Aus der Branche

In Leinengeweben, in Seilen, als Dämmmaterial: Flachs begleitet die Menschen seit Jahrtausenden. Bis heute. Mit Webbändern aus Flachs macht vombaur die funktionalen und ökologischen Vorteile der Naturfaser für den Leichtbau nutzbar.

Leicht und fest
Flachsfasern sind besonders steif und reißfest. Textilien aus dem Naturmaterial verleihen naturfaserverstärktem Kunststoff (NFK) deshalb besondere Stabilität. Außerdem weist Flachs eine geringe Dichte auf. Die Bauteile verbinden dadurch hohe Steifigkeit und Festigkeit mit geringem Gewicht. Weiteres funktionales Plus: Naturfaserverstärkte Kunststoffe neigen weniger zum Splittern als glasfaserverstärkte Kunststoffe.

Nachhaltiger Werkstoff
Beim Anbau von Flachs wird CO2 gebunden und bei der Produktion von NFK fallen gegenüber konventionellen faserverstärkten Kunststoffen 33 Prozent weniger CO2-Emissionen an. Der Energieverbrauch ist um 40 Prozent niedriger. Das senkt die Produktionskosten und verbessert die CO2-Bilanz des Werkstoffs. Gewichtige Argumente für Naturfaser-Bänder – wie das Flachsband von vombaur – in Leichtbau-Anwendungen.

Circular Economy
Das geht auch im Leichtbau. Die Zahl der Recyclingzyklen ohne Qualitätsverlust liegt bei naturfaser-verstärkten Kunststoffen höher als bei glas- oder carbonfaserverstärkten Kunststoffen: Die thermoplastische Matrix des Composites lässt sich nach einem Lebenszyklus des Produkts aufschmelzen und wiederverwerten. Die Naturfasern können in anderen Produkten – Spritzgussprodukten zum Beispiel – „weiterleben“.

Vielfältige Anwendungen
„Zur Verstärkung von Hightech-Ski dienen Compostites aus unseren Flachsbändern ebenso wie zur Extrusion moderner Fensterprofile – die Einsatzmöglichkeiten sind zahllos“, erklärt Tomislav Josipovic, Sales Manager von vombaur. „Als Entwicklungspartner unterstützen wir mit unseren Composite Textiles unter anderem Anwendungen für Automotive, Windenergie, Bau- oder Sport-Industrie und viele weitere Branchen.“

Die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung (DITF) sind einer von fünf Gewinnern des „Ideenwettbewerbs Bioökonomie - Innovationen für den Ländlichen Raum“, der vom Ministerium für Landwirtschaft und Verbraucherschutz Baden-Württemberg erstmals ausgerufen wurde. Ausgezeichnet wurden Beiträge zum Klimaschutz, zur Ressourceneffizienz, zum Schutz der Umwelt und der Biodiversität sowie zur Entwicklung des ländlichen Raums. Am 25. November 2020 wurde der Preis von Ministerialdirektorin Grit Puchan während des 5. Bioökonomietags überreicht. Die DITF erhalten den Preis für ihre Forschung an nachhaltigen Carbonfasern. Der Pitch-Vortrag von Dr. Frank Hermanutz und Dr. Antje Ota erhielt zudem auch noch den Publikumspreis.

Ionische Flüssigkeiten (ionic liquids, IL) sind der Schlüssel zu nachhaltigen biobasierten Fasern für vielfältige Anwendungen in der Industrie. 2003 hat Dr. Frank Hermanutz mit seinem Team gemeinsam mit der BASF SE ein innovatives Lösungsmittel für Biopolymere, also Polymere aus nachwachsenden Rohstoffen, entdeckt. Auf dieser Basis wurden mit der patentierten HighPerCell®-Technologie Cellulosefilamentfasern entwickelt, die aufgrund ihrer spezifischen Fasereigenschaften als technische Fasern eingesetzt werden können. Sie sind zum Beispiel Ausgangsprodukt für cellulosebasierte Carbonfasern.

Carbonfasern werden vor allem im Fahrzeugbau eingesetzt, gewinnen aber auch im Bauwesen an Bedeutung. Sie sind äußerst hitzebeständig und belastbar. Herkömmliche, nicht auf Biopolymeren basierende Carbonfasern sind allerdings derzeit noch sehr teuer und ihre Herstellung belastet die Umwelt. Die Carbonfaserherstellung auf der Basis von Cellulose würde nicht nur die Umwelt schonen, sondern auch die Energiekosten senken. Für die Gewinnung von Zellstoff bietet sich zum Beispiel die heimische Buche an. Wissenschaftler des Kompetenzzentrums Biopolymerwerkstoffe der DITF bringen dieses neue Verfahren in das im April 2020 vom Land Baden-Württemberg gegründete Technikum Laubholz (TLH) ein. Dort wird die Technologie in enger Zusammenarbeit mit beteiligten Industriefirmen praktisch umgesetzt.

Hochleistungsfasern aus Cellulose sind für viele weitere Anwendungen geeignet, wie zum als Verstärkungsfasern im Beton oder als Bestandteil von sortenreinen Verbundwerkstoffe.

„Schon bald könnten biopolymerbasierte Werkstoffe die gleichen Eigenschaften aufweisen wie erdölbasierte Materialien. Das wäre ein enormer Beitrag zum Ressourcenschutz und zur Umweltverträglichkeit“ erklärt Frank Hermanutz.

Die Jury des Ideenwettbewerbs würdigt diese Forschungsleistung für Umweltschutz und Nachhaltigkeit mit dem Bioökonomie-Innovationspreis.

In Mönchengladbach werden im Rahmen eines Forschungsprojekts elektrisch leitfähige Hybridgarne entwickelt, die durch Nähen verarbeitet werden können. Forscherinnen und Forscher des Fachbereichs Textil- und Bekleidungstechnik der Hochschule Niederrhein sowie der Hogeschool Gent (Belgien) werden dafür bis Oktober 2022 mit rund 250.000 Euro vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.

Damit könne man die drei vorherrschenden Trends in der Modebranche Digitalisierung, Sicherheit und Individualismus bedienen, sagt Professorin Dr. Anne Schwarz-Pfeiffer vom Fachbereich Textil- und Bekleidungstechnik, die zugleich Projektleiterin ist.
„Eine Möglichkeit ist die Entwicklung von Smart Clothing Produkten, die mit dem Träger interagieren, das Sicherheitsniveau erhöhen und individuelle Daten messen können“, sagt die Professorin für Funktionale Textilien und Bekleidung.

Ziel des Projektes ist es, tragbare Prototypen für Sport- und Schutzbekleidungssysteme zu entwickeln, die Licht emittieren, Feuchte und Temperatur aufzeigen oder auf Körperbewegungen reagieren und diese nachvollziehen können. Hierfür entwickeln die Forscherinnen und Forscher Hybridgarne, die in Funktionsnähten verarbeitet werden können. Das Projekt legt großen Wert darauf, bereits etablierte Technologien der Branche zu nutzen, ohne zusätzliche Verarbeitungsschritte für Unternehmen einführen zu müssen, so Professorin Dr. Kerstin Zöll, verantwortlich für Konfektionstechnologie am Fachbereich und ebenso aktiv im Projekt eingebunden. Außerdem werden Richtlinien zur Herstellung dieser Nähte erstellt und die Stärken und Schwächen dieser Entwicklung aufgezeigt.

Mit Hilfe der in der Forschung erzielten Ergebnisse sollen Unternehmen wählen können, welche Form von Funktionsnähte für ihre Produkte am besten geeignet sind, ohne auf teure Änderungen der Produktionskette zurückgreifen zu müssen. Ein projektbegleitender Ausschuss von Industrie-Unternehmen der Branche erhält Einblick in die Forschungsergebnisse und gibt durch sein Feedback wertvolle Impulse für die Arbeiten.

Das Projekt hat eine Laufzeit von zwei Jahren. Die Förderung erfolgt durch die industrielle Gemeinschaftsförderung (AiF) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie.

Mit Relive-1 lanciert Autoneum einen innovativen Tuftingteppich, der höchsten Ansprüchen an nachhaltige Mobilität gerecht wird. Die mit dem «Autoneum Pure.»-Label für besondere Umweltfreundlichkeit ausgezeichnete Tuftingtechnologie für die Kompaktbis Premiumklasse ist gegenüber dem in diesen Fahrzeugsegmenten üblichen Teppichstandard zudem langlebiger und überzeugt mit einer exzellenten Reinigungsfähigkeit.

Die globale Nachfrage nach innovativen Fahrzeugen der Zukunft und nachhaltigen Mobilitätsformen steigt. Automobilhersteller und Zulieferer fokussieren sich in der Fahrzeugentwicklung entsprechend verstärkt auf ressourcenschonende Leichtbaukomponenten und Produktionsprozesse. Darüber hinaus sind Optik und Haptik der Passagierkabine ausschlaggebend für die Kaufentscheidung, da das Auto in Zukunft verstärkt für Arbeit und Erholung genutzt wird. Hier beeinflussen Teppichsysteme durch ihre Grösse die Qualitätswahrnehmung entscheidend. Mit Relive-1 bietet Autoneum neu eine Premiumtechnologie für Fahrzeugteppiche an, die nicht nur mit ihrem ästhetischen Erscheinungsbild punktet, sondern auch eine überdurchschnittliche Umweltbilanz aufweist. Unter anderem überzeugen Teppiche aus Relive-1 durch einen besonders nachhaltigen Einsatz von Rohmaterialien: So werden für die Herstellung der Teppichfasern nur rezyklierte PET-Flaschen verwendet. Autoneum verwertet diesen Rohstoff wieder, schont so natürliche Ressourcen und verringert Plastikmüll – und sorgt gleichzeitig dafür, dass aus ausgedienten PET-Flaschen neue, hochwertige Teppichsysteme für kommende Fahrzeuggenerationen kosteneffizient produziert werden können. Darüber hinaus stellt Relive-1 einen bedeutenden Schritt zu Monomaterial-Konstruktionen und somit zu einer abfallfreien Fertigung von Tuftingteppichen dar.

Gleichzeitig steht Relive-1 einmal mehr für die überdurchschnittliche Produktqualität von Autoneum: Im Vergleich zu Standardteppichen der Kompakt- bis Oberklasse sind Relive-1-Teppiche dank signifikant höherer Abriebfestigkeit robuster und durch die vertikale Ausrichtung der Fasern sowie wasserabweisende Wirkung des Polyesters leicht zu reinigen. So können kleine Partikel wie Holzsplitter, Staub oder Steine, aber auch Flüssigkeiten problemlos und ohne Rückstände entfernt werden, was ein entscheidender Vorteil bei häufig in der Freizeit genutzten Fahrzeugen wie SUVs ist. Die Verbindung von herausragender Leistung und Nachhaltigkeit definiert heute bei Fahrzeugen der Premiumklasse den neuen Luxusstandard.

Auch im Pandemiejahr 2020 kann der Rundstrickmaschinenbauer Mayer & Cie. (MCT) seine führende Marktposition in der Türkei erneut ausbauen. Damit gehört die Türkei weiterhin zu den stärksten und vor allem beständigsten Absatzmärkten. Selbst in schwierigen Jahren konnte der Hersteller zusammen mit seiner langjährigen türkischen Vertretung Mayer Mümessillik ein positives Ergebnis erzielen. Als Gründe für den Erfolg 2020 sieht Mayer & Cie. die Produktionsverlagerung in europanahe Standorte, die topmodernen türkischen Maschinenparks, sowie die erhöhte Nachfrage nach bequemer, home-office-tauglicher Bekleidung.

Türkischer Markt trotz Corona-Einschnitt auf Wachstumskurs
„Gegenüber 2019 rechnen wir mit einem Wachstum für den türkischen Markt, obwohl uns die Corona-Situation im zweiten Quartal 2020 natürlich einen ordentlichen Einschnitt verpasst hat“, sagt Stefan Bühler, bei Mayer & Cie.-Vertriebsbereichsleiter für die Türkei. Der Hersteller startete am Bosporus mit einem starken ersten Quartal 2020, mit zusätzlichen positiven Effekten bis Mitte März, bedingt durch den Wunsch nach europanahen Produktionsstandorten. Im zweiten Quartal, während des Lockdowns, kam die Nachfrage weitestgehend zum Erliegen. Staatliche Maßnahmen halfen, den Einbruch abzufedern. Ahmet M. Öğretmen, Geschäftsführer bei der türkischen Vertretung Mayer Mümessillik, berichtet: „Wir haben in Q2 ein Minus von rund zehn Prozent im BIP verzeichnet; damit sind wir mit einem blauen Auge davon gekommen.“

Seit Juli 2020 zeigt die Kurve der Bestellungen von Mayer & Cie.-Rundstrickmaschinen erneut nach oben. Ahmet M. Öğretmen sieht dafür ein Zusammenspiel an Gründen: Zentral sei der niedrige Kurs der türkischen Lira, der den Export konfektionierter Textilien beflügelt. Die Tageszeitung Hurriyet spricht, unter Berufung auf die staatliche türkische Nachrichtenagentur, für August 2020 von einem Wachstum von elf Prozent gegenüber dem Vorjahresmonat. Als wichtigste Zielländer der Exporte nennt die Zeitung Deutschland, Großbritannien und Spanien; zusammen sind sie für rund die Hälfte der Exporte im Wert von 1,27 Milliarden Euro verantwortlich*. „Diese Nachfrage will bedient werden“, so Öğretmen. „Das führt zu Maschineninvestitionen seitens der Hersteller.“

Relanit als Synonym für Single Jersey
Die Wahl der türkischen Stricker fällt regelmäßig auf Modelle aus dem Hause Mayer & Cie. Der Marktanteil des deutschen Traditionsunternehmens liegt in der Türkei im Durchschnitt deutlich höher als in anderen Absatzmärkten. Vor allem den Bereich der glatten Single Jersey Stoffe hat der deutsche Hersteller für sich besetzt. Die Relanit 3.2 HS ist dort die Maschine der Wahl; sie bietet eine außerordentliche Produktivität insbesondere bei der Verarbeitung von Elastomergarnen. Zudem verarbeitet sie zuverlässig eine große Bandbreite an Garnqualitäten.

„Wer Interlock will, denkt Mayer & Cie.“
Auch in der zweiten großen Rundstrickdisziplin, den Ripp- und Interlockstoffen, ist Mayer & Cie. beliebt. Die Modelle, die für doppelflächige Stoffe zum Einsatz kommen, sind die OV 3.2 QCe, die D4 2.2 II und die D4 3.2 II. Die OV 3.2 QCe strickt mit 3.2 Systemen Interlock, 8-Schloss-Strukturen, Spacer und Fine Gauge. Auch die D4 2.2 II ist ein Routinier für Ripp, 8-Schloss-Strukturen und Interlock. Die 8-Schloss-Maschine D4 3.2 II wählt, wer neben Interlock Strukturen wie Piqué, Punto di Roma oder Thermal herstellen will.

Auch die MBF 3.2 gehört zu den Topsellern in der Türkei. Die Bindefadenfuttermaschine produziert Stoffe für sportliche Freizeitmode wie Hoodies und liegt damit im Home-Office-Jahr 2020 voll im Trend. „Bequeme Kleidung ist rundgestrickt“, konstatiert Ahmet M. Öğretmen. „ Davon profitieren wir natürlich.“

Einer der modernsten Maschinenparks weltweit in der Türkei
Ein weiterer Punkt auf der Habenseite ist die Modernität der türkischen Maschinenparks, die in Zusammenhang mit der schwachen Währung doppelt attraktiv ist. Mayer Mümessillik Vertreter Öğretmen: „In den vergangenen zehn bis 20 Jahren wurde sehr stark in hochwertige Maschinen investiert. Das hat zur Folge, dass wir weltweit über die jüngsten und modernsten Produktionsanlagen verfügen.“ Kombiniert mit der geografischen Nähe zum Hauptabnehmer Europa dürfte das ein Wachstumstreiber für die kommenden Jahre sein – und die Nachfrage nach Mayer & Cie.-Maschinen weiterhin oben halten.

*Mehr Informationen hier.

• Carbonfasern im Verbund mit Spritzguss ersetzen herkömmliche Stahlbauweise
• SGL Carbon liefert innovative Carbonfaserprofile
• Serienmäßiger Einsatz in einem zukünftigen Volumenmodell der BMW Group
• Bauweise bietet großes Potential für den Einsatz in weiteren Automobilprojekten

Bereits im August hat die SGL Carbon einen mehrjährigen Auftrag von der Koller Kunststofftechnik GmbH zur Herstellung neuartiger Carbonfaserprofile für den serienmäßigen Einsatz als Windlauf eines zukünftigen Volumenmodells der BMW Group erhalten.

Es handelt sich bei den Profilen um besonders flexible, mit thermoplastischem Kunststoff vorimprägnierte Faserstränge in verschiedenen Abmessungen. Sie werden von der SGL Carbon auf Basis der eigenen 50k-Carbonfaser am Standort im Innkreis in Österreich gefertigt und anschließend von den Spritzgussexperten bei Koller zu einem skelettartigen Kunststoffbauteil weiterverarbeitet. Die Verbundbauweise wird die bisherige Windlauf-Komponente aus Stahl ersetzen. Die Produktion der Carbonfaserprofile startet noch im Jahr 2020 und wird dann über die nächsten Jahre bis zum Verkaufsstart des BMW Group-Modells schrittweise hochgefahren.

Der Windlauf fungiert im Fahrzeug oberhalb der Windschutzscheibe als Verbindungselement zwischen den Dachrahmen und hat somit eine wichtige stabilisierende Funktion. Die Carbonfaserprofile sorgen für die geforderte Steifigkeit und Crashsicherheit des Bauteils. Gleichzeitig helfen sie das Gewicht im Dach signifikant zu reduzieren und unterstützen damit auch die Fahrdynamik. Das Spritzgussverfahren ermöglicht zusätzlich besonders komplexe und materialeffiziente Strukturen. Im BMW Group-Modell wird dieses neuartige Bauteilkonzept für eine Gewichtseinsparung von 40 Prozent im Vergleich zur herkömmlichen Stahlbauweise sorgen und wichtige Freiräume für Kabelkanäle und Sensoren schaffen.

Auch die Herstellung der Carbonfaserprofile selbst ist in besonderer Weise auf Material- und Prozesseffizienz in Großserienherstellung ausgerichtet. Sie bestehen aus mehreren kleineren Fasersträngen, den sogenannten Rods, und werden im modernen Endlosverfahren der Pultrusion gefertigt. Bei der Produkt- und Prozessentwicklung wurde drauf geachtet, dass ein Materialverlust bei der Herstellung nahezu komplett vermieden wird.

„An der Entwicklung von thermoplastischen Carbonfaserprofilen zum Einsatz im Spritzguss arbeiten wir bei der SGL Carbon schon länger. Diese Aufbauarbeit beginnt sich nun auszuzahlen. Aufgrund der vielen Vorteile und der wettbewerbsfähigen Kosten sehen wir für die Technologie noch viel Potential zum Einsatz in weiteren Automobilprojekten.“ erklärt Sebastian Grasser, Leiter des Automotive-Segments im Geschäftsbereich Composites – Fibers & Materials der SGL Carbon.

„Innovativer Leichtbau in Hybridbauweise hat sich zu einem strategisch schlüssigen Konzept für die OEM-Kunden der Kollergruppe entwickelt“, bestätigt Max Koller, CEO der Kollergruppe. „Die hohe Materialkompetenz der SGL Carbon, kombiniert mit dem Prozess-Knowhow der KOLLER-Kunststofftechnik und des KOLLER-Formenbaus, schaffen die Basis für eine vielversprechende Zukunft in innovativen Leichtbautechnologien. Durch diesen Auftrag hat die BMW Group das Vertrauen in die erfolgreiche Zusammenarbeit von SGL und Koller bekräftigt; das freut uns besonders“, so Max Koller.
 
Die Koller-Gruppe ist ein global agierendes Technologieunternehmen mit Werken in Europa und China, sowie NAFTA. Die Kollergruppe entwickelt und fertigt im Segment Leichtbau, Werkzeuge und Serienbauteile, überwiegend für die Automobilindustrie.

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.

• Lizenzvertrag für zukunftsträchtige Technologie abgeschlossen
• Integration in die digitale Spinnereiplattform ESSENTIAL
• Umsetzung der Digitalstrategie weiter vorangetrieben

Der Rieter-Konzern schliesst per 05. November 2020 mit WW Systems einen Lizenzvertrag ab und integriert das zukunftsträchtige Produkt des brasilianischen Unternehmens in die digitale Spinnereiplattform ESSENTIAL. WW Systems bietet mit «OptCotton» weltweit das einzige Softwaresystem an, das eine gleichmässige Mischung von Baumwolle für den Spinnprozess ermöglicht. Mit dieser Zusammenarbeit macht Rieter einen wichtigen Schritt in der Umsetzung seiner Digitalstrategie und bietet seinen Kunden einen weiteren Mehrwert in der Garnproduktion.

«OptCotton» eliminiert Qualitätsschwankungen zwischen Baumwollmischungen, die für den Spinnprozess vorbereitet werden. So kann im Spinnprozess ein Garn mit standardisierter Qualität effizient erzeugt werden. Von der Ankunft der Ballen im Lager bis zu ihrem Verbrauch in der Putzereilinie verwaltet «OptCotton» den gesamten Mischprozess, ohne dass eine Kategorisierung erforderlich ist. Dies hat eine Effizienzsteigerung in der Lagerhaltung und Logistik sowie in der Maschinenleistung zur Folge.

Integration in die digitale Spinnereiplattform ESSENTIAL
Mit der Integration dieser Lösung stärkt Rieter seine digitale Spinnereiplattform ESSENTIAL. Durch den Zugang zu ballenbezogenen Faserdaten und Rohmaterial-informationen eröffnen sich neue Möglichkeiten für die Steuerung der Spinnerei. Die Kombination mit den bereits bestehenden Modulen ESSENTIALbasic, ESSENTIALmonitor, ESSENTIALmaintain und ESSENTIALpredict optimiert den gesamten Spinnprozess und hebt die digitale Intelligenz auf ein neues Level.

Eine typische Chemiefaseranlage produziert gut 600 Tonnen Garn am Tag. Dazu werden in der Filamentgarn Produktion rund 700 Wickler benötigt, oder in der Stapelfaser Produktion 3 Anlagen. Diese Zahlen zeigen, wie wesentlich ein reibungsloser Produktionsprozess ist.

Schleicht sich irgendwo im Prozess ein Fehler ein, erhöht sich der tagesübliche Abfall dramatisch. Klar, dass das jeder Garnhersteller im Sinne einer wirtschaftlichen Produktion vermeiden muss. Hier leistet Digitalisierung wertvolle Unterstützung. Eine intelligente Fabrik, die sämtliche Schritte der Produktionskette inklusive aller Nebenprozesse miteinander vernetzt, meldet frühzeitig Qualitätsabweichungen. Der Garnhersteller kann schnell in den Produktionsprozess eingreifen und so die Produktion von Abfall vermeiden.

Digitale Lösungen sorgen für höhere mehr Prozesssicherheit
Die intelligente Fabrik steht auch bei Oerlikon Manmade Fibers im Fokus. Dabei umfasst sie deutlich mehr als das seit Jahren im Markt etablierte Plant Operation Center. „Es geht um absolute Transparenz und Nachverfolgbarkeit. Am Ende kann der Garnhersteller nachvollziehen, auf welcher Position seine verpackte texturierte Garnspule gesponnen wurde, sogar Informationen zum verarbeiteten Granulat und den spezifischen Produktionsbedingungen liegen vor“, weiß Ivan Gallo, bei Oerlikon Manmade Fibers verantwortlich für Digitale Produkte. So sorgt die intelligente Fabrik vor allem auch für Prozesssicherheit. An jeder Station des Garnes, an der Werte und Daten erfasst werden – wie zum Beispiel bei der visuellen Inspektion oder beim Wiegen –, werden die Daten automatisch ins System eingegeben und das Produkt bewertet. So kann der Garnproduzent jederzeit bei Auffälligkeiten in den zwischengeschalteten Labor- und Qualitätsprüfungen korrektiv in den Produktionsprozess eingreifen.

Informationen zum Chipsfeeding, zur Trocknung oder auch zum Masterbatch sind ebenso verfügbar wie Daten zur Klimatisierung, Druckluftversorgung und zu weiteren Nebenanlagen. Damit hat der Garnhersteller jederzeit den vollständigen Überblick über die laufende Produktion inklusive sämtlicher Informationen über Qualität und Produktionskosten.

• 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.“