From the Sector

The AVK – Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe – has once again presented its Innovation Awards to companies, institutes and their partners. Three composites innovations were recognised in each of the three categories – “Innovative Products/Applications”, “Innovative Processes” and “Research and Science” – at the new event JEC Forum DACH on 23 November 2021, the first edition of which was held in Frankfurt.

“As usual, the submissions included a lot of very interesting and promising products and processes this year. The Innovation Awards highlight the outstanding efficiency, cost-effectiveness and sustainability of fibre-reinforced plastics as well as the companies and institutes operating in the sector,” explains Dr. Elmar Witten, Managing Director of the AVK. The jury of leading experts from the industry honoured the following innovations this year:

Category “Research and Science”
First place in the “Research and Science” category was awarded to the German Aerospace Center (DLR) for its Bondline Control Technology (BCT). This innovative process is used for quality control and assurance of bonded joints. The core element is a porous fabric which is applied to a joining surface using an epoxy adhesive or matrix resin. Peeling away the fabric creates a chemically reactive and undercut surface and can also be used as a test to check adhesion to the substrate. BCT has potential in a variety of possible applications. For example, peel ply can be replaced by BCT fabric to produce composite components with an optimised joining surface. The cost-effective BCT peel test is suitable for coupon testing and process control. In addition, the combined adhesion test and surface pre-treatment can be used for quality assurance of bonded repairs on fibre composite structures.

Second place was taken by the Institute of Textile Technology (ITA) at RWTH Aachen University and its partners AEROVIDE GmbH, Altropol Kunststoff GmbH, Basamentwerke Böcke GmbH, TechnoCarbon Technologies GbR with “StoneBlade – Lightweight construction with granite for the wind industry”. This innovation enables manufacturers to reduce the amount of non-recyclable materials used in rotor blade construction. At the same time, it reduces the weight of these components and improves the mechanical properties relating to the stability of wind turbines. The innovative approach replaces glass-fibre reinforced plastic in the blade components with hard rock – a natural, cost-effective and recyclable lightweight material. The slabs of rock are cut and ground to a thickness of just a few millimetres and embedded in a fibre composite laminate with carbon fibre, which stabilises them for alternating load cases. The pre-stressed material is pressure-stable in the composite and can absorb tensile forces in the event of continuously alternating loads without any loss of stiffness.

Third place went to the Dresden University of Technology – Institute for Lightweight Construction and Plastics Technology (ILK) with its partner Mercedes Benz AG for the interdisciplinary development of a highly integrated inductive charging module for electric vehicles. The ultra-thin charging module was designed to make optimum use of space in the vehicle underbody without reducing ground clearance. An interdisciplinary approach was adopted for the development process. This involved the electrical, mechanical and process characterisation of high-frequency Litz wires, ferromagnetic foil and metal wire cloth as well as the creation of a simulation model. The result is a demonstrator for a charging system with a structural height of 15 mm and a total weight of 8 kg. It achieves a transmission efficiency of up to 92 percent at 7.2 kW nominal power and active air cooling. The hardware demonstrator was fabricated in a 3-step process using RTM and VARI techniques.

Overview of all the winners in the three categories:
Category “Innovative Products/Applications”
1st Place: “Traffic signs from Nabasco (N-BMC)” – Nabasco Products BV and Lorenz Kunststofftechnik GmbH, partners: Pol Heteren BV and NPSP BV
2nd Place: “Novel, ultratough vinyl ester resin for the construction of large marine vessels” Evonik Operations GmbH
3rd Place: “Air intake housing with a multi-material design for gas turbines” – MAN Energy Solutions SE, Leichtbau-Zentrum Sachsen GmbH and Leichtbau-Systemtechnologien KORROPOL GmbH.
Category “Innovative Processes”
1st Place: “In-mould wrapping” off-tool, film-coated, fibre composite components for exterior applications – BMW Group, Partner: Renolit SE
2nd Place: “Adaptive automated repair of composite structural components in the aviation sector” – Lufthansa Technik AG, Partner: iSAM AG
3rd Place: “Automated surface pre-treatment using VUV excimer lamps” – CTC GmbH
Category “Research and Science”
1st Place: “Bondline Control Technology (BCT)” – German Aerospace Center (DLR)
2nd Place: “StoneBlade – Lightweight construction with granite for the wind industry” – Institute of Textile Technology at RWTH Aachen University, Partners: AEROVIDE GmbH, Altropol Kunststoff GmbH, Basamentwerke Böcke GmbH, TechnoCarbon Technologies GbR
3rd Place: “Interdisciplinary development of a highly integrated inductive charging module for electric vehicles” – Dresden University of Technology – Institute for Lightweight Construction and Plastics Technology (ILK), Partner: Mercedes Benz AG

Submissions for the next Innovation Award can be made from the end of January 2022.

Nachhaltigkeit, Recycling sowie E-Mobilität spielen auch bei der Herstellung und Verwendung von Composites eine immer größere Rolle und sind deshalb wichtige Themen in neuen oder bewährten Experten-Arbeitskreisen der AVK – Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe.

Die Themen Energiewende, Ressourcenschonung und Nachhaltigkeit sind Kernthemen des derzeitigen gesellschaftlichen und kulturellen Wandels. Die Nutzung und Schonung natürlicher Ressourcen und der Umgang mit dem Planeten Erde als Ökosystem generell sind zentrale Elemente des politischen Diskurses und halten Einzug in fast alle gesellschaftlichen und industriellen Themenbereiche. Das ökologische Bewusstsein hat in der Bevölkerung in den letzten Jahren massiv zugenommen und dieser Trend verstärkt sich auch weiterhin.

Auch Composites als Konstruktionsmaterialien und werkstoffliche Alternative zu etablierten Materialsystemen müssen sich diesen Themenbereichen stellen. Kunststoffe in all ihrer Vielfalt können, aufgrund ihrer Langlebigkeit, auch zu einem Problem werden. Hier gilt es Konzepte zu entwickeln und im industriellen Maßstab Lösungen umzusetzen. Nicht zuletzt wegen ihrer hohen Relevanz und der Aktualität nehmen entsprechende Themen in neuen, aber auch bewährten Experten-Arbeitskreisen der AVK einen breiten Raum ein.

Composites können durch ihre große Material- und Eigenschaftsvielfalt perfekt an die aktuellen Herausforderungen bei den Themen im Energie-, Automobil- und Bausektor angepasst werden. Ihre besonderen Eigenschaften haben sie vor allem in den Anwendungen bekannt gemacht, bei denen Leichtbau, Langlebigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Wartungsarmut gefordert sind. Windkraftanlagen beispielsweise wären ohne Composites nicht denkbar.

Hervorragende Eigenschaften in der Nutzungsphase reichen heute nicht mehr aus: Konstruktionsmaterialien müssen ihre Eignung über den gesamten Lebenszyklus nachweisen. Das Thema Nachhaltigkeit wird in allen Anwendungsbereichen immer wichtiger. Neue AVK-Arbeitskreise zu Themen wie Werkstoffeigenschaften und -anforderungen für die E-Mobilität, Recycling von Composites oder auch zu Thermoplastischen Composites-Rohren zeigen, welch große Dynamik im Composites-Sektor herrscht und was für die Zukunft möglich ist.

Auch die Themen in bewährten Arbeitskreisen werden aktuell ergänzt, wie z. B. SMC-Anwendungen in der Elektro-Mobilität oder die Vorteile von pultrudierten Composites im Infrastrukturbereich. Dabei bietet auch der Leichtbau von Komponenten in den weiter auf Einsparung von Ressourcen bedachten Industriesektoren eine große Vielfalt an Einsatzmöglichkeiten für Composites. Bereits heute zeigen sich Composites auch im Hinblick auf die Nachhaltigkeit vielfach gut aufgestellt.

Die Teilnahme an den AVK-Expertenarbeitskreisen ist für Mitarbeiter von Mitgliedsunternehmen kostenlos. Mehr zu den Themen rund um die Arbeitskreise auf www.avk-tv.de

Die anstehende Verkehrswende ist eines der zentralen wirtschaftlichen und industriellen Themen unserer Zeit. Umweltschutz und ein möglichst nachhaltiger Umgang mit unserem Planeten und seinen endlichen Ressourcen sowie der Wunsch nach individueller Mobilität dürfen sich zukünftig nicht mehr gegenseitig ausstechen. Es gilt Lösungen zu finden, die beide Wünsche gleichberechtigt berücksichtigen.

In den letzten Jahren steht bei der Betrachtung möglicher Alternativer Antriebssysteme vor allem der Wechsel von klassischen Verbrennungsmotoren hin zur Elektro-Mobilität im Fokus. Auch wenn es zahlreiche weitere Optionen gibt, so ist diese das derzeit politisch und auch wirtschaftlich oftmals präferierte Modell, auf das die Automobilindustrie mit allen vor- und nachgelagerten Industriezweigen reagieren muss.

Auch für die Composites-Industrie ergeben sich neue Herausforderungen. Bislang ist der Transportbereich mit einem Anteil von 32 % das zweitwichtigste Anwendungssegment der Composites Industrie (vgl. Abb. 1). Betrachtet werden hier alle Lang- sowie Endlosfaserverstärkten Materialsysteme. Änderungen und neue Impulse in diesem so wichtigen Bereich haben, sowohl für die deutsche Industrie generell als auch für die Zulieferindustrie im Speziellen, einen fundamentalen Einfluss auf viele Akteure im Composites-Markt.

Bereits vielfach wurde in den letzten Monaten ein Abgesang auf die Composites im Automobilbereich angestimmt, da Leichtbau seinen Einfluss bei der E-Mobilität vermeintlich verloren habe. Dies muss sich, wenn man die reine Physik betrachtet, schon grundlegend als falsch herausstellen und wurde mittlerweile ja auch vielfach entkräftet. Darüber hinaus wird aber übersehen, dass Composites über ein enorm vielfältiges und breites Eigenschaftsniveau, auch über den Leichtbau hinaus aufweisen. Die Leichtbaumöglichkeiten sind nur ein Baustein der für den Einsatz von Composites, vor allem auch in der Elektromobilität spricht.

Wie genau Composites zukünftig eingesetzt werden können und wo sich die meisten Potenziale zeigen, dass war Thema einer Arbeitskreissitzung der AVK zum Thema "Werkstoffeigenschaften und -anforderungen für die E-Mobilität“. Mehr als 150 angemeldete Teilnehmer informierten sich am 24. März über den aktuellen Stand aus Forschung und Entwicklung sowie derzeitige und zukünftige Anwendungsszenarien.

Leitfähige Kunststoffe, Kunststoffe im Hochvoltbereich, aber auch direktgekühlte Motoren aus faserverstärkten Kunststoffen waren dabei ebenso Thema, wie neue Materialentwicklungen und konkrete Anwendungsfelder im PKW-Bereich.

Potenziale für den Einsatz von Kunststoffen und ganz speziell auch Composites zeigen sich beispielsweise im Bereich des Batteriegehäuses bzw. des Deckels der Batteriegehäuse.

Das Batteriegehäuse inklusive Deckel ist in einem Fahrzeug ein Teil der gesamten Fahrzeugstruktur. Das Gehäuse beherbergt die Zellen, die Kühlung, die Verkabelung und schützt vor Crash-/Crush- Schäden. Composites verfügen u. a. über eine gute Zug- und Biegefestigkeit und erhöhen die Steifigkeit. Darüber hinaus ist eine hohe Formstabilität und elektrische Isolation garantiert. Spontanversagen des Bauteils gibt es nicht. EV (electric vehicle)-Batterien haben in der Regel große Dimensionen und ein komplexes Design. Große Bauteile und komplexe Formen lassen sich mit Composites in einem Bauteil darstellen, mehrstufige Verarbeitungsprozesse entfallen. Dies sind nur einige der Vorteile, die durch den Einsatz von Composites entstehen können. Die Experten des AVK-Arbeitskreises waren sich einig: die Elektromobilität bietet vielfältige Chancen für Composites. Man muss als Industrie die sich bietenden Möglichkeiten gemeinsam angehen, um von den anstehenden Änderungen profitieren zu können. Darüber hinaus muss die Vorteilhaftigkeit der Materialien zukünftig noch besser nach außen und zu potenziellen Nutzern/Anwendern kommuniziert werden.

Deswegen wurde entschieden, die Arbeit gemeinsam fortzusetzen. Ein nächstes Treffen des Arbeitskreises „Werkstoffeigenschaften und -anforderungen für die E-Mobilität“ wird am 24.06.2021 stattfinden.