere Maschinen sowie Staplerverkehr berücksichtigt werden. Die Randbedingungen und Gegebenheiten ergaben zwei Alternativen für die Erneuerung der Hallenböden: Den kompletten Rück- und Neubau der Böden aus Stahlbeton oder die Sanierung mit Carbonbeton.

Bodensanierung mit Carbonbeton: schneller und preiswerter

Nach Kostenermittlung beider Varianten empfahl sich eindeutig die Sanierung mit Carbonbeton. Diese brachte auch weitere, wesentliche Vorteile mit sich: Eine sehr schnelle Instandsetzung mit geringen Ausfallzeiten von lediglich 2 bis 3 Wochen vom Start des Projektes bis zur vollen Belastbarkeit und Nutzung des Bodens mit schweren Maschinen und Staplern. Zum Vergleich: Der vollständige Rück- und Neubau einer Stahlbeton-Bodendecke von 12 cm Stärke, ohne Beschichtung, würde 8 bis 10 Wochen benötigen. Im Kostenvergleich lag die Carbonbeton-Variante ca. 20 % unter der Stahlbeton-Variante. Die Instandsetzung mit Carbonbeton eines weniger geschädigten Bodens ohne Sonderbelastungen ergäbe einen Preisvorteil von über 30 %.

Unterschiedliche Carbon-Gelege: von flexibel bis starr und mit diversen Geometrien

Ziel der Instandsetzung war ein mechanisch stark beanspruchbarer, abriebarmer Boden. Für die neuen Industrieböden der drei Fabrikhallen – eine große Halle mit ca. 2.300 m², eine Halle mit ca. 380 m² und eine Halle mit ca. 600 m² altem Fliesenbelag – kamen je nach Erfordernis unterschiedliche Arten der Untergrundvorbereitung (Stemmen, Fräsen, Schleifen, Kugelstrahlen) zur Ausführung. Nach der Grundierung der Flächen wurden rund 5.000 m² der Carbonbewehrung verlegt. Optimal abgestimmt auf die unterschiedlichen Oberflächen wurden nach vorherigen Tragfähigkeitsberechnungen flexible und starre Gitter-Gelege diverser Geometrien kostenoptimiert verwendet.
     
3.300 m² Bodensanierung mit Carbonbeton in nur 2 bis 3 Wochen

Die Instandsetzung von industriellen Böden mit Carbonbeton erfolgt in sechs zeitnahen, zum Teil abschnittsbezogen, parallellaufenden Schritten: Abfräsen, Kugelstrahlen, Grundieren, Carbon-Gelege aufbringen, Egalisierungsschicht, abriebfeste Deckschicht.