Aus der Branche

• Auszeichnung für endkonturnahe 3D Gewebe für den Einsatz in Faserkunststoffverbundbauteile verliehen

Im Rahmen des JEC FORUM DACH 2022 fand am 29. November die Verleihung der AVK-Innovationspreise in Augsburg statt. Der Innovationspreis in der Kategorie „Forschung/Wissenschaft“ (1. Platz) wurde für die Entwicklung sphärisch gekrümmte Faserkunststoffverbundbauteile (FKV) aus endkonturnah gefertigten Geweben an das Wissenschaftlerteam Dipl.-Ing. Dominik Nuss, Dr.-Ing. Cornelia Sennewald und Prof. Dr.-Ing. habil. Chokri Cherif verliehen.

Mit der Entwicklung der Technologie des abzugsfreien Jacquard-Webens sowie des seit vielen Jahren am ITM der TU Dresden fest etablierten technologischen Know-hows auf dem Gebiet hochkomplexer 2D- und 3D-Gewebegeometrien ist es Dominik Nuss gelungen, allein durch gezielte Variation der Gewebebindung lokal unterschiedliche Garnlängen in die Gewebestruktur einzuarbeiten. Dadurch lassen sich ohne zusätzliches Drapieren völlig neuartige Gewebe herstellen, insbesondere sphärisch gekrümmte Gewebe, aber auch großformatige Spiralgewebe oder Kurvengewebe.

Besonders hervorzuheben ist, dass mit deutlich reduzierten Preformingschritten die geforderte endkonturnahe Geometrie des zu verstärkenden Bauteils abgebildet werden kann. Ein durchgängiges simulations-gestütztes Engineering vom CAD-Entwurf bis zur integral gewebten 2D- und 3D-Preform mittels hochkomplexer Bindungsentwicklung für räumliche Konstruktionen ist ein Alleinstellungsmerkmal am ITM, welches unerlässlich für die Entwicklung dieser zukunftsträchtigen gewebten Hightech-Strukturen war. Diese Technologie ist völlig neuartig und wurde bisher so in keinster Weise durchgeführt. Die Gewebestrukturen zeichnen sich aufgrund ihrer Geometrievielfalt und den Einsatzmöglichkeiten durch einen hohen Innovationsgrad aus, können in zahlreichen Anwendungen eingesetzt werden und zur Erschließung völlig neuer Anwendungsfelder beitragen. Die Technologie ist auf allen Jacquard-Webmaschinen mit einer Zusatzvorrichtung umsetzbar und die Preformgeometrie wird lediglich durch die Ansteuerung der Jacquardmaschine bestimmt. Die Preformgeometrie kann die volle Arbeitsbreite der Webmaschine einnehmen.

Professor Chokri Cherif, Institutsdirektor des ITM freut sich mit seinem Team sehr über die kontinuierlichen Forschungserfolge auf dem stetig wachsenden Forschungsfeld der 3D-Webtechnik, die am ITM in enger Kooperation mit der Industrie und Anwendern erzielt werden. „Diese Auszeichnung ist für unser Institut eine besondere Ehre und bestätigt, dass unsere langjährigen exzellenten Forschungsleistungen auf dem Gebiet endkonturnahen 3D-Gewebe für den Faserkunststoffbereich eine bedeutende Rolle spielen und wir mit unserer Entwicklung einen wesentlichen Beitrag für eine nachhaltige und ressourceneffiziente Fertigung von Leichtbaustrukturen leisten“.

Bauteile im Automobil müssen nicht mehr nur technologisch höchsten Ansprüchen genügen, sondern auch nachhaltig und rezyklierbar sein. Zukünftig müssen Ingenieurinnen und Ingenieure bei der Entwicklung nicht nur das fertige Produkt, sondern auch das Ende dessen Lebenszyklus im Blick haben. Künstliche Intelligenz soll helfen, in solchen Zyklen zu denken. dabei helfen. Die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF) sind einer der Projektpartner im Forschungsprojekt CYCLOMETRIC, das durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut wird. Entwickelt wird ein Tool, das schon während der Produktplanung Verbesserungsvorschläge macht.

Recycling von Hochleistungsmaterialien scheitert häufig daran, dass sich die Werkstoffe nicht in ihre ursprünglichen Bestandteile trennen lassen. CYCLOMETRIC soll dafür sorgen, dass dieses Problem nicht erst am Ende des Lebenszyklus eines Produkts gelöst werden muss. Mit den derzeitigen Methoden und Werkzeugen werden Auswirkungen auf die Umwelt oft erst gegen Ende der Entwicklung oder sogar erst nach Produktionsbeginn untersucht – obwohl die relevantesten Entscheidungen über Produkteigenschaften deutlich früher getroffen werden. Das neue System hilft, während der Entwicklung die richtigen Entscheidungen zu treffen. Dazu werden Daten, Informationen, Wissen über alle Entwicklungsphasen und Schnittstellen hinweg analysiert und bewertet. Dabei kommen Forschungsansätze des Advanced Systems Engineerings und Model-based Systems Engineerings in Verbindung mit Methoden der Ökobilanzierung sowie die Geschäftsmodellanalyse zum Einsatz.

Produktentwicklung muss täglich komplexe Parameter wie Produzierbarkeit, Rezyklierfähigkeit, Wiederverwendbarkeit, CO2-Emissionen und Kosten im Blick behalten. Nicht zuletzt müssen die Erwartungen und Gewohnheiten der Kundinnen und Kunden mitgedacht werden. Das Tool berechnet die Auswirkungen bei der Auswahl des Materials ebenso wie bei der Planung von Produktionsschritten und macht Verbesserungsvorschläge.

Als Anwendungsbeispiel für das digitale Werkzeug dient im Projekt CYCOMETRIC eine Mittelkonsolenverkleidung. Sie besteht aus nachhaltigen Textilmaterialien und verfügt über in das Textil integrierte smarte Funktionen. Das fertige Tool ist dennoch nicht auf die Automobilbranche beschränkt. Es kann in allen Industriefeldern eingesetzt werden.

Aufgabe der DITF ist die Auswahl und Prüfung geeigneter Materialien. Das Team erarbeitet die passenden Fertigungs- und Verarbeitungsprozesse und erstellt einen Prototyp. An den Prüflaboren werden Testläufe zu Funktions-, Alltags-, Langzeit- und Extremtauglichkeit der textilen Strukturen und Faserverbundwerkstoffen durchgeführt, die bei der späteren Anwendung reproduzierbar sind. Für die smarten Funktionen der Konsole werden Konzepte für Sensoren und Aktoren entwickelt.

Die DITF bringen als Partner im Forschungscampus ARENA2036 umfangreiche Erfahrungen im Leichtbau durch Funktionsintegration bei Automobilen mit. Nach Abschluss des Projekts werden die Denkendorfer Forscherinnen und Forscher Unternehmen beraten, wie Textilien verstärkt im Fahrzeuginterieur eingesetzt werden können.

Im Automobilbau, dem Schiffsbau und der Luftfahrtindustrie sowie bei Windenergieanlagen steigen die Materialanforderungen zusehends. Die verwendeten Werkstoffe sollen leicht, ressourcenschonend und gleichzeitig hochbelastbar sein. Faserverstärkte Kunststoffe (Composites) rücken immer mehr in den Vordergrund, da deren Eigenschaften in Kombination mit Glas- oder Carbonfasern metallischen Materialien oftmals überlegen sind. Mit Fokus auf die klimaneutrale Herstellung und Nutzung von Produkten wächst auch der Bedarf an Recyclinglösungen. Im SmartERZ-Projekt TRICYCLE arbeiten Unternehmen gemeinsam an geeigneten skalierbaren und wirtschaftlich tragfähigen Prozessen zum Recycling von Smart Composites. Momentan gibt es dafür keine Anbieter oder Konzepte am Markt.

Smart Composites bestehen aus Werkstoffen, deren Funktionalisierung durch die Integration oder Applikation elektrisch leitfähiger Komponenten, z. B. Sensoren oder Mikroprozessoren, erreicht wird. Dazu zählen zum Beispiel smarte Textilien, die elektronisch wärmen, Lichtsignale geben oder zur Datenübertragung genutzt werden können. Das breite Anwendungsspektrum und die vielseitigen Einsatzgebiete dieser intelligenten Verbundwerkstoffe und Multimaterialverbunde werden perspektivisch zu einem wachsenden Bedarf und einer stärkeren Nachfrage führen.

Die funktionale und vielschichtige Verbindung verschiedener Materialien wie Kunststoff, Metall und Textil wirft beim Thema Recycling Nachhaltigkeitsfragen auf. Im Erzgebirge werden dafür bereits heute Lösungen entwickelt. Im Rahmen des WIR!-Projektes SmartERZ ist das Verbundprojekt TRICYCLE entstanden. Mit dem Fokus auf den Strukturwandel im Erzgebirge haben sich acht ortsansässige Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft zusammengetan, um ein Recyclingkonzept aufzustellen und die Grobplanung für ein erzgebirgisches Recycling Center zu entwickeln. Das Ende des Produktlebenszyklus und die Nachnutzung bzw. Wiederaufbereitung stehen dabei im Mittelpunkt des Entwicklungsprozesses. Im Ergebnis sollen effektive und maßgeschneiderte Maßnahmen für eine möglichst hochwertige Wiederverwendung entstehen. Diese sollen dem steigenden Aufkommen an Abfällen aus diesem wachsenden Bereich der deutschen Industrie begegnen und anwendungsbereit sein.

Klassische Herausforderungen für die Projektbeteiligten sind die irreversiblen Verbindungstechniken (z. B. Kleben, Faser-Matrix-Haftung), die Integration vieler verschiedener Materialien in geringen Mengen sowie Form und Größe der Bauteile. Eigene Untersuchungen sowie Feedback von Partnerunternehmen bestätigen die Notwendigkeit sowie den Nutzen eines passgenauen Recyclingprozesses für Smart Composites und intelligente Multimaterialverbünde. Das Projekt soll dazu beitragen, den Wirtschaftsstandort Erzgebirge attraktiver und zukunftsfähiger zu gestalten.

Am 1. September 2021 gestartet, kann TRICYCLE erste Ergebnisse vorweisen. Zunächst wurden die Bedarfe bei mittelständischen Unternehmen in der Region Erzgebirge abgefragt, um die aktuellen Gegebenheiten und den Status quo in Bezug auf technologische Recyclingkonzepte bestmöglich abzubilden. Für ein fundiertes Recyclingkonzept hat das TRICYCLE-Team drei Referenzbauteile für den vorgesehenen Prozess ermittelt, die in der erzgebirgischen Wirtschaft Verwendung finden, und folgenden Bereichen zugeordnet: Automotive, Technische Textilien mit applizierter Zusatzfunktion und Technische Textilien mit integrierter Zusatzfunktion.

Basierend auf dieser Auswahl, analysiert das Projektteam momentan die Herstellungs- und bisherigen Recyclingprozesse der Referenzbauteile. Das beinhaltet auch die Planung praktischer Versuche zum Recycling. Dabei fokussieren sich die Projektpartner auf ihr Know-how in verschiedenen chemischen, thermischen und mechanischen Prozessen zur Separierung, Rückführung und Wiederverwendung der eingesetzten Materialien. Um die Produkte den Recyclingtechnologien zugänglich zu machen, wurde die Herangehensweise innerhalb des Projekts angepasst, da insbesondere Textil aufgrund von Form und Struktur (z. B. endlose Struktur) herausfordernd sein kann.

Obwohl die Materialien selbst recycelbar sind, müssen diese dennoch für den Prozess optimal vorbereitet bzw. fachgerecht aufbereitet werden. Die Expertise und die Technologiekompetenz, die hierfür benötigt werden, ist bei den beteiligten Projektpartnern durch jahrzehntelange Erfahrung und zahlreiche Innovationen vorhanden. Das Zusammenspiel aller Beteiligten im Projekt TRICYCLE stellt bereits jetzt die Weichen für das geplante Recycling Center, um dieses später zum Drehkreuz zwischen regionalen Produktionsunternehmen und dem Recycling weiterzuentwickeln. Dieses soll als „Open Factory“ aufgebaut werden, um den Unternehmen des SmartERZ-Bündnisses bzw. perspektivisch der Region Erzgebirge eine gemeinsame Nutzung zu ermöglichen.

„Die Wiederverwendung der eingesetzten Ressourcen ist sowohl aus ökonomischer als auch aus ökologischer Sicht zwingend geboten. Momentan gibt es weder Anlagenbauer noch Dienstleistungsanbieter mit den entsprechenden Kompetenzen zum Recycling von Smart Composites oder Multimaterialverbünden am Markt,“ stellt Johannes Leis, der Verbundkoordinator vom Sächsischen Textilforschungsinstitut e.V. (STFI) in Chemnitz fest.Unter Leitung des STFI als Verbundkoordinator mit seiner über 30-jährigen Erfahrung in der Textilbranche und speziellem Know-how im Recycling von Carbonabfällen haben sich weitere Unternehmen und Forschungseinrichtungen zusammengefunden. Dazu zählen das Textilunternehmen Curt Bauer GmbH, die Professur Fabrikplanung und Fabrikbetrieb der TU Chemnitz, das Ingenieurbüro Matthias Weißflog, der Hersteller für Faserverbundbauteile Cotesa GmbH, der Spezialvlieshersteller Norafin Industries (Germany) GmbH, das Recyclingunternehmen Becker Umweltdienste GmbH und die Hörmann Rawema Engineering & Consulting GmbH. Am Ende der Projektlaufzeit sollen ein einsatzfähiges, technologisches Recyclingkonzept für die zukünftigen entstehenden smarten Produkte sowie die in der Produktion entstehenden Abfälle (bspw. durch fehlerhafte Bauteile und Randbeschnitte) und ein Konzept für den Aufbau eines Recycling Centers vorliegen, das im Erzgebirge entstehen soll.

Das EU-Projekt „MC4 – Multi-level Circular Process Chain for Carbon and Glass Fibre Composites“ untersucht zirkuläre Ansätze für die Wiederverwendung von Verbundwerkstoffen aus Carbon- und Glasfasern. Es entwickelt Prozesstechnologien und Qualitätssicherungsmethoden, die ein wirtschaftliches Recycling von Carbon- und Glasfaserbauteilen ermöglichen. Die im Fokus stehenden Materialien sind für zahlreiche technische Anwendungen unverzichtbar, bei denen ein geringes Materialgewicht und hohe Performance besonders geschätzt werden. Die europäischen Wertschöpfungsketten für Carbon- und Glasfasern müssen jedoch in zweierlei Hinsicht optimiert werden: in Bezug auf die ökologische und die wirtschaftliche Effizienz.

Derzeit gehen bis zu 40 % des Materials im Produktionsprozess als Abfall (z.B. Prepreg-Abfälle im Zuschnitt) verloren und nach einer Lebensdauer von 15 bis 30 Jahren werden 98 % des Materials der Entsorgung zugeführt, ohne Aussicht auf Wiederverwertung. Bei einem jährlichen Verbrauch von etwa 138.000 Tonnen Carbonfasern und 4,5 Millionen Tonnen Glasfaserverbundwerkstoffen sind entsprechende Umweltauswirkungen von hoher Relevanz.
Zusätzlich zu diesen Umweltproblemen muss die derzeitige Wettbewerbsposition Europas in diesen Wertschöpfungsketten verbessert werden, um weniger von ausländischen Quellen abhängig zu sein. 80 % der Herstellung von Carbon- und Glasfasern findet außerhalb Europas statt, und wenn die Herstellung in Europa erfolgt, sind die Technologien häufig von anderen Ländern

MC4 wird sich auf verschiedene Wiederverwendungs- und Recyclingprozesse entlang des Lebenszyklus von Verbundwerkstoffen konzentrieren. Dazu gehören:

• Chemische Recyclingtechnologien für eine wirtschaftlich effiziente Trennung von Matrix und Carbonfasern
• Verarbeitungstechnologien für die Wiederverwendung von Prepreg-Abfällen aus dem Produktionsablauf (z.B. beim Zuschnitt)
• Mechanische Recyclingverfahren für Bauteile aus Glasfaserverbundwerkstoffen zur direkten Wiederverwendung der Materialien in neuen Bauteilen
• Neue Harze für eine bessere Recycelbarkeit von Glasfaserbauteilen
• Technologien für die Verarbeitung von recycelten Carbonfasern zur Herstellung von Garnen, Geweben und Vliesstoffen für Verbundbauteile
• Qualitätssicherungsmethoden zur Charakterisierung von recycelten Glas- und Carbonfasern und der daraus hergestellten neuen Verbundwerkstoffe

Das Konsortium umfasst 15 Partner aus sieben europäischen Ländern. Prozessentwickler, Materialhersteller, Hersteller von Verbundbauteilen sowie Endverbraucher decken die gesamte Wertschöpfungskette ab.

Das STFI bringt in verschiedenen Arbeitspaketen des Projektes seine Kompetenzen im Bereich der Verarbeitung und des Recyclings von Carbonfasern und Carbonfaserverbundbauteilen ein. Neben der Herstellung von Vliesstoffen und deren Prüfung stehen die Anfertigung von Demonstratoren, aber auch entsprechende LCA und Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen im Vordergrund.

MC4 wird von der Europäischen Union unter dem Aufruf HORIZON-CL4-2021-RESILIENCE-01-01 im Forschungsrahmenprogramm Horizon Europe finanziert. Die Laufzeit des Projektes ist von April 2022 bis März 2025.

Laut Weltgesundheitsorganisation (WHO) gehören Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu den häufigsten natürlichen Todesursachen. Weltweit sterben daran jährlich etwa 17 Millionen Menschen. Mit dem Peter Dornier-Stiftungspreis 2022 wurde nun am 21. Juli 2022 eine Forschungsarbeit von Herrn Dipl.-Ing. Mathis Bruns vom Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM) der TU Dresden ausgezeichnet, die die medizinische Versorgung von Menschen mit unzureichender Herzklappenfunktion künftig verbessern und das Leben der Patienten verlängern soll.

Das menschliche Herz ist eine Hochleistungsmaschine: Über die Lebenszeit eines Menschen hinweg schlägt es fast drei Milliarden Mal, pumpt dabei rund 200 Millionen Liter Blut durch den Körper. Enorme Belastungen, die mitunter zu lebensgefährlichen Verschleißerscheinungen führen können. Gerät eine Herzklappe aus dem Tritt, erhalten Patienten in der Regel künstlich-mechanische oder biologische Klappen als Ersatz. Mechanische Lösungen sind jedoch mit einer lebenslangen Einnahme blutverdünnender Medikamente verbunden. Außerdem kann es zu hörbaren Schließgeräuschen kommen; so klagt fast ein Viertel der Patienten mit mechanischer Herzklappe über Schlafstörungen. Biologische Herzklappen wiederum, etwa aus tierischem Gewebe, haben einen hohen manuellen Herstellungsaufwand und eine kürzere Lebensdauer.
 
Potenzial des Webens für Medizinprodukte aufgezeigt
Deshalb forscht Diplomingenieur Mathis Bruns am Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM) der TU Dresden an einer Implantat-Alternative aus Gewebe. Im Rahmen eines Forschungsprojekts, an dem auch Herzchirurgen aus dem Herzzentrum Dresden sowie der Uniklinik Würzburg beteiligt waren, lieferte Herr Bruns mit seiner Diplomarbeit wichtige Erkenntnisse für das Weben einer künstlichen Herzklappe. Für seine Arbeit mit dem Titel „Entwicklung von Schlauchstrukturen mit integrierter Ventilfunktion“ hat Mathis Bruns nun den mit 5.000 Euro dotierten Peter Dornier-Stiftungspreis 2022 erhalten. Dr. Adnan Wahhoud, ehemaliger Leiter der Entwicklungsabteilung Luftwebmaschine bei der Lindauer DORNIER, sagte bei seiner Laudatio: „Der Preisträger demonstriert mit seiner Arbeit sehr anschaulich, welches Potenzial in der Webtechnik steckt, um Gewebe komplexer Form, Geometrie und Gestalt herzustellen mit dem Ziel, das Leben von Menschen zu verlängern und zu verbessern.“ Die ausgezeichnete Diplomarbeit, sei eine Bereicherung der Forschung an dreidimensionalen Geweben zum Einsatz in der Medizin.

Ersatzherzklappen ohne Naht weben
„Ein besonderer Vorteil unseres Ansatzes liegt in der integralen Herstellungsweise“, sagt Stiftungspreisträger Mathis Bruns. Die Geometrie und Funktion einer Herzklappe sei derart komplex, dass sich gewebte Herzklappen bislang nicht in dieser Form herstellen ließen. Durch den kombinierten Einsatz einer Spulenschützen-Bandwebmaschine und einer Jacquard-Maschine sei es jedoch gelungen, die Ersatzherzklappe so zu weben, dass sie nicht mehr zusammengenäht werden müsse. Selbst die Schlauchstrukturen für die Blutgefäße und die integrierte Ventilfunktion seien „aus einem Guss“. „Nähte sind immer eine Schwachstelle in textilen Medizinprodukten“, sagt Bruns. Ein weiterer Vorteil der gewebten Herzklappe: Sie soll sich auch mit Hilfe einer minimal-invasiven Operation einsetzen lassen. Demnach soll die eingefaltete Klappe, die etwa so groß ist wie ein Teelicht, mit einem Katheter über die Blutbahn an die Zielstelle im Herzen geschoben und dort entfaltet werden. Brustkorb und Herz der Patienten müssten dann nicht mehr aufgeschnitten werden, erklärt Preisträger Bruns.
 
Textile Struktur ähnelt menschlichem Gewebe
Seit jeher entstehen verschiedenste Medizinprodukte auf den Webmaschinen der Lindauer DORNIER. Kunden fertigen auf ihnen unter anderem Gewebe für Bandagen, Prothesen, Blutfilter und Orthesen. Dass auf den Maschinen aus Lindau in Zukunft vermehrt auch Implantate wie Herzklappen gewebt werden, ist für Mathis Bruns nur naheliegend. „Textiles Gewebe ist dem menschlichen Gewebe sehr ähnlich“, sagt er. Wie ein textiles Gewebe sich aus Tausenden Einzelfäden zusammensetze, bestehe auch der menschliche Körper zu einem großen Teil aus fadenförmigen Materialen. „Muskelfasern leiten Kraftimpulse, Nervenbahnen senden Reize wie beispielsweise Schmerzen und Gehirnzellen leiten über fadenförmige Dendriten und Axone Informationen.“ Aufgrund ihrer „Fadenförmigkeit“ seien gewebte Implantate deshalb besonders geeignet für medizinische Anwendungen.

• Röfix nutzt Produktinnovation für Brückensanierung im Bregenzerwald

In einem Pilotprojekt zur Verstärkung der Betonkonstruktion einer Brücke im Bregenzerwald wird erstmals in Österreich Textilbeton eingesetzt. Durch die Forschungs-und Entwicklungsarbeit der Universität Innsbruck mit dem Vorarlberger Baustoffhersteller Röfix und der Firma Texible aus Dornbirn wurde das Produkt „Textilbeton“ zur Marktreife gebracht. Textilbeton trägt wesentlich zur Materialreduktion bei und ist dadurch nachhaltiger als herkömmliche Lösungen.

Im Mai 2022 startete die umfangreiche Instandsetzung der Krumbachbrücke im Bregenzerwald. Röfix liefert für das Sanierungsprojekt rund 100 Tonnen Nassspritzreparaturmörtel und die Firma Texible ca. 6.600 m² gesticktes Textilgewebe. Erstmals in Österreich kommt dabei Textilbeton als Betoninstandsetzung zum Einsatz. Mitte Mai wurden auf der Baustelle zwei Versuchsfelder mit dem neuen Verfahren durchgeführt, die nach ca. 28 Tagen von der Universität Innsbruck umfangreich geprüft wurden.

Textilbeton ist ein künstlicher Verbundwerkstoff, der aus zwei Komponenten, Beton bzw. Mörtel und einer textilen Bewehrung, besteht. Das Textilgewebe aus Kohlestofffasern (Carbon) wird anschließend zu gitterartigen Matten verarbeitet. Bei der Anwendung wird zunächst der schadhafte Beton mittels Hochdruckwasserstrahlen von den zu sanierenden Betonflächen entfernt. Danach wird die Textilbewehrung mit einem Nassspritzmörtel maschinell eingespritzt und die Betonoberfläche glatt abgezogen. Ein Vorteil beim Einsatz von Textilbeton ist, dass nur eine relativ dünne Betonschicht notwendig ist und die Brücke weniger zusätzliches Gewicht tragen muss als bei einer üblichen Ausführung. Mit nur etwa 3 cm Textilbeton können fast die gleichen Festigkeitswerte erreicht werden wie bei 10 bis 12 cm herkömmlich bewehrtem Beton. Da deutlich weniger Material erforderlich ist, lassen sich Transportkosten und CO₂-Emissionen vermeiden. Beim Einsatz von Textilgewebe findet zudem im Gegensatz zu Stahl keine Bewehrungskorrosion statt. Für die Instandsetzung der Brücke werden bis Ende 2023 ca. 100 Tonnen Mörtel und 6.600 m² Textilgewebe eingesetzt werden.

Das Sächsische Textilforschungsinstitut e.V. zeigt auf der Techtextil 2022, der internationalen Messe für technische Textilien und Vliesstoffe, innovative Highlights aus Forschung und Entwicklung. Neben einer kettengewirkten textilen Fassadenbegrünung im Modulsystem und textilen Leichtbauelementen für den Baubereich aus Hanf als nachwachsendem Rohstoff präsentiert das STFI auch Neues aus der Vliesstoffforschung. Für die Vliesstoffkompetenz steht das Projekt optiformTEX, bei dem für die Halbzeugherstellung im Automobilsektor die Flächenmasse gezielt beeinflusst wurde. Des Weiteren stellt das Chemnitzer Institut eine ökologische Schaumbeschichtung für Schutztextilien aus. Zentrales Highlight des STFI-Messeauftritts ist darüber hinaus ein mobiles Robotersystem, das ein automatisiertes Bestücken eines Spulengatters im Kleinformat zeigt.

Highlights auf der Techtextil 2022
Die begrünte Fassadenkachel ist ein System, mit dem durch einen einfachen, modularen Segmentaufbau großflächige Gebäudeflächen kostengünstig begrünt werden können. Neben einer Gebäudedämmung soll das System den gestalterischen Ansprüchen einer modernen Innenstadt entsprechen. Durch eine Funktionsintegration in die textile Trägerschicht und abgestimmte Pflanzenauswahl wird eine wartungsarme Begrünung möglich.

Formbauteile aus Vliesstoffen kommen zunehmend im Automobilbereich zum Einsatz. Konventionelle Vliesstoffe haben aktuell gleichmäßige Flächenmassen. Technische Lösungen zur lastgerechten Bauteilverstärkung und der daraus resultierende optimierte Materialeinsatz stellen ein enormes wirtschaftliches Potenzial dar. Die Grundidee von „optiformTEX“ war daher die Flächenmassenverteilung im Flor vor der Halbzeugverfestigung gezielt zu beeinflussen. Im Ergebnis wurde ein textiltechnologisches Verfahren und die zugehörige Anlagenkomponente erfolgreich entwickelt, die sowohl für synthetische als auch für Naturfaserstoffe geeignet sind.

Zukunftsweisende Materialien bieten Entwicklungen aus dem Bereich nachwachsender Rohstoffe in Kombination mit biobasierten Harzsystemen: im Projekt „Gro-Coce“ wurde durch die Verbindung nachhaltiger Bauprodukte und -weisen ein innovatives Deckensystem entwickelt. Gegenwärtig entwickelt das Projektteam ein hochleistungsfähiges Hanfbasthalbzeug sowie die Schritte zu dessen reproduzierbare Herstellung mittels textiler Flächenbildung. Erste Applikations- und Belastungstests der Hanfbasthalbzeuge an Holzbalken konnten das hohe Leistungspotenzial der Naturfasermaterialien bestätigen.

Spezielle Funktionstextilien basieren auf Verbundmaterialien mit Beschichtungen oder Membranen. Die bisherige Herstellung der Beschichtungen/Membranen birgt häufig ökologische und gesundheitliche Risiken. Am STFI wurden daher lösemittelfreie, rein wässrige Beschichtungssysteme sowie eine Technologie zu deren Applikation für den Schutztextilbereich entwickelt, woraus eine atmungsaktive, wasserdichte und waschpermanente Textilbeschichtung resultiert.

Zentrales Highlight des STFI-Messeauftritts ist ein mobiles Robotersystem, das automatisiertes Bestü-cken eines Spulengatters im Kleinformat zeigt. Der Roboter ist am STFI Teil der „Textilfabrik der Zukunft“, in welcher eine Spielmatte gewebt und Schritt für Schritt entlang der textilen Kette weiterverarbeitet wird.

Die Qualität von Verbundsystemen aus Cord hochfester Fasern wie Polyester, Aramid oder Polyamid und Matrixmaterialien aus Kautschuk wird maßgeblich bestimmt durch die Haftfähigkeiten der Fasern an der Matrix. Im etablierten Herstellungsprozess werden Haftvermittler aus Resorcin-Formaldehyd-Latex (RFL) zur Verbesserung der Haftfähigkeiten verwendet. Forschende an den DITF Denkendorf zeigen Wege, um das gesundheitsschädliche Formaldehyd durch technisch gleichwertige, aber gesundheitlich unbedenkliche Stoffe zu ersetzen.

In Autoreifen, Förderbändern und Keilriemen sowie in vielen Anwendungen bei der Herstellung technischer Erzeugnisse werden Kautschukmaterialien durch Cord verstärkt. Verwendet werden hochfeste Fasern aus Polyester, Polyamid oder Aramid. Sie sorgen für die notwendige Festigkeit und Steifigkeit des Gesamtverbunds und wirken äußeren Kräften entgegen. Dadurch können Verformungen, Dehnung und Torsion des Materials klein gehalten werden.

Diese Ansprüche an das Faserverbundmaterial können aber nur erfüllt werden, wenn zwischen Fasern und Matrix (aus Kautschuk bzw. Gummi) eine ausreichend hohe Haftfestigkeit besteht. Andernfalls ist mit einer Delamination der Werkstoffverbunde zu rechnen, die in wechselnden Lagen von Gewebe und Kautschuk aufgebaut sind. Materialversagen wäre die Folge.

Die Haftfestigkeit wird durch den Einsatz von Haftvermittlern erhöht. Bewährt haben sich Chemikalien auf der Basis von Formaldehyd-Resorcin-Latex (RFL). Sie werden als sogenannte Dips auf die Fasern aufgebracht und sorgen dafür, dass sich deren Haftung an der Matrix aus Kautschuk deutlich verbessert. RFL ist als Haftvermittler etabliert, hat aber einen bedeutenden Nachteil: Formaldehyd ist seit 2014 von der EU als nachweislich cancerogen und mutagen eingestuft. Die chemische Industrie ist daher auf der dringenden Suche nach gesundheitlich unbedenklichen Alternativen.

Die DITF haben ein neues, formaldehydfreies Beschichtungssystem entwickelt. Es basiert auf dem aus Holz gewinnbaren Stoff Hydroxymethylfurfural (HMF). HMF bildet sich bei der thermischen Zersetzung von Kohlenhydraten. Es kommt in vielen mit Hitze behandelten Lebensmitteln wie Milch, Kaffee oder Fruchtsäften vor und gilt nach derzeitigem wissenschaftlichem Kenntnisstand als gesundheitlich unproblematisch.
Die an den DITF entwickelten HMF-Dips sind auch aus technischer Sicht vielversprechend: Bei Garnen aus Polyamid 6.6 reicht eine einfache Imprägnierung aus, um die gewünschte Haftverbesserung zu erzielen. Garne aus Polyester oder Aramid bedürfen einer zusätzlichen vorhergehenden Plasmabehandlung oder einer Sol-Gel-Ausrüstung, um die notwendige Haftverbesserung zu erreichen. Das Aufbringen des HMF-Dips ist unter den gleichen Bedingungen und mit derselben Technologie möglich, die auch für die RFL-Dips verwendet wird. An dieser Stelle sind also keine zusätzlichen Investitionen nötig, um den Haftvermittler in der Produktion auszutauschen.

Die bereits aufgezeigten Vorteile sollen ausgebaut werden. Der Ersatz des Resorcins in der Dip-Formulierung ist das nächste Forschungsziel. Denn auch Resorcin hat eine humantoxische Wirkung. In Zusammenarbeit mit Industriepartnern untersucht man derzeit, inwieweit Resorcin durch Lignin ersetzbar ist. Das Besondere an dem verwendeten Lignin ist, dass es aus einjährigen Pflanzen gewonnen wird. Damit ist es, im Gegensatz zum häufig verwendeten Holzlignin, chemisch wesentlich aktiver und bietet mehr Potential für die weitere Verarbeitung zu einem technisch vorteilhaften Haftvermittler.
Beide Ansätze, Chemikalien in Haftvermittlern durch gesundheitlich unbedenkliche Stoffe auszutauschen, tragen durchweg den Gedanken des nachhaltigen Wirtschaftens: Die neuen Haftvermittler aus HMF und Lignin basieren auf natürlichen Rohstoffen. Die Problemlösung innerhalb einer anspruchsvollen, technischen Anwendung unter Einhaltung von Nachhaltigkeitsaspekten spiegelt die Verpflichtungen der Forschung gegenüber den gesellschaftlichen Vorgaben wider. Für die klein- und mittelständische Industrie bieten die Forschungsergebnisse Grundlage für Innovationen und damit einen echten Vorteil im internationalen Wettbewerb.

Die Anfänge der Textilherstellung reichen über 30.000 Jahre zurück. Nicht nur Kleidung, sondern auch technische Textilien wurden aus teilweise überraschenden Materialien hergestellt. Mehr als 2500 Textilfragmente aus den Pfahlbausiedlungen am Bodensee und Oberschwaben waren Grundlage für ein großes Projekt, das das prähistorische Textilhandwerk erforscht. Die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF) waren für die Materialprüfung mit modernen Analysemethoden zuständig.

Lindenbast und Flachs
Als die Menschen sesshaft wurden, intensivierten sie die Kultivierung der Leinenpflanze als Öl- und Faserlieferantin. Ihre feinen Fäden wurden für Stellnetze in der Fischerei eingesetzt und unterschiedliche Pflanzenmaterialien, vor allem Bast aus der Lindenrinde, wurden zu Seilen, Körben, Sieben, Beutel, Rückentragen verarbeitet oder dienten als Wetterschutz. An den archäologischen Funden lässt sich ablesen, wie professionell der Umgang mit diesem Baumbast schon damals war. Verschiedene Herstellungstechniken, die Auswahl der Pflanzenteile, ihre Aufbereitung und Verarbeitung ermöglichten die Anfertigung zwei- und dreidimensionaler Textilien mit beliebigen Funktionen. Die Textilfaser Flachs konnte zumindest in der Jungsteinzeit mit den Eigenschaften von Lindenbast nicht konkurrieren. Welche Eigenschaften waren es, die Flachs für die Stellnetze so attraktiv machte? Man vermutete, dass die Langfaserigkeit der Leinfasern, die auch bei alten Leinensorten gegeben war, nicht der einzige Grund war.

Dieser Frage wurde im Rahmen des Verbundprojektes THEFBO (thefbo.de) nachgegangen, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wurde. Die Textilarchäologie des Landesamtes für Denkmalpflege in Baden-Württemberg (LAD) koordinierte unter der Leitung von Dr. Johanna Banck-Burgess das Forschungsvorhaben.

Die Proben wurden von Hildegard Igel, einer professionellen Hand-Spinnerin und Weberin hergestellt. Dazu wurden Fäden aus Faserlein gesponnen und aus Linden- und Weidenbast gespleißt. Unter Spleißen versteht man hier die Herstellung der Fäden ohne Hilfsmittel. Während das Spinnen von Lindenbast mit Hilfe einer Handspindel kaum möglich war, kann Bast gut gespleißt werden Diese Proben wurden im Dienstleitungszentrum Prüftechnologien der DITF umfangreichen Materialprüfungen unterzogen. Hier wurden unter anderem die Faserlänge und Faserfeinheit sowie die Zwirnfeinheit bestimmt, verschiedene Zugversuche im trockenen und nassen Zustand durchgeführt und das Wasseraufnahmevermögen untersucht.

Es zeigte sich, dass die Fadenqualität sehr unterschiedlich war, was in erster Linie mit den naturbedingten Gegebenheiten und der Aufbereitung der Baste zusammenhängt. Maßgeblicher Faktor für die Qualität der Zwirne war auch der „Faktor Mensch“, der unabhängig davon, wie die Fäden hergestellt wurden, nur selten eine gleichbleibende Qualität produzieren kann. Im Gegensatz dazu sind moderne Materialien und Herstellungsverfahren untereinander vergleichbar und hoch standardisiert. Deshalb bildeten die Analysewerte und Photodokumentationen keine Grundlage für eine statistische Auswertung – und dies unabhängig von der Anzahl der Proben, die untersucht wurden.

„Im Alltag, bei der Prüfung moderner Materialien, werden wir mit solchen Bedingungen nicht konfrontiert“ erklärt Matthias Schweins, Leiter des Dienstleistungszentrums Prüftechnologien an den DITF. „Die Aufgabenstellung im Projekt war deshalb nicht nur herausfordernd, sondern äußerst reizvoll.“ Die Forschungsarbeit war trotzdem nicht vergeblich. Sie liefert wertvolle Informationen über Merkmale und Eigenschaften der Rohstoffe bezüglich ihrer Reißfestigkeit, dem Wasseraufnahmevermögen oder der Witterungsbeständigkeit. So war Flachs für die Herstellung von Stellnetzen vermutlich deshalb so beliebt, weil er leicht spinnbar war und die benötigte große Menge an Zwirn schneller hergestellt werden konnte. Auch standen wegen der hohen Wasseraufnahmefähigkeit von Flachs die Netze stabiler senkrecht im Wasser als vergleichbare Netze aus Lindenbast.

Die Gefahr von Schnittverletzungen durch messerscharfe Skikanten wird häufig unterschätzt. Schnittverletzungen sind oft schwer und können im schlimmsten Fall sogar lebensbedrohlich sein. Die Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF) führen für den internationalen Skiverband „Fédération Internationale de Ski“ (FIS) und Textilhersteller Tests an Materialien durch. Schnittschutzunterwäsche wird mit einem FIS-Label ausgezeichnet, wenn das empfohlene Mindestschutzniveau erreicht wird.

FIS, Textilhersteller und das Textilforschungszentrum haben gemeinsam den von FIS-DITF empfohlenen Mindeststandard für die Schnittfestigkeit von Skischutzunterwäsche entwickelt. Die richtige Skiunterwäsche verbessert den Schutz der Sportler vor schweren Schnittverletzungen. Um festzustellen, ob Unterbekleidung die Prüfnorm erfüllt, wird die Schnittfestigkeit des Materials anhand einer 5-Sterne-Skala bewertet.

Um das Gütezeichen zu erhalten, muss die Skiunterwäsche verschiedene Tests bestehen, darunter die Druckkraft, mit der die Skiunterwäsche von einer frisch und relevant geschliffenen Skikante durchtrennt wird. Der Stoff muss mindestens 20 Zentimeter Schnittlänge in einem Winkel von 0, 45 und 90 Grad gegen die Skikante aushalten. Der Test simuliert einen Schnitt an einem Arm oder Bein mit einer Druckkraft von bis zu 500 N (50 Kilogramm).

Die Schnittgeschwindigkeit ist genau definiert. Um vergleichbare Daten zu erhalten, wird für jeden Test der gleiche Skityp verwendet, dessen Kanten immer exakt gleich geschliffen werden. Das Sternchen-System ist leicht zu erklären: Hält die Unterwäsche einem Druck von 100 N (10 Kilogramm) stand, erreicht sie die Mindeststufe von einem Stern. Für jede weiteren 100 N wird eine weitere Stufe und ein weiterer Stern erreicht. Es sind bis zu 5 Sterne / Stufen möglich.