From the Sector

Produktionsketten defossilisieren sowie eine zirkuläre, treibhausgasneutrale Stoff- und Energiewandlung etablieren – die chemische Industrie hat sich in Sachen Nachhaltigkeit ehrgeizige Ziele gesetzt. Unterstützung bei diesem Prozess leisten ab sofort neun Institute der Fraunhofer-Gesellschaft: Im Leitprojekt ShaPID wollen sie ihre Forschungsaktivitäten für das Erreichen der Nachhaltigkeitsziele bündeln und gleichzeitig ihre Beziehungen zur Branche stärken.

»Konkret wollen wir zeigen, dass eine nachhaltige, grüne Chemie durch praxisnahe technologische Innovationen möglich ist«, erläutert Prof. Ulf-Peter Apfel vom Fraunhofer UMSICHT, einem der beteiligten Institute. »Auf Grundlage der international anerkannten „12 Principles of Green Chemistry“ wollen wir gemeinsam neue Methoden und Technologien entwickeln.« Im Fokus der Forschende stehen dabei vier komplementäre Bereiche: (1) die Synthese-, Reaktions- und Katalysetechnik, (2) die kontinuierliche Prozess- und Verfahrenstechnik, (3) die Modellierung, Simulation und Prozessoptimierung sowie (4) die Digitalisierung und Automation.

Vom grünen Rohstoff zum grünen Produkt
Die Anwendung der neuen Technologien und Methoden soll im technischen Maßstab an drei Referenzprozessen demonstriert werden, die unterschiedliche Produktsparten der Chemie adressieren: Bei »Green Plastics« geht es um die Gestaltung neuer Polymere aus CO2 und biogenen Rohstoffquellen, während bei »Green Monomers« energieeffiziente Synthesen von Monomeren aus nicht-fossilen Rohstoffen beleuchtet werden. Last but not least wird bei »Efficient Building Blocks« der Einsatz hochreaktiver Moleküle für die atomeffiziente Synthese untersucht. »Alle drei Prozesse beschreiten den Weg vom grünen Rohstoff über eine grüne Prozessführung bis hin zu grünen Produkten«, so Ulf-Peter Apfel. »Die Entwicklung wird eng sowohl von Life Cycle Assessments und Systemanalysen als auch von REACh-Bewertungen und (Öko-)Toxizitätsvorhersagen begleitet.«

Die Forschenden des Fraunhofer UMSICHT konzentrieren sich im Rahmen von ShaPID auf die Etablierung von Demonstratoren im Bereich »Green Monomers«. »Dabei geht es vor allem um die alternative Synthese von 1,4-Butadien und Diolen – allesamt wichtige Verbindungen für die chemische Industrie – aus nachwachsenden Rohstoffen über neue thermische und elektrochemische Pfade«, erklärt Dr. Barbara Zeidler-Fandrich.

In der Textilverarbeitung ist Infrarot-Strahlung eine bewährte Wärmequelle. Sie überträgt kontaktlos hohe Leistungen in kurzer Zeit. Dadurch kann Energie eingespart und die Produktionsgeschwindigkeit erhöht werden. Letztlich werden die Produktionskosten minimiert. Infrarotsysteme sind sehr kompakt und können eine hohe Leistungsdichte auf einer kleinen Fläche erzeugen. Daraus resultieren kleine Anlagenlayouts und ein geringer Platzbedarf in der Produktion.

• Infrarot-Strahler übertragen Wärme kontaktfrei
• Kurze Reaktionszeiten erlauben eine exakte Temperaturführung
• Optimal abgestimmte Infrarot-Strahlersysteme erhöhen die Prozessgeschwindigkeit, verbessern die Qualität und sparen Energie

Fixierung von Teppich Bahnen bestehend aus Textilgewebe und Bitumen Laminierung
Durch die Verwendung von Infrarot wird stets eine konstante Bitumentemperatur beim Laminieren mit dem Textilsubstrat gewährleistet unabhängig von der Produktionsgeschwindigkeit (sogar nach Maschinenstillstand) und unabhängig von der Umgebungstemperatur. Dadurch wurde das Problem der Delamination gelöst.

Trocknung von Baumwollgewebe auf 2% Restfeuchte
Das System erzeugt eine konstante Restfeuchte bei variierender Produktionsgeschwindigkeit von 10-100m/min und über die vollständige Gewebebreite.
Der Trockenofen ist vertikal aufgebaut, wodurch sehr wenig Platz von nur 1m für 200kW benötigt wurde.

Vorwärmung von Nadelfilz Matten
Das Gewebe wird über die gesamte Produktionsbreite von 5000mm am Eingang des Umluftofens mit einer erhöhten Temperatur (± 60°C zusätzlich) angeliefert, und zwar unabhängig von der Produktionsgeschwindigkeit. Die Prozess Geschwindigkeit konnte auf 12m/min. erhöht werden.
Nahtlose Integration in den zur Verfügung stehenden Platz auf der Produktionsmaschine. Es waren lediglich 500mm in Durchlaufrichtung erforderlich.

• Carbon fibers combined with injection molding replace conventional steel construction
• SGL Carbon supplies innovative carbon fiber profiles
• Serial use in a future high-volume model of BMW Group
• Construction method offers great potential for use in other automotive projects

Already in August, SGL Carbon received a multi-year order from Koller Kunststofftechnik GmbH for the production of novel carbon fiber profiles for serial use in windshields for a future high-volume model of BMW Group.

The profiles are particularly flexible fiber tows, pre-impregnated with thermoplastic resin in various dimensions. They will be compiled by SGL Carbon on the basis of its own 50k carbon fiber at its site in Innkreis, Austria, and subsequently processed by the injection molding experts at Koller to form a skeletal plastic component. The composite component will replace the previous steel-based windshield. Production of the carbon fiber profiles will start in the remainder of 2020 and will then be ramped up gradually over the next few years for the BMW Group model launch.

In the vehicle, the windshield is a connecting element between the roof frames and thus has an important stabilizing function. The carbon fiber profiles add the required stiffness and crash safety to the component. At the same time, they help to significantly reduce the weight of the roof and thus also support the driving dynamics. The injection molding process also enables particularly complex and material-efficient structures. In the BMW Group model, this innovative component concept will cut weight by 40 percent compared to conventional steel designs of the component while creating important space for cable ducts and sensors.

The production of the carbon fiber profiles themselves is also particularly geared to material and process efficiency in large-scale production. The profiles consist of several smaller fiber strands, the so-called rods, and are manufactured using the modern continuous pultrusion process. During product and process development it was one key objective to ensure that material loss during production is almost completely avoided.

"At SGL Carbon, we have been working on the development of thermoplastic carbon fiber profiles for use in injection molding for some time already. This development work is now beginning to pay off. Due to the many advantages and competitive costs, we see a great potential for the technology to be used in other automotive projects too," explains Sebastian Grasser, Head of the Automotive Segment in the Business Unit Composites - Fibers & Materials at SGL Carbon.

"Innovative lightweight construction with hybrid designs has developed into a strategically conclusive concept for Koller Group's OEM customers," confirms Max Koller, CEO of Koller Group. "SGL Carbon's high level of material expertise, combined with the process know-how of KOLLER Kunststofftechnik and KOLLER Formenbau, create the basis for a promising future in innovative lightweight construction technologies. With this order, the BMW Group has confirmed its confidence in the successful cooperation between SGL and Koller; we are particularly pleased about this", said Max Koller.
 
The Koller Group is a globally operating technology company with plants in Europe and China, as well as NAFTA. The Koller Group develops and manufactures lightweight construction, tools and serial components, primarily for the automotive industry.

• Wissenschaft im Fokus der Öffentlichkeit

Der vom UMSICHT-Förderverein ausgeschriebene UMSICHT-Wissenschaftspreis zeichnete zum 11. Mal Menschen aus, die den Dialog zwischen Wissenschaft und Gesellschaft fördern und komplizierte Sachverhalte verständlich kommunizieren. In der Kategorie Wissenschaft überzeugte Dr. Pattarachai Srimuk die Fachjury mit seiner Arbeit zum Thema Wasseraufbereitung. Adrian Lobe erhielt den Preis in der Kategorie Journalismus für seinen Artikel über die Umweltauswirkungen digitaler Dienste. Die Preisverleihung fand in diesem Jahr erstmalig virtuell statt.

Am 2. Oktober wurde der UMSICHT-Wissenschaftspreis verliehen. Diesmal aufgrund der Corona-Pandemie nicht in gewohnter Umgebung am Fraunhofer UMSICHT in Oberhausen, sondern virtuell. Die Preisträger waren online zugeschaltet und freuten sich aus der Ferne über die mit insgesamt 10 000 Euro dotierte Auszeichnung. »Wir freuen uns gemeinsam mit den Preisträgern, vor allem auch, dass so viele Gäste an der Verleihung teilgenommen und Dr. Pattarachai Srimuk und Adrian Lobe einen würdigen Rahmen bereitet haben«, so Prof. Görge Deerberg, Geschäftsführer des UMSICHT-Förderverein und stellv. Institutsleiter des Fraunhofer UMSICHT. Dem konnte Dr. Susanne Raedeker, stellv. Vorsitzende des Fördervereins, nur zustimmen. Sie überreichte gemeinsam mit Prof. Deerberg die beiden Preise.

Der Moderator der vergangenen Preisverleihungen und Schirmherr des UMSICHT-Wissenschaftspreis, Prof. Dietrich Grönemeyer, würdigte in einer Videobotschaft die herausragenden Arbeiten der Preisträger. Einmal mehr spiegelten die zahlreichen eingereichten Bewerbungen die aktuellen Themen und Trends in der Forschungslandschaft wider und zeigten den großen Stellenwert verständlicher Kommunikation von Wissenschaftsthemen auf.

Preisträger Kategorie Wissenschaft: Dr. Pattarachai Srimuk

Der UMSICHT-Wissenschaftspreis 2020 in der Kategorie Wissenschaft ging an Dr. Pattarachai Srimuk, der als Postdoc am Leibniz-Institut für Neue Materialien in Saarbrücken arbeitet. Er erhielt den Preis für seine Dissertation zum Thema »Sustainable water treatment and ion separation with battery materials: green energy meets blue water« (deutsch: »Nachhaltige Wasseraufbereitung und Ionentrennung mit Batteriematerialien: Grüne Energie trifft blaues Wasser«).

»Der Wasserverbrauch steigt mit zunehmendem Wachstum der Weltbevölkerung. Parallel dazu verschärfen sich in vielen Ländern die Probleme in Bezug auf Zugang und Verfügbarkeit von Trinkwasser«, erklärt Dr. Srimuk. Gefragt sind energieeffiziente Wasseraufbereitungstechnologien. Eine vielversprechende Technologie zur Entsalzung von Wasser ist die kapazitive Deionisierung, kurz CDI. Das Verfahren funktioniert bisher jedoch nur mit Brackwasser energieeffizient. Dr. Srimuk hat im Rahmen seiner Dissertation neue Faraday’sche Elektrodenmaterialien erforscht, die auch Meerwasser effizient und effektiv entsalzen. Seine Aktivitäten können somit einen wichtigen Beitrag zur weltweiten »Wasserwende« leisten.

Preisträger Kategorie Journalismus: Adrian Lobe

In der Kategorie Journalismus hat sich die Fachjury – ausgewählte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, Unternehmerinnen und Unternehmer, Selbständige, Journalisten sowie PR-Fachleute –  für Adrian Lobe ausgesprochen. Der freie Autor ist u. a. für Berliner Zeitung, Neue Zürcher Zeitung und Süddeutsche Zeitung tätig und schreibt eine Kolumne für Spektrum der Wissenschaft. In seinem Artikel »Cyberfossiler Kapitalismus«, erschienen in der Süddeutschen Zeitung, widmete er sich dem ökologischen Fußabdruck von digitalen Maschinen.

»In den seltensten Fällen dürfte beim Googlen der Gedanke an die negativen Umweltauswirkungen einer Suchanfrage präsent sein. Auch beim Streamen von Filmen ist einem nicht immer bewusst, dass im Hintergrund Rechenzentren laufen, die CO2 ausstoßen«, so Adrian Lobe. Dabei seien diese Emissionen nicht zu unterschätzen. Er zeigt in seinem Artikel die Umweltauswirkungen anhand von Studien und Analysen auf und nennt die Konsequenzen der rasant wachsenden Digitalisierung durch künstliche Intelligenz und Cloud Computing. Auch geht er auf die selbstverstärkende Wachstumsspirale ein, auf die bestimmte digitale Dienste angewiesen sind. Hierzu zählen z. B. Klimamodelle, die immer extremere Rechenleistung benötigen, je detaillierter sie werden: Sie vermehren ihren eigenen ökologischen Fußabdruck, den sie auf Gegenstandsebene erkennen wollen. Lobe ist sich sicher, dass es neben nachhaltigem Cloud Computing eine neue Ökologie der Intelligenz braucht, denn: »Es gibt nichts, was so umweltfreundlich ist wie eigenes Denken.«

UMSICHT-Wissenschaftspreis 2021

Bewerbungen für den UMSICHT-Wissenschaftspreis 2021 sind ab Ende 2020 möglich, den genauen Termin geben wir auf der Internetseite des Fraunhofer UMSICHT bekannt.

• HANDWERK.NRW und das Fraunhofer UMSICHT gehen eine neue Kooperation ein, um wissenschaftliche Ergebnisse und Methoden besser für Dienstleistungen und Produkte des Handwerks verfügbar zu machen. Mit der Unterzeichnung eines Memorandum of Understanding am 6. Juli 2020 beim Fraunhofer UMSICHT in Oberhausen startet diese nun offiziell.

Eine hohe technologische Entwicklungsdynamik oder Megatrends wie z. B. die Digitalisierung erfordern, dass Prozesse ständig angepasst und neues Wissen zielgerichtet transferiert werden. Wichtige Anwender von Forschungsergebnissen und Ideengeber für das Umgestalten von Prozessen oder Produkten sind Handwerksbetriebe. Um Expertenwissen weiterzugeben und Handwerkstechniken auf diesem Wege nachhaltig zu verbessern, intensivieren das Fraunhofer UMSICHT und HANDWERK.NRW daher ihre Zusammenarbeit. Am 6. Juli unterzeichneten die Partner ein Memorandum of Understanding.

Die Kooperation adressiert insbesondere Technologien und Methoden für mehr Energieeffizienz, den Klimaschutz, den Umwelt- und Arbeitsschutz und die Materialentwicklung und -prüfung. Es sollen beispielsweise Materialien charakterisiert und ihr Verhalten in der Umwelt analysiert werden. Die Partner möchten neue Methoden der Aufklärung von Funktions- und Schadmechanismen und auch komplett neue Materialien und Techniken für das Handwerk entwickeln.

»Wir sind uns sicher, dass die Kooperation ideal ist, um Synergien zwischen beiden Organisationen herzustellen. Wir möchten als Forschungsinstitut innovative und nachhaltige Technologien entwickeln – und zwar passgenau für komplexe Fragestellungen der Anwender«, erklärt Prof. Eckhard Weidner, Institutsleiter des Fraunhofer UMSICHT. »Wir freuen uns sehr über die Kooperation, die es beiden Partnern ermöglicht, einen wertvollen Beitrag zu einer ressourcenschonenden Gesellschaft und Wirtschaft zu leisten. Das Handwerk als mittelständisch orientierter Wirtschaftsbereich wird durch die intensivierte Zusammenarbeit mit der Wissenschaft seine innovativen Kompetenzen ausbauen und noch stärker in den Dienst des Klimaschutzes stellen können. Diese intensivierte Zusammenarbeit wird unseren Betrieben aber auch Nutzen bringen, denn sie hilft unseren Unternehmen dabei, ihre betrieblichen Prozesse zu optimieren«, sagt Andreas Ehlert, Präsident von HANDWERK.NRW.

Gemeinsame Forschungsprojekte und neue Bildungskonzepte

Innerhalb der Kooperation sind bedarfsorientierte gemeinsame Forschungsprojekte auf nationaler und internationaler Ebene geplant. Aber auch die Entwicklung neuer Bildungskonzepte steht im Mittelpunkt. Im Rahmen von Workshops, Veranstaltungen – als Aus-, Fort- oder Weiterbildung – und Beratungen soll Expertenwissen transferiert werden, um so Technologien nachhaltig weiterzuentwickeln.

HANDWERK.NRW repräsentiert rund 190 000 mittelständische Handwerksunternehmen in Nordrhein-Westfalen. Diese sind wichtige Anwender, Dienstleister und Innovatoren bei der nachhaltigen Umgestaltung von Produkten, Prozessen und Serviceleistungen. Das Fraunhofer UMSICHT entwickelt Lösungen für eine nachhaltige Energie- und Rohstoffwirtschaft, stellt wissenschaftliche Ergebnisse bereit und transferiert sie in Unternehmen, Gesellschaft und Politik.

• Joint proposal of TUD and RWTH Aachen University

On 29 May, the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, German Research Foundation) decided to fund the Collaborative Research Centre (CRC)/Transregio 280 "Carbon reinforced concrete" at Technische Universität Dresden, short TUD, and RWTH Aachen University with the participation of the Institut für Textiltechnik, short ITA, with 12 million euros over the next four years.

The CRC/Transregio 280 “Design Strategies for Material-Minimised Carbon Reinforced Concrete Structures - Principles of a New Approach to Construction” breaks with the traditional way of designing reinforced concrete plants. The interdependence of reinforcement and matrix is being investigated in depth and a completely new design and construction strategy for building with carbon reinforced concrete is being developed.

Carbon reinforced concrete enables completely new design and construction possibilities in the building industry. The reasons for this are its very high strength and the possibility of a very low concrete overlay of only a few millimetres, as carbon, unlike structural steel, does not rust. However, the successful use of the new material, which was awarded the German Future Prize in 2016, requires completely new design and production strategies, which are being investigated in the CRC/Transregio.

Up to now, textile reinforcements have been coated and cured prior to component manufacture. This process is called offline consolidation. These stiff semi-finished products are not suitable for the production of complex components based on new, digital and continuous manufacturing processes (including 3D concrete printing and concrete extrusion). Therefore, ITA is investigating in the sub-project B02 of the CRC/Transregio how forming and consolidation steps are shifted in time by prepreg systems into the concreting process and how they can be applied within the new digital continuous manufacturing processes. In addition to established curing mechanisms, such as by heat or UV radiation, new approaches are also being researched. These new approaches include activation via the alkalinity of the concrete, microwaves and induction

The TUD and RWTH Aachen were awarded the grant on the basis of many years of experience in the research field of textile reinforced concrete. The material textile reinforced concrete was developed in two special research areas at both universities from 1999-2011 and was first fundamentally researched.

19 individual institutes are involved in the CRC/Transregio 280. The spokesman of the TUD is Professor Dr Manfred Curbach, the spokesman of the RWTH is Professor Dr Josef Hegger.

• Anforderungs- und passformgerechte textile 3D-gestrickte Mund-Nasen-Masken – Weitere Initiativen am ITM der TU Dresden

Seit dem 20. April 2020 gilt für das Bundesland Sachsen eine Maskenpflicht beim Einkaufen und im öffentlichen Personen- und Nahverkehr. Eine entsprechende Verordnung wurde hierfür am 17. April 2020 vom Freistaat Sachsen bekannt gegeben.

Aufgrund der neuerlassenen Allgemeinverfügung und der damit einhergehenden, notwendi-gen Schutzmaßnahmen zur Verringerung der Ausbreitung von COVID-19 wird das Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM) der TU Dresden nach der am 20. April 2020 erfolgten Wiederaufnahme des laborbasierten Forschungsbetriebes die bereits in der ITM-Pressemitteilung vom 31. März 2020 vorgestellte textile, 3D-gestrickte Mund-Nasen-Maske intensiv weiterentwickeln. Das ITM möchte damit einen wichtigen aktiven Beitrag zum Schutz der Gesundheit der Bevölkerung leisten.

Hierfür sind in den letzten Tagen die Kooperationen mit langjährigen Netzwerkpartnern des ITM wei-ter intensiviert worden. Gemeinsam mit der renommierten Textilmaschinenfirma H. Stoll AG & Co. KG aus Reutlingen ist es gelungen, mit dem am ITM erarbeiteten technologischen Know-how auf einer am ITM der TU Dresden installierten Flachstrickmaschine Stoll ADF 530-32 BW weitere Vari-anten neuartiger, textiler 3D-gestrickter Mund-Nasen-Masken erfolgreich umzusetzen.

Am ITM können somit Mund-Nasen-Masken-Varianten mit unterschiedlichsten Materialkombinatio-nen auf Flachstrickmaschinen von zwei Maschinenherstellern, die sich alle als waschbarer und damit wiederverwendbarer Mund-Nasen-Schutz eignen, anforderungs- und passformgerecht gefertigt wer-den. Je nach Materialzusammensetzung sind die Mehrwegmasken für Kochwäsche mit handelsübli-chen Waschmitteln bzw. bei 60° mit Desinfektionswaschmittel geeignet. Bei den Masken kann wahl-weise eine Tasche direkt im Fertigungsprozess integriert werden, in die temporär noch zusätzlich Fil-terstrukturen eingelegt werden können. Die gestrickten Mund-Nasen-Masken sind – intuitiv, schnell, unkompliziert in der Handhabung – auch für Brillenträger geeignet und erfordern beim Anlegen keine Hilfe einer weiteren Person. Mittels weiterer anforderungsgerechter Materialkombinationen können auch spezifische Eigenschaften, wie z. B. Atmungsaktivität, Tragekomfort und Hautverträglichkeit, ge-zielt eingestellt und diesbezüglich im Rahmen erster freiwilliger Versuchsreihen mit Mitarbeitern des ITM intensiv getestet werden.

Als eines der weltweit führenden Textilforschungsinstitute wird das ITM mit der lösungssystemati-schen Entwicklung anforderungsgerechter Mund-Nasen-Masken einen wichtigen gesellschaftlichen und nachhaltigen Beitrag für das Gemeinwohl der Bevölkerung leisten. Das Team des ITM, welches maßgeblich bei der Maskenentwicklung involviert ist, freut sich daher auf weitere Anfragen von Her-stellern und Produzenten, um mit dem erarbeiteten Fachwissen bzw. Erfahrungen und technologi-schem Know-how insbesondere die KMU der deutschen Textilindustrie beratend zu unterstützen und ggf. gemeinsame Allianzen/Kooperationen zu schmieden.

Bereits jetzt schon steht das ITM mit mehreren Industriepartnern in Kontakt, um die Technologie zur Fertigung von textilen 3D-gestrickten Masken schnell in die Serienproduktion zu überführen und dar-über hinaus diese anforderungsgerechten textilen Produkte auch zeitnah als nach den geltenden Standards bzw. Richtlinien zugelassene Schutzmasken anzubieten.

Für die zielführenden Untersuchungen mit variablen Materialkombinationen zur weiteren Op-timierung der unterschiedlichen Maskenvarianten wurden dem ITM bereits verschiedenste Versuchsmaterialien kostenfrei zur Verfügung gestellt. Das ITM bedankt sich hierfür bei folgenden Firmen: EMS-CHEMIE AG, Gebrüder Otto GmbH & Co. KG, TWD Fibres GmbH und W. Zimmermann GmbH & Co. KG.
 

• Reduction of material usage by up to 50 percent through innovative draping strategy in the production of fibre composite materials

In fibre reinforced plastic (FRP) production, stamp forming is one of the most economical processes for automated large-scale production, e.g. in the BMW i-series. However, the current processes are susceptible to draping errors and a high proportion of waste. An innovative process developed at the Institut für Textiltechnik of RWTH Aachen University, short ITA, can now significantly reduce the scrap rate and reduce the waste rate of high-priced reinforcing textiles, such as carbon fibre textiles, by up to 50 percent. Sven Schöfer from ITA achieved this effect with his work "Development of a textile-based material feed to increase the preform quality during stamp forming of reinforcing layers". On 10 September 2019, he won the third AVK Innovation Prize in the "Research and Science" category at Composite Europe in Stuttgart, Germany.

Current process
In stamp forming, clamping grippers are usually used in industry to feed the stacked individual layers to the forming process and position them on the lower tool via a clamping frame or hold-down device. Due to the clamping grippers, the cutting proportion of cost-intensive reinforcing textiles is high, as additional material at the textile edge is necessary with clamping systems. Other approaches to feeding the reinforcing semi-finished product during forming and simultaneously improving the draping quality are also not economical: they are usually only designed for certain textile cuts, cannot be automated, are prone to errors or are expensive special solutions.

There is currently no system in the industry that can apply retention forces along a final contour with low waste and remains flexible in terms of geometry.

Innovative approach of Sven Schöfer
The innovative process developed by Sven Schöfer works with a detachable textile joint, a so-called tufting seam. It allows the single layers to slide off during the forming process under a retention force dependent on the seam design.

This reduces or completely eliminates draping errors in previously critical areas, even with complex preform geometries. This leads to a significant increase in preform quality and a reduction in scrap rates. The process is also highly efficient, as tensile forces can be applied to any component geometry on near-net-shape blanks. This reduces the material input by up to 50 percent.

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.

• Mit einem Festakt haben Dr. Eva-Maria Stange, Staatsministerin für Wissenschaft und Kunst des Freistaates Sachsen, Prof. Gerhard Rödel, Prorektor für Forschung der Technischen Universität Dresden, Prof. Hubert Jäger und Prof. Chokri Cherif am 02.11.2018 das Carbonfaser-Technikum des Research Center Carbon Fibers (RCCF) eröffnet.

Das RCCF, eine gemeinsame wissenschaftliche Einrichtung des Instituts für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) und des Instituts für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM) der TU Dresden, wurde gegründet, um die Carbonfasern vom Faserrohstoff bis zum fertigen Bauteil zu erforschen und neue Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten zu entdecken.

„Sachsen verfügt in der Schlüsseltechnologie Werkstoff-, Material- und Nanowissenschaft über hervorragende Rahmenbedingungen und hoch motivierte Wissenschaftler an Hochschulen und Forschungseinrichtungen, die in dieser Spezialisierung weltweit ihresgleichen suchen“, erklärt dazu Staatsministerin Dr. Stange. „Beinahe alle Materialklassen von Metallen, Polymeren, Keramiken bis hin zu Verbund- und Naturwerkstoffen werden auf international hohem Niveau bearbeitet. Dabei greifen Grundlagen- und Angewandte Forschung in zahlreichen Feldern eng ineinander und bilden geschlossene Entwicklungsketten bis zu einem Transfer in die Wirtschaft – regional, national und international.“

Der Prorektor für Forschung der TU Dresden, Prof. Gerhard Rödel, ergänzt: „Mit dem Carbonfaser-Technikum ist im Research Center Carbon Fibers eine weltweit einzigartige Anlage entstanden, die völlig neue Möglichkeiten eröffnet. Es geht darum, Fasern mit einem möglichst hohen Individualisierungsgrad zu designen – je nach Bedarf und Einsatzbereich.“

Auf der derzeit installierten, einzigartigen Anlage erforschen Wissenschaftler des RCCF unter Reinraum-Bedingungen die Grundlagen für maßgeschneiderte Kohlenstofffasern und erschließen deren hohes Innovationspotential. Dabei greifen die Forscher auf einzelne Anlagenmodule zur Stabilisierung und Carbonisierung mit industrienahem Ofendesign und individuell einstellbaren Parameterkombinationen zurück. Durch den außerordentlichen Reinheitsgrad sind die Carbonfasern für die Anforderungen der Luft-/Raumfahrt- und der Automobilindustrie maßgeschneidert.

„Die Carbonfaser ist der Stahl des 21. Jahrhunderts“, führt Prof. Hubert Jäger, Sprecher des Instituts für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK), aus. „Ganze Branchen erfinden sich derzeit durch diesen Werkstoff neu und erreichen mit ihren Produkten nie gedachte Dimensionen. Das Problem ist jedoch die Verfügbarkeit. Wir werden mit dem Carbonfaser-Technikum einen Beitrag dazu leisten, dass aus Sachsen heraus dieser Werkstoff nicht nur leichter verfügbar, sondern auch besser und maßgeschneidert einsetzbar wird für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, Fahrzeugbau, Architektur und Hochleistungselektronik.“

„Mit der Inbetriebnahme des Carbonfaser-Technikums unter Reinraumbedingungen am RCCF gelingt es uns, die Prozesskette zur Fertigung maßgeschneiderter Kohlenstofffasern signifikant zu erweitern. Die notwendigen Maschinentechniken des ITM einschließlich der bereits gewonnenen Erfahrungen bei Prozessoptimierungen zur Herstellung von Precursorfasern, dem Ausgangsmaterial für die neuen Stabilisierungs- und Carbonisierungslinien, stehen in künftigen Forschungsvorhaben den Wissenschaftlern des RCCF zur Verfügung. Somit geben wir am exzellenten Forschungsstandort Dresden die Initialzündung für die weiterführende Grundlagen- und anwendungsorientierte Forschung auf dem Gebiet der Kohlenstofffasern“, ergänzt Prof. Chokri Cherif, Direktor des ITM und Inhaber der Professur für Textiltechnik.

Das Carbonfaser-Technikum umfasst einen mehr als 300 m² großen Reinraum der Klasse ISO 8. Neben den beiden auf etwa 30 Metern aufgestellten Stabilisierungs- und Carbonisierungslinien sind weitere Flächen für künftige Erweiterungen der Gesamtanlage vorgesehen, zum Beispiel ein weiterer Hochtemperaturofen, in dem Carbonfasern bis zu Temperaturen über 2000°C graphitierbar sind oder unikale Beschichtungsanlagen zur Oberflächenaktivierung.

Die RCCF-Wissenschaftler ergründen die Wechselwirkungen zwischen Prozessparametern, Faserstruktur und weiteren mechanischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften bei der Herstellung von Carbonfasern, um die Fähigkeiten des Hightech-Werkstoffes weiter zu steigern. Zusätzlich nehmen die Forscher die Entwicklung multifunktionaler Fasern mit neuartigen Eigenschaftsprofilen wie hohe Leitfähigkeit bei hoher Festigkeit oder ausgeprägter Verformbarkeit sowie die Nutzung erneuerbarer Ausgangsstoffe in den Fokus ihrer Arbeiten.

Ein weiterer Schwerpunkt der RCCF-Aktivitäten ist die tiefgreifende studentische Ausbildung im Bereich der Carbonfaser-Herstellung. Den Studierenden werden dabei fundierte Kenntnisse in Herstellung und Weiterverarbeitung von Carbonfasern vermittelt, damit sie in diesem Bereich der Zukunftstechnologien dem sächsischen und deutschen Arbeitsmarkt zur Verfügung stehen. Etwa 15 Studierende werden pro Jahr in Forschungsbereiche wie die Prozessführung, -modellierung und -überwachung sowie die Entwicklung, Fertigung und Charakterisierung neuer Carbonfasern und Verbundwerkstoffe einbezogen.