From the Sector

Am Gemeinschaftsstand des Aachener Zentrums für integrativen Leichtbau (AZL) in Halle 5A Stand D17 demonstriert das Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen University (ITA) vom 12.-14. März 2019 in Paris seine Kompetenzen in den Bereichen Glasfasern, Preforms und Carbon Composites.
Die Exponate stammen aus unterschiedlichen Anwendungsfeldern und adressieren die Branchen Automotive, Luft- und Raumfahrt und Maschinenbau.

1. Innovative Glasfaserforschung am ITA
   Der modulare Aufbau der neu entwickelten, induktiv beheizten Glasfaserproduktionsanlage ermöglicht hohe Flexibilität in der Forschung und das Induktionssystem eine deutlich schnellere Bedienbarkeit. Erstmalig werden am Stand des ITA Glasfasern live auf der JEC World hergestellt. Zu den Neuheiten der Anlage gehört das induktiv beheizte Bushing. Es hat ein flexibles Design und besteht aus einer Platin-/Rhodium-Legierung (Pt/Rh20) zum Einsatz für Hochtemperaturgläser. Die Glasfaserproduktionsanlage wurde so konstruiert, dass sich neue Konzepte und Ideen schnell erproben lassen.
    
2. DrapeCube – Umformung textiler Halbzeuge
   Der DrapeCube bietet eine kostengünstige Konstruktion zur Herstellung von Faservorformlingen aus textilen Halbzeugen. Er kommt zum Tragen bei der Fertigung von Preforms für Prototypen und in der Kleinserie und eignet sich für Unternehmen, die in der von faserverstärkten Kunststoffen (FVK) tätig sind.
   Bei der Produktion von FVK-Bauteilen wird im Preformingprozess ein Großteil der späteren Bauteilkosten definiert. In kleinen und mittelständischen Unternehmen wird dieser Prozessschritt oft noch manuell ausgeführt. Daraus resultieren hohe Qualitätsschwankungen und Bauteilpreise. Besonders bei hochbelasteten Strukturbauteilen führt die Qualitätsschwankung dazu, dass die Bauteile überdimensioniert sind. So wird das Leichtbaupotential von faserverstärkten Kunststoffen zu wenig genutzt.
   Eine Lösung bietet das aus der blechumformende Industrie adaptierte Stempelumformverfahren zur Formgebung von Verstärkungstextilien. Dabei wird das Textil zwischen zwei Formhälften (Patrize und Matrize) eingelegt und automatisiert umgeformt. Dieses Verfahren kommt aufgrund hoher Anlagen- und Werkzeugkosten fast ausschließlich in der Großserie zum Einsatz. Das ITA hat die Formgebungsstation DrapeCube entwickelt, die eine kostengünstige Alternative bietet und in der Lage ist, den aktuellen Stand der Technik für die Formgebung textiler Halbzeige vollständig abzubilden. Am Stand werden die Prozessschritte in einem Video demonstriert.
    
3. Kohlenstoffaserverstärkter Kunststoff (CFK)-Preform
   Der CFK-Preform besteht aus Carbon-Multiaxial-Gelege, das durch expandiertes Polystyrol (EPS) umgeformt ist, um die Drapierqualität zu optimieren. Durch die schonende, textilgerechte Umformung mittels Schaumexpansion können Preforms in erhöhter Qualität hergestellt werden. Erstmalig wurde die Schaumexpansion genutzt, um Preforms so umzuformen, dass die Drapierqualität im Vergleich zur klassischen Stempelumformung verbessert wird.
   Die Vorteile des so umgeformten CFK-Preforms liegen in der Einsparung von Anlagenkosten, da das Investment viel geringer ist. Dazu wird der Verschnittanteil reduziert, weil eine endkonturnahe Fertigung ermöglicht wird. Darüber hinaus wird der Ausschuß verringert, da weniger Fehler im Textil entstehen.
   Zielgruppe sind die Hersteller von faserverstärkten Bauteilen, insbesondere für die Klein- und Mittelserie, bei denen die klassische Stempelumformung nicht wirtschaftlich ist.
    
4. Gestickter Preform mit integriertem Metallinsert
   Die 12k Carbonfaserrovings werden durch das Spezial-Stickverfahren Tailored Fibre Placement (TFP) zu einem Preform abgelegt. Beim weiteren Lagenaufbau wird der Insert nicht nur unter den Rovinglagen integriert, sondern durch zusätzliches Umschlaufen fixiert. Der hochintegrative Preformingansatz bietet die Möglichkeit zur Reduktion von Gewicht und Prozessschritten sowie zur Steigerung der mechanischen Performance.
   Bisher wurden Inserts geklebt oder es waren Bohrungen im Bauteil notwendig. Aufgeklebte Inserts sind durch die Klebefläche limitiert. Das Einkleben von Inserts in Bohrungen zieht hohe Bohrerabrasion und damit hohen Werkzeugverschleiß nach sich.
   Die Vorteile des gestickten Preforms mit integriertem Metallinsert bestehen in der Reduktion von Verschnitt durch TFP-Preforming und der Steigerung der spezifischen Ausreißkraft. Dazu besteht die Möglichkeit, die Herstellung integrativer Preforms zu automatisieren. Damit ist der Preform mit integriertem Metallinsert interessant für die Zielgruppe Automotive und Luft- und Raumfahrt.

Das Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen University, kurz ITA, zeigt auf der Composites Europe in Stuttgart vom 06.-08. November Produkte, Bauteile und Maschinen entlang der Faserverbundprozesskette. Das ITA präsentiert sich auf dem Stand des Aachener Zentrums für integrativen Leichtbau (AZL) in Halle 9, Stand E70. Anhand verschiedener Demonstratoren werden ausgewählte innovative Prozesse und Produkte über die einzelnen Schritte hin dargestellt. Die Exponate stammen aus unterschiedlichen Anwendungsfeldern: Von Mobilitätsanwendungen bis hin zur Baubranche. Anbei ein Beispiel aus dem Baubereich:

Durch den Barhocker aus Beton mit hybrider Carbon-Textilbewehrung beweist das ITA, dass Textilbetonelemente eine enorme geometrische Gestaltungsfreiheit ermöglichen und gleichzeitig einfach herstellbar sind. Bislang war die manuelle Positionierung der Textilbewehrung zeitaufwändig und komplex, da zulässige Toleranzen im Millimeterbereich liegen. So trug die Fertigung hauptsächlich zu den hohen Kosten von Textilbeton bei.

Am ITA wurde gemeinsam mit den beiden Industriepartnern Albani Group GmbH & Co. KG und DuraPact 2.0 Kompetenzzentrum Faserbeton GmbH eine neue Hybridbewehrung mit integriertem Ab-standshalter entwickelt. Diese Hybridbewehrung senkt die erforderliche Zeit zur Positionierung der Bewehrung um bis zu 60 Prozent und macht den Werkstoff damit deutlich wettbewerbsfähiger.

Die kostengünstige, hybride Bewehrung enthält einen integrierten Abstandshalter und ermöglicht damit die einfache Positionierung von trockenen und beschichteten Bewehrungen. Durch den integrierten Abstandhalter lassen sich schnell mehrere Bewehrungslagen stapeln, wodurch der gewünschte Bewehrungsgrad einstellbar ist. Die Hybridbewehrung besteht aus einem Carbon- oder Glasfasergitter, das mit einer durchlässigen Matte aus Polyamid gefügt ist und in naher Zukunft bei den Industriepartnern als Rollenware erhältlich ist.

Peter D. Dornier, member of the Executive Board of the VDMA Textile Machinery Federation and Chairman of the Walter Reiners Foundation for the Promotion of Young Engineers, honours five young talents. Numerous entrepreneurs and managers from the German textile machinery industry took part in the award ceremony at the Digital Capability Center (DCC) in Aachen, Germany.

The prizewinner in the dissertation category, Dr.- Ing. Benjamin Weise, comes from the Institute of Textile Technology at RWTH Aachen University (ITA). He has dealt with a complex production process for the manufacture of modified multifilament yarns, which offers new perspectives for the development and manufacture of textile charge carriers.

M.Sc. Susanne Fischer, winner of the Master's thesis category, has systematically and comprehensively solved the challenging task of integrating motion sensors into a finger glove at Reutlingen University.
The 2018 creativity award winners are team Mr. Jan Merlin Abram and Mr. Alon Tal from ITA Aachen as well as Mr. Eric Otto from the Institute for Textile Machinery and High-Performance Textile Materials Technology (ITM) in Dresden. The students Abram and Tal have developed a guideline for the design of hybrid morphing textiles. In addition to the classic functions in conventional and, in particular, composite applications, locally defined, functionally effective joint, torsion, expansion and compression mechanisms can be integrated into the textile.

The prizewinner Otto is awarded for a concept study for the development of a circular knitting machine with a variable diameter needle cylinder, which can lead to further flexibility in the circular knitting process.

Aachen researchers have developed the adaptive textile facade green.fACade, which was presented on 2^nd August 2018 in the Aachen Faculty of Architecture of RWTH Aachen University, Germany. green.fACade is installed in front of a building like a second skin and can permanently reduce nitrogen oxide pollution in cities.

The researchers achieve the reduction of harmful nitrogen oxides (NO and NO2) by coating the facade with titanium dioxide. Titanium dioxide acts as a photo catalyst and enables the oxidation of nitrogen oxides to form washable nitrate (NO3-). Since the facade is also greened, it contributes to the conversion of carbon dioxide into oxygen by photosynthesis. In addition, a green facade creates an optical resting point in the cityscape and reduces urban heat through evaporation cooling. The enclosed pictures demonstrate how the introduction of green.fACade can have an effect. Picture 1 shows the Aachen Central Bus Station after, picture 2 before the possible introduction of green.fACade.

green.fACade is part of the innovative research project "adaptive textile facades", which uses the special properties of textiles. Thanks to its design, textiles can let sunlight and air through, thus contributing to a modern, aesthetic building design. A new feature of the research project is that further elements such as the titanium oxide coating or sun protection elements are integrated into the textile facade and placed in front of the existing building facade. The adaptive textile facade acts independently and thus reduces energy consumption through the positive climatic effects on the building facade.

"Adaptive Textile Facade" is part of a current research series with the aim of developing innovative facade constructions that are climate-neutral and increase the comfort of local residents. The research team consists of the three RWTH fields of architecture (Faculty of Architecture, PhD student architect M.Sc. Jan Serode), medicine (University Hospital RWTH Aachen, Clinic for Ophthalmology, Prof. Dr Walter) and textile technology (Institut für Textiltechnik, Prof. Dr Gries) and was able to contribute its expertise in the best possible way.

This summer the research team was supported for the first time by the Munich architectural office Auer Weber, represented by managing director Philipp Auer: "For us architects, developments in the field of textile outer shells are a special challenge. Here, highly developed textile materials and processing methods are combined with the lightness and grace of fabrics. Adaptive textile facade elements will increasingly turn the "building shell" into a "building skin", a system that not only offers weather, heat and sun protection, but is in constant intelligent exchange with its environment".

The great importance of these topics for the public was documented by the presence of Kirsten Roßels, representative of the Department of Economics, Science and Europe of the city of Aachen.  Ms Roßels explains: "As the city of Aachen, we are delighted with the innovative and future-oriented project ideas that are being developed at Aachen University, such as the adaptive textile facade. These developments underline the importance of Aachen as a city of science and I would appreciate it if these and other technologies could also become visible in Aachen in the future".

Prof. Dr Gries from the Institut für Textiltechnik sums up: "As textile researchers, we see a great opportunity to develop concrete solutions for our urban living spaces together with renowned experts from other disciplines. I'm sure we can make the urban climate more pleasant and reduce pollution."

The AZL will continue its collaboration on composites in buildings and infrastructure after completing an initial market and technology study which identified new potentials for composite technologies in buildings and infrastructure markets. The aim of the new AZL Workgroup which will meet for the first time on January 25th, 2018 is to jointly develop new applications and to support the business development for composites in these two growing markets. The meeting is open to interested companies from the composite industry as well as the building and infrastructure markets.

The aim of the initial workgroup meeting will be to turn insights from the study into a long-term workgroup collaboration and to define topics and initiatives for the joint cooperation in the field of process and manufacturing technologies, fire safety regulations, materials as well as standards and norms. Industrial keynote presentations will introduce these action fields and will provide an insight into building and infrastructure applications for composites. The meeting will furthermore provide a platform to network with companies along the entire composite value chain.

Dr. Amer Affan, CEO and founder of AFFAN Innovative Structures based in Dubai is in charge of various composite projects for buildings such as the Museum of the Future in Dubai: “We have been utilizing structural composites in construction since 2010. Composites is a truly high-tech material compared with the traditional building materials (steel, concrete, timber and aluminum) but it is still to be recognized as such in the conservative and price-sensitive building industry. AZL, particularly its location at the RWTH Aachen University and its partner companies, offers a good platform to progress the use of composites in construction.”

AZL together with more than 25 companies just completed the Joint Market and Technology Study on “New Potentials for Composite Technologies in Buildings and Infrastructure” establishing a broad knowledge on business opportunities for composite technologies in these two growing markets. In a structured approach, the study determined the key segments as well as the technologies/applications with the highest market and technological potential. Analyses of 20 market segments, investigation of 438 applications, technology analyses of 25 highlight components and 11 detailed business cases were elaborated throughout the study. Additional to requirement analyses for materials and production technologies, new concepts for efficient profitable production technologies and cost engineering analysis were developed. With the workgroup, the AZL will take this initiative a step further with the aim to build a long-term cooperation platform for composites in buildings and infrastructure markets.

Justin Jin, CEO of the Korean company AXIA Materials participated in the study and is part of the AZL Partner Network: “As producer of large thermoplastic composite sheets and composite SIP (Structural Insulated Panel), we are eager to drive composites in B&I applications with the best efficient way. The AZL study on Buildings and Infrastructure provided us a great networking with key players in this business field and opportunities to strengthen our products with the key elements from partners. The study also gave us a proper market understanding including market size/volume in numbers to prove the value of this technology to building industry. We are looking forward to following up on these first insights and to realize applications with the AZL and its partners.”

Besides the networking options, the meeting will offer the opportunity to get an insight into the activities of the AZL Network consisting of nine research institutes at the RWTH Aachen Campus and more than 80 companies from 21 countries. During an optional guided tour, participants will visit selected institutes at the RWTH Aachen Campus. The meeting is open to all interested companies and free of charge.

More Information on Meeting and the Study
Information on AZL activities in the field of buildings and infrastructure:
www.azl-lightweight-production.com/composites-buildings-infrastructure
Details and registration to first Workgroup Meeting on January 25th, 2018:
http://www.azl-lightweight-production.com/termine/1st-workgroup-meeting-buildings-infrastructure

Prof. Dr. Konstantin Kornev, Clemson University, USA, hat am Institut für Textiltechnik (ITA) der RWTH-Aachen University einen Vortrag über biologisch inspirierte, Faser-basierte Nanofluidik gehalten. In einem sehr lebendigen Vortrag zeigte er auf, wie durch Butterfly proboscis, eine flexible Faser, die als Fütterungsgerät von Schmetterlingen und Motten dient, die Rolle der Oberflächenmorphologie und Chemie dieser komplexen multifunktionellen Fasern zu verstehen ist. Hierbei konnte er mit Hilfe der Röntgenphasen-Kontrast-Bildgebung, der Hochgeschwindigkeitsoptischen Bildgebung und von magnetischen Sonden komplexe Mechanismen von Fluid- und Rüssel-Wechselwirkungen nachweisen. Mit den Grundprinzipien des Rüssel-Funktionierens demonstrierte er anschaulich in dem Vortrag, wie flexible Faser-basierte Sonden für den Transport von kleinen Mengen an Flüssigkeiten entworfen und produziert wurden. Garne aus Nanofasern mit entsprechender Porosität haben außergewöhnliche Fähigkeiten, unterschiedliche Flüssigkeiten zu transportieren. Einige Biotechnologie-Anwendungen von Faser-basierten Sonden wurden im Vortrag gezeigt.

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.

Der Forschungsstandort Aachen ist um ein einmaliges Angebot reicher: Am Freitag eröffnete mit dem Digital Capability Center (DCC) eine neuartige Lernfabrik mit dem Schwerpunkt Industrie 4.0. In einer realitätsgetreuen Fabrikumgebung erhalten Fach- und Führungskräfte produzierender Unternehmen sowie angehende Ingenieure das Handwerkszeug, um die digitale Transformation im eigenen Unternehmen voranzutreiben. Das Motto: erkunden, ausprobieren, anwenden. Das DCC ist eine Kooperation der Unternehmensberatung McKinsey & Company, des Instituts für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen University und führenden Technologieunternehmen wie dem Softwareanbieter PTC. Das DCC ist das erste seiner Art weltweit – weitere DCCs werden von McKinsey in diesem Jahr noch in Singapur, Chicago, Peking und Venedig eröffnet.

Die praxisnahen Workshops im DCC helfen Unternehmen, sich dem Thema Industrie 4.0 systematisch und zielgerichtet zu nähern. Sie lernen, wo und wie neueste Technologien entlang der gesamten Wertschöpfungskette eingesetzt werden können – von der ersten Kundenanfrage über die Entwicklung, Produktion und Auslieferung bis zum Servicegeschäft. Aber auch die Anforderungen an das Management sowie die Befähigung der Mitarbeiter und die allgemeine Akzeptanz der mit der Transformation einhergehenden Veränderungen werden thematisiert. Workshop-Teilnehmer erarbeiten konkrete Lösungen für ihre individuelle Problemstellung und erhalten Einblick in zentrale digitale Lösungen und Technologien wie Echtzeit-Diagnosewerkzeuge, Big Data Analytics, prädiktive Instandhaltung, digitales Performancemanagement, 3D-Druck oder kollaborative Roboter.