Aus der Branche

Prof. Dr. -Ing. Jörg Müssig und Vincent Röhl von der Hochschule Bremen trugen mit einem Kapitel über Wollfaserverbundwerkstoffe im Spritzguss und im 3-D-Druck zum Buch "Wool Fiber Reinforced Polymer Composites" bei.

Pflanzliche Naturfasern gewinnen als Verstärkungselemente in Verbundwerkstoffen zunehmend an Bedeutung. Wolle hingegen ist in derartigen Werkstoffen bisher eher selten zu finden, hat allerdings ein überaus spannendes Potenzial.

Das aktuell erschienene Buch zu wollfaserverstärkten Polymerverbundwerkstoffen stellt eine eingehende und praktische Analyse von Verbundwerkstoffen auf der Basis von Wolle dar und deckt alle Bereiche von der Morphologie der Wollfaser bis zu den industriellen Anwendungen von Wollfaserverbundwerkstoffen ab. Untersucht werden unterschiedlichste Formen von Wollfaserverbundwerkstoffen, Beschreibungen umfassen Morphologie, Struktur und Eigenschaften von Wolle, Methoden zur chemischen Modifizierung von Wolle, verschiedene Formen von Woll-Polymer-Verbundwerkstoffen und weitere neue Anwendungen.

Unter dem Titel „Wool fiber-reinforced thermoplastic polymers for injection molding and 3D-printing“ bekommen die Leser:innen einen Überblick vom Aufbau natürlicher keratin-basierter Strukturen, deren Eigenschaften bis hin zur Verwendung von Wolle in Verbundwerkstoffen. Neben Anwendungsmöglichkeiten im 3-D-Druck gehen die Autoren auch auf das bionische Potenzial keratin-basierter Strukturen ein. Vor dem Hintergrund der Diskussionen über den unerwünschten Eintrag von Kunststoffen in Gewässer und Böden sehen Vincent Röhl und Jörg Müssig einen besonderen Vorteil von Wollfasern zur Verstärkung von abbaubaren Kunststoffen. Ihre aktuellen Forschungen zeigen, dass wollfaserverstärkte, biobasierte Kunststoffe sich sehr schnell im Boden abbauen und von Bodenorganismen verstoffwechselt werden können.

• Energieeffiziente Chemiefaseranlagen für den türkischen Markt

Die pandemiebedingt mehrfach verschobene ITM in Istanbul findet vom 14. bis 18. Juni mit rund 1000 internationalen Ausstellern im Tuyap Fair and Congress Center statt.

Im Fokus stehen für die Oerlikon Division Polymer Processing Solutions des Maschinen- und Anlagenbauer Gesamtlösungen von der Schmelze bis zum Garn, zu den Fasern und Vliesstoffen. „Die Türkei ist ein sehr aktiver Markt“, beschreibt Sales Director Oliver Lemke die aktuelle Stimmung im Land. „Großes Interesse zeigen unsere Kunden an Factory Projekten, die von der hauseigenen Polykondensationsanlage bis zum Texturierten Garn, der begleitenden Automatisierung und korrespondierender digitaler Lösungen alles umfassen.“ Die Lieferung sämtlicher Prozessschritte aus einer Hand versprechen eine aufeinander abgestimmte Technologie, um die hohe Qualität des produzierten Garns sicherstellt.

Weiterer Informationsschwerpunkt ist das Thema Nachhaltigkeit. In der Chemiefasergarnherstellung hat sich einiges getan: mechanische wie chemische Technologien zum Recycling von Flaschen, aber auch von Textilien, Biopolymere, Circular Economy. Mit Partnern und Tochtergesellschaften wie Oerlikon Barmag Huitong Engineering (OBHE) und Barmag Brückner Engineering (BBE) legt Oerlikon Polymer Processing Solutions entsprechende Konzepte vor.

BCF Technologie: 6800 dtex mit RoTac³ tangeln
Hochflorige Teppiche oder Teppiche für den Outdoorbereich liegen aktuell im Trend, die Nachfrage nach diesen margenstarken Garnen steigt signifikant. Die hierfür benötigten dicken BCF Garne aus PP, PET oder PA6 lassen sich ab sofort mit der RoTac³ tangeln. Beim sogenannten Fachen werden alle drei Fäden gemeinsam durch eine Tangelöffnung in der RoTac³ geführt und miteinander vertangelt. So lassen sich Tangelknoten deutlich gleichmäßiger setzen als mit anderen marktüblichen Tangeleinheiten, auch bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten. Häufige Tangelaussetzer werden vermieden. Das sorgt für eine bessere Garnqualität und wirkt sich positiv auf den Weiterverarbeitungsprozess aus. Das Ergebnis ist ein sichtbar ebenmäßigeres Erscheinungsbild des Teppichs. Zusätzlich wird der Druckluftverbrauch je nach Garntyp um bis zu 50% reduziert.

Das 3-in-1 plying Paket ist optional für die BCF Anlagen S+ und BCF S8 mit RoTac³ erhältlich und kann auch auf Wunsch nachgerüstet werden.

• Führender Hersteller von Polyamid-Lösungen verkündet Meilenstein in der Caprolactam-Produktion
• Seit 1942 5 Mio. Tonnen Caprolactam weltweit ausgeliefert
• Vollständige Integration am Standort Leuna sichert die Versorgung mit chemischen Zwischenprodukten, Caprolactam und Polyamid 6

DOMO Chemicals, ein führender Hersteller von Polyamid-Lösungen, verkündet zu Wochenbeginn die erfolgreiche Lieferung von 5 Millionen Tonnen Caprolactam am Standort Leuna. Seit 1942 produziert der Standort in den Anlagen hochwertiges Caprolactam. Diese Menge entspricht ca. 225.000 Lkw-Ladungen. Seit 1994 produziert das deutsche Tochterunternehmen DOMO Caproleuna GmbH am Standort im Herzen Europas Caprolactam und Polyamid. In diesem Zeitraum wurden die Produktionskapazitäten schrittweise auf aktuell 176.000 Jahrestonnen erweitert.

Die Caprolactamherstellung hat am Standort Leuna eine 80-jährige Tradition. Bereits 1942 ging in Leuna die weltweit erste großtechnische Anlage zur Produktion von Caprolactam in Betrieb. Seitdem die DOMO Gruppe im Jahr 1994 die Caprolactamanlagen übernommen hat, wurde die Technologie und das Verfahren kontinuierlich weiterentwickelt. In den letzten 20 Jahren konnte DOMO Caproleuna die spezifischen Energieverbräuche im Mitteldruckdampf um 30 % sowie im Niederdruckdampf um 40 % absenken und so den Herstellungsprozesses stetig weiter optimieren. Nachhaltigkeit stellt eine wichtige strategische Säulen des Konzerns dar. DOMO Beyond ist unser Fahrplan für innovative Projekte, mit denen wir unsere Nachhaltigkeitsziele in den Bereichen Planet Care, verantwortungsvoller Arbeitgeber und Partner of Choice erreichen wollen. Deshalb hat sich DOMO dazu verpflichtet, bis 2030 einen Nullanstieg der CO2-Emissionen gegenüber 2019, eine Reduzierung der Kohlenstoffanteile im Energiemix von DOMO um 15 % sowie eine Reduzierung der Industrieabfälle um 7 % anzustreben.

„Über die letzten 3 Jahrzehnte haben wir den Caprolactam-Anlagenkomplex stets weiter ausgebaut und die Produktionsmengen umfangreich gesteigert. Der heutige Fokus liegt klar bei der Effizienzsteigerung und Energieeinsparung“, so Dr. Thomas Jende, Produktionsleiter für Caprolactam.

Das wichtigste Vorprodukt für Polyamid 6
Caprolactam wird vor allem zur Herstellung von Polyamid 6 benötigt und in der eigenen, am Standort integrierten Polymerisation unter dem Markennamen DOMAMID® und TECHNYL® weiterverarbeitet. DOMAMID® kommt als Basispolymer vorrangig für Engineering Plastics-, Textil- und für Folienanwendungen zum Einsatz. „Der Erfolg ist eine Teamleistung: Das Produktionsjubiläum ist nur möglich, da auch in den vor- und nachgelagerten Verfahrensstufen der Wertschöpfungskette zum Caprolactam die entsprechenden Produktionsmengen erreicht wurden,“ sagt Luc de Raedt, Site Director Leuna. Insgesamt beschäftigt DOMO am Standort Leuna rund 620 Mitarbeiter.

SmartERZ wird bis Ende 2025 weiter durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Mit einer Fördersumme von 6 Mio. EUR startet das Bündnis mit seinen Partnern, den laufenden Vorhaben und den neu eingereichten Projekten in die zweite Phase der Umsetzung.

Die Vorbereitungen für die zweite Förderphase des WIR!-Bündnisses „SmartERZ: Smart Composites Erzgebirge“ starteten im Juli 2021 mit dem Aufruf an alle 197 Bündnispartner (Stand: 01/2022) zur Einreichung von Onepagern. 22 dieser einseitigen Projektskizzen gingen insgesamt bis Ende August 2021 beim Verbundkoordinator Wirtschaftsförderung Erzgebirge GmbH (WFE) ein. Abgebildet wurden darin innovative Ideen und Projekte in den Bereichen Technologieentwicklung (z. B. Oberflächenfunktionalisierung), der Entwicklung von Applikationen (z. B. in den Bereichen Automotive und Bauwesen) sowie Innovationen bei der Organisations-, Fachkräfte- und Regionalentwicklung. Nach der Begutachtung durch den SmartERZ-Beirat wurden 13 innovative Projektideen für die Abgabe von vollständigen Projektskizzen ausgewählt. Diese ergänzen die Strategie des Bündnisses SmartERZ. Mit zahlreichen Partnern aus Wirtschaft, Wissenschaft und Gesellschaft soll das Erzgebirge durch Innovationen im Maschinenbau, der Elektrotechnik, Kunststoffverarbeitung, Oberflächentechnik und Textiltechnik zu einem zukunftsfähigen Wirtschaftsstandort entwickelt werden. Ziel ist die Transformation der Region Erzgebirge zu einem führenden Hightech-Standort für neuartige, funktionalisierte Verbundwerkstoffe, sogenannte Smart Composites. Diese Materialien haben ein großes Innovations- und Wachstumspotential. Sie gelten als Schlüsseltechnologie und ermöglichen langfristig eine hohe regionale Wertschöpfung.

Im Ergebnis der Forschungs- und Entwicklungsprojekte entstehen funktionalisierte Textilien, die mit Sensoren, Aktoren oder Leiterbahnen ausgestattet werden, um beispielsweise Körperfunktionen oder Transportschäden messen und melden zu können, oder funktionalisierte Matrizen, z. B. Formgedächtnispolymere, deren Form nach vorheriger „Programmierung“ thermoreversibel geändert werden kann, oder funktionalisierte Oberflächen mit Selbstheilungseigenschaften bzw. optischen und haptischen Effekten. Darauf aufbauend können funktionsintegrierte Leichtbauelemente (auch: Adaptronikleichtbau), wie Kunststoffräder mit erweiterten Funktionen, z. B. elektrische Radnabenmotoren, entwickelt werden.

Auf Basis des im Oktober 2021 beim Projektträger Jülich (PtJ) eingereichten Konzepts, der Präsentation am 25. Januar 2022 beim BMBF und der anschließenden Diskussion wurden der bisherige Fortschritt, die weitere Planung für die Umsetzungsphase und die Aussichten für eine Verstetigung des Bündnisses von der Expertenjury positiv mit folgendem Statement bewertet. „Das Bündnis ist wirtschaftsgetrieben und stark regional verwurzelt, was eine hohe Anwendungsorientierung und spätere Verwertbarkeit der Ergebnisse sowie konkrete Effekte in der Region erwarten lässt.“ In den kommenden Wochen wird sich der SmartERZ-Beirat erneut beraten, um die endgültige Entscheidung zu den eingereichten Projektskizzen zu treffen. Der Start in die zweite Förderphase, die konkrete Planung mit Timeline und das gemeinsame Ziel bis 2025hat die WFE bereits fest im Blick. Um auch die Bündnispartner und interessierte Unternehmen aus Wirtschaft und Wissenschaft mit einzubeziehen, gibt das SmartERZ-Managementteam am 7. April 2022 in der Online-Veranstaltung SmartCONNECT ein Update zu Neuerungen, Zeitplan und geplanten Projekten.

Als einwohnerstärkster Landkreis Ostdeutschlands hat das Erzgebirge eine solide Entwicklungsbasis. Mit der zweithöchsten Industrie- und Handwerkerdichte in Sachsen ist die Region in zahlreichen B2B-Zulieferketten etabliert und kann eine ausgeprägte Branchenvielfalt vorweisen. Auch die Arbeitslosenquote ist im Erzgebirge eine der niedrigsten in ganz Deutschland mit einem Höchststand an sozialversicherungspflichtigen Arbeitnehmern. Dem gegenüber stehen kleinteilige Firmenstrukturen mit geringer Produktivität, die Abhängigkeit vom Metall-Automotive-Sektor mit geringen Margen in Transformation und das niedrigste Lohnniveau auf Basis des Medianentgeltes. Hier setzt SmartERZ an: Das Netzwerk verbindet kleine und mittelständische Unternehmen und bezieht auch aktuelle Forschungsprojekte ein, so dass sich Kooperationen finden und die Innovationskraft der Region durch Wissenstransfer und Zusammenarbeit voll ausgeschöpft werden kann. Unter den 197 Bündnispartnern befinden sich 152 Wirtschaftsunternehmen, 30 wissenschaftliche und 15 gesellschaftliche Einrichtungen, die gemeinsam aktiv werden können. Der Fokus auf Smarte Composite verhilft dem Erzgebirge und der geballten Technologiekompetenz der ansässigen Unternehmen zu einer überregionalen Sichtbarkeit, was wiederum zu Aufträgen mit größerem Volumen beitragen soll. Basierend auf dieser erwünschten Entwicklung können Fachkräfte gehalten und neue Stellen zu besseren Konditionen geschaffen werden.

Die digitale Innovationsplattform innovERZ.hub wurde im Hinblick auf die projektübergreifende Innovationsentwicklung im Erzgebirge, den vorbereitenden Austausch und weitere Kooperationsvorhaben im November 2020 von der WFE ins Leben gerufen. Wirtschaftsunternehmen, öffentliche Institutionen und wissenschaftliche Einrichtungen können hier online Kooperations-, Umsetzungs- und Fertigungspartner suchen und finden.

• Erfahrener Fasertechnologie-Experte soll Innovationen in der Materialforschung voranbringen

PrimaLoft, Inc., Spezialist für zukunftsweisende Materialtechnologien, gab mit Manish Jain den Namen seines neuen Senior Vice President, Technology and Development, bekannt. Jain ist Nachfolger von Vanessa Mason, die sich dieses Jahr von ihrer Stelle als Senior Vice President, Engineering, zurückzieht.

Während der kommenden Monate werden Mason und Jain eng zusammenarbeiten, um einen nahtlosen Übergang zu ermöglichen. Danach will PrimaLoft Mason als externe Beraterin auf Projektbasis ins Boot holen.

Jain ist eine versierte Führungskraft in den Bereichen Forschung und Produktentwicklung mit einem robusten Hintergrund in F&E, Produktmanagement, Unternehmensentwicklung und operativem Geschäft. Zuletzt war Jain als Vice President of R&D and Technology bei Crane Currency tätig, wo er für Innovationen im Bereich Substrate (Banknoten und Sicherheitspapiere), Sicherheitsfäden, Fasern und mikrooptische Sicherheitselemente mit verantwortlich war.

Davor leitete Jain die Abteilung für Materialforschung und Prozesstechnologie bei Albany International Corp. in New York, wo er verantwortlich war für Rohstoffbeschaffung, Forschung und Entwicklung sowie Qualitätssicherung und Produktentwicklung.

„Wir freuen uns, dass Manish jetzt zur PrimaLoft-Familie gehört“, so Präsident und CEO von PrimaLoft, Mike Joyce. „Manish hat Jahrzehnte an Erfahrung mit Innovationen in der Fasertechnologie im Gepäck. In Kombination mit seinen umfassenden Kenntnissen rund um technische Materialien und Polymer-Prozesse macht ihn auch seine reichhaltige Management-Erfahrung zum idealen Kandidaten, um die technische Entwicklung unseres Unternehmens weiter voranzubringen.“

Zahnbürsten, Gitarrensaiten, Damenstrümpfe, Fallschirme: Es gibt fast nichts, was man aus Nylon nicht herstellen könnte. In den USA entwickelt, waren diese Polyamide (chemisch: Polyhexamethylenadipinsäureamid) die ersten vollständig synthetisch hergestellten Fasern. Rohstoff damals wie heute: Erdöl. Toray ist es nun gelungen, eine Nylon-510-Faser aus rein biobasierten synthetischen Polymeren herzustellen. Ecodear™ N510 ist die erste zu 100 Prozent pflanzenbasierte Nylonfaser in der Ecodear™-Produktpalette von Toray.

Ecodear™ N510 richtet sich an High-End-Märkte, wo Kunden großen Wert auf Nachhaltigkeit legen. Die Fasern sind in erster Linie für Sport- und Outdoor-Bekleidung gedacht, können aber auch in leichter Unterwäsche sowie Spitzenstoffen verarbeitet werden.

Toray plant den Verkaufsstart von Textilien aus Ecodear™ N510 für Herbst/Winter 2023. Bis Ende März 2023 soll das Produktionsvolumen 200.000 Meter betragen und bis März 2026 auf 600.000 Meter anwachsen. Der Verkauf von Ecodear™ N510-Fasern soll dann im Herbst/Winter 2024 starten, bis März 2024 erwartet das Unternehmen eine monatliche Produktion von drei Tonnen.

Toray entwickelte Ecodear™ N510 durch Polymerisieren und Spinnen von Sebacinsäure aus Rizinusöl und Pentamethylendiamin aus Mais. Im Gegensatz zu anderen Nylonsorten auf rein pflanzlicher Basis hat Ecodear™ N510 einen hohen Schmelzpunkt und eine hervorragende Dimensionsstabilität. Außerdem ist es genauso stark und hitzebeständig wie Nylon 6. Unternehmen können so nachhaltige Produkte herstellen, ohne bei den Eigenschaften Abstriche machen zu müssen.

Für Toray ist Ecodear™ N510 aber nur der Anfang. Das Unternehmen arbeitet bereits an dünneren und leichteren Fasern sowie an Varianten mit einer anderen Form des Faserquerschnitts, was Textilien besondere Eigenschaften verleihen wird. Damit erschließt Toray neue Anwendungen für Bekleidung und technische Materialien und unterstützt die Transformation zu einer nachhaltigen Gesellschaft. Die Toray-Gruppe hat sich das Ziel gesetzt, bis 2050 Kohlenstoffneutralität zu erreichen und zur Lösung von Umweltproblemen auf der ganzen Welt beizutragen.

Mit ihren Forschungsergebnissen zur Herstellung von Kohlenstofffasern aus Holz bewarben sich die DITF erfolgreich um den ersten Preis der „Cellulose Fibre Innovation of the Year“. Nominiert wurden die DITF im Rahmen der „International Conference on Cellulose Fibres 2022“, die vom 2. bis 3. Januar in Köln stattgefunden hat.

Zum zweiten Mal kürte das nova-Institut für Ökologie und Innovation im Rahmen der „International Conference on Cellulose Fibres 2022“ herausragende wissenschaftliche Forschung, die nachhaltige Lösungen für die Wertschöpfungskette von Zellulosefasern liefert. Die DITF Denkendorf präsentierten sich mit dem Thema „Kohlenstofffasern aus Holz“ inmitten eines aktuellen Forschungsfeldes, das ressourcenschonende Alternativen zu Fasern auf fossiler Basis liefert.

Das Kompetenzzentrum Biopolymerwerkstoffe der DITF Denkendorf erhielt bei der Nominierung den ersten Platz mit der Präsentation von Kohlenstofffasern (Carbonfasern), die in einem neuartigen und nachhaltigen Verfahren aus dem Rohstoff Holz gewonnen werden. Die HighPerCellCarbon®-Technologie beschreibt ein patentiertes Verfahren, das unter der Federführung von Dr. Frank Hermanutz weiterentwickelt worden ist: In Folge dessen können in einem nachhaltigen und besonders umweltschonenden Prozess Carbonfasern auf der Basis von Biopolymeren erzeugt werden.

Das HighPerCellCarbon®-Verfahren umfasst das Nassspinnen von Zellulosefasern unter Verwendung ionischer Flüssigkeiten (IL) als Direktlösungsmittel. Das Filamentspinnverfahren stellt den zentralen technischen Teil. Es erfolgt in einem umweltfreundlichen und geschlossenen System. Das Lösungsmittel (IL) wird dabei vollständig rezykliert. Die auf diesem Wege erzeugten Zellulosefasern werden in einem weiteren Entwicklungsschritt durch einen Niederdruck-Stabilisierungsprozess direkt in Carbonfasern umgewandelt, gefolgt von einem geeigneten Carbonisierungsprozess. Während des gesamten Verfahrensablaufs entstehen keine Abgase oder giftigen Nebenprodukte.

Neben der Rezyklierfähigkeit des verwendeten Lösungsmittels steht besonders die Verwendung des Rohstoffs Holz für Ressourcenschutz. Erdölbasierte Ausgangsstoffe, die üblicherweise in der industriellen Herstellung von Carbonfasern Verwendung finden, werden durch nachwachsende Biopolymere substituiert.

• Polynova soll ab November für die GRAFE Gruppe im Schweizer Raum Marktanteile gewinnen

Eine neue Handelsvertretung für die Schweiz hat die GRAFE Gruppe, Blankenhain, mit der Polynova Group AG, Risch-Rotkreuz (Schweiz), gefunden. Zur Fakuma 2021 wird die Partnerschaft offiziell gestartet. „Unsere neue Schweizer Vertretung ist auf die Distribution und Produktion von hochwertigen technischen Kunststoffgranulaten spezialisiert und seit mehr als 20 Jahren am Markt aktiv. Das Unternehmen verfügt über einen großen Kundenstamm und die nötige technische Expertise, um unsere Ziele in dem wichtigen Markt voranzutreiben. Dazu gehört unseren Bekannt-heitsgrad zu steigern, über unser Leistungsprogramm aufklären und schließlich Marktanteile zu gewinnen“, sagt Stefanie Theuerkauf, Vertriebsleiterin für die D-A-CH-Region. Polynova beschäftigt fünf Vertriebsmitarbeiter sowie drei in der Logistik, die allesamt einen technischen Hintergrund haben. Ein eigenes Lager in Rothenburg sichert zudem die Verfügbarkeit der Kunststoffe. „GRAFE passt bestens in unser Produktportfolio“, zeigt sich Thomas Weigl, Mitinhaber und zuständig für Geschäftsentwicklung beim Schweizer Vertriebsunternehmen, dessen Mitarbeiter kürzlich intensiv in Blankenhain geschult wurden, überzeugt.

„Unsere Kunden kommen aus den Sparten Sportartikel, Gehäuse-Technik, Automobilzulieferer und Medizintechnik – da gibt es viele Synergien mit GRAFE.“ Weigl verfügt selbst über umfangreiche Erfahrungen im Masterbatch-Bereich und war für zwei Unternehmen der Branche – Sukano und Americhem – als Geschäftsführer tätig. „Schweizer Firmen wollen Schweizer Ansprechpartner. Wir sprechen die Sprachen Deutsch, Italienisch und Französisch, sind in kürzester Zeit vor Ort, bieten den direkten Kontakt und verstehen die Bedürfnisse der Kunden und die Anforderungen des Marktes“, erklärt er. „Polynova ist damit schneller, näher und direkter.“ „Der Schweizer Markt ist groß und wichtig für uns“, berichtet Theuerkauf und Weigl erklärt die Hintergründe: „Es gibt über 300 Kunststoffverarbeiter, viele sind familiengeführt und sehr technisch orientiert. Die Ursprünge der Unternehmen liegen oft in der Uhrenindustrie und bei der Herstellung kleinster Präzisionsteile wie etwa Zahnrädern. Darüber hinaus sind Kaffeemaschinen-Hersteller, Medizintechnik-Anbieter und Automobilzulieferer wichtige Marktteilnehmer. Eine Vielzahl bekannter OEMs sind hier angesiedelt.“

Auch wenn es im Alpenland bereits Masterbatch-Hersteller gebe, so der Vertriebsexperte, verfüge jedoch niemand über das Know-how, Compounds und Masterbatches so perfekt und korngenau einstellen zu können, wie das Unternehmen aus Thüringen. Neben einer kompletten Farbenpalette auf praktisch allen Kunststoffträgern sind auch Flammschutzmittel, UV-Additive, Thermo-stabilisatoren oder Gleitmittel weitere Beispiele für das umfangreiche Produktportfolio. GRAFE zählt zu den Spezialisten in der Modifizierung thermoplastischer Kunststoffe und ist Innovationtreiber in der Herstellung von Farb-Masterbatches. „Auch die technischen Möglichkeiten hinsichtlich eines hochmodernen Technikums- und Produktionsmaschinenpark, sowie eine der größten Forschungs- und Entwicklungsabteilungen der Branche sind am Schweizer Markt sonst nicht zu finden. Unsere Aufgabe ist es jetzt, diese den einheimischen Kunden nahezubringen.“, so Thomas Weigl, Mitinhaber der Polynova AG zusammen mit dem Gründer Renato R. Huebscher.

Der Maschinenbau ist eine Stärke der deutschen Industrie. In Leitbranchen, deren Produkte in einem globalisierten Umfeld starker Konkurrenz ausgesetzt sind, kann der Einsatz Künstlicher Intelligenz (KI) dazu beitragen, Industriekapazitäten und Knowhow in Deutschland zu halten, im Maschinenbau und nachgelagerten Branchen. Doch erst durch praxisnahe Anwendung in der Industrie kann KI seine Stärken für Unternehmen voll entfalten. Wie das mit dem Beitrag angewandter Forschung geht, zeigen Textilindustrie und -maschinenbau ebenso wie die Kunststoffbranche.

Mit der Corona-Krise sind Vliesstoffe über die Fachwelt hinaus bekannt geworden, denn sie bilden das Ausgangsmaterial für Schutzmasken. Die aufgetretenen Engpässe am Markt 2020 zeigten, wie stark Deutschland hier von Lieferungen aus dem Ausland abhängig ist. Zugleich ist Deutschland in anderen Vliesstoff-Segmenten und bei Maschinen für die Vliesstoffherstellung eine wichtige Größe auf den Weltmärkten. Damit das so bleibt, arbeitet die Branche an Innovationen. Ein zentraler Baustein dafür: Die Nutzung Künstlicher Intelligenz (KI).

Das Auge auf der lernenden Maschine

Am ITA Augsburg hat man dafür Grundlagen in einem Projekt gelegt, auf denen sich nun aufbauen lässt. Die Vision: Die Maschine zur Vliesstoffproduktion passt die Parameter entsprechend den Erfordernissen im laufenden Betrieb autonom an. Etwaig auftretende Fehler werden von der Maschine selbstständig diagnostiziert, die Drehzahlen entsprechend angepasst. „Wir haben im Projekt EasyVlies gezeigt, wie sich mit der Nutzung von Algorithmen für die Vliesstoffproduktion Material- und Energiekosten einsparen lassen. Zusammen mit Partnern aus der Industrie haben wir erreicht, dass die Maschine zentrale Parameter wie Drehzahlen und Abstände, von denen eine große Kombinationsmenge für das Erreichen der gewünschten Produktqualität notwendig sind, durch das entwickelte KI-Modell vorhergesagt werden. „Die Abstände der bis zu 40 Arbeitselemente in der Maschine bestimmen dabei in Kombination mit den Drehzahlen der beteiligten Walzen die Öffnung der Faserflocken bis zur Einzelfaser und die Bildung des Vlieses“, erläutert ITA-Augsburg Geschäftsführer Prof. Stefan Schlichter. Die naturwissenschaftlichen Zusammenhänge und Wechselwirkungen zwischen den Drehzahlen und den Qualitätsparametern der Vliesstoffproduktion sind nicht eindeutig bekannt. Gerade deshalb kann KI hier seine Vorteile ausspielen. „Denn Künstliche Intelligenz kann auch diffuse Zusammenhänge modellieren und simulieren“, betont Schlichter. Die Algorithmen dafür hat Maschinenbauingenieur Dr. Frederik Cloppenburg aus dem Aachener ITA-Stammhaus entwickelt, 280 Versuche wurden im Zusammenspiel mit der KI-Entwicklung durchgeführt.

In der unternehmerischen Praxis lernen die Algorithmen nun hinzu. Das zeigt  bei einem Vliesstoffbetrieb der Fahrzeugbranche bereits erste Erfolge in der betrieblichen Praxis. Im nächsten Schritt arbeiten die ITA-Forschenden daran, Messtechnik wie Kamerasysteme und strahlungsbasierte Messsysteme für die Gleichmäßigkeit des Vliesstoffs in die Maschinen zu integrieren. Ziel: Fehler so prognostizieren, dass sie gar nicht erst auftreten. Das Aufkommen an Vliesstoff-Ausschuss soll so um 30 bis 50 Prozent sinken. Angesichts von bislang jährlich allein in Deutschland anfallender Ausschussware im Wert von 150 Mio. Euro, das entspricht 10 Prozent des Branchenumsatzes, ein erheblicher Anreiz. „Die hoch qualifizierten Facharbeiter beaufsichtigen sozusagen die lernende Maschine“, erklärt Schlichter.

Industrie 4.0 wird in der Kunststoffbranche künftig auch benötigt, um das Ziel höherer Recyclingquoten zu erreichen. Denn eine weniger einheitliche Rohstoffbasis macht lernende Maschinen noch wertvoller. Das ist auch Ausgangspunkt des vom Bundesforschungsministerium (BMBF) geförderten Verbundprojekts CYCLOPS des Kunststoff-Zentrums (SKZ) und namhaften Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft. Durch den Einsatz von KI sollen Materialströme automatisiert klassifiziert werden, damit sie sich optimal verwenden lassen. „Die Maschinen sollen künftig eigenständig erkennen, in welche Anwendungen produzierte Materialien eines bestimmten Typs gehen können“ erläutert SKZ-Gruppenleiter Digitalisierung, Christoph Kugler. Ein Faktor: Die Fließfähigkeit des Kunststoffs, seine Viskosität. Je kürzer die Polymerketten des Materials, desto größer, vereinfacht gesagt, ihre Fließfähigkeit. Für diese Fließfähigkeit spielt andererseits auch das Druckniveau in der Maschine eine Rolle. Hier kommt wiederum die KI ins Spiel: „Durch Künstliche Intelligenz können Materialeigenschaften und selbst lernende Maschinensteuerungen sehr gut ineinanderwirken, so unsere Erwartung“, erklärt Kugler. Grundlage für die angewandte Forschung im Projekt CYCLOPS sind sowohl Prozessdaten aus den Maschinen, welche die Materialqualität beschreiben können, als auch Daten entlang des Lebenswegs von Material und Produkt. Im Rahmen des Projektes werden damit die Transparenz und die Informationsdichte erhöht, welche nach wie vor einige der größten Hemmnisse der Kreislaufwirtschaft sind.

Neue Expertisefelder wie Erklärbare KI erschlossen

Das SKZ baut mit dem Projekt auf KI-Expertise auf, die über abgeschlossene und noch laufende Projekte erarbeitet wurde. In der Vergangenheit lag der Schwerpunkt in der Entwicklung sogenannter Softsensoren aus Prozessdaten zur Berechnung komplexer Qualitätskennwerte wie z.B. Viskosität oder Vernetzungsgrad des Kunststoffs. Durch die Weiterentwicklung der Technologie werden neue Expertisefelder erschlossen, so z.B. Optimierung der Prozessmodellierung durch KI, Prognose von Materialverhalten unter Last oder auch erklärbare KI (XAI), sie beschreibt den Weg, auf dem Algorithmen zu ihren Ergebnissen gelangen. In den letzten Jahren wurde ebenfalls der Einsatz von digitalen Technologien und KI im Kontext der Kreislaufwirtschaft am SKZ forciert, so in den noch jeweils bis ins nächste Jahr hinein laufenden Projekten Di-Plast und DiLinK. Während Di-Plast ein EU-Projekt ist, wird DiLink ebenfalls vom BMBF gefördert. Mit dem FIR e.V. ist ein weiteres Institut der Zuse-Gemeinschaft im DiLink-Projektkonsortium vertreten, mit dem Fokus auf dem Thema Geschäftsmodelle. Denn diese verändern sich durch das Vordringen der KI in immer mehr Aspekten des Maschinenbaus.