Symposium mit Fachausstellung

Material Innovativ 2009

Innovative Prozesse und Materialkombinationen

Nachbericht

Material Innovativ 2009: Feuerwerk an Innovationen

  • Kunststoffe und Faserverbundwerkstoffe weiter im Kommen
  • Jahreskongress im Rahmen des Clusters Neue Werkstoffe in Ansbach
  • Innovationen mit Neuen Materialien für den Automobilbau und die Medizintechnik

Neue Werkstoffe sind eine bedeutende Querschnittstechnologie und ein wesentlicher Treiber für Innovationen. Dies wurde deutlich auf dem achten Symposium „Material Innovativ“, das am 4. März 2009 in Ansbach stattfand. Schwerpunkt waren Kunststoffe und Faserverbundwerkstoffe (FVW) für den Automobilbau und die Medizintechnik. 290 Teilnehmer aus fünf Ländern zeigten sich beeindruckt von einem wahren Feuerwerk an Innovationen. Die begleitende Fachausstellung bot zugleich einen idealen Rahmen für den pulsierenden Erfahrungsaustausch und neue Kontakte.

Die nachfolgenden Inhalte sind wie folgt gegliedert:

Technologiepolitik zur Stärkung von Innovationen

Ministerialdirigent Dr. Gerd-Achim Gruppe, Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie, betonte in seiner Eröffnungsrede, das Symposium ‚Material Innovativ’ habe sich zu einem Markenzeichen für den Technologietransfer im Bereich der Neuen Materialien entwickelt. Dies sei von großer ökonomischer Bedeutung, seien doch ca. 50% der derzeit im produzierenden Gewerbe tätigen bayerischen Unternehmen als materialintensiv einzustufen. Dies entspräche einer Zahl von einer Million Beschäftigten in Bayern. Dr. Gruppe hob hervor, dass technologiepolitische Maßnahmen wie das Förderprogramm „Neue Werkstoffe“ nachweislich die Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen stärken. Zudem sind Cluster- und Netzwerkstrukturen bedeutende Instrumente. „Unternehmen ziehen daraus wertvolle Impulse für die eigene Ausrichtung“, bestätigte Dr. Otto Urbanek, Vorsitzender des Technologiebeirates der Krauss-Maffei Technologies GmbH und Mitglied im Beirat des Clusters Neue Werkstoffe.

Funktionale Kunststoffe – Innovationen für Mobilität und Gesundheit

Mobilität und Gesundheit gehören laut einer aktuellen Studie der Forschungsunion zu den Megatrends mit besonderem Werkstoffbezug und bedienen weltweit wachsende Märkte wie die Automobil- und Medizinbranche. „Mit ‚Material Innovativ’ verfolgen wir die Zielsetzung der horizontalen Vernetzung verschiedener Werkstoff-Disziplinen – Faserverbundmaterialien, Kunststoffe, Hybridmaterialien bis hin zu Mischbauweisen, aber insbesondere auch die vertikale Vernetzung hinein in Anwenderbranchen wie den Automobilbau und die Medizintechnik“, so Prof. Nassauer in seiner thematischen Einführung. Derzeit werden ca. 8 % der gesamten Kunststoffproduktion im Automobilbau und ca. 1,5 % in der Medizintechnik verbraucht. Dies entspricht einer Menge von ca. 5 Millionen bzw. knapp einer Million Tonnen. Technische Kunststoffe spielen hierbei eine herausragende Rolle und weisen überdurchschnittliche Wachstumsraten auf. Ein anhaltender Trend besteht in der Funktionalisierung mittels Füllstoffen und Nanomaterialien zur Erweiterung des Eigenschaftsprofils aber auch in der Funktionalisierung der Oberflächen, beispielsweise mittels Plasmaverfahren. Den polymeren Faserverbundmaterialien gilt derzeit eine besondere Aufmerksamkeit der Anwender, befindet sich dieser Werkstoff doch an der Schwelle zum großserientechnischen Einsatz in der Automobilindustrie – mit einem Zeithorizont von ca. zehn Jahren für Jahresstückzahlen von mehreren Hunderttausend. „Material Innovativ greift diese nachhaltigen Themen auf und positioniert sie auf einer Plattform für den branchen- und technologieübergreifenden Wissenstransfer“, so Prof. Nassauer.

Wie ein Unternehmen erfolgreich Innovationen mit Kunststoffen branchenübergreifend sowohl im Automobilbau als auch der Medizintechnik umsetzt, das zeigte eindrucksvoll Dr. Dietmar Drummer, Leiter Technologiemanagement der Oechsler AG aus Ansbach. Das Unternehmen konzentriert sich auf funktionale Kernkompetenzen wie den hochpräzisen Kunststoffspritzguß und die Mechatronik und verfügt damit über eine Wertschöpfungstiefe, die es ermöglicht, Innovationen für verschiedene Anwenderbranchen zu generieren. Dr. Drummer präsentierte dies anhand jüngst entwickelter Verfahren wie den Keramikspritzguß für Handyschalen oder ‚Cool Touch’-Bedienelemente im Automobilinterieur sowie Inhalatorsysteme gefertigt im Reinraum.

Neue Materialien und innovative Prozesse im Automobilbau

„In der Automobilindustrie besteht ein Zwang zum Leichtbau“, so Berthold Hopf, Daimler AG. Gegenwärtig weisen Metalle den größten Materialanteil im Fahrzeug auf. Bei Stahl ist aber eine gewisse Grenze erreicht; die Zukunft liegt in Kunststoffen und FVW. Kunststoffe werden vorrangig im Interieur eingesetzt, große Potenziale bieten sich in der Karosserie. Das erste Serienfahrzeug mit einer kompletten Karosserie aus Polyurethan, den Artega GT, präsentierte Elastogran auf dem Symposium. Kunststoffe bieten laut Dr. Hopf wesentliche Vorteile wie hohe Designfreiheit und Funktionalität, Möglichkeiten zur Modularisierung und umfassenden Leichtbau. Handlungsfelder bestehen aber noch in der kostenverträglichen Darstellung hoher Stückzahlen, beispielsweise bei Karosserieanbauteilen. Dies gilt vor allem für faserverstärkte Kunststoffe, insbesondere kohlefaserverstärkte Polymere (CFK). Diese werden zukünftig breitere Anwendung finden. Allerdings sind hierfür u. a. großserientaugliche Fertigungsverfahren, Fügetechniken, spezifische Qualitätssicherungsmaßnahmen sowie Technologien für Reparatur und Recycling zu entwickeln. „Der Trend für diese Materialien weist eindeutig nach oben“, so Hopf.

Beispiele für den aktuellen Stand der Fertigungstechnik bei Faserverbundmaterialien zeigte Dr. Marco Wacker, Jacob Composite GmbH, anhand des Leichtbau-Stoßfängerträgers für den aktuellen BMW M3, hergestellt durch Druckumformung von Organoblechen aus glasfaserverstärktem Polyamid. Hierbei werden bereits Zykluszeiten von drei Minuten erreicht und 300 Stück pro Tag gefertigt - gute Schritte in Richtung Großserie. Darüber hinaus ist das Verfahren übertragbar für die Herstellung von CFK-Bauteilen.

Bei Magna, dem weltweit viertgrößtem Zulieferer, lautet das übergeordnete Entwicklungsziel: Kostensenkung durch Bauteilintegration. Ein Beispiel sind Heckklappen aus Mischbauweise, in diese sollen zukünftig Funktionen wie die Beleuchtung bereits im Produktionsverfahren integriert werden. „Zudem strebt Magna eine integrierte Dachmodulmontage an, d.h. es würde nur noch eine Karosserievariante für Limousine und Kombi geben”, so Dr. Marcus Cremer, Director Advanced Development. Dr. Cremer hob die fruchtbare Zusammenarbeit mit dem Cluster Neue Werkstoffe hervor und appellierte an das Auditorium, in der aktuellen Situation nicht auf Forschung & Entwicklung für Innovationen zu verzichten. „Innovation und Kostenbewußtsein sind kein Widerspruch“, so Dr. Cremer.

Wie die Zusammenarbeit zwischen Forschung und Wirtschaft funktionieren kann, zeigte Dr. Dieter Kunz, Geschäftsführer der Neue Materialien Bayreuth GmbH anhand der In-Mould-Compounding-Technik (IMC), einem innovativen Sonderverfahren im Spritzguss - mit zwei Anwendungsbeispielen: In gemeinsamer Entwicklung mit der Brose Fahrzeugteile GmbH & Co.KG wurden Material- und Verfahrensparameter des IMC so optimiert, dass ein Multifunktionsträger im Inneren einer Fahrzeugtür bereits nach ca. einem Jahr in Serie gehen konnte. Ein weiteres Beispiel ist ein Ladeluftkühler der Fa. Behr, einem Spritzgußbauteil aus langglasfaserverstärktem Polyamid. Durch den Einsatz der IMC-Technik konnte eine um ca. 100% erhöhte Ermüdungsbeständigkeit erzielt werden.

Neue Ansätze für Hybridmaterialien zeigte Sebastian Grasser, Benteler SGL Automotive Composites. Mit der Kombination von CFK und Stahl wird versucht, besonders crashrelevante Bauteile wie z.B. die B-Säule in Leichtbauweise darzustellen.

Werkstofflösungen für die Medizintechnik

Speziell in der Medizintechnik werden hohe Anforderungen an Materialien und im Besonderen an hybride Bauweisen gestellt. Dr. Bernhard Roas, Siemens Healthcare, hob im Plenum hervor, dass auch in der Medizingerätetechnik der Leichtbau bei bewegten Komponenten von Bedeutung ist.
Des weiteren gilt es, neben den physiologischen Rahmenbedingungen auch die unterschiedlichen Werkstoffparameter von Einzelkomponenten bei der Entwicklung zu berücksichtigen. In der von Dr. Wolfgang Sening, Manager des Clusters Medizintechnik bei der Bayern Innovativ GmbH, und Prof. Dr. Peter Jakob, Vorstand des Forschungszentrums Magnet-Resonanz-Bayern e. V. der Universität Würzburg moderierten Vortragsreihe wurde vor diesem Hintergrund der werkstoffliche Bogen von der Keramik, über Faserverbundwerkstoffe bis hin zu Kunststoffen gespannt. Den Einsatz von Rapid-Prototyping-Verfahren und die damit verbundenen Vorteile für die individuelle Anpassung von Implantaten aus keramischen Materialien, zeigte Dr. Ulrike Deisinger, von der BioCer Entwicklungs-GmbH. Die keramischen Implantate können dabei sowohl in der Dentaltechnik, als auch im Bereich der Knochenimplantate eingesetzt werden. Dass speziell in der Exoprothetik hohe Anforderungen an das Zusammenwirken unterschiedlicher Materialien gestellt werden, macht Christof Kurth, von der medi GmbH & Co. KG deutlich. Am Beispiel der Beinprothese machte er deutlich, wie im Zusammenspiel von funktionalen Werkstoffen ein optimales, bewegungsphysiologisches System aufgebaut werden muss. Dabei reicht das Materialspektrum von Faserverbundwerkstoffen, über Metallverbindungen, bis hin zu Kunststoffen und Textilien. Die Werkstoffkombinationen müssen hinsichtlich ihrer Funktion auf die optimale Unterstützung des natürlichen Bewegungsablaufes ausgerichtet werden und dabei eine individuelle Anpassung erlauben. Gerade durch das wachsende Lebensalter in den westlichen Gesellschaften wächst hier der Bedarf, beispielsweise durch eine steigende Zahl an Diabetesfolgeerkrankungen.
Aus der Anwendung von Diagnosemöglichkeiten, wie beispielsweise der Magnetresonanztomographie, werden zusätzliche Anforderungen an medizintechnisch verwendete Materialien gestellt. Prof. Dr. Peter Jakob führt unter anderem am Beispiel von Herzschrittmacherpatienten aus, dass durch eine geeignete Werkstoffauswahl, eine Untersuchung später auftretender Erkrankungen mittels MRT ermöglicht werden kann. Eine entsprechende Prüfung von Materialien ist im Vorfeld  erforderlich, um die Diagnosemöglichkeiten nicht einzuschränken. Die Entwicklung geeigneter Kunststoffmaterialien für Anwendungen in der regenerativen Medizin lässt sich mit Hilfe so genannter High-Throughput-Technologien wesentlich beschleunigen, wie Dr. Jürgen Stebani, von der Polymaterials AG ausführte. Auf der Basis von Standardkunststoffen, lassen sich in HTS-Verfahren vielversprechende Polymercompounds finden, die eine beschleunigte Produktentwicklung ermöglichen.
Auch die Prozessentwicklung im Bereich der Kunststoffverarbeitung trägt wesentlich zum Erfolg von Kunststoffen in der Medizintechnik bei. Guido Derjung von Abiomed Inc. demonstrierte am Beispiel einer mikroaxialen Blutpumpe die Vorteile von Mikro- und Vakuumspritzgußtechnik in der Bauteilgestaltung und der Werkstoffauswahl.

Dass Oberflächen eine enorme Bedeutung für die Eigenschaften von Materialien besitzen erläuterte Dr. Christian Oehr vom Fraunhofer Institut für Grenzflächen und Bioverfahrenstechnik. Durch gezielte chemische Modifikation können die Eigenschaften von Kunststoffoberflächen den jeweiligen Anforderungen angepasst werden, sei es eine um einen Schutz der Oberfläche gegen mechanische Beanspruchung oder eine definierte Permeation bei Membranen zu erzielen. Um diese Oberflächenmodifikationen zu erreichen, können zwei Verfahrensarten genutzt werden, zum einen die Abscheidung aus der Gasphase oder die Abscheidung aus der Lösung.

Hierin zeigt sich auch, dass die Anforderungen an Grenz- und Oberflächen ein verbindendes Element für den Einsatz Neuer Material in der Medizintechnik wie auch der Automobilenwelt sein können.

Ansprechpartner:
D. Kord Pannkoke
Dr. Marcus Seitz
Dipl.-Ing. Marcus Rauch


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