Aus der Branche

Ob im Maschinenbau, in der Automobilindustrie oder der Luft- und Raumfahrt – dem Leichtbau kommt für die Zukunft dieser Industriebereiche eine entscheidende Bedeutung zu. Leichtere und steifere Bauteile bewirken eine Verminderung des Treibstoffverbrauchs und führen zur Einsparung von Treibhausgasen. „In der Verarbeitung von Leichtmetallen wie Aluminium bei Gussverfahren sind wir heute allerdings an der Grenze des physikalisch Möglichen angelangt“, erläutert Cornelia Sennewald, Ingenieurin an der Fakultät Maschinenwesen der Technischen Universität Dresden. „Der nächste Qualitätssprung zu noch einmal deutlich leichteren und dabei 2 zugleich stabileren Strukturen führt über die Herstellung sogenannter metallischer Zellen. Dabei werden Drähte so ineinander verwoben, dass superfeste Verbindungen bei gleichzeitig minimalem Materialeinsatz entstehen.“

Die noch junge Werkstoffklasse der sogenannten zellularen metallischen Materialien besitzt außerordentliches Potenzial – wobei bislang das Problem bestand, diese Zellen kostengünstig und in industriellem Maßstab zu produzieren. Sennewald gelang es im Rahmen ihrer Doktorarbeit an der Technischen Universität Dresden, ein neuartiges Verfahren zu entwickeln und diese komplexen 3D-Strukturen auf handelsüblichen Webmaschinen herzustellen. „Dank des neuen Verfahrens konnte ich Metallfäden und -drähte statt in den üblichen 2D-Strukturen auch zu 3D-Strukturen verbinden, und zwar in ganz unterschiedlichen Größen und Formen“, erläutert Sennewald. „Außerdem gelang es mir – das war ein zweiter großer Schritt nach vorn –, andere Leichtbaustoffe wie Carbon-Fasern mit zu verweben, was ganz neue Einsatzmöglichkeiten eröffnet.“ Die hybride Verbindung von Metallen und Kunststoffen bietet ein weiteres breites Spektrum ableitbarer Anwendungen. „Wir denken an Crash-Elemente, die eine extrem hohe Steifigkeit besitzen und zudem hohe Temperaturen aushalten. Wir könnten auf diese Weise beispielsweise die Betonstrukturen von Gebäuden verstärken, um sie widerstandsfähiger gegen Erdbeben zu machen. Oder sie besser gegen Explosionen schützen. Bei bestehenden Gebäuden könnte hier ein entsprechender Materialauftrag infrage kommen, bei Neubauten könnten die von uns entwickelten zellularen Webstrukturen gleich mit in den Bau einbezogen werden.“

Textilforscher der TU Dresden präsentieren neue Bandwebtechnik zur Herstellung hochkomplexer 3D-Gewebe, Struktur- und Prozesssimulationen für textile Hochleistungswerkstoffe und Fertigungsprozesse sowie eine dreidimensionale thermoaktive Raumtextilie.

Auf Basis einer neuen Spulenschützenbandwebtechnik mit einer integrierten Schützenwechseleinrichtung ist es gelungen, Carbongarne schädigungsarm zu verarbeiten sowie Profilbandgewebe mit über die Bauteillänge unterschiedlichem Querschnitt und vor allem in einem einzigen Fertigungsschritt gewebte komplexe rohrförmige Knotenelemente zu entwickeln. Das entwickelte Schützenwechselsystem demonstriert das ITM auf seinem Stand auf der Messe TECHTEXTIL an einem elektronisch gesteuerten Spulenschützen-Bandwebautomaten . Die Kombination der Spulenschützen-Bandwebtechnik mit der Jacquardtechnik ermöglicht eine ausgesprochen hohe Strukturvielfalt, die für die Entwicklung von gewebten rohrförmigen Knotenelementen in unterschiedlichster Geometrie genutzt wird. Die Rohrknotenelemente werden vor allem für die Eckverbinder von Leichtbaurahmen, z. B. in Fahrzeug- oder Fahrradrahmen, in Sportgeräten oder Roboterwerkzeugrahmen oder in der Architektur, benötigt. Am ITM wird in enger Zusammenarbeit mit der Firma MAGEBA Textilmaschinen GmbH & Co KG und durch die finanzielle Förderung von Forschungsprojekten durch das BMWi die gesamte Prozesskette vom CAD-Entwurf, über die strukturelle Entwicklung, die Erstellung der Maschinensteuerprogramme, die textiltechnische Umsetzung und die Bauteilkonsolidierung erfolgreich erarbeitet.

Als weiteres Highlight präsentiert das ITM der TU Dresden auf der TECHTEXTIL die vielfältigen Möglichkeiten, die die Struktur- und Prozesssimulation textiler Hochleistungswerkstoffe und textiler Fertigungsprozesse bietet und somit fester Bestandteil in allen Entwicklungen entlang der gesamten textilen Wertschöpfungskette vom Atom bis zum Produkt am ITM ist. Darüber hinaus offeriert das ITM als weiteren besonderen Blickfang ein 2,5 Meter hohes Rotorblatt aus einem Faserkunststoffverbund mit integrierten textilen Dehnungssensoren aus Carbonfasern zur In-Situ Strukturüberwachung.

Mit den Attributen ‚nachwachsend‘, ‚wiederverwertbar‘ und ‚biologisch abbaubar‘ gehört Baumwolle aus ökologischer, sozialer und wirtschaftlicher Sicht für die Bremer Baumwollbörse zu den nachhaltigsten Rohstoffen der Erde überhaupt.

Die Natur schafft es, Baumwollreste im Boden je nach herrschenden Bedingungen innerhalb von sechs Monaten abzubauen, so dass sie ‚zur Erde‘ zurückkehren. Das gleiche gilt für Baumwollfasern, die durch Waschvorgänge von Bekleidung und Textilien in privaten Haushalten ins Abwasser und letztlich in Flüsse und Meere gelangen. Weil Baumwolle biologisch abbaubar ist, kann es in diesem Fall zu keiner Mensch und Tier sowie die Natur gefährdenden Situation kommen, wie dies bei dem wachsendem Problem von Mikroplastik im Meer oftmals befürchtet wird.

Baumwolle ist als Agrarprodukt ein nachwachsender Rohstoff, der je nach Klima oder Region ein- oder sogar zweimal pro Saison angebaut werden kann. Alle Teile der Pflanze finden Anwendung: Aus den Samenkörnern entstehen wertvolle Öle für die Lebensmittel- und Kosmetikindustrie. Aus den Fasern der Baumwolle werden Garne und Gewebe für Haus- und Heimtextilien, Bekleidung, Hygiene- und Medizinprodukte oder für ihren Einsatz bei technischen Anwendungen unter anderem den Leichtbau produziert. Nichtverspinnbare kurze Fasern, die Linters, verarbeitet die Papierindustrie, es können aber auch zum Beispiel Brillengestelle daraus hergestellt werden. Aus Baumwollresten entstehen Viehfutter, Produkte zur Bodenverbesserung oder Verpackungs- und Dämmmaterial Textil- und Bekleidungs-Produkte aus Baumwolle sind zu hundert Prozent recycelbar. Sie werden farblich sortiert, gelangen in den Reißwolf, werden zerkleinert und können dann als neue Garne und Gewebe für den Gebrauch in Bekleidung und Textilen verwendet werden.