Aus der Branche

Zahlreiche Menschen weltweit sind von Bettlägerigkeit betroffen – sei es durch Krankheit, Unfall oder Alter. Da sie sich oftmals nicht von allein bewegen oder drehen können, kann es zu einem sehr schmerzhaften Wundliegen kommen. Mit Materialien, deren Form und mechanische Eigenschaften sich an jeder Stelle programmierbar ändern lassen, soll das Wundliegen künftig vermieden werden. Beispielsweise könnte die Härte und Steifigkeit von Matratzen, die aus programmierbaren Materialien hergestellt wurden, in jedem beliebigen Bereich per Knopfdruck eingestellt werden. Darüber hinaus verformt sich die Unterlage selbstständig so, dass ein hoher Druck an einer Stelle auf eine größere Fläche verteilt wird. Das Bett wird dort, wo es drückt, automatisch weicher und elastischer. Zusätzlich können Pflegekräfte gezielt ein ergonomisches Liegen patientenspezifisch einstellen.

Material plus Mikrostrukturierung
Materialien für Anwendungen, die eine gezielte Änderung der Steifigkeit oder Form benötigen, entwickeln Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer CPM, das durch sechs Kerninstitute geprägt wird und zum Ziel hat Programmierbare Materialien zu konzipieren und produzieren. Doch wie lassen sich Materialien überhaupt programmieren? »Wir haben grundsätzlich zwei Stellschrauben: Das Grundmaterial – im Falle der Matratzen thermoplastische Kunststoffe, für andere Anwendungen metallische Legierungen, auch Formgedächtnislegierungen – und insbesondere die Mikrostruktur«, erläutert Dr. Heiko Andrä, Themenfokussprecher am Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM, einem der Kerninstitute des Fraunhofer CPM. »Die Mikrostruktur der sogenannten Metamaterialien setzt sich aus einzelnen Zellen zusammen, die wiederum aus Strukturelementen wie kleinen Balken und dünnen Schalen bestehen.« Während die Größe der einzelnen Zellen und ihrer Strukturelemente bei herkömmlichen zellulären Materialien wie Schäumen zufällig variiert, ist sie bei den programmierbaren Materialien zwar auch variabel, jedoch genau festgelegt – sprich programmiert. Diese Programmierung erfolgt beispielsweise so, dass Druck an einer bestimmten Position zu gewünschten Formänderungen an anderen Stellen der Matratze führt, um etwa die Auflagefläche zu vergrößern und die Körperzonen optimal zu stützen.

Materialien können auch auf Wärme oder Feuchte reagieren
Welche Formänderung das Material aufweisen soll und auf welche Reize es reagiert – mechanische Belastung, Wärme, Feuchte oder auch ein elektrisches oder magnetisches Feld – lässt sich ebenfalls über die Wahl des Materials sowie seine Mikrostruktur bestimmen.

Der Weg in die Anwendung
Ein einzelnes Material kann komplette Systeme aus Sensoren, Reglern und Aktuatoren ersetzen. Das Ziel des Fraunhofer CPM ist durch Integration der Funktionen in das Material die Komplexität von Systemen zu senken und den Einsatz von Ressourcen zu reduzieren. »Wir haben bei der Entwicklung der programmierbaren Materialien stets das industrielle Produkt mit im Blick, so berücksichtigen wir unter anderem die Serienfertigung und die Materialermüdung«, sagt Franziska Wenz, stellvertretende Themenfokussprecherin am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM, ebenfalls eines der Kerninstitute des Fraunhofer CPM. Auch laufen bereits erste konkrete Pilotprojekte mit Industriepartnern. Das Forscherteam erwartet, dass die programmierbaren Materialien zunächst einzelne Komponenten in bereits bestehenden Systemen ersetzen werden oder in speziellen Anwendungen genutzt werden – etwa bei medizinischen Matratzen, Sitzen, Schuhsohlen und Schutzbekleidung. »Schrittweise könnte sich dann der Anteil an programmierbaren Materialien erhöhen«, schätzt Andrä. Schließlich lassen sich diese überall einsetzen – sowohl in Medizin- und Sportartikeln, in der Softrobotik wie auch in der Weltraumforschung.

• Herr Dr.-Ing. Moniruddoza Md. Ashir vom ITM wurde am 12. Oktober 2021 für seine Dissertation "Entwicklung von neuartigen textilbasierten adaptiven Faserkunststoffverbunden mit Formgedächtnislegierungen“ mit dem Innovationspreis des Industrieclubs Sachsen 2020 ausgezeichnet.
• Der Preis ist mit 5.000 EUR dotiert und wird jährlich an einen Absolventen der TU Dresden verliehen.

Die Entscheidung zur Vergabe des Innovationspreises des Industrieclubs Sachsen 2020 erfolgte im Sommer 2021 durch ein Preisgericht. Die Verleihung des Innovationspreises erfolgte im Rahmen einer Veranstaltung des Industrieclubs Sachsen im Schloss Eckberg in Dresden am 12. Oktober 2021.

In der Dissertation werden alternative Ansätze auf Basis von innovativen textilbasierten adaptiven Faserkunststoffverbunden (FKV) mit strukturintegrierten Formgedächtnislegierungen konzipiert, umgesetzt, erprobt und im Vergleich mit konventionellen technischen Lösungen evaluiert. Daher galt es, eine Vielzahl bisher ungelöster konzeptioneller sowie textil- und materialspezifischer Fragestellungen zu bearbeiten und tiefgreifend zu analysieren. Hierzu zählen die Entwicklung neuartiger Ansätze und technologischer Lösungen sowohl zur reproduzierbaren Einstellung einer anforderungsgerechten Grenzschicht zwischen der Formgedächtnislegierung in Drahtform sowie dem umgebenden Faserverbundwerkstoff, als auch zur vollautomatischen Integration des textilverarbeitbaren Aktors in die Verstärkungsstruktur. Weitere Zielstellungen bestanden in der Ermittlung von Struktur-Funktionseigenschaftsbeziehungen, dem Nachweis der funktionalen Langzeitstabilität sowie der Konzeptionierung und Erprobung von industrierelevanten Funktionsdemonstratoren. Hier wurden adaptive FVK als bionisch inspirierter Flug-, Nachgiebigkeits-, Greif-, Spann-, gezielter Flüssigkeitssteuerungs-, Wisch- und Fortbewegungsmechanismus konzipiert. Diese Demonstratoren repräsentieren alle wesentlichen Funktionalitäten der adaptiven FVK-Kinematik und lassen sich leicht auf andere industrielle Anwendungsbereiche übertragen, wie z. B. die Flugzeug-, Automobil-, Medizin-, Soft-Robotik-, Bau- oder Industrietechnikbranche.

Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten erfolgten in enger Zusammenarbeit mit der Industrie, wie z. B. thoenes Dichtungstechnik GmbH und Elbe Flugzeugwerke GmbH und werden zukünftig am ITM intensiv fortgesetzt. Die neu entwickelte Technologie und Strukturen werden dem Leichtbau insbesondere als Knotenelemente für Rahmentragwerke im Fahrzeugbau, in der Luft- und Raumfahrt, im Maschinenbau sowie auch in der Architektur neue Impulse verleihen. Gegenwärtig wird forschungsseitig die Anwendung dieser Strukturen für medizinische Bereiche, insbesondere orthopädische oder prothetische Hilfsmittel, vorangetrieben.

Mit der PFAFF 4520 haben Ingenieure und Techniker von PFAFF eine vollautomatische, CE-konforme Maskenanlage für die Herstellung von mehrlagigen Einweg-Mund-und-Nasenmasken (MNS-Masken) konzipiert, welche die Anforderungen an ein "deutsches Engineering" in einmaliger Weise erfüllt. In dem Produkt stecken nicht  nur 150 Jahre Kompetenz beim Verbinden von textilen Materialien, sondern auch geballtes Know-how der Marken PFAFF INDUSTRIAL und KSL in den Bereichen Prozesssteuerung, Automatisierung und Robotik.

Die PFAFF 4520 ist eine eine solide und ausgereifte Produktionslinie (MADE IN GERMANY), welche eine extrem prozesssichere Arbeitsweise garantiert. In Zeiten von Covid-19 ist es wichtig auf das richtige Betriebsmittel für die Maskenfertigung zu setzen, um kostenintensive Nachjustierungen bzw. eine unnötige Zweit-Investition zu vermeiden.

Fakten der PFAFF 4520:

-    Maskengröße: 175 x 95 mm
-    Produktionsleistung: 3.500 - 4.000 Masken pro Stunde
-    1-, 2- oder 3- lagige Verarbeitung (Filter-/Vliesstoffe)
-    SPS-Steuerung der gesamten Maskenanlage
-    Ultraschall-Schweißkomponenten von deutschen Herstellern
-    Schutzumhausung zum Arbeitsschutz der Bedienperson
-    Verpackungsstation (auf Anfrage)
-    Druckstation für personalisierte Masken (auf Anfrage)

Starkes Maschinenkonzept, starker Pre- und After-Sales:

Das Kundenmaterial (Vlies- oder ähnliches Filtermaterial) und die gewünschte Anzahl der Lagen (1-, 2-, 3-lagig) werden von PFAFF-Ingenieuren auf die jeweilige Maschine abgestimmt. Nach Fertigstellung wird die Maschine im Kundenbetrieb "Ready to production" aufgebaut bzw. installiert.  Um eine schnelle Service-Reaktionszeit im After-Sales und dadurch eine max. Ausbringung zu gewährleisten, werden die PFAFF-Vertriebspartner (weltweit) in den Service & Support eingebunden.

• Erleben und Erforschen textiler Zukunftstechnologien zur vernetzten Fertigung und selbstoptimierenden Produktion

Industrie 4.0 – als globale Revolution, die keine Branche auslässt – ist geprägt von künstlicher Intelligenz, IoT, Robotik, 3D-Druck, Wearables, Nanotechnologie und fortschrittlichsten Materialien. Der Digitale Wandel geht auch nicht an Traditionsbranchen wie der Textilwirtschaft vorbei.

Vor allem im Bereich Automatisierung, Prozessoptimierung und Datenaustausch nimmt die Industrie 4.0 zunehmend Fahrt auf. Sie gestaltet und transformiert textile Bereiche und bringt neue Produkte und Dienstleistungen hervor wie etwa Sensorik in Textilien oder Augmented Reality im Produktionsumfeld.

Seit 2014 arbeiten die Akteure in futureTEX in einem interdisziplinären Kompetenznetzwerk aus Industrie- und Forschungspartnern. Damit unterstützt das Projekt den Wandel der traditionsreichen Textilbranche im Zeitalter der Digitalisierung zum zukunftsfähigen Industrieplayer – mit Technischen Textilien als Fundament. Alle Aktivitäten haben zum Ziel, die Position Deutschlands als Weltmarktführer im Textilmaschinenbau zu stärken sowie den Weg zu einer globalen Spitzenposition bei den Technischen Textilien bis 2025 weiter zu ebnen. futureTEX legt damit eine wichtige Grundlage für die Entwicklung der Branche zu einem der modernsten Wertschöpfungsnetzwerke zur Herstellung Technischer Textilien, Vliesstoffe und Composites.

Im Frühjahr 2016 wurde im Rahmen des Projektes der Aufbau einer Anschauungs- und Testumgebung initiiert. Im futureTEX Forschungs- und Versuchsfeld „Textilfabrik der Zukunft“ am Sächsischen Textilforschungsinstitut e.V. (STFI) zeigen zwei Demonstratorlinien die Herstellung Technischer Textilien vor dem Hintergrund der vernetzten Fertigung sowie der selbstoptimierenden Produktion anhand einer kontinuierlichen Vliesstoffproduktion. Lösungen für unterschiedliche textile Technologien, Automatisierungsgrade und Prozessstufen für die Textilbranche werden damit erlebbar und praxisnah dargestellt. Gleichzeitig dienen die Demonstratoren als Schnittstelle zwischen Wissenschaft und Industrie, um mittelständische Unternehmen für die technologischen und wirtschaftlichen Potenziale zu sensibilisieren.

Seit ihrer Inbetriebnahme wird die „Textilfabrik der Zukunft“ kontinuierlich weitergedacht. So wurde unter anderem an der Entwicklung und dem Einsatz von Industrierobotern gearbeitet. Diese ermöglichen Unternehmen unabhängig von der Unternehmensgröße Fertigungsprozesse flexibel zu gestalten und zu automatisieren.

Besonders die Handhabung biegeschlaffer Textilien stellte Robotersysteme in der Vergangenheit vor große Herausforderungen. Die stetige Weiterentwicklung von Schlüsseltechnologien ebnet nun den Weg für die Integration in ein textiles Umfeld. Durch den Einsatz von Nährobotern, die mit speziellen Sensorsystemen ausgestattet sind, werden zum Beispiel Verformungen des Textils oder Falten im Material erkannt und durch entsprechende Aktoren ausgeglichen. In der „Textilfabrik der Zukunft“ lässt sich ein Blick auf entsprechende Lösungen werfen, wie zum Beispiel zur robotergestützten Bandeinfassung, einem fahrerlosen Transportsystem, einem mobilen Roboter und einem Kamerasystem zur dreidimensionalen Raumüberwachung.

Interessierte Unternehmen können an den Demonstratorlinien die praxisnahe, branchenspezifische Umsetzung von Industrie 4.0-Konzepten erleben sowie damit experimentieren, um bestenfalls Lösungen auf ihre eigenen Prozesse zu übertragen. Gleichzeitig bietet sich die Möglichkeit, den klein- und mittelständischen Textilunternehmen schulungs- und trainingsbezogene Unterstützung bei der digitalen Transformation zu geben.

• Sechs Projekte aus den Bereichen Cobotics, Lebensmitteltechnik, Augmented Reality, Landwirtschaft, Deep Learning und Produktion siegreich.

Meerbusch – Die Gewinner des ersten Epson „Win-A-Robot“-Wettbewerbes für die Region EMEAR stehen fest. Es sind allesamt Projekte, in denen auf besonders innovative Weise Gebrauch von den Maschinen sowie der dazugehörigen Automatisierungstechnik gemacht wird. Die siegreichen Projekte entstammen Forschungs- und Lehrinstituten der Länder Ungarn, Irland, Deutschland, Italien und England.

„Für Unternehmen in Europa sind Robotik und Automatisierung Schlüsseltechnologien, um sich auch in Zukunft erfolgreich im internationalen Wettbewerb zu behaupten“, erklärt Volker Spanier, Head of Robotics Solutions von Epson in Europa. "Studierende der unterschiedlichen Richtungen müssen auf diese Entwicklung vorbereitet werden und sich den daraus entstehenden Herausforderungen stellen. Epson freut sich sehr, mit diesen jungen Talenten zusammenzuarbeiten und sie durch Bereitstellung interessanter Projekte bei der Entwicklung ihres Fachwissens zu unterstützen. Wir sehen die Bekanntgabe der Gewinnerprojekte sowie Lieferung der Maschinen daher nur als den Beginn einer langfristigen und fruchtbaren Beziehung zu den unterschiedlichen Lehr- und Forschungsinstituten.“

Herr Jörg Gleißner, Leiter Heinz-Nixdorf-Berufskolleg, ergänzt: „Der Einsatz des Epson Roboters in unserem Projekt demonstriert state-of-the-art Industrie 4.0-Technologie. Hierdurch werden unseren Schülerinnen, Schülern und Studierenden spannende und herausfordernde Lernmöglichkeiten an einem realen eigenentwickeltem Automatisierungsprozess geboten. Die Integration von hocheffizienten Robotern und Maschinen zur individuellen Produktfertigung erweckt den Industrie 4.0-Prozess zum Leben. Mit unserem Projekt und dem Einsatz des Epson Roboters können wir schon heute Möglichkeiten aufzeigen, wie in Zukunft eine flexible Fertigung unter Einbezug von Fertigungs- und Produktionsdaten angewendet wird. Unser Team freut sich sehr auf den Einsatz des Roboters.“

Das sind die sechs Gewinner des Epson „Win-A-Robot“-Wettbewerbes 2018:

• Heinz-Nixdorf-Berufskolleg in Essen, Deutschland, mit dem Projekt „Simulation of an Online Trade Using the Example of a Candy Filling Plant“
• Universität Pécs, Ungarn, mit dem Projekt „Robot Control with Augmented Reality Glass“
• Technological University Dublin (vormals Institute of Technology Tallaght and Institute of Technology Blanchardstown), Republik Irland, mit dem Projekt „Robotics, Food Production and Harvesting“
• Universität Plymouth, Großbritannien, mit dem Projekt „Self-Adaptable Robot Assisted Manufacturing in Intelligent Sustainable Work Cells“
• Universität Padua, Italien, mit dem Projekt „ChocoBot – Energy-efficient Customized Decoration of Celebration Cakes and Rapid Prototyping of Big Chocolate Structures“
• University Pavia, Italien, mit dem Projekt „Deep Learning for Safe Physical Human-Robot Interaction“

Die Gewinner wurden durch eine fünfköpfige Jury, bestehend aus Experten der Bereiche Politik, Wirtschaft und Wissenschaft, ausgewählt. Die Jurymitglieder, Professor Darwin Caldwell, italienisches Institut für Technologie, Eva Kaili, Mitglied des Europäischen Parlaments, Dr. Imre Paniti, Ungarische Akademie der Wissenschaften, Patrick Schwarzkopf, Geschäftsführer VDMA Robotik und Automation, sowie Yoshifumi Yoshida, Leiter der Abteilung Robotics Solutions Operations Division von Epson, folgten bei der Bewertung strengen Kriterien, nach denen die eingereichten Projekte gemäß den Punkten Innovation, Bildung und Weiterbildung, Nachhaltigkeit sowie ungewöhnlicher Einsatz eines Roboters bewertet wurden. Alle Projekteinreichungen belegten durch die ihnen innewohnende Kreativität und hohe Expertise die hohe Begabung der heranwachsenden Generation, der es obliegt, die zukünftigen Aufgaben innerhalb der europäischen Industrie zu bewältigen.

Epson wird in den kommenden Monaten, nach Installation der neuen Maschinen, eng mit den ausgewählten Instituten zusammenarbeiten, sodass neben den Gewinnerteams auch die anderen Studierenden lernen, Roboter für ihre Zwecke optimal einsetzen. Bis zum Jahr 2025 soll die Robotikbranche weltweit ein Geschäftsvolumen von mehr als eine Billionen Euro erreichen – vor diesem Hintergrund baut Epson die möglichen Einsatzgebiete seiner Roboter stetig aus, sodass sich Epson Automatisierungstechnik zukünftig in vielen unterschiedlichen Situationen wiederfindet. Ein Fokus liegt dazu auf der Bereitstellung leistungsfähiger, die Anforderungen des Marktes bedienende und trotzdem kostengünstiger Lösungen. Der „Win-A-Robot“-Wettbewerb von Epson bringt Lehr- und Forschungsinstituten Automatisierung näher und unterstützt die Ausbildung der kommenden Generation, sodass er ebenfalls zur Entwicklung neuer Lösungen beiträgt.

M. Sc. Niklas Minsch von der Daimler AG und externer Doktorand am Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM) der TU Dresden wurde für seine Entwicklungen zum Thema "Ultra-Leichtbau-Betriebsmittel aus generischen Faserverbundstrukturen - FibreTEC3D" am 10. Oktober 2017 mit dem handling award 2017 in der Kategorie "Handhabung und Montage" (1. Preisträger) im Rahmen der Messe "Motek" in Stuttgart ausgezeichnet.

Mit FibreTEC3D stellt Herr Niklas Minsch einen Greifer-/Betriebsmittelmodulbaukasten vor und errang in der Kategorie „Handhabung und Montage“ den ersten Platz. FibreTEC3D ist ein komplett neu entwickeltes Herstellungsverfahren für Kohlefaserkunststoffverbunde.

Essenziell dafür ist die dreidimensionale kernlose Wickeltechnik, welche in der Tec-Fabrik von Daimler in Kooperation mit dem ITM der TU Dresden im Rahmen der Promotion von Herrn Minsch entwickelt wurde. Dieses generative Fertigungsverfahren ermöglicht eine werkzeugfreie, flexible Ablage von Kohlefasersträngen im Raum, wodurch ein maximaler Leichtbaugrad bei minimalen Kosten und höchster Flexibilität erreicht werden kann.

Mit dem handling award wurden herausragende Produkte und Systemlösungen im Bereich der Fertigungs- und Montageautomatisierung sowie Neuerungen in den Fachgebieten Handhabungstechnik, Robotik, Materialfluss- und Fördertechnik prämiert. Während der Feierstunde übergab Prof. Dr.-Ing. Jörg Franke vom Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg sowie Vorstandsmitglied der Wissenschaftlichen Gesellschaft für Montage, Handhabung und Industrierobotik (MHI) als Laudator die Preise gemeinsam mit Herrn René Khestel, Geschäftsführer der WEKA BUSINESS MEDIEN GmbH, Herausgeber der Fachzeitschrift handling.