Aus der Branche

Wissenschaftsteams des Instituts für Textiltechnik der RWTH Aachen University (ITA) forschen gemeinsam mit Partnern aus der Industrie und außeruniversitären Forschungseinrichtungen gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) an Wegen, die Textilindustrie von fossilen auf biobasierte Rohstoffe, Ausrüstungen sowie neue umweltfreundliche Verfahren umzustellen, um auf diese Weise, die gesamte textile Wertschöpfungskette zu transformieren.

Die Fäden dafür laufen im Innovationsraum BIOTEXFUTURE mit einer Vielzahl an einzelnen Textilforschungsprojekten zusammen. Die enge Verknüpfung von universitärer mit anwendungsnaher Forschung und marktrelevanter Umsetzung mit Wirtschaftsunternehmen soll dazu führen, dass der Textilindustrie die Wende zu einem zukunftsfähigen biobasierten Wirtschaften zielgerichtet gelingen kann.

Erste konkrete Ergebnisse ausgewählter Projekte präsentiert BIOTEXFUTURE auf den Gemeinschaftsstand Bioökonomie des BMBF auf der Hannover Messe (22. bis 26.4.2024) sowie auf der fast zeitgleich stattfindenden Internationalen Leitmesse für technische Textilien und Vliesstoffe, Techtextil, in Frankfurt / Main (23. bis 26.4.2024). Folgende Projekte werden vorgestellt:

• BioTurf: der Kunstrasen der Zukunft ist grün (Hannover Messe / Techtextil)
• CO₂Tex: innovative elastische Garne binden CO₂ (Hannover Messe / Techtextil)
• DegraTex: biologisch abbaubare Geotextilien (Techtextil)
• BioBase: Textilien für Innenräume, Sport, Auto und Technik werden bio (Hannover Messe / Techtextil)

BioTurf: der Kunstrasen der Zukunft ist grün
Die Forscher*innen des Projekts BioTurf arbeiten an der Lösung eines Problems, mit dem hunderte von Städten und Gemeinden konfrontiert sind. Ziel ist es, eine Kunstrasenstruktur aus Bio-Polyethylen (PE) zu entwickeln, das sich qualitativ nicht von erdölbasiertem PE unterscheidet. Diese Monomaterial-Struktur soll ein hochwertiges Materialrecycling ermöglichen. Eine wichtige Basis für die spätere Kreislaufführung des Produktes. Darüber hinaus wird die neuartige Kunstrasenstruktur ohne die Zugabe von Einstreu-Granulat auskommen und damit das aktuelle Mikroplastik-Problem von Kunstrasenplätzen lösen. Es existiert bereits ein BioTurf-Fußballplatz in Aachen als Demonstrationsspielfeld, auf denen Sportler*innen spielen und trainieren, und dadurch die Forscher*innen regelmäßig Rückmeldung bekommen. Man befindet sich in der Phase der Feinjustierung, um das Ziel zu erreichen den Kunstrasen der Zukunft aus 100% biobasiertem Polyethylen herstellen zu können.

CO₂Tex: innovative elastische Garne binden CO₂
Die Textilwissenschaftler*innen des BIOTEXFUTURE Projekts CO₂Tex entwickeln elastische Filament-Garne, in deren Ausgangsmaterial das für die Erderwärmung mitverantwortliche Treibhausgas CO₂ gebunden ist. Gleichzeitig verwenden sie für die Garnherstellung Schmelzspinnprozesse, für die keine giftigen und umweltschädlichen Lösungsmittel notwendig sind. Den Forscher*innen ist es zudem gelungen, die Elastizität der auf thermoplastischen Polyurethanen (TPU) beruhenden Entwicklung für bestimmte Garntypen an das Leistungsvermögen der konventionellen Elastane heranzuschrauben. Das Projekt-Konsortium erwartet, dass für die entwickelten CO₂-haltigen elastischen TPU-Filament-Garne eine Hochskalierung der Produktionsprozesse auf eine massentaugliche Fertigung im Industriemaßstab in absehbarer Zeit möglich sein wird. Dabei hält das CO₂Tex-Team vergleichbare Herstellungskosten wie bei konventionellen Garnen sowie leichte Vorteile bei der Energiebilanz gegenüber bestehenden Prozessen für möglich.

DegraTex: biologisch abbaubare Geotextilien
Das Ziel von DegraTex ist die Entwicklung biobasierter, abbaubarer Geotextilien für kurzfristige Anwendungen wie die zeitlich begrenzte Sicherung von Erdstrukturen oder für den Vegetationsschutz. Die Materialien erfüllen ihre Funktion, bis sie von natürlichen Komponenten, wie z.B. bodenstabilisierenden oder bodendeckenden Pflanzen, übernommen werden oder simpel einfach nicht mehr benötigt werden. Es geht darum, konventionelle, erdölbasierte Geotextilien in technisch und ökologisch sinnvollem Rahmen durch biobasierte und abbaubare Produktlösungen zu ersetzen. Das Forschungsteam des ITA hat bereits erste Demonstratoren auf Basis von Biopolymeren im Außeneinsatz.

BioBase: Textilien für Innenräume, Sport, Auto und Technik werden bio
Im BioBase-Projekt wird die gesamte textile Wertschöpfungskette der jeweiligen Produkte abgebildet und in jedem Prozessschritt der technologische Reifegrad für die industrielle Produktion von biobasierten und nachhaltigen Chemiefasern schrittweise erhöht. Zunächst entstehen hierbei in Kooperation zwischen den Forschungseinrichtungen und Industriepartner*innen industriell gefertigte Anschauungsmodelle (Demonstratoren), die das Potenzial der am Markt verfügbaren biobasierten Polymere demonstrieren sollen. Die Herstellung der Polymere, Garne und textilen Flächen, orientiert sich sehr anwendungsbezogen an den existierenden technischen Anforderungen in den unterschiedlichen Industrie-Sektoren.
Das Team in Aachen beschäftigt sich mit der Herstellung von Chemiefasergarnen und betrachtet dabei die Arbeitsschritte Schmelzspinnen und Texturieren der Wertschöpfungskette und teilweise auch die Flächenherstellung. Die Forschungen zeigen, dass biobasierte Polymere existieren, die auf bestehenden Anlagen entlang der textilen Prozesskette bis zum Demonstrator verarbeitbar sind, wobei die Garn- und Textileigenschaften je nach Anforderungsprofil angepasst werden können.

• Formel 1-Fahrzeuge werden in Zukunft günstiger

Carbon ist der Stoff, aus dem bei Formel 1-Fahrzeuge häufig die Karosserie hergestellt wird. Bislang ist Carbon teuer. Es kann günstiger und effizienter hergestellt werden, wenn künstliche Intelligenz die Produktionsprozesse überwacht. Ein Kamerasystem kombiniert mit künstlicher Intelligenz erkennt automatisch Fehler in der Herstellung von Carbonfasern. Damit wird eine teure manuelle Kontrolle der Carbonfasern hinfällig und der Herstellungspreis der Carbonfaser kann nachhaltig reduziert wenden.

Für diese Idee erhielt der Nachwuchsingenieur Deniz Sinan Yesilyurt am 6. Dezember den zweiten Preis des Nachwuchspreises „Digitalisierung im Maschinenbau“.

Carbonfasern sind wegen ihrer guten Eigenschaften begehrt. Sie sind sehr leicht – sie wiegen bis zu 50 Prozent weniger als Aluminium. Die Kombination aus geringem Gewicht und guten mechanischen Eigenschaften bietet viele Vorteile. Gerade in Zeiten der Energiewende sind Leichtbaumaterialien wie Carbon so relevant wie nie zuvor. Gleichzeitig sind Carbonfasern so widerstandsfähig gegen äußere Belastungen wie Metalle. Diese guten Eigenschaften von Carbonfasern zu erreichen, ist aufwändig.

Bis zu 300 einzelne Faserstränge –Bündel von einzelnen Fasern - müssen während der Herstellung gleichzeitig überwacht werden. Wenn Carbonfasern reißen, kostet es Zeit und Geld, die beschädigten Fasern auszusortieren. Dies ist nur ein Beispiel für verschiedene Fehler, die bei den Fasern während der Produktion auftreten können.

Deshalb brachte Deniz Sinan Yesilyurt eine Kamera an der Carbonfaseranlage an, die Bilder verschiedener Faserfehler während der Produktion aufnimmt und in einer Datenbank sammelt. Die künstliche Intelligenz im Informationstechnologiesystem der Kamera wertet die Faserfehler aus, indem sie die Bildaufnahmen vorgegebenen Referenzfehlern zuordnet. Dabei erkennt sie verschiedene Faserfehler mit einer Zuordnungsgenauigkeit von 99 Prozent. Der Prozess kann auch für andere Bereiche eingesetzt werden, die chemische Fasern herstellen.

Deniz Sinan Yesilyurt erhielt den Preis vom Verband für Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) in Frankfurt am Main. Er ist Bachelorabsolvent am Institut für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen. Der vollständige Titel seiner Bachelorarbeit: „Entwicklung einer Kl-gestützten Prozessüberwachung unter Verwendung von Machine Learning zur Erkennung von Faserbeschädigungen im Stabilisierungsprozess“.
Der VDMA zeichnete insgesamt vier Abschlussarbeiten unterschiedlicher Hochschulen mit dem Preis aus. Der Preis wird für herausragende Abschlussarbeiten verliehen und wurde in Deutschland, Österreich und der Schweiz ausgeschrieben.

Kostenersparnis durch Bildverarbeitungssystem > 2.000 € p.a. und Webmaschine

M. Sc. Marco Saggiomo vom Institut für Textiltechnik (ITA) und Dipl.-Ing. Marcin Kopaczka vom Lehrstuhl für Bildverarbeitung der RWTH Aachen University (LfB) haben ein Bildverarbeitungssystem für Webmaschinen entwickelt, das einen weitreichenden Nutzen für Gewebeproduzenten erbringt. Das Bildverarbeitungssystem lässt die Webmaschine Fehlfunktionen des Schusseintrags automatisch und eigenständig erkennen. Sein Einsatz führt zu einer Kostenersparnis von bis zu 2.210 € pro Jahr und Webmaschine im Vergleich zur manuellen Schussstillstandsbehebung.

Die beiden Wissenschaftler haben für ihre wissenschaftliche Veröffentlichung zum Thema „Fully Automatic Faulty Weft Thread Detection using a Camera System and Feature-based Pattern Recognition“ den „Best Student Paper Award“ der 7th International Conference on Pattern Recognition Applications and Methods (ICPRAM) gewonnen. Die Auszeichnung bestätigt die erfolgreiche Zusammenarbeit der Institute ITA und LfB, welche auch in Zukunft in weiteren Projekten fortgesetzt wird.

Marco Saggiomo behandelt das Bildverarbeitungssystem in seiner Dissertation zum Dr.-Ing., Macin Kopaczka hat das Programm zur digitalen Bildverarbeitung mit entwickelt.
Die wissenschaftliche Veröffentlichung ist auf Basis des erfolgreich abgeschlossenen Projektes WeftAlert im Rahmen der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) entstanden. Weitere Resultate aus dem Projekt WeftAlert sind die Erweiterung des Standes der Technik zur bildbasierten Prozessoptimierung des Luftwebprozesses, exzellente Ergebnisse der Bildverarbeitung, eine Weiterentwicklung des Bildverarbeitungssystems und die Validierung des Bildverarbeitungssystems im Laborumfeld und im industriellen Umfeld.