From the Sector

Lightweight design is a key enabler for addressing the energy transition and sustainable economy. Following the liquidation of the state agency Leichtbau BW GmbH, a consortium consisting of the Allianz Faserbasierter Werkstoffe Baden-Württtemberg (AFBW), the Leichtbauzentrum Baden-Württemberg (LBZ e.V. -BW) and Composites United Baden-Württemberg (CU BW) now represents the interests of the lightweight construction community in the State.

The Lightweight Design Agency for Baden-Württemberg is set up for this purpose on behalf of and with the support of the State. The Lightweight Construction Alliance BW is the central point of contact for all players in the field of lightweight construction in the State and acts in their interests at national and international level. Professor Markus Milwich from the German Institutes of Textile and Fiber Research Denkendorf (DITF) represents the agency.

The use of lightweight materials in combination with new production technologies will significantly reduce energy consumption in transportation, the manufacturing industry and the construction sector. Resources can be saved through the use of new materials. As a cross-functional technology, lightweight construction covers entire value chain from production and use to recycling and reuse.

The aim of the state government is to establish Baden-Württemberg as a leading provider of innovative lightweight construction technologies in order to strengthen the local economy and secure high-quality jobs.

Among others, the "Lightweight Construction Alliance Baden-Württemberg" will continue the nationally renowned "Lightweight Construction Day", which acts as an important source of inspiration for a wide range of lightweight construction topics among business and scientific community.

Professor Milwich, an expert with many years of experience and an excellent network beyond the State's borders, has been recruited for this task. In his role, Milwich also represents the state of Baden-Württemberg on the Strategy Advisory Board of the Lightweight Construction Initiative of the Federal Ministry for Economic Affairs and Climate Action, which supports the cross functional-technology and efficient transfer of knowledge between the various nationwide players in lightweight construction and serves as a central point of contact for entrepreneurs nationwide for all relevant questions.

From 2005 to 2020, Professor Milwich headed the Composite Technology research at the DITF, which was integrated into the Competence Center Polymers and Fiber Composites in 2020. He is also an honorary professor at Reutlingen University, where he teaches hybrid materials and composites. "Lightweight design is an essential aspect for sustainability, environmental and resource conservation. I always showcase this in research and teaching and now also as a representative of the lightweight construction community in Baden-Württemberg," emphasizes Professor Milwich.

Das Innovationsnetzwerk FAKOSI - Komfort- und Sicherheitstechnologien für elektrische Leichtfahrzeuge (LEVs) wird für weitere zwei Jahre aus Mitteln des Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) gefördert. Einen entsprechenden Antrag hat das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) bewilligt. Damit werden bis September 2025 weiterhin Fördermittel für die Entwicklung von innovativen Konzepten, Systemen und Komponenten im Bereich LEVs gestellt und die technologische Wettbewerbsfähigkeit und Innovationskraft von kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) gestärkt. Hierbei werden Schwerpunkte in den Themen Insassen- und Fußgängerschutz, Unfallvermeidung, Crashsicherheit, persönliche Schutzausrüstung sowie in der Digitalisierung und Vernetzung von Systemen verfolgt.

Um die konkreten Entwicklungsbedarfe zu adressieren vereint FAKOSI Kompetenzen in Materialwissenschaften, Leichtbau, Fertigungsverfahren, Sensorik, Informatik und weiteren naturwissenschaftlich-technischen Fachrichtungen mit mittelständischen Herstellern und Dienstleistern aus den Bereichen Machine Vision, Embedded Systems und KI.  Der dadurch im Netzwerkverbund entstehende Technologie- und Wissenstransfer sichert insbesondere KMU eine hohe Wettbewerbsfähigkeit.

Aktuell sind acht Unternehmen und vier Forschungseinrichtungen an FAKOSI beteiligt. Interessierte Unternehmen und Forschungseinrichtungen sowie potenzielle Anwender:innen können weiterhin an dem Innovationsnetzwerk oder an den daraus entstehenden F&E-Projekten partizipieren. Im Zuge der Mitgliedschaft werden die Partner:innen aktiv bei der Identifizierung und Initiierung von Innovationsprojekten sowie der Sicherstellung von Finanzierungen durch Fördermittelakquise unterstützt.

Zwei Anträge auf ZIM-Projektförderung wurden im Rahmen von FAKOSI bereits bewilligt. Im Innovationsprojekt "AutoFL" strebt die Katulu GmbH den Aufbau eines automatisierten Federated Learning Ansatzes an. Unter Einbezug höchstmöglicher Data Privacy soll dieser Ansatz es kleineren und mittleren Unternehmen ermöglichen, fortschrittliche Techniken des Machine Learning zu nutzen, selbst wenn keine Data-Science-Expertise im Unternehmen vorhanden ist. Die Katulu GmbH mit Sitz in Hamburg ist auf die Entwicklung von industriellen FL-Lösungen spezialisiert. Das Unternehmen berät Industrieunternehmen aus Branchen wie Maschinenbau, Halbleiter und Chemie bei der Entwicklung souveräner und nachhaltiger Industrie 4.0-Lösungen. Im ZIM-Innovationsprojekt "WindMate" haben sich die Ventus Technologies GmbH und das Lehr- und Forschungsgebiet Fahrzeugsicherheit der Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften zusammengeschlossen, um ein wegweisendes präventives Warnsystem vor starken Windböen im Straßenverkehr zu entwickeln. Durch den neuen digitalen Assistenten soll die Verkehrssicherheit für LKW und andere Nutzfahrzeuge windanfällige Fahrzeugklassen maßgeblich erhöht werden.

Ebenfalls wurde ein Antrag auf Forschungszulage für den Zeitraum von zwei Kalenderjahren erfolgreich bewilligt. Mit dem Forschungszulagengesetz (FZulG) haben Unternehmen und Start-ups einen Rechtsanspruch auf die steuerliche Förderung ihrer Aufwendungen für Forschung und Entwicklung (F&E). Die Forschungszulage kann für bis zu vier Jahren rückwirkend beantragt werden.

Die IWS GmbH hat das Netzwerkmanagement für FAKOSI übernommen und unterstützt die Partner:innen von der ersten Idee über die Suche nach passenden Projektpartner:innen bis zur Ausarbeitung und Koordination von Förderanträgen. Die Grundlage der Finanzierung der F&E-Vorhaben soll das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz bilden, das durch weitere Bundes- und EU-Programme ergänzt wird.

FAKOSI-Netzwerkpartner:innen: CESYS GmbH, GeBioM mbH, Katulu GmbH, Momes Gmb, SkySpirit GmbH,tagItron GmbH, Treo - Labor für Umweltsimulation GmbH, Ventus Technologies GmbH, BIBA - Bremer Institut für Produktion und Logistik GmbH, Faserinstitut Bremen e. V. (FIBRE), Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften

Die AZL Aachen GmbH, bekannter Innovationspartner für Industriekooperationen auf dem Gebiet der Leichtbautechnologieforschung, startet eines neuen Projekts mit dem Titel "Trends und Designfaktoren für Wasserstoffdruckbehälter". Das Projekt wird Fragestellungen der Industrie in Bezug auf die Wasserstoffspeicherung adressieren.

AZL Aachen GmbH, a recognized innovator in lightweight technologies research and industry collaboration, announces the initiation of a new project titled "Trends and Design Factors for Hydrogen Pressure Vessels". The project aims to address industry needs surrounding hydrogen storage.

Hydrogen has gained significant attention as a key technological solution for decarbonization, with high pressure storage and transportation emerging as vital components. Its applications extend from stationary storage solutions to mobile pressure vessels employed in sectors such as transportation and energy systems.

The AZL team, renowned for its high reputation in providing market and technology insights as well as developing component and production concepts in the format of Joint Partner Projects seeks for companies along the whole composite value chain interested in further developing their application know how in this economically highly relevant field.

The project will provide an in depth exploration of market insights, regulatory standards, and intellectual property landscapes. Beyond this, there is a dedicated focus on staying updated with state of the art and advancements in design, materials, and man ufacturing techniques.

An integral component of the project involves the creation of reference designs by AZL´s engineering team. The reference designs will encompass a variety of pressure vessel configurations and will consider a diverse range of materials and production concep ts.

With the scheduled project start in October 2023, and a project timeline of approximately nine months, AZL encourages companies active across the composite value chain to participate. Companies interested in participating or seeking further information should reach out directly to the AZL expert team.

Unter dem Motto „Textiltechnik als Schlüsseltechnologie der Zukunft“ informieren sich Maschinenproduzenten, Anwender, Textilfachleute und Forschende über neueste Entwicklungen in den Themenbereichen:

• Ressourceneffiziente und nachhaltige Prozesse
• Textiltechnologien für den Leichtbau
• Digitalisierung in der textilen Produktion
• Additive Fertigung mit Fasern und Textilien

Das Format bietet neben klassischen Vorträgen im Plenarteil und vier Themenkomplexen auch Pitches sowie studentische und wissenschaftliche Projektvorstellungen bzw. Exponate-Präsentationen.

Im Plenarteil der Veranstaltung werden der europäische GFK-Markt vorgestellt und die Bedeutung des Mittelstandes für die deutsche Volkswirtschaft näher beleuchtet.

Ausgewählte technologische Highlights der Fachvorträge in diesem Jahr sind neuartige Verfahren zum 3D-Druck, innovative Carbon-Textilien für die Betonarmierung sowie neue Digitalisierungsstrategien für den Maschinenbau und die Textilindustrie.

Kooperationspartner der diesjährigen Veranstaltung sind das tschechische Generalkonsulat und tschechische Branchenverbände.

• Kohlenstoff mit mehreren Leben

Geht es um die Zukunft der motorisierten Mobilität, reden alle vom Antrieb: Wie viel E-Auto, wie viel Verbrenner verträgt die Umwelt und braucht der Mensch? Zugleich stellen neue Antriebe erhöhte Anforderungen nicht nur an den Motor, sondern auch an dessen Gehäuse und die Karosse: Für solch anspruchsvolle Anwendungen kommen häufig Carbonfasern zum Einsatz. Wie der Antrieb der Zukunft, sollten auch die Werkstoffe am Fahrzeug umweltfreundlich sein. Deshalb ist Recycling von Carbonfasern gefragt. Lösungen dafür haben Institute der Zuse-Gemeinschaft entwickelt.

Carbonfasern, auch als Kohlenstofffasern oder verkürzt als Kohlefasern bekannt, bestehen fast vollständig aus reinem Kohlenstoff. Sehr energieaufwändig wird er bei 1.300 Grad Celsius aus dem Kunststoff Polyacrylnitril gewonnen. Die Vorteile der Carbonfasern: Sie haben kaum Eigengewicht, sind enorm bruchfest und stabil. Solche Eigenschaften benötigt man z.B. am Batteriekasten von E-Mobilen oder in Strukturbauteilen der Karosserie. So arbeitet das Sächsische Textilforschungsinstitut e.V. (STFI) aktuell gemeinsam mit Industriepartnern daran, statisch-mechanische Stärken der Carbonfasern mit Eigenschaften zur Schwingungsdämpfung zu verknüpfen, um die Gehäuse von E-Motoren im Auto zu verbessern. Angedacht ist in dem vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Projekt die Entwicklung sogenannter Hybridvliesstoffe, die neben der Carbonfaser als Verstärkung weitere Faserstoffe enthalten. „Wir wollen, die Vorteile unterschiedlicher Faserstoffe verbinden und so ein optimal auf die Anforderungen abgestimmtes Produkt entwickeln“, erläutert Marcel Hofmann, STFI-Abteilungsleiter Textiler Leichtbau.

Damit würden die Chemnitzer Forschenden bisherige Vliesstoff-Lösungen ergänzen. Sie blicken auf eine 15-jährige Geschichte in der Arbeit mit recycelten Carbonfasern zurück. Der globale Jahresbedarf der hochwertigen Fasern hat sich im vergangenen Jahrzehnt fast vervierfacht, laut Angaben der Industrievereinigung AVK auf zuletzt rd. 142.000 t. „Die steigende Nachfrage hat das Recycling immer stärker in den Fokus gerückt“, betont Hofmann. Carbonfaserabfälle sind ihm zufolge für etwa ein Zehntel bis ein Fünftel des Preises von Primärfasern erhältlich, müssen aber noch aufbereitet werden. Dreh- und Angelpunkt für den Forschungserfolg der recycelten Fasern sind konkurrenzfähige Anwendungen. Die hat das STFI nicht nur am Auto, sondern auch im Sport-Freizeitsektor sowie in der Medizintechnik gefunden, so in Komponenten für Computertomographen. "Während Metalle oder Glasfasern als potenzielle Konkurrenzprodukte Schatten werfen, stört Carbon die Bilddarstellung nicht und kann seine Vorteile voll ausspielen“, erläutert Hofmann.

Papier-Knowhow nutzen
Können recycelte Carbonfasern nochmals den Produktkreislauf durchlaufen, verbessert das ihre CO2-Bilanz deutlich. Zugleich gilt: Je kürzer die Carbonfasern, desto unattraktiver sind sie für die weitere Verwertung. Vor diesem Hintergrund entwickelten das Forschungsinstitut Cetex und die Papiertechnische Stiftung (PTS), beide Mitglieder der Zuse-Gemeinschaft, im Rahmen eines Forschungsvorhabens ein neues Verfahren, das bislang wenig geeignet erscheinende Recycling-Carbonfasern ein zweites Produktleben gibt. „Während klassische Textilverfahren die ohnehin sehr spröden Recycling-Carbonfasern in Faserlängen von mind. 80 mm trocken verarbeiten, beschäftigten wir uns mit einem Verfahren aus der Papierindustrie, welches die Materialien nass verarbeitet. Am Ende des Prozesses erhielten wir, stark vereinfacht gesprochen, eine flächige Matte aus recycelten Carbonfasern und Kunststofffasern“, erläutert Cetex-Projektingenieur Johannes Tietze das Verfahren, mit dem auch 40 mm kurze Carbonfasern zu attraktiven Zwischenprodukten recycelt werden können. Das danach in einem Heißpressprozess entstandene Erzeugnis dient als Grundmaterial für hochbelastbare Strukturbauteile. Zusätzlich wurden die mechanischen Eigenschaften der Halbzeuge durch die Kombination mit endlosfaserverstärkten Tapes verbessert. Das Recyclingprodukt soll, so die Erwartung der Forschenden, glasfaserverstärkten Kunststoffen, Konkurrenz machen, z.B. bei Anwendungen im Schienen- und Fahrzeugbau. Die Ergebnisse fließen nun in weiterführende Forschung und Entwicklung im Kooperationsnetzwerk Ressourcetex ein, einem geförderten Verbund von 18 Partnern aus Industrie und Wissenschaft.

Erfolgreiche Umsetzung in der Autoindustrie
Industriereife Lösungen für die Verwertung von Carbonfaser-Produktionsabfällen werden im Thüringischen Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung Rudolstadt (TITK) entwickelt. Mehrere dieser Entwicklungen wurden mit Partnern beim Unternehmen SGL Composites in Wackersdorf industriell umgesetzt. Die Aufbereitung der so genannten trockenen Abfälle, hauptsächlich aus Verschnittresten, erfolgt nach einem eigenen Verfahren. „Dabei führen wir die geöffneten Fasern verschiedenen Prozessen zur Vliesherstellung zu“, sagt die zuständige Abteilungsleiterin im TITK, Dr. Renate Lützkendorf. Neben den Entwicklungen für den Einsatz z.B. im BMW i3 in Dach oder Hintersitzschale wurden im TITK spezielle Vliesstoffe und Verfahren für die Herstellung von Sheet Molding Compounds (SMC) etabliert, das sind duroplastische Werkstoffe, die aus Reaktionsharzen und Verstärkungsfasern bestehen und zum Pressen von Faser-Kunststoff-Verbunden verwendet werden. Eingang fand dies z.B. in einem Bauteil für die C-Säule des 7er BMW. „In seinen Projekten setzt das TITK vor allem auf die Entwicklung leistungsfähigerer Prozesse und kombinierter Verfahren, um den Carbonfaser-Recyclingmaterialien auch von den Kosten her bessere Chancen in Leichtbauanwendungen einzuräumen“, betont Lützkendorf. So liege der Fokus gegenwärtig auf dem Einsatz von CF-Recyclingfasern in thermoplastischen Prozessen zur Platten- und Profilextrusion. „Ziel ist es, die Kombination von Kurz- und Endlosfaserverstärkung in einem einzigen, leistungsfähigen Prozess-Schritt zu realisieren.“