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.

• Die Tiny-House-Ausstellung »Wunderkammer der Bioökonomie« startet Ost-West-Tour im Wissenschaftsjahr.
• Besucher*innen lernen »Alte Bekannte« - vergessene Pflanzen - neu kennen.

In der interaktiven Ausstellung dreht sich alles um Pflanzen, Böden, Mikroben und Kulturen. Fraunhofer UMSICHT koordiniert das Projekt und entwickelte zusammen mit der Folkwang Universität der Künste die Workshops und Partizipationsformate. Ziel: Allen interessierten Menschen die vielseitigen Themen der Bioökonomie näherbringen und erlebbar machen.

Vom 26. bis zum 30. August 2020 startet die interaktiven Tiny-House-Ausstellung »Wunderkammer der Bioökonomie« ihre Deutschlandtour in Oppenheim (Rheinhessen). Mithilfe der »Alten Bekannte«, alltäglichen oder in Vergessenheit geratenen Dingen wie Sauerkraut, Wein oder Kompost, schlägt das im Wissenschaftsjahr 2020/21 geförderte Projekt eine Brücke zur Bioökonomie. Das komplexe Thema wird so anschaulich und in Workshops, Touren und Debatten erlebbar gemacht. Beim ersten Tourstopp stehen Pflanzen und deren Relevanz für die Bioökonomie im Mittelpunkt.

Seit jeher spielen Pflanzen für den Menschen eine besondere Rolle. Sie ernähren uns, versorgen uns mit Sauerstoff, wir bauen Möbel aus ihnen und verbrennen sie, um Wärme zu erzeugen. Pflanzen liefern uns Textilfasern und Biokunststoffe; sie sind für uns Stromquelle, Luftfilter und Schattenspender. Über Jahrtausende wurden diverse Pflanzen durch Zucht so verändert, dass wir sie vielfältig nutzen können. Doch der Klimawandel und der hohe Ressourcenverbrauch bringen neue Herausforderungen für die Pflanzenzucht mit sich. Können die »Alten Bekannten« einen Beitrag leisten, ihnen zu begegnen?

Alte und neue Pflanzenzuchtmethoden

Die »Wunderkammer der Bioökonomie« hält Antworten bereit und lässt Besucher*innen dabei selbst zu Entdecker*innen werden. In einem Workshop können mit altbekannten Methoden Zimmerpflanzen für zu Hause gezüchtet werden, die das Raumklima verbessern und anschließend auch mitgenommen werden dürfen. Expert*innen geben ihr Wissen über alte und neue Pflanzenzuchtmethoden weiter und debattieren anschließend mit dem Publikum, ob und wie diese zu einer nachhaltigen Gesellschaft beitragen können. Schließlich erwartet Interessierte eine Wanderung durch die Weinberge der Region Oppenheim, bei der sie erfahren, warum und wie Weinstöcke gezüchtet werden.

Nach dem einwöchigen Auftakt geht die Deutschlandtour des Projekts an drei weiteren Stationen weiter: Vom 22. bis zum 28. September dreht sich in Dresden alles um das Thema Boden, im Oktober werden in Thüringen Mikroorganismen unter die Lupe genommen und im November fragt die »Wunderkammer« in Dortmund, was Bioökonomie mit Kultur zu tun hat. Die Teilnahme an den Workshops ist kostenlos.

Wie können wir nachhaltiger leben, Ressourcen schonen und gleichzeitig unseren hohen Lebensstandard erhalten? Das Wissenschaftsjahr 2020|21 – Bioökonomie hält Antworten auf diese Frage bereit. Bürgerinnen und Bürger sind dazu eingeladen, im Dialog mit Wissenschaft und Forschung den Wandel hin zu nachhaltigen, biobasierten Produktions- und Konsumweisen zu diskutieren. In vielfältigen Formaten wird das Konzept der Bioökonomie mit all seinen Potenzialen und Herausforderungen erlebbar gemacht und aus unterschiedlichen Perspektiven beleuchtet. Die Wissenschaftsjahre sind eine Initiative des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gemeinsam mit Wissenschaft im Dialog (WiD).

Neue Wertschöpfungsmöglichkeiten für die Region

»Vom Braunkohle- zum BioökonomieREVIER«: Im Rahmen des Strukturwandels soll das Rheinische Revier zu einer Modellregion für ressourceneffizientes und nachhaltiges Wirtschaften werden. Insgesamt 15 Innovationslabore entstehen gerade an der Schnittstelle zwischen (Land-)Wirtschaft und Wissenschaft, beteiligt sind Vertreter aus Wirtschaft, Wissenschaft, Politik und Gesellschaft. Die Innovationslabore sollen den schnellen Transfer neuer Verfahren in die Praxis ermöglichen, um Wertschöpfung und neue Arbeitsplätze zu generieren. Das Fraunhofer UMSICHT ist gemeinsam mit weiteren Partnern für das Projekt »AZUR« verantwortlich, das den Anbau und die Verwertung von Heil- und Medizinpflanzen am Beispiel von Arnika untersucht.

Aus den Händen von Forschungsstaatssekretär Thomas Rachel MdB (3.v.l.) nahmen Prof. Wolfgang Marquardt (Vorstandsvorsitzender Forschungszentrum Jülich), Prof. Ulrich Schurr (Forschungszentrum Jülich), Prof. Ulrich Schwaneberg (RWTH Aachen), Dr. Georg Schaumann (Sense up) und Prof. Volker Sander (FH Aachen) die Förderurkunden entgegen. Die Fraunhofer-Gesellschaft und YNCORIS GmbH & Co. KG sind weitere Partner des Konsortiums.

Aus den Händen von Forschungsstaatssekretär Thomas Rachel MdB (3.v.l.) nahmen Prof. Wolfgang Marquardt (Vorstandsvorsitzender Forschungszentrum Jülich), Prof. Ulrich Schurr (Forschungszentrum Jülich), Prof. Ulrich Schwaneberg (RWTH Aachen), Dr. Georg Schaumann (Sense up) und Prof. Volker Sander (FH Aachen) die Förderurkunden entgegen. Die Fraunhofer-Gesellschaft und YNCORIS GmbH & Co. KG sind weitere Partner des Konsortiums.

Das Rheinische Revier ist stark von der Nutzung fossiler Rohstoffe geprägt. Ein zentraler Pfeiler der Energiewende ist jedoch der Kohleausstieg, weshalb die Region besonders vom Strukturwandel betroffen ist. Die Gestaltung dieses Strukturwandels ist Kern des Projekts »BioökonomieREVIER Rheinland«, das Ziel: eine Modellregion für nachhaltiges Wirtschaften zu schaffen. Insgesamt stellt die Bundesregierung bis Mitte 2021 rund 25 Millionen Euro für das Vorhaben zur Verfügung. »Mit der Förderung durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung wollen wir die Bioökonomie in die Anwendung bringen und so zu neuen Produkten, neuen Produktionsverfahren und neuen Arbeitsplätzen kommen. Das Rheinische Revier bietet dafür beste Voraussetzungen und wird einer der Eckpfeiler sein, um die jüngst beschlossene, neue Bioökonomiestrategie der Bundesregierung mit Leben zu füllen«, so Forschungsstaatssekretär Thomas Rachel MdB zum Projektauftakt. Beste Voraussetzungen für eine erfolgreiche Umsetzung bringen auch die beteiligten Organisationen mit ein: Sie decken das gesamte Spektrum von der Grundlagenforschung bis hin zur praktischen Umsetzung ab.

Landwirtschaftliche Produktion erweitern: hochwertige pharmazeutische Inhaltsstoffe

Im ersten Teilprojekt wird eine Regionalstrategie ausgearbeitet. Parallel dazu entstehen sogenannte Innovationslabore und -plattformen an den Schnittstellen von Wissenschaft, Wirtschaft und Landwirtschaft. Sie gehen auf konkrete Probleme im Rheinischen Revier ein und sollen auch in der Fläche wirksame Maßnahmen umsetzen.

Das Fraunhofer UMSICHT bringt seine Expertise im Bereich nachhaltiger Landwirtschaft mit ein. Auf Basis der Forschungsarbeit soll die landwirtschaftliche Produktion in der Region ausgebaut werden. In Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IME und dem Forschungszentrum Jülich betrachten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die nachhaltige biogene Wertschöpfung von Heil- und Medizinpflanzen am Beispiel von Arnika. »Im Laufe des Projekts `AZUR` wählen wir zum einen ertragreiche Arnikapflanzen aus Zuchtprogrammen für den Freilandbau aus, zum anderen entwickeln wir die sensorgesteuerte Kultivierung in Indoor-Systemen«, erklärt Volkmar Keuter, Leiter der Abteilung Photonik und Umwelt am Fraunhofer UMSICHT. Auch der Ernteprozess wird detailliert betrachtet, um mithilfe neuer Technologien gezielt die wirkstoffreichsten Blüten zu gewinnen.

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.

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.

Dresden - Dresdner Forscher wollen eine völlig neue Werkstoffklasse entwickeln, bei der Aktoren und Sensoren in flexible Faserverbundwerkstoffe integriert werden. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) bewilligte dazu das neue Graduiertenkolleg 2430 „Interaktive Faser-Elastomer-Verbunde“ an der TU Dresden in Kooperation mit dem Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden. Sprecher ist Prof. Chokri Cherif vom Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM) der TU Dresden. In den nächsten 4,5 Jahren werden neben Sach- und Projektmittel insgesamt 11 Doktorandinnen und Doktoranden in 11 interdisziplinären Teilprojekten gefördert.
Ziel ist die simulationsgestützte Entwicklung intelligenter Werkstoffkombinationen für sogenannte autarke Faserverbundwerkstoffe. Dabei werden Aktoren und Sensoren in die Strukturen integriert und müssen nicht mehr wie bisher nachträglich platziert werden. So werden die Systeme robuster, komplexe Vorformungsmuster lassen sich an der gewünschten Stelle maßgeschneidert einstellen – und zwar reversibel und berührungslos. Zu diesem Themenbereich wird an der TU Dresden und insbesondere auch am ITM seit Jahren intensiv geforscht.

Faserverbundwerkstoffe werden aufgrund der hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten sowie der Möglichkeit zur maßgeschneiderten Einstellung dieser Eigenschaften immer stärker in bewegten Komponenten eingesetzt. Durch die Integration adaptiver Funktionalitäten in derartige Werkstoffe, entfällt die Notwendigkeit einer nachträglichen Aktorplatzierung und die Robustheit des Systems wird signifikant verbessert. Besonders vielversprechend sind dabei Aktoren und Sensoren auf textiler Basis, wie sie am ITM erforscht und entwickelt werden, da diese direkt im Fertigungsprozess in die Faserverbundwerkstoffe integriert werden können.

Der innovative Ansatz besteht darin, die heute nicht verfügbare Werkstoffklasse der interaktiven Faser-Elastomer-Verbunde (I-FEV) mit strukturintegrierter Aktorik und Sensorik zu schaffen und wissenschaftlich zu durchdringen. Die Entwicklung von I-FEV erlaubt beispielsweise die geometrischen Verformungsfreiheitsgrade von mechanischen Bauteilen reversibel und berührungslos einzustellen und so sehr schnell und präzise auf variable Anforderungen der Umwelt zu reagieren.

Mit ihren innovativen Eigenschaften sind interaktive Faser-Elastomer-Verbunde für zahlreiche Anwendungsfelder im Maschinen- und Fahrzeugbau, in der Robotik, Architektur, Orthetik und Prothetik prädestiniert: Beispiele sind Systeme für präzise Greif- und Transportvorgänge (z.B. bei Handprothesen, Verschlüssen und verformbaren Membranen) und Bauteile (z.B. Trimmklappen für Land- und Wasserfahrzeuge).

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.