Aus der Branche

• 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!

Hightech-Textilien sind ein weltweiter Wachstumsmarkt mit überraschend vielen Anwendungsmöglichkeiten. Beim Anwenderforum SMART TEXTILES am 24. und 25. März 2021 tauschten sich auch in diesem Jahr Industrie und Wissenschaft über neue Produkte, Trends und Marktchancen aus. Die Veranstaltung fand aufgrund der anhaltenden COVID 19-Pandemie in einem abwechslungsreichen digitalen Format statt.

Textilien mit intelligenten Funktionen sind die Zukunft. Wichtiges Beispiel ist die Automobilindustrie. Die Referenten präsentierten Textilien als Schnittstelle zwischen Mensch und High-Tech und als formschönes Interieur kombiniert mit vielen Funktionen. Ergänzt wird die hohe Funktionalität der Fahrzeuge mit interaktiver Kleidung für die Fahrer. Sie wärmt und kühlt je nach Bedarf, leuchtet automatisch beim Verlassen des Fahrzeugs, navigiert und lädt sich wieder auf, sobald sie an den Kleiderhaken gehängt wird. Auch smarte Mützen können in manchen Bereichen Helme ersetzen, indem sie für mechanischen Schutz und Sicherheit des Trägers sorgen und Insekten abwehren.

Über den Anwendungsbereich Mobilität hinaus gibt es vor allem in Medizin und Pflege Bedarf an intelligenten Textilien. Sensorische Sohlen in den Schuhen analysieren den Gang und helfen damit Ärzten und Physiotherapeuten, die optimale Therapie auszuwählen - zum Beispiel gegen Rückenschmerzen. Taschentücher, Stofftaschen oder Handschuhe aus speziellen Silbertextilien töten Viren und Bakterien. Eine Innovation, die in der Corona-Pandemie besonders gefragt ist.

Neue Textilelektroden überleben inzwischen sogar viele
Waschgänge und machen smarte Textilien alltagstauglich. Das ist besonders wichtig bei Sportbekleidung, mit der auch Hobbysportler gerne ihr Training tracken, auswerten und optimieren. Neu entwickelte Stoffe haften großflächig am Körper und stellen auf diese Weise sicher, dass Vitalparameter zuverlässig erfasst werden.

Waschbar und leitfähig sind auch Druckknöpfe, die im wahrsten Sinne des Wortes Kontaktierung per Knopfdruck herstellen. In den robusten Knöpfen steckt Elektronik wie Sensoren, Aktoren, LEDs und Schalter.

Das Anwenderforum zeigte auch in diesem Jahr, dass viele Visionen inzwischen realisierbar und marktfähig sind. Herausforderungen sind in Zukunft, nachhaltige Materialien und Prozesse einzusetzen sowie die E-Textiles zu recyceln. Darüber hinaus stellt die Datenflut, die durch die smarten Textilien erzeugt werden kann, hohe Ansprüche an die Sicherheit und die Verarbeitung der Daten.

Das Anwenderforum SMART TEXTILES wird jährlich von den Deutschen Instituten für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF), dem Forschungskuratorium Textil e. V. in Berlin und dem Textilforschungsinstitut Thüringen Vogtland e. V. (TITV) in Greiz veranstaltet, um den Austausch von Industrie und Wissenschaft in der in der D-A-CH-Region zu fördern.

Das 10. Anwenderforum SMART TEXTILES findet vom 2.-3. März 2022 statt und ist wieder als Präsenzveranstaltung kombiniert mit einer Firmenbesichtigung geplant. Der Veranstaltungsort wird rechtzeitig bekanntgegeben.

• Passion for Cotton!
• Bremen ist Baumwolle

Einmal mehr bestätigte die Internationale Baumwolltagung, wie eng Bremen mit dem Rohstoff Baumwolle und seiner international vernetzten Lieferkette verwoben ist. Schließlich gelang es der Bremer Baumwollbörse und dem Faserinstitut Bremen als Organisatoren der angesehenen Konferenz zum 35. Mal, die Baumwollwelt in Bremen zu versammeln. ‚Bremen‘ ist, so der Eindruck, vor allem international ein Inbegriff für Baumwolle, Baumwollforschung und Baumwollqualität. Mehr als 450 Teilnehmer aus 32 Ländern besuchten die Tagung.

Ein Treffen der Baumwollcommunity im World Wide Web
Die ursprünglich für 2020 geplante Konferenz musste aus bekannten Gründen um ein Jahr verschoben werden. Da aber auch zum aktuellen Zeitpunkt keine Präsenzveranstaltung möglich ist, traf sich die Baumwollcommunity erstmals in der fast 150jährigen Geschichte der Bremer Baumwollbörse in virtuellen Tagungsräumen im Internet.

Fast 90 Sprecher in 14 Sessions
Am 17. und 18. März trugen an die 90 Sprecher und Panelisten mit hochaktuellen Vorträgen oder ihrer Teilnahme an Diskussionsrunden und den Keynotes zum Gelingen der Tagung bei. Bremens Bürgermeister Dr. Andreas Bovenschulte, Stephanie Silber, Präsidentin der Bremer Baumwollbörse sowie Prof. Dr. Axel Herrmann, Direktor des Faserinstitut Bremen hatten die Konferenz mit ihren Reden zuvor feierlich eröffnet. Das anschließende Programm mit seinen 14 Sessions überzeugte durch Vielfalt und sein umfassendes Informationsangebot.

Die Tagungssessions waren in zwei parallel laufende Vortragsstränge aufgeteilt, gedacht für Besucher mit unterschiedlichen Informationsinteressen. Im ‚Conceptual Track‘ ging es um Informationsvermittlung zu einem eher politisch, strategischen Themenspektrum. Dies waren etwa nachhaltiger Baumwollanbau, Transparenz in der Lieferkette und unternehmerische Verantwortung. Im eher fachspezifischen ‚Technical Track‘ spielten technologische Fortschritte im Baumwollanbau durch Einsatz von Digitalisierung, Steigerung von Erträgen, Verbesserung von Faserqualität, Qualitätsprüfung und Standardisierung die entscheidende Rolle.

Parallel zu den Sessions fanden Posterpräsentationen bzw. Postertalks und Austauschgespräche mit Experten statt. Sie schlossen zum Teil an Inhalte der Vorträge an oder erweiterten den Erfahrungshorizont mit informativen Impulsen zu weiteren Themen. Hierfür waren auf der Tagungsplattform besondere virtuelle Räume eingerichtet worden, die während der Tagung für Kommunikationszwecke jeglicher Form für Teilnehmer offenstanden.

Expertenwissen State of the Art
Jeder Tagungstag begann mit jeweils zwei beeindruckenden Keynotes aus der Wirtschaft bzw. von Wirtschaftsverbänden, die sich den Herausforderungen der Baumwollindustrie aus unterschiedlichen Blickwinkeln näherten. Zu ihnen zählten Nanda Bergstein, Tchibo, Kai Hughes, ICAC, Heinz Zeller, Hugo Boss AG sowie Michael Alt und Eugen Weinberg, Commerzbank AG.

Deutliche Akzente setzten Paneldiskussionen zu Themen wie verantwortungsvolle Rohstoffproduktion, Lieferkettentransparenz und Kreislaufwirtschaft. Das galt ebenso für Vorträge zu Fortschritten bei der Baumwollsaatzucht und -produktion, zur Digitalisierung in der Landwirtschaft, Verarbeitungsprozessen von Baumwolle, Baumwollqualität und -prüfung sowie zur Vorstellung innovativer textiler Produkte aus Baumwolle.

Überzeugend war auch die Präsentation des Faserinstituts Bremen zu den Ergebnissen einer in Kooperation mit der Bremer Baumwollbörse weltweit durchgeführten Umfrage unter Spinnereien über störende Qualitätsmängel bei angelieferter Baumwolle, die Verwendung von Fasermischungen sowie den Einsatz von Baumwolle alternativer Produktionsmethoden. Große Aufmerksamkeit fanden auch die Resultate einer weiterführenden Befragung der Bremer Baumwollbörse unter Bekleidungsproduzenten und Einzelhandelsunternehmen. Sie lieferte Aussagen über die Bewertung von Baumwollqualität und sonstiger Baumwolleigenschaften, zur Verwendung von Textilien aus anderen Natur-, Misch- und oder Chemiefasern, zur Bedeutung von Nachhaltigkeit auf Handelsebene und zur Bereitschaft, Beschaffungsprozesse transparent zu machen.

Last but not least fanden an zwei Tagen vor Beginn der Konferenz internationale Netzwerkmeetings sowohl des Steuerungskreises der Discover Natural Fibres Initiative (DNFI) als auch des International Committee on Cotton Testing Methods (ICCTM) der International Textile Manufacturers Federation (ITMF) statt.

„Wir sind sehr stolz, dass die Premiere der Hybridversion der International Cotton Conference Bremen erfolgreich zu Ende gegangen ist. Mein Dank geht deshalb an alle, die das möglich gemacht haben“, betont Stephanie Silber, Präsidentin der Bremer Baumwollbörse und Geschäftsführerin des traditionsreichen Baumwollhandelsunternehmens Otto Stadtlander GmbH.

„Mit der aufmerksamkeitsstarken Zusammenstellung des Tagungsprogramms zeigt sich erneut, wie wertvoll die intensive Zusammenarbeit zwischen Faserinstitut Bremen und Bremer Baumwollbörse ist, bei der sich Wissenschaft und Praxis optimal ergänzen“, so Prof. Dr. Axel Herrmann für das Faserinstitut Bremen (FIBRE).

„Wieder einmal haben die Bremer führende Vertreter der Branche und aus der ganzen Welt zusammengebracht, um sich mit kritischen Fragen und Herausforderungen unserer Industrie zu befassen. Diese Konferenz hat die Nachhaltigkeitsbestrebungen weiter vorangebracht. Dies ist besonders wichtig für uns alle, die die technischen und wirtschaftlichen Möglichkeiten von Baumwolle verfolgen.“, bekräftigt Mark Messura, Senior Vice President, Global Supply Chain Marketing Cotton Incorporated.

Prof. Dr. Ing. Thomas Schneider, Hochschule für Technik und Wirtschaft (HTW), Berlin, ergänzt: „Wir haben gesehen, dass Baumwolle wegen ihrer Eigenschaften als natürlicher, innovativer, nachwachsender und biologisch abbaubarer und auch noch recyclebarer Rohstoff mit Blick auf die Zukunft unverzichtbar ist. Die Möglichkeiten seiner Verwendung gehen weit über die Verarbeitung zu Bekleidung hinaus und sind aus der Sicht der Forschung noch lange nicht ausgeschöpft.“

Die nächste Internationale Baumwolltagung findet vom 30.- 31. März 2022 statt, in dem Jahr des 150. Geburtstages der Bremer Baumwollbörse.

• ARMEDANGELS: Wie das nachhaltige Modelabel mit Shopware 6 auf Zukunftsfähigkeit setzt

Die Marke ARMEDANGELS darf sich heute zu den größten Eco & Fair Fashion Labels Europas zählen. Ein Team von fast 100 Mitarbeitern sorgt dafür, dass nachhaltige Mode sowohl über den erfolgreichen Shopware 6 Onlineshop als auch in rund 900 stationären Ladengeschäften verschiedener Handelspartner europaweit Kunden glücklich macht. Doch wie kam es zu dieser Erfolgsgeschichte?

Nachhaltigkeit ist nicht nur ein Trend, es ist eine Lebenseinstellung – insbesondere für die Gründer der Fashionbrand ARMEDANGELS. Das beweist allein die Tatsache, dass sich Martin Höfeler und Anton Jurina bereits 2007 dazu entschieden, sich von der bisherigen Mode-Industrie abzugrenzen und mit fairer Produktion und ökologischen Materialen neue Maßstäbe zu setzen. Weg von schnelllebigen Modetrends, unwürdigen Arbeitsbedingungen in den Produktionsstätten, hin zu zeitlosem Design, nachhaltigen und regenerativen Materialien, fairen Arbeitsbedingungen und fairer Bezahlung. Ausgezeichnet wurde das Label mit dem Fairtrade- und GOTS-Zertifikat und ist überdies Mitglied der Fair Wear Foundation.

Headless und API-first-Ansatz überzeugen ARMEDANGELS
Auch mit ihrem Onlineshop setzt das Kölner Unternehmen auf Innovationskraft und entschied sich für den Wechsel von Magento zu Shopware. „Wir wollten ein neues modernes System, das schnell ist, mobiles Shoppen in der Zukunft durch PWA noch einfacher machen kann und uns genügend Flexibilität und Einfachheit bei der Content Erstellung bietet“, erklärt Kristof Kruse, System Owner Webshop bei ARMEDANGELS, die Entscheidung für Shopware 6. Diese Version erfüllt die Anforderungen perfekt, schließlich bietet es die perfekte Grundlage für Headless E-Commerce und ermöglicht durch die neuen Erlebniswelten das einfache Erstellen von kanalübergreifenden Einkaufserlebnissen ohne technisches Vorwissen.
Mit ihrem bisherigen Shopsystem Magento stieß das Modeunternehmen an Grenzen: Der Hersteller stellte den Support für die eingesetzte Version Magento 1 ein und auch dem zunehmenden Mobile Traffic war das System nicht mehr gewachsen.

In nur sechs Monaten von Magento zu Shopware migriert
Bei der Umsetzung wurde das Unternehmen von der Shopware Agentur dasistweb begleitet. In nur sechsmonatiger Relaunchzeit wurde ein weltweiter Onlineshop auf Basis der Shopware Enterprise Edition konzipiert und livegestellt. „In partnerschaftlicher Zusammenarbeit zwischen ARMEDANGELS und uns entstand Hand-in-Hand das Konzept für den neuen Shop“, blickt Martin Weinmayr, CEO von dasistweb auf den Projektverlauf zurück.

„Mit einer Art ‚agilem Wasserfallprojekt‘ konnten Konzept- und Umsetzungsphase so parallelisiert werden, dass finalisierte Konzept-Bereiche bereits umgesetzt wurden, während noch an Konzepten für weitere Features gefeilt wurde. So konnte ARMEDANGELS beispielsweise ein sehr früher Start für die Content-Pflege ermöglicht werden, was unter anderem zu einer optimalen und verkürzten Projektlaufzeit verhalf“, beschreibt Weinmayr weiter.

Shopware Erlebniswelten: Einfache und schnelle Ausspielung bringen hohe Zeitersparnis
Schon nach kurzer Zeit konnte das E-Commerce-Team von ARMEDANGELS konkrete Vorteile durch den Relaunch für sich erkennen. „Wir profitieren von schnelleren Ladezeiten und einer viel schnelleren und einfacheren Landingpage-Erstellung, ohne Developer-Bedarf. Die Shopware Erlebniswelten sorgen für eine erhebliche Zeitersparnis in unserem Team“, so Kruse.

10 %-ige Steigerung des Umsatzes und der Conversion-Rate durch den Einsatz von Shopware
Auch die automatisierte Verzahnung von Shopware und ERP sorgen für große Erleichterung, so erfolgt die Retourenerstattung jetzt ganz automatisch unter Berücksichtigung der verwendeten Rabatte. Mit der Migration die richtige Entscheidung getroffen zu haben, beweisen auch die verbesserten KPIs, so steigerten sich durch den Einsatz von Shopware Umsatz und (mobile) Conversion um satte 10 %.
Fazit und Ausblick: Onlineshop stellt sich noch internationaler auf „Wir freuen uns über die sehr gute Teamzusammenarbeit mit dasistweb und Shopware, wodurch ein absolut rundes Projekt entstanden ist, welches wir auch zukünftig weiter vorantreiben werden. So planen wir konkret durch den Einsatz länderspezifischer Stores, eigenen Währungen und neuer Sprachen die Internationalisierung zu stärken“, blickt Kruse gespannt nach vorne. Auch hierfür bieten sich für ARMEDANGELS mit Shopware 6 durch Fähigkeiten wie Multi-Währung und Multi-Language oder konfigurierbare Steuerkalkulationen beste Voraussetzungen. Martin Weinmayr fasst das Projekt ebenfalls überaus positiv zusammen: „Insgesamt sind wir sehr stolz auf das, was zusammen geleistet wurde und wir freuen uns auf die weitere Zusammenarbeit, in der wir die Plattform Monat für Monat optimieren und ausbauen – ganz nach dem Motto THINK – CONCEPT – CODE – DEPLOY – MEASURE – REPEAT“.

•  Wie Berliner Forscher mit digitaler Technik Mikroplastik aufspüren und analysieren

Beim Kampf gegen Mikroplastik in der Umwelt drängt die Zeit. Forschende aus der Zuse-Gemeinschaft beschreiten mit innovativen Monitoring- und Analysetools neue Wege bei der Erfassung und Bestimmung von Kunststoffabfällen. „Mikroplastik finden und vermeiden“ fokussiert auf den Nachweis von Mikroplastik in Gewässern.

Jahr für Jahr gelangen laut einer Schätzung des Weltwirtschaftsforums (WEF) mindestens acht Millionen Tonnen Kunststoffabfälle in die Weltmeere. Einmal dort angelangt, zersetzen sich diese, sofern Gegenmaßnahmen fehlen, schrittweise zu gefährlichem Mikroplastikpartikeln (MPP). Während die Verschmutzung rapide wächst, ist der MPP-Nachweis verhältnismäßig zeitaufwändig. So muss für die heutigen Analysemethoden wie spezielle Infrarot-Spektrometer das Mikroplastik in mehreren Schritten aus der Probe isoliert werden.

Zu einer deutlichen Verkürzung der Analysezeit für Mikroplastik will Tobias Gerhardt, Chemiker an der Berliner Gesellschaft zur Förderung der naturwissenschaftlich-technischen Forschung (GNF) kommen.

In einem seit Anfang 2020 laufenden, vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Verbundprojekt zur Entwicklung von Mikroemulsionen für die Analytik von MPP und Biofilmen arbeitet sein Team zusammen mit der Universität Bayreuth, der Firma mibic und anderen Partnern daran, durch den gezielten Einsatz von Farbstoffen die Analyse von Mikroplastik zu verbessern und zu beschleunigen. „Durch die Auswahl spezieller Farbstoffe ist es möglich, in der Analyse bestimmte Kunststoffklassen wie z.B. Nylon, PET oder Polypropylen (PP) nur anhand der Fluoreszenzfarbe zu unterscheiden, wodurch wir die Analysezeiten massiv verkürzen können“, sagt Gerhardt. Die Forschenden wollen die Analysezeiten von mehreren Wochen auf einen bis wenige Tage reduzieren. Sichtbar werden die Mikroplastikteilchen dann mit ultraviolettem Licht unter dem Fluoreszenz-Mikroskop.

Farbstoffe für Mikroemulsionen
Eine Herausforderung für die Forschenden: Die Mikroplastikteilchen in der Analyse mit den Farbstoffen optisch von ihrer organischen Umgebung zu trennen. Denn an den Kunststoffpartikeln bilden sich in Gewässern schnell Biofilme und generell enthalten Umweltproben häufig viel organisches Material. Um die notwendige optische Trennung zu erreichen, nutzt Gerhardt in den wässrigen Lösungen, die er untersucht, die Eigenschaften von besonderen Mizellsystemen, und zwar von sogenannten Mikroemulsionen. Das sind dreidimensionale, zusammengelagerte Aggregate aus Tensidmolekülen, in die er Farbstoffe einbringt. Die Mizellen dienen als Transportmittel, um den Farbstoff direkt zum Plastik zu transportieren und dieses dann einzufärben.

„Mit den Mikroemulsionen die wir entwickelt haben, können wir Mikroplastik mit hoher Selektivität einfärben“, erläutert der GNF-Experte. Ein häufiges Problem beim Einfärben von Mikroplastik mit anderen Methoden ist, dass häufig auch biologische Bestandteile der Probe wie Holz und andere Pflanzenreste eingefärbt werden. „Da wir das Mikroplastik nicht nur oberflächlich anfärben, können alle störenden Anfärbungen von biologischem Material wieder abgewaschen werden und nur das Mikroplastik fluoresziert im UV-Licht“, so Gerhardt. Auf diese Weise will das GNF-Team innerhalb kurzer Zeit die Belastung an Mikroplastikpartikeln in einer Probe bestimmen. Die Kunststoffreste, denen die GNF-Wissenschaftler auf der Spur sind, reichen vom Millimeter großen Partikel bis in den Mikrometer-Bereich, der winzigste Teilchen von wenigen Tausendstel Millimeter Größe erfasst.

„Flocki“ für die Wasserwirtschaft
Im optimalen Fall wird Kunststoff in Gewässern gar nicht erst so klein oder aber im Klärwerk erfasst. Um im Klärwerk kleinste Schmutzpartikel im Mikrometerbereich filtern zu können, setzt die Wasserwirtschaft so genannte Flockungsmittel ein, welche die Partikel binden, damit diese zunächst Mikro- und dann Makropartikel bilden. Für deren Dosierung gibt es noch kein industriell etabliertes Verfahren und bekanntlich hilft viel nicht immer viel. Die Gesellschaft zur Förderung angewandter Informatik (GFaI e.V.), wie die GNF in Berlin-Adlershof ansässig, hat deshalb im vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Projekt „Flocki“ zusammen mit einem Industriepartner ein bildbasiertes Messsystem zur optimalen Dosierung für den Einsatz von Flockungsmitteln entwickelt. Es lässt sich auch für Mikroplastik einsetzen. Aus dem Projekt ist ein Aufnahmesystem hervorgegangen, an dem das Schmutzwasser direkt vorbei transportiert und im Anschluss die Aufnahmen analysiert und die Partikel vermessen werden. „Von den aufgezeichneten Bildern mit den sichtbar gemachten Partikeln und Flocken können wir Rückschlüsse auf die nötige Dosierung ableiten“, erklärt GFaI-Experte Martin Pfaff. Neben dem Aufnahmesystem zur Erfassung des Schmutzwassers, spielt der Schwellwertalgorithmus zur Erkennung der Partikel eine zentrale Rolle bei der Auswertung.

Eigene Berechnungen für kleine Bildbereiche
Anders als in der klassischen Digitalfotografie greift der Algorithmus im Projekt „Flocki“ nicht für das ganze Bild, sondern bezieht sich auf viele kleine Bildbereiche, für die jeweils eigene Berechnungen stattfinden. „So lassen sich im Klärwerk unabhängig vom Verschmutzungs- und Flockungsgrad die Agglomerate im Mikrometerbereich zuverlässig aufspüren und gleichzeitig die Dosierung der Flockungsmittel optimieren“, erklärt Pfaff. Dreh- und Angelpunkt des Systems ist jedoch neben dem Aufnahmesystem die Verwendung geeigneter Messparameter, die sich im Forschungsprojekt als aussagekräftig herauskristallisiert haben. Sie beschreiben die Formveränderungen der Partikel über die gesamte Messung und lassen Rückschlüsse über den jeweils aktuellen Dosiergrad zu. Mit ihrer Hilfe kann somit die Beigabe des Flockungsmittels automatisiert werden.

Seitens der GFaI ist man bereit für eine Kommerzialisierung der Technik. „Angesichts der nötigen und voranschreitenden Digitalisierung in der Wasserwirtschaft versprechen wir uns viel von der Technik. Sie kann zu verbesserter Rohstoffeffizienz und zu einem hohen Umweltschutzniveau beim Vermeiden auch des Eintrags von Mikroplastik in Gewässer beitragen“, erklärt GFaI-Abteilungsleiter Frank Püschel.

„Forschende aus Instituten der Zuse-Gemeinschaft nutzen interdisziplinär ihre Expertise aus Chemie, Informatik und Umweltwissenschaften, um die von Mikroplastik ausgehenden Gefahren für die Umwelt einzudämmen“, erklärt der Geschäftsführer der Zuse-Gemeinschaft, Dr. Klaus Jansen.

In wenigen Wochen geht die Internationale Baumwolltagung Bremen weltweit an den Start. Die Bremer Baumwollbörse und das Faserinstitut Bremen als Organisatoren präsentieren dieses Mal eine zukunftsgerichtete Tagungsplattform im digitalen Format. Für Professionals aus Wissenschaft und Praxis ist sie von überall auf der Welt besuchbar. Neben den Themen wie Produktion, Nachhaltigkeit im Baumwollsektor, neue, spannende Produkte aus Baumwolle gelten die technischen Vorträge als das Herz der Bremer Tagung.

Der technische Fortschritt gewinnt an Dynamik
Die Verfahren der Baumwollverarbeitung werden immer produktiver und intelligenter. Dies verdeutlichen Vorträge aus der Textilforschung und dem Textilmaschinenbau zu Fertigungsprozessen. An beiden Konferenztagen findet jeweils eine Sitzung unter der Leitung von Stefan Schmidt, Referent für Wissenschaft und Technik beim Industrieverband Veredlung, Garne, Gewebe und technische Textilien (IVGT), Frankfurt, statt.

Vorgestellt werden unter anderem:

Aus rezyklierten Rohmaterialen werden neuartige Produkte
Stephan Baz ist Bereichsleiter für Stapelfasertechnologien im Bereich Forschung und Entwicklung des Deutschen Instituts für Textil- und Faserforschung (DITF), Denkendorf. „Wie verhält sich recyceltes Rohmaterial beim Verspinnen?“ Diese Frage diskutiert Baz in seinem Vortrag und bezieht hier unter anderem Baumwolle, Polyester und technische Fasern aus Carbon mit ein.*

Verspinnen von Fasern zu Qualitätsgarnen mit hohem Kurzfaseranteil
‘Spinning with a high short fiber content‘ lautet das Thema eines informativen Vortrages von Harald Schwippl, Leiter der Technologie und Prozessanalytik bei der Maschinenfabrik Rieter AG, Winterthur, Schweiz.*

Verbesserte Kardiertechnologie für mehr Qualität und Produktionsleistung
Ralf Müller ist Leiter Forschung und Entwicklung im Bereich Spinnereitechnologie bei der Maschinenfabrik Trützschler GmbH & Co. KG, Mönchengladbach. In seinem Vortrag stellt Müller ein neues Verfahren zur Regulierung eines optimalen Kardierspaltes als Abstand zwischen der Trommel- und der Deckelgarnitur vor.*

Baumwollverunreinigungen vor Verarbeitung minimieren
Oswald Baldischwieler, Product Manager Online-System bei der Uster Technologies AG, Uster, Schweiz, präsentiert Ergebnisse von Praxisstudien des Total Contamination Control-Systems (TTC) der letzten fünf Jahre aus 236 Spinnereien in neun maßgeblichen Textilproduktionsländern wie China, Indien, Bangladesch, Pakistan, Türkei oder Vietnam.*

Weniger Haarigkeit bei feinfädigen hochwertigen Ringgarnen
Stuart Gordon ist ein führender Wissenschaftler bei der Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO) in der Abteilung für Landwirtschaft und Ernährung mit Sitz in Waurn Ponds, Victoria, Australien. Die Kontrolle der Haarigkeit von Ringgarnen gilt als wichtiger Forschungsschwerpunkt innerhalb der Ringspinnerei.*

*Weitere Informationen finden Sie im Anhang

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.

Kelheim Fibres ist unter den Finalisten für den „Cellulose Fibre Innovation of the Year 2021“-Preis, der im Rahmen der International Conference on Cellulose Fibres vergeben wird.

Mit pflanzenbasierten und biologisch abbaubaren Fasern präsentiert der Bayerische Hersteller von Viskosespezialfasern einen maßgeblichen Beitrag zu einer plastikfreien Zukunft im Bereich AHP (absorbierende Hygieneprodukte). Im Gegensatz zu anderen Naturfasern, die bereits in Faserform vorliegen und nur an ihrer Oberfläche behandelt werden können, bietet Kelheim Fibres‘ technologische Flexibilität die Möglichkeit, die Fasern zu modifizieren, etwa durch eine Veränderung des Faserquerschnitts oder durch das Einspinnen von funktionalen Additiven in die Fasermatrix. Durch diese Modifikationen passt Kelheim Fibres seine Fasern exakt an die Anforderungen der einzelnen Lagen eines AHP an und erreicht so eine mit synthetischen Fasern vergleichbare Leistung.

Darüber hinaus bieten die Kelheimer Spezialfasern im Vergleich zu anderen naturbasierten Fasern wie z.B. Bio-Baumwolle ein sehr gutes Preis-Leistungs-Verhältnis und erhöhen somit nicht nur die Performance des Endproduktes im Vergleich zu anderen bioabbaubaren Alternativen, sondern auch die wirtschaftliche Attraktivität.. "Wir sehen, dass KonsumentInnen bei absorbierenden Hygieneprodukten oft vor der Wahl stehen zwischen nachhaltigen Lösungen aus naturbasierten Fasern und leistungsstarken Produkten mit gutem Flüssigkeitsmanagement, die aber nicht auf den Einsatz synthetischer Fasern verzichten,“ sagt Dominik Mayer aus dem F&E-Team von Kelheim Fibres. „Wir haben uns zum Ziel gesetzt, dem Kunden zukünftig Produkte zu bieten, die beides verbinden - Nachhaltigkeit und Performance. Dies ist durch unsere nachhaltige und funktionalisierte Fasertechnologie nun möglich.“

Das Projekt spiegelt den zentralen Baustein des Innovationsansatzes von Kelheim Fibres wider: bisher ungelöste Probleme im Markt zu identifizieren und diese in einem Open Innovation Ansatz gemeinsam mit Experten entlang der Wertschöpfungskette zu lösen. Kelheimer Fasern können einen wichtigen Beitrag zur Bewältigung einer der größten globalen Herausforderungen unserer Zeit leisten, nämlich der Verringerung des Plastikmülls. Schritt für Schritt – oder in diesem Fall Layer für Layer – strebt Kelheim Fibres nach der Vision einer plastikfreien Zukunft.

Zu den Faserentwicklungen von Kelheim Fibres gehören die hydrophobe Olea-Faser (für die schnelle Aufnahme und den schnellen Weitertransport von Flüssigkeit im Topsheet), die Galaxy®-Faser (für eine effiziente und optimale Verteilung der Flüssigkeit in der ADL-Schicht durch Kapillartunnel) und die Bramante-Faser (die bis zu 260 % ihres Eigengewichts an Flüssigkeiten in Kammern im Faserinneren  Einschließen kann). Die Kelheimer Fasern können auch textil weiterverarbeitet werden, so dass auch wiederverwendbare Hygieneprodukte wie etwa Menstruationsunterwäsche möglich sind. Die genannten Fasern sind bereits kommerziell verfügbar. Kelheim Fibres arbeitet mit einem innovativen AHP-Hersteller und einem innovativen Nonwovens-Lieferanten zusammen, um die Fasern in neuen Endprodukten zu integrieren.

Auf den ersten Blick haben Ruderboote, der Airbus 380, Sicherheitsausrüstungen oder Stadionüberdachungen nur wenig gemeinsam. Dabei erhalten sie ihre spezifischen Eigenschaften unter anderem durch den Einsatz von speziellen Fasern: Aramidfasern und Kohlenstofffasern (Carbonfasern) werden zu Spezialgarnen verarbeitet, die häufig als Verbundstoffe eingesetzt werden. Die Nachfrage nach diesen Fasern wächst, da weltweit versucht wird, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern; neue Lösungen sind erforderlich, um das Gewicht zu reduzieren und schwere Metallteile zu ersetzen.

Aramidfasern werden in einem sehr aggressiven, hochchemischen Prozess hergestellt. Auch das Verfahren, mit dem das polymere Ausgangsprodukt aus Acryl produziert wird, das zur Herstellung von Kohlenstofffasern verwendet wird, ist zwar ein anderer, aber nicht minder schwieriger Vorgang. Bei diesen anspruchsvollen Prozessen sind die Zahnradpumpen nicht nur für die hochpräzise Steuerung der Schmelzeförderung verantwortlich; Langlebigkeit, Widerstandsfähigkeit in einer aggressiven Umgebung und Kosteneffizienz spielen eine ebenso entscheidende Rolle.

Spezielle Werkstoffe für spezielle Aufgaben
Der Prozess, die erwartete Lebensdauer der Pumpe und die Wartungshäufigkeit sind für die Wahl der Materialien, aus denen die Pumpe und ihre Komponenten hergestellt werden, die ausschlaggebenden Faktoren. Für ein optimales Ergebnis bietet Oerlikon Barmag Lösungen, die unterschiedliche Werkstoffe und neueste Technologien intelligent miteinander kombinieren. Ob Oberflächen mit keramischer Beschichtung, Zahnräder und Wellen mit DLC Beschichtungen, Pumpen aus Kobaltlegierungen (StelliteTM) oder die robusten und langlebigen Oerlikon Barmag-Hybridkonstruktionen aus Zirkoniumoxid-Keramik und Duplex-Stahl, die hochpräzisen Pumpen der ZP- und GM-Baureihen werden je nach Einsatzart optimiert ausgelegt. Unterschiedliche Dichtsysteme und individuelle Antriebskonzepte runden das Pumpenprogramm ab.

• 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.“