Aus der Branche

Vom Biomasseanbau und der energetischen Nutzung über das Herstellen von Zwischenprodukten bis hin zum Verwenden biogener Ressourcen in langlebigen Verbraucherprodukten: die Bioökonomie umgibt uns schon heute tagtäglich. Doch welche Innovationen zeichnen sich ab, um die Wirkung biogener Ressourcen im Sinne des Klimaschutzes zu maximieren? Das war Thema beim Online-Werkstattgespräch Bioökonomie der Zuse-Gemeinschaft am 6. Oktober.

CO₂ einsparen durch biogene Schäume und Fasern für den Auto-Innenraum
Wie textile Anwendungen aus der Bioökonomie verstärkt in einem Schlüsselbereich der Energiewende - der Mobilität - zum Zuge kommen können, berichtete Dr. Frank Meister, Abteilungsleiter Chemische Forschung beim Thüringischen Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung (TITK) anhand des von der Europäischen Union geförderten Projekts BioMotive.

Das TITK ist dort eingebunden in die Entwicklung biogener Fasern und neuer Leichtbauwerkstoffe für den Auto-Innenraum, wo sie z.B. für Sitze, Armaturenbrett oder Türinnenverkleidung gebraucht werden. Unter anderem entwickelten die Forschenden neue sogenannte Lyocellfasern aus modifizierten Papierzellstoffen. Der besondere Vorzug am TITK: An dem Thüringer Institut konnten die neu entwickelten Fasern in einer kleintechnischen Versuchsanlage im Maßstab von mehreren 100 kg hergestellt werden. Das erhöht die Vergleichbarkeit mit den Realitäten der Industrie und war Design-Basis für eine unlängst errichtete Demo-Anlage der Metsä-Tochter MI Demo im finnischen Äänekoski. „Lyocellfasern als biogener Werkstoff vermeiden Umweltbelastungen wie sie bei anderen Materialien durch die Risiken von Mikroplastik entstehen. Hinzu kommt als Klima-Plus: Durch die von uns mit entwickelten und bewerteten Fasern und Verfahrensprinzipien lässt sich der CO₂-Fußabdruck bei der Produktion von Fahrzeugen spürbar verringern“, erklärt Meister.

Kombination von CO₂-Elektrolyse und Biotech-Wertstoffsynthese
Dass mithilfe von Bioökonomie-Lösungen CO₂ nicht nur eingespart werden kann, sondern auch negative Emissionen des Klimagases erreichbar sind, deutete Dr. Markus Stöckl vom DECHEMA-Forschungsinstitut (DFI) an. In seinem Vortrag „Mit Strom und CO₂ zum Biokunststoff“ zeigte er auf, wie die Elektrolyse dazu genutzt werden kann, Erneuerbare Energien „lagerbar“ zu machen. Der Ansatz: Aus Kohlendioxyd so genanntes Formiat zu produzieren, das als Feststoff lagerbare Salz der Ameisensäure, das Mikroorganismen als Energie- und Kohlenstoffquelle dienen kann, die wiederum daraus den Biokunststoff Polyhydroxybutyrat (PHB) herstellen. Durch die elektrochemische Herstellung des Zwischenprodukts Formiat können unterschiedliche Mikroorganismen eingesetzt werden.

• JUMBO-Textil bietet elastische Hightech-Geflechte – produziert an Hightech-Anlagen

Schmaltextile Lösungen für unsere Kunden zu entwickeln – schnell, flexibel und präzise –, das ist unser Anspruch. An uns und an unsere Technik. Denn für erstklassige industrielle Lösungen braucht es erstklassige Technologie. Hochautomatisiert und digital gesteuert. Technologie, wie sie in unserem Variationsflechter von Herzog ¬steckt – dem High-Performer unter den modernen Flechtmaschinen. Auf der Spezial-Anlage fertigt JUMBO-Textil als erster Schmaltextiler überhaupt elastische Lochkordeln.

Hochleistungsanlage für extrem stabile textile Bauteile
Die Spezial-Anlage verbindet anspruchsvolle Klöppeltechnik mit digitaler Steuerung und ermöglicht so die Herstellung von hochkomplexen individuell spezifizierbaren Flechtstrukturen. Die Technologie des Variationsflechters sorgt für einen ununterbrochenen Faserverlauf ¬über alle Verzweigungen hinweg. Das erlaubt nicht nur individuelle, eigenwillige Geometrien, es dient auch und vor allem der Stabilität der Bauteile. Denn wo bei anderen Verfahren durch Laserschnitt, Nähte oder Knoten bruchempfindliche Verzweigungsstellen entstehen, flicht der Variationsflechter die verzweigten Stränge einfach durch. Weil der Faserverlauf in geflochtenen Verzweigungen nicht unterbrochen wird, erhöht sich die Belastbarkeit der Textilien deutlich. Und es entstehen individuelle Geflechte für ganz unterschiedliche Anwendungsmöglichkeiten.
 
Klöppel-Technologie für hochkomplexe Strukturen
Die Flügelräder des Variationsflechters sind – anders als bei klassischen Flechtanlagen – quadratisch angeordnet. Bis zu 8 unterschiedliche Stränge lassen sich mit dem textilen Alleskönner flechten und verflechten. Alle Klöppel können separat programmiert und dadurch die Klöppelbahnen variabel und individuell miteinander kombiniert werden. Auch Schlauchgeflechte mit präzise definierten eingeflochtenen Öffnungen, triaxiale Geflechte und hochkomplexe Preforms fertigt JUMBO-Textil mit dem Variations- oder kurz: Varioflechter. Die Geometrien der Schmaltextilien reichen bis hin zu Netzstrukturen. Bei umflochtenen Kabeln schaffen wir über Verflechtungen zwischen Kern und Schutzummantelung stabile Verbindungen im Kern-Mantel-Geflecht, die insbesondere an Windungen für Schutz sorgt: Unerwünschtes Verrutschen von Kern und Mantel gibt es nicht mehr.

Individuelle Geflechtarchitekturen – für Automotive, Outdoor und mehr
Komplexe unelastische Kordeln laufen bei JUMBO-Textil schon lange vom Varioflechter. Für Lochkordeln – oder Bifurkationskordel (von lat.: furca, die Gabel) – werden die Klöppelweichen individuell so programmiert, dass Anordnung und Länge der Verzweigung präzise den Anforderungen entsprechen. Sie kommt u. a. im Automotive-Bereich, in der Bauindustrie und der Outdoor-Branche zum Einsatz, um Elemente metallfrei ein- oder abzuhängen.  

Elastische Lochkordel vom Elastics-Spezialisten
Die elastischen Loch-Geflechte von JUMBO-Textil sind neu auf dem Markt. „Der Variationsflechter bietet uns fantastische Möglichkeiten: Wir können vorkonfigurieren, was wir flechten wollen, und sind darin vollkommen frei. Der Rapport wird dabei computergesteuert“, erläutert Holger Vehring, Project Engineer von JUMBO-Textil. „Ein nahtlos geflochtener Kabelbaum-Schlauch, der den Kabel-Dschungel ordnet, für Automotive, Flechtschläuche mit definierten Öffnungen für leitfähige Elemente in Smart Textiles oder Reha-Anwendungen, als Spann-Elemente in Rucksäcken oder Funktionskleidung – die Einsatzmöglichkeiten sind groß. Für zahlreiche Anwendungen, bei denen bisher metallische Werkstoffe zum Einsatz kamen, können dank dieser Technik textile – also leichtere, leisere und flexiblere – Bauteile genutzt werden.“

• Robotik für mehr Produktivität, Flexibilität und beste Arbeitsbedingungen
• Tonnenschwere Entlastung für die Mitarbeiter in der Garnproduktion

Gemeinsam mit ABB, einem Pionier in der Robotik und Automation, entwickelte die HUESKER-Gruppe - einer der weltweit führenden Hersteller von technischen Hochleistungstextilien für Tiefbau, Agrarwirtschaft, Industrie und Leichtbau- einen Prototyp, der gezielt für die Handhabung und Palettierung schwerer Garnrollen eingesetzt wird.

In einer seiner Produktionsanlagen für Basisgarne, die teilweise zu 100 Prozent aus recycelten Materialien stammen, setzt die HUESKER Gruppe jetzt auf die Unterstützung eines Roboters.
„Wir haben uns in jüngster Zeit verstärkt Gedanken darüber gemacht, wie wir Robotik und Automatisierung bestmöglich für uns und unser Personal nutzen können. Bei der Handhabung und Palettierung von Garnrollen, die bis zu 15 Kilogramm auf die Waage bringen, lagen die Vorteile sofort auf der Hand: Roboter entlasten unsere Mitarbeiter von dieser anstrengenden Tätigkeit und geben ihnen die Möglichkeit, höherwertigere Aufgaben zu übernehmen“, betont Dr. F.- Hans Grandin, Geschäftsführender Gesellschafter der HUESKER Gruppe.

In Zusammenarbeit mit dem Unternehmen ABB wurde ein Roboter implementiert, der neben hoher Leistungsfähigkeit auch besonders niedrige Gesamtbetriebskosten aufweist. Aus drei Produktionsmaschinen mit jeweils zwei Entnahmemulden nimmt der Roboter die fertigen Garnrollen zuverlässig auf. Die Mulden befinden sich weit oben und unten –unergonomische Positionen für die Mitarbeiter, die diese Tätigkeit bisher verrichtet hatten. Hinzu kommt: Je nach Produktionsauftrag sind die Garnrollen unterschiedlich in Durchmesser und Gewicht, was für den auf bis zu 150 Kilogramm ausgelegten Roboter kein Problem darstellt. Im Schnitt nimmt er dem Mitarbeiter rund 2,5 Tonnen pro Tag ab.

Auch filigranere Arbeiten kann der Roboter ausführen: Jede fertig produzierte Garnrolle hat ein offenes Fadenende, das gesichert werden muss, um ein Abspulen auf der Palette zu verhindern. Dafür gibt der Roboter die Rolle an eine Bearbeitungsstation, an der ein Klebeetikett angebracht wird, das den Faden fixiert. Zudem hat der automatische Spulenwechsel zur Folge, dass ein so genannter Reservefaden übersteht, welcher in den folgenden Verarbeitungsschritten jedoch nicht benötigt wird. Um ihn zu entfernen, fährt der Roboter die Spule an eine weitere Vorrichtung, wo der Faden mit einem Heizdraht abgebrannt und abgesaugt wird.

Für die Palettierung setzt der Roboter die Spulen hochkant und auf eine Palette. Sobald eine Ebene voll bepackt ist, entnimmt er eine Zwischenlage aus einem Magazin und legt sie passgenau auf. Anschließend folgt das Bestücken der Maschinen mit Leerhülsen, um so den Produktionsbetrieb zu unterstützen.

Die Mitarbeiter überwachen und assistieren sporadisch, etwa wenn eine fertige Palette abtransportiert, Zwischenlagen aufgefüllt oder Leerhülsen nachgefüllt werden müssen. Diese Aufgaben nehmen nur wenig Zeit in Anspruch und fallen pro Schicht höchstens ein- bis zweimal an. Somit läuft die gesamte Anlage, bis auf diese kurzen Unterbrechungen, nahezu autonom.

Nach erfolgreicher Implementierung der ersten Automatisierungsanlage sieht HUESKER viel Potenzial darin, Robotik für weitere Anwendungen zu nutzen – etwa für die der Garnproduktion direkt vorgelagerten Prozesse. Auf diese Weise werden durchgängige Automatisierungslinien geschaffen, die dem Unternehmen helfen, Produktivität und Flexibilität zu steigern sowie die Arbeitsbedingungen für seine Mitarbeiter weiter zu verbessern.

Das im Mai 2019 gegründete Unternehmen Teijin Carbon Vietnam Co. (TCV) in Ha Nam, Vietnam hat den kommerziellen Betrieb aufgenommen und Kohlenstofffaserprodukte einschließlich Prepreg – ein mit Matrixharz vorimprägniertes Halbzeug für Verbundwerkstoffe – herstellen. TCV wird zunächst Carbonfasermaterialien für Sport- und Outdoor-Aktivitäten – wie Angel-, Golf-, Fahrrad- und Eishockeyartikel – für die Märkte in Südost- und Südasien sowie im asiatisch-pazifischen Raum produzieren. Der Vertrieb wird über TCV sowie über die in diesen Regionen tätigen Carbonfaser-Vertriebsgesellschaften von Teijin erfolgen.

Die Vertriebsniederlassungen von Teijin in Singapur, Shanghai und Taipeh sind auf der Suche nach neuen Geschäftsbereichen. Interne Kooperationen zwischen diesen Unternehmen und TCV sollen die Präsenz von Teijin in den vor- und nachgelagerten Bereichen der schnell wachsenden Märkte Asiens stärken.

Es wird erwartet, dass die zunehmend strengeren Umweltmaßnahmen und die Aufwertung von Umweltabkommen, wie z. B. die Ziele für nachhaltige Entwicklung (SDGs) und das Pariser Abkommen, den verstärkten Einsatz von leichten und hochfesten Kohlenstofffasern fördern werden. In Asien wächst die Nachfrage vor allem in den Bereichen Sport und Outdoor-Aktivitäten, Industrie sowie Luft- und Raumfahrt. COVID-19 zum Beispiel hat zu neuen Trends bei Sport- und Outdoor-Aktivitäten geführt, wie z. B. ein erneutes Interesse am Angeln, da es mit den sozialverträglichen Bestimmungen kompatibel ist.

Die FibreCoat GmbH aus Aachen entwickelte zusammen mit der DBF Deutsche Basalt GmbH einen neuartigen Faserwerkstoff, um die elektromagnetische Strahlung von digitalen Endgeräten, Medizintechnik oder E-Auto-Batterien kostengünstig und effektiv abzuschirmen. Dem Gemeinschaftsprojekt wurde dafür am 24. Juni der Gesamtpreis des 17. IQ Innovationspreises Mitteldeutschland verliehen.
Der Preis ist mit 15.000 € dotiert und wurde von den IHK Halle-Dessau, Leipzig und Ost-Thüringen gesponsert.

Die Unternehmen DBF Deutsche Basalt GmbH und FibreCoat GmbH aus Ost und West kombinieren dabei die beiden Materialien Basalt und Aluminium, um vor elektromagnetischer Strahlung zu schützen. Dabei ummanteln sie Basalt mit Aluminium und schaffen durch diese neuartige Kombination eine kostengünstige, nachhaltige und schnell herzustellende Alternative für einen milliardenschweren Markt.

Elektromagnetische Strahlungen aus Smartphones, Krankenhaus-Diagnostik und E-Auto-Batterien müssen abgeschirmt werden, damit sie sich gegenseitig nicht stören. Um Störungen zu verhindern, wurden sie bisher mit Geweben aus Metallfasern verkleidet, eine sehr zeit- und energieaufwändige und damit teure Prozedur. Der neue Werkstoff der Basalt Faser GmbH und der FibreCoat GmbH verhindert dies mit einem Faserkern aus geschmolzenem, dünngezogenen Basalt, der mit Aluminium beschichtet und zum sogenannten AluCoat-Garn gebündelt wird. Dieses Garn bleibt genauso leitfähig und abschirmend, ist dafür aber leichter, fester, günstiger und nachhaltiger als bisherige Alternativen. Dazu kommen weitere Vorteile:

• die Anzahl der benötigten Prozessschritte reduziert sich von zehn auf einen
• Pro Minute entstehen 1.500 Meter Garn anstatt wie bisher nur fünf Meter
• Der benötige Energieaufwand beträgt nur 10 Prozent des bis-herigen

Daraus folgt ein zwanzig Mal günstigerer Preis.

Das Textil aus AluCoat-Fasern ist vielfältig und flexibel anwendbar: als Tapete kann ist es in Büros oder medizinischen Räumen die 5G- Strahlung abschirmen oder Batterien ummanteln und so für die reibungslose Funktion von E-Autos sorgen. AluCoat wird bereits in einigen Unternehmen angewendet. Dazu ist für die Massenproduktion ein europäisches Faserzentrum in Sangerhausen in Planung.

Die FibreCoat GmbH aus Aachen ist ein Spin-off des Instituts für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen, die Geschäftsführer Dr. Robert Brüll und Alexander Lüking und Richard Haas haben am ITA promoviert bzw. sind in Promotionsvorbereitungen. Georgi Gogoladze, Geschäftsführer der Deutsche Basaltfaser GmbH, hat ebenfalls an der RWTH Aachen studiert. Die beiden Geschäftsführer Brüll und Gogoladze kennen sich aus Studienzeiten

• ANDRITZ erhielt von Zhejiang Kingsafe, China, einen weiteren Auftrag für eine Hochgeschwindigkeits-Spunlace-Linie

Der internationale Technologiekonzern ANDRITZ erhielt von Zhejiang Kingsafe Hygiene Materials Technology Co., Ltd. in Hezhou, China, den Auftrag zur Lieferung einer neuen, kompletten neXline spunlace Linie. Die Montage und Inbetriebnahme der Linie sind für das zweite Quartal 2022 geplant.

Diese neXline spunlace eXcelle Linie mit hoher Kapazität wird entweder 100% biologisch abbaubare Fasern oder ein Gemisch aus Polyester und Viskose verarbeiten. Die Linie ist speziell für die Produktion von Vliesstoffen vorgesehen, die in den Bereichen Hygiene und Medizin verwendet werden. Die Endprodukte werden ein Flächengewicht von 30 bis 100 gsm aufweisen; die jährliche Produktionskapazität wird bis zu 18.000 Jahrestonnen betragen.

ANDRITZ wird eine komplette Linie von der Vliesbildung bis zur Trocknung liefern sowie auch zwei Hochgeschwindigkeits-TT-Krempeln, die renommierte Wasserstrahlverfestigungsanlage JetlaceEssentiel sowie einen neXdry Durchströmtrockner mit neXecodry S1-Energiesparsystem integrieren. Diese Kombination wird am Markt zum Maßstab für die Produktion leichter Spunlace-Vliesstoffe, die speziell für den Hygienemarkt vorgesehen sind.

„Wir sind stolz, die sehr verlässlichen und effizienten ANDRITZ-Vliesstofflinien zu betreiben. Sie helfen uns enorm bei der Produktion von Vliesstoffrollenware der Spitzenklasse und bringen uns weltweite Anerkennung als Schlüsselunternehmen unter den Vliesstoffproduzenten“, sagt Kingsafe-Geschäftsführer Huarong Yan.

Zhejiang Kingsafe Hygiene Materials Technology Co., Ltd. wurde 1987 gegründet und zählt mit mehreren in Betrieb befindlichen Spunlace-Linien zu den größten Produzenten Chinas für Spunlace- und Spunbond-Vliesstoffrollenware. Die Endprodukte werden weltweit exportiert und kommen in vielen Bereichen zum Einsatz, wie beispielsweise in der Medizin, dem Gesundheitswesen, der hochtechnologischen Landwirtschaft sowie bei hochwertigen Konsum- und Haushaltsartikeln.

Die neue Linie ist nun bereits die neunte von ANDRITZ gelieferte Spunlace-Linie und die dritte mit Hochgeschwindigkeits-TT-Krempeln, wodurch die erfolgreiche Langzeitzusammenarbeit zwischen ANDRITZ und Zhejiang Kingsafe bestätigt wird. Der Auftrag beweist auch, dass die von ANDRITZ gelieferte Lösung als Maßstab in der Produktion von hochwertigen Spunlace-Rollenware anerkannt wird und die perfekte Kombination von Verarbeitungsmaschinen für Feuchttücher beinhaltet.