From the Sector

The Aachen-based start-up SA-Dynamics is developing sustainable, bio-based and biodegradable insulation materials made from aerogel fibres, thereby setting new standards in resource-saving construction. Dr Sascha Schriever (Institut für Textiltechnik ITA), Maximilian Mohr (ITA), Dr Jens Hofer (ITA Postdoc) and Dr Christian Schwotzer (Department for Industrial Furnaces and Heat Engineering IOB), who trained at RWTH Aachen University, were awarded first place in the KUER.NRW Business Plan Competition 2023 and prize money of €6,000.

SA-Dynamics relies on the impressive properties of aerogel fibres: they have excellent insulating properties, are lightweight, durable, robust, versatile and can be processed very well on conventional textile machines thanks to their flexibility. This makes them comparable to polystyrene, but still sustainable, as SA Dynamics uses bio-based and biodegradable raw materials.

"We can revolutionise the construction world with bio-based aerogel fibres," explains ITA founder Dr Sascha Schriever proudly. "If all insulation materials in construction are converted to bio-based aerogel fibres, all builders can realise their dream of a sustainable house."

SA Dynamics has come a good deal closer to its founding goal by winning the KUER.NRW 2023 business plan competition. The spin-off from Institut für Textiltechnik (ITA) and Department for Industrial Furnaces and Heat Engineering (IOB) at RWTH Aachen University is scheduled for spring 2025.

Gemeinsam mit der Stadt Mönchengladbach veranstalteten der Digital Innovation Hub Düsseldorf/Rheinland (digihub) und die WFMG – Wirtschaftsförderung Mönchengladbach GmbH am Dienstag, 14. November 2023, die zweite „TexTech Start-up Night“ in der Textilakademie NRW. Bei der Abendveranstaltung versammelten sich rund 100 Personen aus der Branche Textiltechnik (TexTech), um sich über neue Ideen und Geschäftsmodelle auszutauschen.

Einblicke in Textilindustrie und den Standort Mönchengladbach
Insgesamt sechs Start-ups und Ausstellende präsentierten ihre Innovationen in einer Expo. Zu Beginn der Veranstaltung übernahm Mönchengladbachs Oberbürgermeister Felix Heinrichs die Guided Tour durch die Ausstellung: „Es ist großartig zu sehen, wie viele textile Innovationen aus Mönchengladbach kommen. Dies zeigt, dass das Ökosystem hier greift und Mönchengladbach der Standort für die Textilbranche ist.“

Einblicke in die Branche bot zudem die Keynote von Prof. Dr. Maike Rabe, Leiterin des Forschungsinstituts für Textil und Bekleidung an der Hochschule Niederrhein. Sie zeigte auf, welche Bedeutung Start-ups für die Nachhaltigkeits-Transformation der Textil- und Bekleidungswirtschaft haben. Hans-Uwe Gansfort, General Manager FIT Factory C&A, bot im Fireside-Chat mit Peter Hornik, Geschäftsführer des digihub Düsseldorf/Rheinland Einblick in C&A's FIT Factory, die in Mönchengladbach ansässig ist.

Nachhaltige Innovationen für die Zukunft
Bei einem Start-up Pitch Battle konnten sieben Gründerinnen und Gründer ihre Ideen präsentieren:

• Lars Linnemann, Geschäftsführer Fibraworks, produziert mit der fibraforce Technologie, einem innovaten Wickelverfahren, mehrlagige, multidirektionale Faserhalbzeuge für kosteneffiziente und nachhaltige Leichtbaulösungen.
• Sarah Neumann und Alexandra Plewnia präsentierten ihr Start-up Octo. Octo hat einen neuen Standard in wasserabweisenden Textilien mithilfe des umweltschonenden Octogarns entwickelt, um der Textilbranche eine nachhaltige Alternative für Fluorpolymere zu bieten.
• Dr. Hans Peter Schlegelmilch hat sich mit seinem Start-up „Brain of Materials“ der Herausforderung gestellt, aus Textilabfällen ein Recyclinggarn zu entwickeln, das den höchsten industriellen Standards entspricht.
• Dr. Monika Hauk hat mit Repair Rebels eine Online-Plattform gegründet, die die Lücke zwischen digitalen ModekonsumentInnen und analogen Reparaturdiensten für Kleidung und Schuhe schließt.
• Yuji Hara stellte das japanischen Start-up AI Silk vor. Dieses arbeitet an innovativen, leitfähigen Fasern, die mit einer Färbetechnik hergestellt werden. Durch die Verwendung von natürlicher Seide und die Leitfähigkeit der Faser selbst ist es gelungen, Elektroden herzustellen, die einige der Risiken und Herausforderungen herkömmlicher medizinischer Elektroden reduzieren, die zu Unbehagen, Haut- und In-vivo-Entzündungen sowie Messausfällen führen können.
• Dr. Robert Brüll präsentierte die FibreCoat GmbH. Das Start-up mit Sitz in Aachen entwickelt eine revolutionäre Beschichtungstechnologie für beschichtete Fasern in Verbundwerkstoffen.

Das Publikum stimmte im Anschluss über die Vorträge ab und wählte seine zwei Favoriten: FibreCoat und Octo hatten in der zweiten Runde die Möglichkeit, ihre Pitches zu vertiefen und mit dem Publikum zu diskutieren. Das beste Team der TexTech Start-up Night wurde nach der finalen Abstimmung das Start-up Octo. Sarah Neumann und Alexandra Plewnia nahmen den Preis, ein Aussteller-Ticket für das Future Tech Fest am 22. August 2024, entgegen.

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.

After many years of successful cooperation on JEC World since 2015, the Aachen Center for Integrative Lightweight Production (AZL) renewed the cooperation with the JEC Group for 2019:

At the dedicated exhibition area called “Composites in Action - JEC Group in partnership with AZL” (Hall 5A, D17), AZL and its 9 Partner Institutes of RWTH Aachen University present their latest research and development results. The innovations covering the whole composite value chain including research results of AZL, Fraunhofer Institute for Production Technology IPT and Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT, the Institute of Plastics Processing (IKV) in Industry and the Skilled Crafts as well as RWTH Aachen University institutes including the Laboratory for Machine Tools and Production Engineering (WZL), the Welding and Joining Institute (ISF), the “Institut für Textiltechnik” (ITA), the Institute for Automotive Engineering (IKA), the Institute of Structural Mechanics and Lightweight Design (SLA). Following companies are sponsoring partners of this booth and will present their latest products and services: Hille Engineering, Maru Hachi, TELENE and Textechno.

This year, AZL is very proud to present a new machine system development at their booth:
The real machine setup of the “Ultra-Fast Consolidator Machine” will be shown at the AZL booth (Hall 5A, D17) which is one of three finalists for the JEC AWARD 2019 in the category “Industry and Equipment”.

At the joint stand of the Aachen Centre for Integrative Lightweight Construction (AZL) in Hall 5A, booth D17, the Institut für Textiltechnik of RWTH Aachen University (ITA) will demonstrate its expertise in the field of glass fibres, preforms and textile concrete 12-14 March 2019 in Paris.
The exhibits come from various fields of application and address the automotive, aerospace and mechanical engineering sectors.

1. Innovative glass fibre research at ITA
   The newly constructed induction heated glass fibre production line enables increased flexibility in research. For the first time, glass fibres will be produced live at the ITA booth at JEC World. One of the innovations of the system is the inductively heated bushing. It features a flexible design and consists of a platinum/rhodium alloy (Pt/Rh20) for use in high-temperature glasses.
   The glass fibre production line was designed in such a way that new concepts and ideas can be tested quickly. The modular design allows a high flexibility, the induction system a significantly faster operability.
   Research and development projects can therefore be carried out faster and more cost-effectively.
    
2. DrapeCube - Forming of textile semi-finished products
   The DrapeCube offers a cost-effective design for the production of fibre preforms from textile semi-finished products. It is used in the production of preforms for prototypes and in small series and is suit-able for companies active in the production of fibre-reinforced plas-tics (FRP).
   In the production of FRP components, the preforming process de-fines a large part of the subsequent component costs. In small- and medium-sized enterprises, this process step is often still carried out manually. This results in high quality fluctuations and component prices. Especially in the case of highly stressed structural components, the fluctuation in quality leads to oversizing of the components.
   Thus, the lightweight construction potential of fiber-reinforced plastics is underused. One solution is offered by the stamp forming process adapted from the sheet metal forming industry for shaping rein-forcing textiles. The textile is inserted between two mould halves (male and female) and automatically formed. Due to high plant and tooling costs, this process is used almost exclusively in large-scale production.
   The ITA has developed the DrapeCube forming station which offers a cost-effective alternative and is able to completely reproduce the current state of the art for forming textile half branches. The process steps will be demonstrated in a video at the booth.
    
3. Carbon fibre reinforced plastic (CFRP) preform
   The CFRP preform consists of carbon multiaxial fabrics formed by expanded polystyrene (EPS) to optimise draping quality. Preforms of increased quality can be produced by gentle, textile-compatible forming with foam expansion. For the first time, foam expansion was used to form preforms in such a way that the draping quality is improved compared to classic stamp forming.
   The advantages of the CFRP preform lie in the savings in plant costs, as the investment is much lower. In addition, the proportion of waste is reduced because near-net-shape production is possible. In addition, rejects are reduced, as fewer faults occur in the textile.
    
4. Embroidered preform with integrated metal insert
   The 12k carbon fibre rovings are shaped into a preform using Tai-lored Fibre Placement (TFP) which is a technical embroidery pro-cess. For the further layer build-up, a fastener is not only integrated under the roving layers but also fixed by additional loops. The highly integrative preforming approach offers the possibility of reducing weight and process steps as well as increasing mechanical perfor-mance.
   Until now, inserts were glued or holes had to be drilled in the com-ponent. Bonded fasteners are limited by the adhesive surface. The bonding of fasteners into drilled holes results in high drill abrasion and thus high tool wear.
   The advantages of the embroidered preform with integrated metal fasteners are the reduction of scrap due to TFP preforming and the increase in the specific pull-out force. In addition, it is possible to automatize the production of integrative preforms. This makes the preform with integrated metal fasteners interesting for the automotive and aerospace industries.

At the Composites Europe in Stuttgart /06 - 08 November 2018), the Institut für Textiltechnik of RWTH Aachen University, short ITA, will be showing products, components and machines along the fibre composite process chain. The ITA will present itself at the booth of the Aachen Center for Integrative Lightweight Construction (AZL) in hall 9, booth E70. Various demonstrators will be used to present selected innovative processes and products over the individual steps. The exhibits come from different fields of application: From mobility applications to the construction sector. Here is an example from the field of "construction composites":

With the concrete bar stool with hybrid carbon reinforcement, the ITA demonstrates that textiles as reinforcement structures for concrete elements allow a enormous geometrical freedom of Design. So far, manual positioning of the textile reinforcement used to be time-consuming and complex, as permitted tolerances are in the millimetre range. Thus the production mainly contributed to the high costs of textile concrete.

At the ITA, the two industrial partners Albani Group GmbH & Co. KG and DuraPact 2.0 Kompetenzzentrum Faserbeton GmbH developed a new hybrid reinforcement with integrated spacer. This hybrid reinforcement reduces the time required to position the reinforcement by up to 60 percent and thus makes the material significantly more

The new, cost-effective hybrid reinforcement contains an integrated spacer and thus faciliates the positioning of dry and coated reinforcements. The integrated spacer allows several layers of reinforcement to be stacked quickly, allowing the desired degree of reinforcement to be set. The hybrid reinforcement consists of a carbon or glass fibre grid joined with a permeable polyamide mat and will be available in roll form from industrial partners in the near future.

Die Herstellung von Werkstoffen wie Beton oder Kunststoff ist mit erheblichen CO2-Emissionen verbunden. Das Institut für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen University forscht in seinen Projekten BasFlair und GreenBraid am Einsatz klimafreundlicher Alternativen aus Naturstoffen. Dafür wurden die Projekte nun von der KlimaExpo.NRW geehrt. Dr. Heinrich Dornbusch, Vorsitzender Geschäftsführer der Landesinitiative, überreichte den Projektleitern am Dienstag die offizielle Urkunde zur Aufnahme in die landesweite Leistungsschau für den Klimaschutz. Das Projekt BasFlair setzt für die Herstellung eines klimafreundlichen Betons Basaltfasern aus vulkanischem Gestein ein. Im Projekt GreenBraid verwenden die Aachener Forscherinnen und Forscher Flachs für die Produktion naturfaserverstärkter Kunststoffe. „Die beiden vorbildlichen und innovativen Projekte zeigen eindrucksvoll die Möglichkeiten, Werkstoffe energieeffizient und CO2-arm zu produzieren. Damit sind sie zwei gelungene Beispiele für den Fortschrittsmotor Klimaschutz“, sagte KlimaExpo.NRW-Geschäftsführer Dr. Heinrich Dornbusch, während er die Urkunden an Andreas Koch, Projektleiter von BasFlair, sowie an Viktor Reimer und Marie-Isabel Popzyk, Projektleiter von GreenBraid, überreichte.

In May 2017, Jochen Adler, Vice-President and Chief Technology Officer at Oerlikon Textile GmbH & Co. KG, presented a Oerlikon Barmag take-up winder as a partial gift to Prof. Dr Thomas Gries, head of the Institut für Textiltechnik (ITA) at RWTH Aachen University. The new Type ASW602 winder, which is equipped with modern control software and user interface, replaces the former institute’s Barmag take-up winder.

Due to this modernisation, ITA has access to a latest generation take-up winder which is used for various research projects. The new winder is applied at ITA’s two pilot melt spinning plants and ensures the transfer of new research and development insights into the pilot scale. Furthermore, this winder has two winding positions and operates with winding speeds between 2500 m/min and 5500 m/min. The new winder is suitable for all kinds of polymers, from polypropylene to polyethylene, polyester, polyamide etc. as well as for the production of several types of yarn, such as industrial yarn, pre-oriented yarn and fully-drawn yarn.
“We thank Oerlikon Barmag for the generous partial gifting and the support during the set-up of the new take-up winder”, says Prof. Dr Thomas Gries. “The new equipment will keep the institute’s machine park on a high and powerful level.” The head of ITA’s chemical fibre department Dr Thorsten Anders adds: “This winder is designed for the needs of chemical yarn research. It allows state of the art technology research and development and pilot-scale production. We will use it for the melt spinning plants in the single- and bi-component spinning process. This way, we can access a wide variety of producible yarn types.“

Das Institut für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen University hat gemeinsam mit der Firma mezzo-forte Streichinstrumente aus Werther einen zerlegbaren Kontrabass aus carbonfaserverstärkten Kunststoff (CFK) entwickelt, dessen Hals und Corpus durch eine Verbindungsstelle aus CFK zerlegt werden können. Hier ergibt sich ein großer Vorteil beim Transport: So misst der zerlegbare Kontrabass maximal 1,10 m in der Länge anstelle von 2 m Länge in nicht-zerlegtem Zustand. Damit kann der zerlegbare Kontrabass per PKW und in Standardgepäckboxen transportiert werden und spart die bisherigen hohen Transportkosten als Sondergepäck ein.

Die eigentliche Innovation liegt darin, dass sowohl Verbindungsstelle als auch das Instrument aus CFK gefertigt sind und so keine klanglichen Einbußen durch einen Werkstoffwechsel in der Verbindungsstelle entstehen. Warum? Eine Verbindungstelle muss gleichzeitig sehr steif und robust sein. Hier stellt carbonfaserverstärkten Kunststoff das ideale Baumaterial für einen Kontrabass dar, da er eine hohe Steifigkeit und gute mechanische Eigenschaften besitzt. Wenn Instrument und Verbindungsstelle aus unterschiedlichen Werkstoffen sind, kann dies zu einer klanglich inaktiven Region im Instrument und damit zu einem schlechten Klang und einem instabilen Instrument führen.