Symposium mit begleitender Fachausstellung

Material Innovativ 2015

Neue Werkstoffkonzepte für eine nachhaltige Mobilität

 

Bericht

Der  Kongress Material Innovativ, richtete 2015 seinen Fokus auf neue Werkstoffkonzepte für nachhaltige Lösungen im Mobilitätsbereich mit Metallen und  Polymeren. Vertieft wurden dabei die Themen Multimaterialdesign und Leichtbau sowie additive Fertigung und bionisch inspirierte Strukturen.

Das Symposium mit 200 Teilnehmern und 15 Ausstellern wurde erstmals um wissenschaftliche Kurzvorträge, eine Poster-Session und die „Future-Materials-Lounge“ erweitert. Im Rahmen des Symposiums wurde bereits zum vierten Mal der Bayerische Nachwuchspreis Neue Werkstoffe verliehen, in diesem Jahr an Simon Kölbl vom Lehrstuhl für Fertigungstechnologie an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg für seine Bachelorarbeit „Analyse des Umformvermögens ultrafeinkörniger Blechhalbzeuge“.

Neue Werkstoffe sind Grundlage für die Entwicklung neuer, erfolgreicher Produkte, insbesondere im Bereich der Mobilität. Die Anforderungen an innovative Materialentwicklungen sind hoch: Neben steigenden Kundenanforderungen hinsichtlich Funktionsintegration, Leichtbau, Komfort und Design spielen Megatrends wie Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz eine immer wichtigere Rolle. 

Der Bericht ist in folgende Abschnitte gegliedert:

Neue Werkstoffkonzepte für eine nachhaltige Mobilität – Material Innovativ 2015

Werkstoffe der Zukunft: Funktionsmaterialien – Chancen und Risiken

Material und Ressourceneffizienz entwickelt sich zunehmend zu einem zentralen Kosten‐ und Erfolgsfaktor für die Industrie. Eine existierende oder  vermutete Verknappung bestimmter Rohstoffe, steigende Materialkosten und die Abhängigkeit Deutschlands von Importen vieler Rohstoffe, tragen dazu bei. Dies gilt im besonderen Maße für Unternehmen, deren Produkte von Metallen wie Indium, Gallium oder Seltenen Erden abhängen. Einerseits kann das aktuelle Produktdesign zu strategischen Risiken, vermeidbaren Kosten und damit zu einer reduzierten Wettbewerbsfähigkeit führen, andererseits ist die aktuelle Produktionsweise oftmals mit erheblichen Umweltbelastungen bei Förderung, Veredelung und Herstellung entsprechender Rohstoffe, Materialien und Vorprodukte verbunden. Um 5 g Platin zu gewinnen müssen heute 10 Tonnen Boden bewegt werden. Um ein Kilogramm Platin zu gewinnen werden 17 Tonnen Kohlendioxid ausgestoßen.

Ansatzpunkte für Lösungen sind Transparenz in der Supply-Chain und Re-Use von Komponenten und Bauteilen. Gerade KMUs fehlt oftmals das Wissen, welche Rohstoffe sich in ihren Bauteilen befinden, wie deren Verfügbarkeit zukünftig zu beurteilen ist und welche Strategien zur Sicherung der zukünftigen Wettbewerbsfähigkeit geeignet sind.

Strom ist der Energieträger der Zukunft. Somit wird der Rohstoff Kupfer immer wichtiger. Nicht nur Qualität und Preis dürfen eine Rolle spielen, sondern vielmehr müssen die globale Verfügbarkeit, das Recycling sowie die geopolitische Einflussfaktoren in eine LCA (Lifecycle analysis)  einbezogen werden. Es werden die Materialien in der Zukunft erfolgreich sein, wo alle diese Aspekte Berücksichtigung finden, so Prof. Armin Reller vom Institut für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie der Universität Augsburg.

Der Projekverbund ForCYCLE beschäftigt sich u. a. mit dem Thema Leichtbau aus ressourcenstrategischer Sicht. Eines der entscheidenden Schlagworte hier ist der „Leichtbau der Elemente“. Dies bezieht sich z. B. auf Metalle, die in der Natur zu finden sind und bei denen das Risiko relativ gering, dass diese Ressource sich erschöpft.

Deutschland besitzt eine hohe Kompetenz, Materialien zu einem Ganzen zusammenzufügen, das funktioniert. Diese Kompetenz zeichnet Deutschland aus und muss aufrecht erhalten werden um auch in Zukunft wettbewerbsfähig zu bleiben.

„Aber nicht nur die Komposition von Materialien, sondern auch die Trennung von Materialien muss gelernt werden“, so Professor Rellers Botschaft. 

Innovative Werkstoffsysteme für umweltfreundliche und wettbewerbsfähige Flugtriebwerke

Die MTU Aeroengines AG hat zentrale Aspekte der Nachhaltigkeit in ihrer Unternehmensstrategie verankert. Ein wichtiges Ziel ist die Entwicklung  von modernen Triebwerken im Einklang mit einer hohen Umweltverträglichkeit.

Laut Dr. Esslinger, Director Materials Engineering bei MTU Aero Engines AG hat die Werkstoffentwicklung in den letzten Jahren wieder einen Boom erlebt. Jedoch sind Werkstoffentwicklungen teuer und der Weg zur Anwendung lang, im Turbinenbau liegt der Zeithorizont bei 30 bis 40 Jahren.

Instandhaltungskosten und Treibstoff schlagen bei den Betriebskosten einer Fluggesellschaft mit den größten Anteilen zu Buche. Ein höherer Wirkungsgrad und weniger Bauteile bedeuten geringeren Treibstoffverbrauch und somit geringere Abgas- und Lärmemissionen, sowie geringere Instandhaltungskosten.

In diesem Zusammenhang ist der MTU Aero Engines AG mit ihrer innovativen, schnelllaufenden Niederdruckturbine eine technologische Meisterleistung gelungen. Diese neue Triebwerkstechnologie basiert auf einer völlig neuen Architektur. Der Clou ist ein Untersetzungsgetriebe zwischen Fan und Niederdruckturbine; bis dato sind beide durch eine Welle miteinander verbunden wodurch die Turbine direkt den Fan antreibt.

Durch die Entkoppelung kann der Fan mit seinem großen Durchmesser langsamer drehen wodurch beide Komponenten ihr jeweiliges Optimum erreichen. Durch diese Anpassung konnten der Wirkungsgrad des Getriebefans gesteigert, der Kraftstoffverbrauch um 15  Prozent gesenkt und der  Lärmwert etwa halbiert werden.

Für den Bau zukünftiger Triebwerke werden auch weiterhin neue und leichte Hochtemperarturmaterialien benötigt. Hierbei steht vor allem die Entwicklung und Optimierung neuer Materialien und Verfahren im Vordergrund, insbesondere von ceramic matrix composites kurz CMCs, Additiven Fertigungsverfahren und Titanaluminiden.

Für eine effiziente Entwicklung, Herstellung und Produktbegleitung ist eine weitere Digitalisierung und Vernetzung unerlässlich – flankiert vom know-how zum know-why. Ein Schlüssel zum Erfolg ist das Zusammenspiel aller Beteiligten - Hersteller, Anwender und Forschung, so Dr. Esslinger in seinem Plenumsvortrag.

Herausforderungen im Multimaterialdesign auf dem Weg zur nachhaltigen Nutzung von Werkstoffen im Automobilbau

Im Zusammenhang mit Nachhaltigkeit im Automobilbau sind Themen wie Gesundheit & Wohlbefinden, langfristige Verfügbarkeit von Ressourcen, effiziente und saubere Verfahren oder gesetzliche Rahmenbedingungen von großer Bedeutung. Daher müssen bei der Auswahl der verwendeten Materialien bestimmte Faktoren, berücksichtigt werden: Produktnachhaltigkeit, Lieferkette und Wiederverwendungspotenziale. Dies ist eine komplexe Aufgabe, insbesondere bei der Betrachtung von Verbundmaterialien und Multimaterialsystemen. BMW nimmt diese Herausforderung an und arbeitet beispielsweise intensiv an Wegen zur Wieder- und Weiterverwendung von CFK-Abfällen in neuen Produkten.

„Multimaterialdesign“ wird heute noch vielfach mit Patchwork-Lösungen umgesetzt. In einer Baugruppe werden dabei verschiedene Materialien und Materialklassen miteinander verbaut. Es wird versucht, die speziellen Eigenschaften der jeweiligen Materialien miteinander möglichst optimal in Einklang zu bringen, um ein sich ergänzendes Gesamtkonstrukt zu erhalten.  >Das Ziel echter Hybridbauweise aber geht über dieses Patchwork-Prinzip hinaus: die verschiedenen Werkstoffe sollen in ihrer Kombination gemeinsam im Verbund eine neue, verbesserte Eigenschaft oder Funktion hervorbringen, die im besten Falle auch für den Kunden erlebbar ist und somit einen „greifbaren“ Wert bietet. Die messbare oder wahrnehmbare Wertdichte wird beispielsweise durch gekoppelte Funktionen, verbunden mit der richtigen Werkstoffauswahl erhöht, was für die Kundenakzeptanz von großer Bedeutung ist.

Hinsichtlich Multimateriallösungen sieht BMW in fünf Bereichen besondere Chancen:

  • Energiespeicherung
  • Oberflächen, die einen „Wow-Effekt“ beim Kunden hervorrufen 
  • Lösungen mit gekoppelten Funktionen
  • Integration und Vereinfachung 
  • Materialeffizienz (net shape).

Dabei steht die zentrale Frage nach dem „Wie“ im Vordergrund. Wie können verschiedene Werkstoffe besser und nachhaltiger zusammengebracht werden? Eine Voraussetzung für die Realisierung nachhaltiger Multi-Material-Lösungen ist die Zusammenarbeit. Integrierende Denkweisen, integrierendes Design und der Blick über die Branchengrenzen sind der Schlüssel zu neuen Ideen und Lösungswegen. „Das Erlebnis bestätigt die Erwartungen“, wenn dies in einer neuen Produktpalette gelingt und der Kunde den „Mehrwert“ des Produkts erkennt, wird er auch bereit sein, mehr dafür zu bezahlen. Durch synergetisches Design und integriertes Ingenieurdenken können zukünftig neue Produktideen optimal zusammengebracht und eine nachhaltige Nutzung erreicht werden, die der Kunde mitbekommt/erlebt.

Laut Dr. Patrick Kim von der BMW Group. München ist ein hoher Optimierungsgrad dort erreicht, wo das Material vor Ort entsteht und die Werkstoffe mit bestimmten Funktionen dort in das Produkt eingebracht werden, wo sie benötigt werden.

Wichtiges Ziel ist dabei allen voran die Verringerung der Umweltbelastung bei gleichzeitiger Verbesserung der wirtschaftlichen Bilanz. Dies ist eine zentrale Herausforderung im Zusammenhang mit der Entwicklung neuer Produkte auf Basis neuer Materialien.

Neue Materialien und Technologien - Nachhaltigkeit als Innovationstreiber

Dr. Christian Weimer, Leiter Composite Technologies Deutschland bei Airbus stellte den Leichtbau als wesentlichen Innovationstreiber in der Luftfahrt dar. Neue Materialtechnologien ermöglichen die Differenzierung im Produkt – welches sich z.B. durch erhöhte Leistungsfähigkeit bei gleichzeitiger Gewichtsoptimierung auszeichnet. Zuladung, Reichweite und Flugeigenschaften werden so verbessert.

Nahezu 95 Prozent des Energieverbrauchs über das gesamte Flugzeugleben ist der Nutzungsphase zuzuordnen. Daher kommt dem Leichtbau große Bedeutung für die Gesamtbilanz zu. Hier wird bei Airbus ein ganzheitlicher Ansatz verfolgt: schon früh in der Entwicklungs- und Konstruktionsphase werden Themen wie die Herkunft der Rohstoffe, das Recycling oder die Instandhaltung betrachtet., Ein übergreifendes Denken im Unternehmen ist dabei ein zentraler Aspekt. Hierfür werden Teams geschaffen und eine transversale Optimierung angestrebt.

Durch die Anzahl der Flugzeuge, die mit Composites gebaut werden, müssen zukünftig auch unter dem Aspekt der wirtschaftlichen Fertigung produziert werden können. Dies bedeutet eine große Herausforderung für Airbus hinsichtlich der wirtschaftlichen Fertigung von Composite-Bauteilen und Weiterentwicklung der Produktionsprozesse.

Beispiele für das Ergebnis einer erfolgreichen internationalen Zusammenarbeit ist der Hubschrauber H160. Ein technologisches Highlight des H160 ist ein spezielles Rotorblatt, das nach den Prinzipien des „blue edge design“ entwickelt wurde und mit dem eine deutliche Geräuschreduzierung erreicht wurde.

Der Ultraleichtbau mit der Verwendung von Composites mit noch höherem Potenzial und integrierten Funktionen ist die Basis für die Vision vom elektrischen Fliegen. Diese wird greifbar mit einem ersten vollelektrischen Flugzeug, das als Zweisitzer bereits in der Serienproduktion ist. Das Ziel von Airbus ist es, 2030 ein erstes vollelektrisches Regionalflugzeug zu realisieren.

Bei allen Entwicklungsaktivitäten sind das Material- und Prozessverständnis grundlegende Erfolgsfaktoren für Innovationen, der Business Case die treibende Kraft, so eine Kernaussage von Dr. Weimer bei der Zusammenfassung seines Vortrags.

Verleihung Bayerischer Nachwuchspreis Neue Werkstoffe 2015

Im Rahmen des Symposiums verlieh Prof. Rudolf Stauber, Sprecher des Clusters Neue Werkstoffe, den 4. Bayerischen Nachwuchspreis Neue Werkstoffe. Mit diesem Preis zeichnet der Cluster Neue Werkstoffe eine herausragende Bachelor-/Masterarbeit einer bayerischen Hochschule/Universität mit Bezug zur industriellen Anwendung auf dem Gebiet der Neuen Werkstoffe aus. Der Cluster führt herausragende Studenten damit an das Firmennetzwerk des Clusters heran und vernetzt die Wissenschaft noch enger mit der Wirtschaft.

In diesem Jahr wurde Herr Simon Kölbl vom Lehrstuhl für Fertigungstechnologie an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg für seine Bachelorarbeit „Analyse des Umformvermögens ultrafeinkörniger Blechhalbzeuge“ ausgezeichnet. Leichtbau hat mit 40  Prozent Einsatz im Karosseriebereich ein hohes Einsparpotenzial. Eine Lösung bietet hier das Accumulative Roll Bonding. Ziel der Arbeit war die Erhöhung des Umformvermögens ultrafeinkörniger Blechhalbzeuge durch eine laserbasierte Wärmebehandlung. Der Preis ist mit 2.000,00 € dotiert und wurde in diesem Jahr von den Unternehmen Alfmeier Präzision AG, HP-T Höglmeier GmbH & CO. KG, NIFCO KTW GmbH,RF Plast GmbH, STABILO International GmbH und Verpa Folie Weidhausen GmbH finanziert.

Neue Werkstoffkonzepte – Metalle und Leichtbau

Potenziale für den Leichtbau in der Gießereitechnik

Zum Einstieg in die Themenreihe „Metalle und Leichtbau“ zeigte Guido Rau von Georg Fischer Automotive AG die Potenziale für den Leichtbau in der Gießereitechnik auf.  Der Entwicklungs-Fokus wird in den letzten Jahren unter anderem stark durch übergeordnete Trends wie Umweltschutz und Ressourceneffizienz aber auch von Entwicklungen im Zusammenhang mit Elektromobilität beeinflusst.

Ein Lösungsansatz ist die Herstellung von Gußteilen nach dem Leichtbauprinzip. Dies bedeutet, dass bisher im Vollguß gegossene Teile nun im Hohlguß hergestellt werden. Als Beispiel zeigte Herr Rau eine Hohlgußkurbelwelle mit 3 Zylinderkurbelwellen, bei der die kraftneutrale Faser im Inneren der Welle nicht mit gegossen wurde. Dadurch konnte eine Gewichtseinsparung von 5,3 Prozent erreicht werden. In einem weiteren Beispiel konnte das Gewicht eines vollgegossenen Querlenkers von knapp 59 kg auf 38 kg verringert werden. Hierfür wurden die Bauteile vor dem Guß zusätzlich hinsichtlich der Geometrie und der verwendeten Materialien mittels Simulation optimiert.

Für eine umfassende Optimierung allerdings reicht es nicht aus, nur die Gewichtsreduktion des einzelnen Bauteils zu betrachten. Unter Umständen müssen leichtere, dünnwandigere Teile anders angebracht oder zusätzlich unterstützt werden, was die Bilanz der Gewichtseinsparung verschlechtert. Im o. g. Beispiel führte die Betrachtung des Gesamtsystem des Radträgers inklusive Planetengetriebe zu einer Gewichtsreduzierung von 0,5 kg.
Neben dem effizienten Materialeinsatz ist die Entwicklung neuer Materialien und Werkstoffmischungen eine weitere wichtige Stellschraube auf dem Weg zu leichteren Bauteilen. Hier konnten Standard-Stahllegierungen durch eine leichtere Aluminiumlegierung (SiboDur) ersetzt werden.

Dünn, leicht und fest dank Wölbstrukturierung

Ein weiterer Ansatz beim Leichtbau sind Wölbstrukturen. Diese stellen eine interessante, neue, von der Bionik abgeleitete Möglichkeit dar, flächige Metallelemente mechanisch zu versteifen. Durch diese Festigkeitssteigerung um bis zu 30 Prozent lassen sich Gewichtsreduktionen erreichen, da Bleche dünner ausgelegt werden können.

Das von der Mirtsch Wölbstrukturierung GmbH vorgestellte Verfahren erreicht energieminimiert eine selbstorganisierte Formänderung eines Metallblechs hin zu einer hexagonal strukturierten Oberfläche. Bei der Entwicklung des Verfahrens wurde hinterfragt „Wenn wir ein Problem in der Technik haben, auf welche Ressourcen oder Konstruktionen greifen wir zurück, auf welche Lösungen greift die Natur zurück?“ Diese Fragestellung beantwortete Herr Mirtsch: „Wir nutzen Material und Energie. Die Natur nutzt Struktur und Orientierung“.

Wie kann diese Erkenntnis in die Technik und die Produktion einfließen? Das bei der Mirtsch GmbH verwendete Verfahren nutzt von außen angelegten Druck und ein intelligentes Abstützungssystem. Dadurch können sogar hochfeste Stähle und langfaserverstärkte Kunststoffplatten wölbstrukturiert werden, wobei nur eine minimale Materialausdünnung an den Biegestellen - im Vergleich zu herkömmlichen Umformverfahren - auftritt. Zusätzlich wurde im Vergleich zu herkömmlichen Blechen keine Faltenbildung bei der Verschweißung zweier Bleche beobachtet, was zeigt, dass Wölbstrukturen auch materialinterne Spannungen besser aufnehmen und verteilen können.

Diese Strukturbleche werden bereits bei namhaften Firmen wie Osram, Miele oder Mercedes erfolgreich eingesetzt. Auch in der Architektur wurden sie bereits erfolgreich in großflächigen Dachfassaden verbaut.

Additive Fertigung mittels Laser-Cusing

Der Vortrag von Peter Appel von Concept Laser zeigte die Möglichkeiten des selektiven Laserstrahlsinterns (SLS) in der Additiven Fertigung (AF) auf. Mittels dieser Technik lassen sich am Rechner topologisch optimierte Strukturen schnell und ohne Werkzeugaufwand als Prototypen herstellen und beurteilen. Dadurch lässt sich  die „Time to Market“ verkürzen.

Ein weiterer Vorteil dieser Technologie liegt aber vor allem in der Möglichkeit, Produkte zu individualisieren und für die jeweilige Anwendung maßzuschneidern. Und auch für den Leichtbau birgt die AF mit der rechnergestützten Bauteiloptimierung große Vorteile. Es wird nur dort Material eingesetzt, wo es auch benötigt wird. Ein weiteres Ziel der aktuellen Arbeiten von Concept Laser ist es, poröse Strukturen für die Implantattechnik zu erzeugen, in deren Hohlräume der Knochen schnell einwächst und welche gleichzeitig mit Antibiotika ausgerüstet werden können, um Entzündungen zu hemmen und dadurch die Heilungszeit deutlich zu verkürzen.
Concept Laser verfolgt auch das Ziel, die Verfahren zu skalieren und so für die industrielle Serienproduktion attraktiver zu machen. Ein wichtiger Schritt ist die Einführung eines Multilaser-Systems mit bis zu 400 W, wodurch die Fertigungsgeschwindigkeit erhöht wird, sowie die Verwendung zweier separater Bauräume. Diese Ansätze wurden bereits in der neuen M2000 verwirklicht und ermöglichen, einen Bauraum zu leeren, während im anderen weiterproduziert wird. Einen weiteren geschwindigkeitserhöhenden Entwicklungsschritt stellt die Optimierung der Belichtungsstrategie dar. Diese unterscheidet nun zwischen den Bauteilrändern und den innenliegenden Bereichen, die unterschiedlich oft mit jeweils angepassten Belichtungsintensitäten gesintert werden. Auf diese Weise wurde durch häufigere Belichtung die Oberflächenqualität der Randbereiche verbessert und gleichzeitig durch weniger, aber intensivere Belichtungsschritte der Kernstrukturen die Gesamtbelichtungszeit verkürzt.

Auf Seiten der Qualitätssicherung stellte Herr Appel ein neues, Infrarot-basiertes Verfahren zur Qualitätsbeurteilung während des Fertigungsprozesses vor. Mittels dieses Verfahrens war es möglich, 3D-Infrarotbilder aus den während des Prozesses gesammelten Daten zu berechnen, welche vergleichbar zu nachträglich angefertigten CT-Aufnahmen der Testbauteile waren. So können Aufbaufehler und mögliche Schwachstellen im hergestellten Bauteil sofort nach der Produktion festgestellt werden.

Auf Seiten der Materialentwicklung konnte beispielsweise mit dem Scalmalloy ein neues Material, dessen Eigenschaften zwischen jenen des Aluminiums und des Titans liegen, entwickelt werden. Weiterhin wurden Methoden zur Nachbehandlung der hergestellten Bauteile optimiert, wodurch beispielsweise die erzielbaren mechanischen Eigenschaften von SLS-hergestellten Stahlbauteilen zwischen jenen geschmiedeter und gegossener Materialien eingeordnet werden können.

Nach wie vor besteht allerdings immer noch Aufklärungsbedarf über die Möglichkeiten additiver Fertigungsmethoden, da viele Unternehmen, vor allem aus klassischen Industriezweigen, diese noch nicht für sich einordnen können und deshalb das bereits vorhandene Potential nicht ausschöpfen. Zudem werden immer wieder Überlegungen zu Hybridlösungen zwischen klassischen und additiven Fertigungsmethoden laut, welche in den nächsten Jahren an Bedeutung gewinnen werden.

Aluminium zeigt sich als Wachstumsmarkt. Auch wenn der Einsatz von sekundären bzw. recyceltem Aluminium steigt, sind diese Mengen nicht ohne Primäraluminium zu produzieren. Lag die Weltproduktion 2010 noch bei 55 Mio. to (15 Mio. to recycelten und 40 Mio. to primärem Aluminium), waren es 2015 schon 78 Mio. to (22 Mio. to recycelt und 56 Mio. to) und für 2020 wird eine Produktionsmenge von rund 100 Mio. Tonnen (28 Mio. to recycelt und 72 Mio. to primäre) prognostiziert. Als ein Grund für das Wachstum bzw. die hohe Nachfrage an Aluminium können sicherlich die Potentiale des Werkstoffs als Konstruktionswerkstoff gesehen werden. „Ein wesentlicher Baustein hierfür waren Entwicklungen in der Luftfahrt, die einen effizienten Leichtbau ermöglichten. Der Transfer dieser Entwicklungen in Anwendungen wie dem Automobil, eröffnete den Aluminiumwerkstoffen ganz neue Chancen und Absatzmöglichkeiten.“, so Dominic Moisi. Von der AMAG rolling GmbH. Gerade die Gesetzgebungen im Bereich der CO2-Begrenzung sind Treiber für den Leichtbau. Ein Beispiel hierfür ist der Ford F-100. Die neuste Generation des in den USA beliebten Pick-ups verliert durch den Einsatz von Aluminium rund 300 kg an Gewicht und senkt damit den Verbrauch um 30 Prozent. So werden für den Bau der geplanten 850.000 Stück rund 350.000 t Aluminium für das Karosserieblech  benötigt. Getrieben ist diese Entwicklung durch die „CAFE“-Regulierung, durch welche insbesondere bei Kleinlastwagen und somit bei Pick-ups eine Reduzierung auf 6,8 l/100km erfolgen muss. 

Titanaluminid – das Beste aus zwei Welten

Die Anforderungen an Flugzeuge der nächsten Generation sind enorm: Die Maschinen sollen leiser, spritsparender und umweltschonender werden. Die Triebwerke spielen dabei eine Schlüsselrolle. Arbeiten sie effizienter, fliegen die Passagiere günstiger. Ferner sinken die Emissionen.

Um die ambitionierten Ziele zu erreichen, entwickeln MTU-Ingenieure ein neues leichtes und zudem kriechfestes und hitzebeständiges Material – Titanaluminid. Aus ihm hergestellte Turbinenschaufeln sind nur halb so schwer wie jene aus Nickellegierungen. Sie haben eine geringere Dichte, einen hohen Schmelzpunkt und eine gute Korrosionsbeständigkeit. Das maßgeschneiderte Material macht Triebwerke leiser, sparsamer und umweltfreundlicher. Schon im kommenden Jahr wird es sich im Einsatz beweisen: im Airbus A320neo.

Titanaluminide, kurz TiAl, sind eine Werkstoffklasse für sich, eine auf atomarer Ebene abgestimmte Verbindung mehrerer Metalle. Die Anteile der Titan- und Aluminiumatome werden in einem ganz bestimmten Verhältnis eingestellt. So entsteht eine intermetallische Verbindung mit einer geordneten Kristallstruktur. „Das ist ein neues Material für uns, das nicht gegossen, sondern von einem Zulieferer geschmiedet wird“, führt Dr. Wilfried Smarsly von MTU Aero Engines, Entwickler der neuen Legierung, aus. „Das neue Material sowie die dazugehörigen Herstellverfahren brachten einige Herausforderungen mit sich, die wir aber dank eines entsprechenden Technologieprogramms gut im Griff haben“, berichtet Dr. Smarsly.
Bislang war der Leichtbau-Werkstoff jedoch kaum umform- und bearbeitbar. Er war schlicht zu spröde. Das hat sich, dank der interdisziplinären und übergreifenden Forschungsarbeiten der MTU  deutlich geändert. Involviert waren neben Pratt & Whitney die Montanuniversität Leoben, Materiallieferanten, eine Schmiedefirma und weitere Spezialisten. „Die Hersteller als auch die kleinen Betriebe waren bereit, neue Wege zu gehen und zu investieren.

Aluminium-Lithium Legierungen

Aluminium Lithium-Legierungen sind nicht neu und werden bereits seit Anfang 1950 verarbeitet. Al-Li hat eine geringe Dichte (1 Gew.-% Li à ~3 % Dichtereduzierung), hohe Steifigkeit/E-Modul (1 Gew.-% Li à ~6 % E-Modulsteigerung), hohe Festigkeiten (500-650 MPa), verbesserte Ermüdungs- und  Schadenstoleranzeigenschaften, exzellente Korrosionsbeständigkeiten , ist hochtemperaturbeständig und weist eine exzellente Verarbeitbarkeit auf. Die geringere Dichte, bei gleichzeitig hohen Festigkeiten und verbesserten Ermüdungseigenschaften ermöglichen Gewichtseinsparungen, Performance-Verbesserungen und Kosteneinsparungen, drei für den modernen Flugzeugbau wichtige Vorteile.

Mit Hilfe der hochentwickelten  Al-Li Technologie konnte das erste geschmiedete Aluminum Turbo Fan Blade der Welt hergestellt und eingesetzt werden. Dadurch konnten die Kosten und das Gewicht im Vergleich zu Titan und faserverstärkten Kunststoffen (CFRP) eingespart werden. Das Triebwerk ist leichter und erlaubt geringeren Verbrauch und somit Kosteneffizienz.

Kurzvorträge

Den Abschluss der Vortragsreihe bildeten drei Kurzvorträge zu den Themen „Maßgeschneiderte Haftvermittler für Kunststoff-Metallverbunde“, „Innovative Metallteile hergestellt im Pulverspritzguß“ und „Wie werden Materialien und Produkte den Anforderungen der Nachhaltigkeit gerecht?“. In diesen Vorträgen wurden kurz und knapp die Themen angeschnitten und den Teilnehmern die Ergebnisse der laufenden Arbeiten näher gebracht.

Im ersten Kurzvortrag führte Herr Dr. Klein vom Fraunhofer Institut für Betriebsfestigkeit zunächst kurz in das Thema Kunststoffmetallverbunde ein und präsentierte anschließend Forschungsergebnisse zu verschiedenen maßgeschneiderten Haftvermittlern. Durch diese Arbeiten wird es möglich, Kunstoffmetallverbunde auch mit laminierten oder lasergeschweißten Bauteilen herzustellen.

Thomas Klein von OBE Ohnmacht & Baumgaertner stellte in seinem nachfolgenden Vortrag den Pulverspritzguss von Metallbauteilen vor. Dabei wird ein hochgefüllter Polymer-Feedstock mit einer Kunststoffspritzgussmaschine zu einem Bauteil verarbeitet. Anschließend wird der Polymerbinder thermisch entfernt und es bleibt nur der metallische Bestandteil übrig welcher unter Schutzgas gesintert wird. Über dieses Verfahren können komplexe Metallbauteile mit Wandstärken bis zu 100 µm sehr materialeffizient hergestellt werden. Zudem können Abfälle aus der Grünfertigung, wie zum Beispiel Angußstücke, in der Produktion wiederverwendet werden.

Stefan Nieser von tec4U-Solutions stellte wichtige Faktoren im Zusammenhang mit der Entwicklung neuer Produkte wie Markteinführung, Normung und Reglementierung vor. Er wies darauf hin, wie wichtig es ist, auch schon während der Entwicklung die späteren Voraussetzungen für eine Produkteinführung zu prüfen und mit in die Entwicklung einfließen zu lassen. Durch diese Herangehensweise können die Ausfallrisiken in Produktion und bei der Markteinführung minimiert werden.

Neue Werkstoffkonzepte – Polymere und Multimaterialdesign

Die bis auf den letzten Platz besetzte Vortragssession gab Einblick in Entwicklungen und Fragestellungen zum Thema Leichtbau, Mulitmaterialdesign und Prozessinnovationen.

Leichtbau im Spannungsfeld der Materialien

Am Anfang stellt Prof. Dr. Hubert Jäger, Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik der TU Dresden, die Frage „Leichtbau – warum?“.
Treiber sind ohne Frage Megatrends wie Nachhaltigkeit, verbunden mit Aspekten wie Ressourcenverfügbarkeit und Kosten. Das Ziel des Leichtbaus ist es, hohe Nutzlast bei geringem Strukturgewicht und hohe Energie- und Materialeffizienz insbesondere bei bewegten und stark beschleunigten Massen zu erreichen. Dies ist gerade in der Mobilität, insbesondere in der Luftfahrt, von großer Bedeutung, da hier Masse und Energieverbrauch in direktem Zusammenhang stehen.
Bei der Entwicklung von neuen Materialien geht es darum, diese in neuen Systemen zu integrieren und gleichzeitig neue Wege im Design zu gehen, das in hohem Maße mit der Funktion verknüpft ist. Zunächst ist es wichtig zu erkennen, dass viele Funktionen oder technische Kennwerte heute mit vorhandenen Materialien erreicht werden können. Somit liegt großes Potenzial zur Steigerung der Effizienz, Ressourceneinsparung oder Funktionalisierung, so Prof. Jäger analog zu Dr. Kim von BMW, in der Kombinatorik, in der Art der Verbindung oder der Systemintegration. Auf diese Weise können über die Eigenschaften der Einzelmaterialien neue Nutzenpotenziale generiert und erschlossen gemacht werden.
Im Fokus des Interesses vieler Entwickler stehen nach wie vor faserverstärkte Materialien, allen voran CFK. Gerade die geringe Dichte, die hohe Festigkeiten und Steifigkeiten sind die Eigenschaften welche CFK als Konstruktionswerkstoff so interessant machen. Darüber hinaus ist CFK  ein ideales Kombinationsmaterial und findet daher beim Design von hybriden Strukturen und im Multimaterialdesign häufig Anwendung. In diesem Zusammenhang sind allerdings auch andere Materialien mit einem hohem Potential zu berücksichtigen. Hierzu zählen alternative Fasern oder beispielsweise Holz, das mehr und mehr als Werkstoff wiederentdeckt wird. auch vor dem Hintergrund der Nachhaltigkeit und Rezyklierbarkeit von Materialien und Produkten.

Erweitert um die Entwicklung neuer Materialien und Materialklassen – beispielsweise Titanaluminide – sind Vorstöße in neue Dimensionen des Material- und Bauteildesigns möglich. Zu berücksichtigen ist jedoch hierbei insbesondere die Verfügbarkeit von Elementen– denn wenn ein neues Material am globalen Markt erfolgreich ist, benötigt man ggf. große Mengen, die auf längere Sicht verfügbar sein müssen – aus politischer, wirtschaftlicher und ökologischer Sicht. Auch aus diesem Grund muss „multimaterial“ gedacht und konstruiert werden – gerade reine CFK-Konstruktionen sind im Volumensegment wirtschaftlich nicht realisierbar.
Ein Beispiel für ein bereits erfolgreich umgesetztes Multimaterialdesign sind Flugzeuge. Hier werden funktionell maßgeschneiderte und optimierte Materialien zielgerichtet für die spezifischen Flugzeugtypen und in den jeweiligen Baugruppen oder Teilen eingesetzt. Ein sehr gutes Beispiel  ist die Weiterentwicklung der Flugzeugturbine, die, wie auch Dr. Esslinger von der MTU Aeroengines AG  in seinem Vortrag zeigte, konstruktiv und hinsichtlich der eingesetzten Materialien optimiert wurde und bei der je nach technischen Anforderungen, beispielsweise an die Temperaturbeständigkeit, unterschiedliche Materialien eingesetzt werden. Ein weiteres Beispiel sind Rotorblätter von Windkraftanlagen. Hier kommen je nach Größe und auftretender Last Holz, Polymere, GFK und auch CFK zum Einsatz.
Eine Branche mit großem Potenzial für den Einsatz neuer Materialien ist die Baubranche. Ziel könnte es sein die derzeit verwendete Stahlarmierung durch leichtere, korrosionsstabilere   textile Materialien zu substituieren oder zu ergänzen. Aktuell sind dem Zementbereich ca. 5  Prozent des weltweiten CO2- Emissionen zuzuordnen. Berechnungen zeigen eine mögliche CO2-Einsparung von rund 50  Prozent weltweit durch den Einsatz neuer textiler Armierungsmaterialien und dadurch mögliche Materialeinsparungen auf. Dadurch würde der Anteil des Zementbereichs an den globalen CO2-Emission auf 3  Prozent sinken, was einen großer Beitrag zum Klima- und Ressourcenschutz darstellen würde.
Dennoch gibt es noch in vielerlei Hinsicht Forschungs- und Entwicklungsbedarf: Intensiv gearbeitet wird zum Beispiel in allen Bereichen, in denen über den Einsatz von Multimaterialsystemen nachgedacht wird, an Fragen der Verbindungstechnik und Grenzflächenphänomene. Diese sind in vielen Fällen ausschlaggebend für den erfolgreichen Einsatz von Materialien und die Lebensdauer von Produkten.
Generell gilt es, auch im Bereich der Materialentwicklungen, zu berücksichtigen, dass es in der Regel von der Idee bis zum – erfolgreichen – Produkt im Markt ein langer Weg ist. 10 bis 15 Jahre dauert es durchschnittlich von der Invention zur Innovation. Um vor diesem Hintergrund tatsächlich mit der Umsetzung einer Idee erfolgreich zu sein, heißt es, von Beginn des Innovations-Prozesses an und über den gesamten Zeitraum hinweg, Marktteilnehmer einzubinden, mit Experten aus verschiedenen Bereichen zusammenzuarbeiten und insbesondere aus Erfahrungen zu lernen und über den berühmten „Tellerrand zu schauen“, so Prof. Jäger abschließend.

Advances in Matrix Systems for Automotive Composites

Die Basis für neue Materialien liefert – neben der Natur - der „Chemiebaukasten“. Hier ist Evonik als Hersteller von Spezialchemie und Performance Materialien ein bedeutender Player, dessen Produkte und Anteile an Innovationen zwar in den Endprodukten zu finden sind, aber oft nicht in die Wahrnehmung des OEM oder Kunden gelangen. Die Reihe der Beispiele für Stoffe, die großen Anteil an den Material- und Produkteigenschaften haben, ist lang: Additive in Schmierstoffen, Siliziumprodukte, Silika-Silane in Gummimischungen in Reifen, Superabsorber in Windeln, Tierfutterbestandteile, Bestandteile in Kosmetika oder für den Pharmabereich, um nur einige zu nennen.
Die Mobilität ist eine wichtige Zielbranche für Spezialchemie und gleichsam bedeutende Entwicklungspartner. So können beispielweise wichtige Beiträge zum Leichtbau - im Interieur oder Exterieur - geliefert werden, über Werkstoffmodifikationen Reibungsreduzierung oder zielgerichtet optische und haptische Eigenschaften realisiert werden. Darüber hinaus können Oberflächeneigenschaften optimiert werden, um beispielsweise die Beschichtung oder Lackierung einer Oberfläche zu erleichtern.
Ein Beispiel für eine Material-Entwicklung ist ein Polyamid UD-Prepreg-Tape, das in Zusammenarbeit von Evonik und Toho Tenax im Rahmen des CAMISMA Projektes (s.u.) entstand. Ein weiteres Beispiel ist ROHACELL®, ein FCKW-freier Strukturschaum mit hoher Druckfestigkeit und Temperatur-Beständigkeit, der in der Luft- und Raumfahrt, aber auch im Schiffs- und Schienenfahrzeugbau als Kernwerkstoff in hochbelastbaren Sandwich-Konstruktionen Verwendung findet. Im großen Umfang verarbeitet wird der Schaumstoff für Fahrzeuginnenverkleidungen im Automobilbereich.

Leichtbaumaterialien durch Papiertechnologie

Die meisten Konstrukteure und Entwickler denken bei Leichtbau und Multimaterialdesign an die neuen technischen Materialien – Hochleistungsmetalle und Legierungen, Faserverbundmaterialien wie GFK und CFK mit neuen Matrixmaterialien. Es liegt jedoch Konstruktions-, Leichtbau- und erhebliches CO2-Einsparpotenzial auch in anderen Bereichen, an die man zunächst nicht denkt. Weiterdenken und Neues ausprobieren – das kann Wege zu nachhaltigen Werkstoffen und Produkten eröffnen. Erstaunliche Eigenschaften weisen zum Beispiel Materialverbünde mit Papier auf, die aus Entwicklungsarbeiten der Papiertechnischen Stiftung (PTS) hervorgegangen sein.
Papier als „nachwachsender Rohstoff“ bringt einen großen Vorteil hinsichtlich der CO2-Bilanz insbesondere gegenüber FVK wie CFK mit, man muss ihn nur ins Produkt umsetzen. Das war der Hintergrund für die PTS, über die Entwicklung von neuen Materialien mit Papier nachzudenken und so den Anteil an nachwachsenden Rohstoffen in Produkten zu erhöhen.
Papier an sich ist bereits ein „Multimaterial auf Mikroebene“, über keramische, metallische, organische Füllstoffe oder die Zugabe von Hilfsstoffen wie Nassfestmittel oder Brandschutzmittel können Eigenschaften und Funktionen eingestellt und verschiedenste Effekte erzielt werden. Hochgefüllte Papiere besitzen einen Füllstoffanteil von bis zu 70  Prozent. Beispiele für funktionalisierte Papierwerkstoffe sind Si-Carbid-Sinterpapiere, die faltbar und sinterfähig sind und i. P. eine Sinterkeramik darstellen. Metallische Sinterpapiere, z. B. mit Cr-Ni-Edelstahl, stellen bei hohen Füllstoffanteilen von bis zu 90  Prozent ein „poröses Vollmetall“ dar. Möglich ist es auch, einen Schichtenaufbau zu realisieren oder den im Normalfall nicht orientierten Fasern ein Richtungsorientierung zu geben, indem, angelehnt an Oberflächentechnologien, ein „Strich aufgebracht“ wird.
Herausforderungen bei der Entwicklung von Werkstoffen auf Basis bzw. unter Verwendung von Papier für technische Anwendungen liegen in den Eigenschaften von Naturfasern. Da Naturprodukte in ihrer Ausprägung abhängig von den Umwelt- und Wachstumsbedingungen sind, sind die Fasern nicht konstant hinsichtlich Zusammensetzung und damit technischer Kennwerte. Zudem sind sie kürzer, die mechanische Stabilität ist i. d. R. geringer als die synthetischer oder technischer Fasern, zudem sind sie nicht feuchtestabil oder biologisch angreifbar. Man kann einzelne Fragestellungen lösen: So lässt sich z. B. die Festigkeit eines Nassvlies-Organobleches mit dem richtigen Harz oder dem Einsatz von Aramidfasern erhöhen, die Stabilität gegenüber Umwelteinflüssen mit Hilfsstoffen optimieren. Ein konstruktiver Ausgleich der „Defizite“ von Naturfasern erfolgt oft über eine Überdimensionierung von Bauteilen. Alle diese Maßnahmen oder technischen Lösungen beeinflussen aber die Nachhaltigkeit des Werkstoffverbundes in der Summe meist negativ.
Es gibt jedoch durchaus Ansätze, daß der Einsatz von Papier sowohl technischen Anforderungen als auch der Nachhaltigkeit gerecht werden kann. Ein Beispiel ist der aus einem Verbundprojekt der PTS hervorgegangene Papier-Blech-Verbund für den Einsatz im Automobil. Ziel war die Entwicklung eines neuartigen Verbundwerkstoffes, unter Nutzung von Zellulosefasern als kostengünstiger nachwachsender Rohstoff, mit geringem Gewicht, hoher Steifigkeit und gutem akustischen Verhalten. Darüber hinaus sollte die Herstellung unter Einsatz der konventionellen Verfahren aus der Papiererzeugung möglich sein.
Im Zuge der Entwicklung wurden die Eignung und Verarbeitbarkeit verschiedenster Fasermischung, Additive und Harzsysteme genauso wie unterschiedlicher Bleche untersucht. Auch unterschiedliche Geometrien des Fasergusskörpers wurden analysiert. Realisiert wurde schließlich ein Verbundsystem aus einer mittels Fasergussverfahren hergestellten Noppenkernstruktur aus harzgetränktem Cellulosefasermaterial mit einer jeweils verklebten und verpressten Papierdeck- und einer Blechschicht.

Die Ergebnisse dieser Arbeiten sind vielversprechend und zeigen Wege zu neuen Werkstoffkonzepten auf. Es bleiben den Verfahrens- und Materialentwicklern jedoch noch einige Fragestellungen, die es zu bearbeiten und zu beantworten gilt, so das Resumee von Dr. Hendrik van Heyden von der Papiertechnischen Stiftung.

Kurzvorträge

Prof. Dr. Hubert Röder von der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf stellte die Möglichkeit der Bewertung der Nachhaltigkeit von Werkstoffkonzepten und dem Einsatz nachwachsender Rohstoffe vor. Dr. Marcus Schuck von der HBW-Gubesch Thermoforming GmbH stellte das im Rahmen des Verbundprojektes CAMISMA entwickelte Leichtbaukonzept vor, in dem sowohl eine wirtschaftliche Großserienproduktion dargestellt als auch Lösungen für Verwendung von CFK mit rezyklierten C-Fasern und die Anbindung an andere Materialien erarbeitet wurden. Thema von Joachim Bahr von der TH Nürnberg-Georg Simon Ohm war die Funktionalisierung mittels gedruckter Elektronik, deren Potenziale darin liegen, dass flexibel, mit wenigen Fertigungsschritten und optimiertem Materialeinsatz beispielsweise Leiterbahnen, Kondensatoren oder Sensorelemente realisiert werden können.

Neue Werkstoffkonzepte – Design und Nachhaltigkeit

Die Vortragsreihe „Neue Werkstoffkonzepte - Design und Nachhaltigkeit“ spannte den Bogen von Inspirationen aus der Natur, über die Möglichkeiten von Partikelschäumen zur zielgerichteten Kombination von Design und technischer Funktionalität bis hin zu visionären Produkt- und Materialkonzepten aus Sicht der Designer.

Ansätze aus der Bionik

Bionik, das heißt die Kombination von Biologie und Technik. Um sich von Strukturen und Funktionen, die man in der Natur findet, für technologische Anwendungen inspirieren zu lassen, ist zunächst ein umfassendes Verständnis der Ursachen und Wirkungen erforderlich. So scheinen auf den ersten Blick einige Formen widersinnig: Wie kann beispielsweise die bauchige Form des Pinguins förderlich sein, um sich schnell schwimmend durchs Wasser zu bewegen? Was ist der Vorteil der auffallend großen, glänzenden Augen des Maki?
Bionik heißt nicht, die Natur nachzubauen. So ist Bambus hochsteif aber nicht hochfest, andere Bäume hochfest aber nicht hochsteif. Glatte Fläche und Strukturen sind i. d. R. schadensanfällig und daher in der Natur nur dort zu finden, wo Schäden bzw. Schwachstellen erwünscht sind. Ein Beispiel hierfür sind Eierschalen. Der Haftmechanismus der Geckos ist nur auf bestimmten Oberflächen wirksam. Diese Beispiele zeigen, dass die Optimierung in der Natur häufig nur in eine Richtung verläuft, während der Mensch versucht, in alle denkbaren Richtungen zu optimieren, hochsteife und gleichzeitig hochfeste Strukturen zu schaffen, die möglichst glatt scheinen und darüber hinaus glänzen.
Sind bionische Ideen und Prinzipien verstanden, können Sie übertragen und genutzt werden. Beispiel hierfür sei das Geheimnis des Sandfischs, der sich in hoher Geschwindigkeit durch Sand bewegt und dennoch immer eine glatte, glänzende Oberfläche besitzt. Die genaue Untersuchung hat ergeben, dass speziell geformte Schuppen mit kleinsten Spitzen am Schuppenrand dafür sorgen, dass kaum Kontakt mit den Sandkörnern zustande kommt. Somit bewegt sich der Sandfisch fast in einer Lufthülle und es kommt kaum zu Reibung und mechanischer Beanspruchung der Oberfläche. Der Vergleich mit technischen Materialien zeigt die minimierte Gleitreibung beim Sandfisch.
Die Natur liefert eine Vielzahl von Ideen für Werkstoff- und Produktentwicklungen, die sich auf verschiedenste Bereiche und Eigenschaften erstrecken – von Strukturen zur Erreichung bestimmter Elastizitäts- oder Festigkeitswerte bis hin zur Oberflächenbeschaffenheit und verschiedensten Oberflächenfunktionen.
Für die technologische Umsetzung sind jedoch auch hier wiederum die Zusammenarbeit verschiedenster wissenschaftlicher Disziplinen und der Austausch über Ursachen, Wirkungen und Bedarfe erforderlich, so die Schlussfolgerung von Prof. Wellnitz, Hochschule Ingolstadt.

Partikelschäume für innovative Designs und Bauteile

Bei Schaum als Werkstoff denkt man zunächst an den Vorteil des geringen Gewichtes. Bekannt sind Schäume daher in Form von Styropor auf Basis von Polystyrol als Verpackungs- und Dämmmaterial. Daneben wird auch Polypropylen für Verpackungen genutzt, in der Automobilindustrie Polyolefin-basierte Schäume eingesetzt. Dass Partikelschäume eine Vielzahl von Vorteilen und damit Anwendungsmöglichkeiten bieten, zeigte Christian Traßl, Neue Materialien Bayreuth GmbH.
Das geringe Gewicht beruht auf dem extrem hohen Anteil eingeschlossener Luft. Das Matrixmaterial macht nur ca. 3  Prozent aus. Bei der Herstellung von Partikelschäumen kommt es immer zu einer Dichtereduktion von mind. 90  Prozent gegenüber dem Ausgangspolymer. Darüber hinaus ist es aber von großem Vorteil, dass die Materialeigenschaften von spröde bis gummiartig einstellbar sind und auch weitere Kennwerte wie die thermische Isolation auf die Anforderungen angepasst werden können. Über Sandwichbauweisen können diese gegenüber dem reinen Schaum sogar noch erhöht werden.
Materialien und Herstellungsverfahren erlauben es heute, in kurzen Zykluszeiten auch Bauteile mit komplexen Geometrien herzustellen. Auch Partikelschaum-Materialverbunde sind realisierbar und finden sich im Bereich des automobilen Interieurs z.B. im Dashboard, in der Sonnenblende oder in Sitzstrukturen. Hier kommen das geringe Gewicht oder auch – im Fall der Sonnenblende – hohe Energieaufnahme im Crashfall zum Tragen. PP-Mulitmaterialsysteme z. B. für den Interieurbereich werden heute bereits im dreischichtiger Aufbau komplett inline hergestellt.
Das hohe, einstellbare Rückstellvermögen ermöglicht, dass Click-Verbindungen und -Verschlüsse beispielsweise für Verpackungen realisierbar sind. Die gute Dämpfung verbunden mit einem hohen Rückstellvermögen ist die Basis der aktuellen Innovation von Adidas im Laufschuhbereich, den Adidas Ultra Boost mit einer ETPE-Schaumsohle.
Trends und Zukunftsvisionen sind, dass über weitere Technologieentwicklungen die verschiedenen, variierbaren Eigenschaften auch mehr und mehr z. B. für den Bereich der Elektromobilität nutzbar werden. So ist eine Idee, durch die Nutzung von Schäumen im Interieur zur Isolierung und damit zur Energieeinsparung im Bereich Heizung- und Klimatisierung beizutragen. Denkbar ist auch der Schutz von empfindlichen oder sicherheitsrelevanten Bauteilen oder Gruppen durch Module, die auf Partikelschäumen basieren. Desweiteren sind Strukturbauteile in der Karosserie, Sitzstrukturen oder Schaum-basierte „weiche“ Komponenten im Exterieur für den Bereich Fußgängerschutz denkbar. Gerade Entwicklungen im Bereich der Technischen und Hochleistungs-Thermoplaste werden darüber hinaus zukünftig den Partikelschäumen eine Vielzahl von weiteren Anwendungen im Mobilitätsbereich erschließen.

Eco-Design

Funktion und Emotion zu verknüpfen und zu kommunizieren, das ist ein Hauptziel im Design. Über die Berücksichtigung von wirtschaftlichen, ökologischen und sozialen Einwirkungen eines Produktes auf die Umwelt in seiner Entwicklung, gelangen wir zum Eco-Design. Dem Design kommt damit eine zentrale Funktion in der Produktentwicklung zu und die Zusammenarbeit zwischen den Experten aus den Bereichen Design, Konstruktion, Material, Produktion bis hin zum Recycling ist der Schlüssel zu einem nachhaltigen Produkt.
Darüber hinaus gilt es auch, über das Design Werte und die Basis für ein positives Nutzerverhalten zu schaffen. Bezogen auf die Mobilität heißt das, dass der Kunde ein Bewusstsein und eine enge Beziehung zu seinem Fahrzeug entwickelt. Für die Designer gilt es, Emotionen zu erzeugen, um zu erreichen, dass das Fahrzeug mehr und mehr als ein individueller Mobilitäts-Partner wahrgenommen wird. Zukunftsvision der Designer ist es, das Fahrzeug als evolutionäres Produkt. So soll die Fahrzeugstruktur eine Lebensdauer von 20 Jahren und mehr erreichen, das Exterieur einfach zu reparieren, im besten Falle selbstheilend, auszutauschen oder an Trends anzupassen sein.
Auf dem Weg zu dieser Vision kommen bionischen Strukturen und Funktionen, Smart Materials, funktionalisierten Oberflächen und intelligenter Software eine große Bedeutung zu.  
Der Designer möchte die Zukunft gestalten und bringt in interdisziplinäre Teams oft Ideen und Ansätze ein, die in der Zusammenarbeit der Experten zu erfolgreichen Produkten entwickelt werden, so Alexander Peters und Pierre Delforno von der designaffairs GmbH in ihrem visionären Abschlussvortrag.

Der diesjährige Kongress bot mit einem Vortragsprogramm auf hohem Niveau über ein hoch interessantes Themenspektrum den rund 200 Teilnehmern viele Informationen und Impulse, die es nun gilt, mit Unternehmen und wissenschaftlichen Instituten nachhaltig weiterzuentwickeln.

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