Hochschulen ist daran gelegen, die Zahl der Studienabbrüche zu minimieren. Eine Antwort holt die Studierenden gezielt in ihrem Alltag und der Nutzung smarter Endgeräte ab: Unter anderem Smartphones bieten Potenziale der Unterstützung junger Studierender. Es stellt sich mithin die Frage, ob und wie sich eine mobile Lernapplikation dazu eignen könnte, die Anfangsphase des Studiums und seine Herausforderungen für die Betroffenen zu erleichtern und somit den Abbruch eines Studiums zu verhindern.

Von der Konzeption eines Anforderungsprofils …

Professor Florian Johannsen begann bereits in seiner Zeit an der Universität Bremen mit einem Team eine entsprechende App für den Bereich Wirtschaftswissenschaften zu entwickeln. Auch nach dem Antritt seiner Professur für Betriebliche Anwendungssysteme an der Fakultät für Informatik der HSM ist er weiter Teil dieses Projekts. Auf Seiten des Lehrstuhls für Allgemeine Betriebswirtschaftslehre, Unternehmensrechnung und Controlling (Universität Bremen) besteht das Projektteam neben Professor Jochen Zimmermann, Dr. Martin Kipp, Dr. Johannes Voshaar und M. Sc. Janik Ole Wecks auch aus den Kollegen Prof. Thomas Loy (mittlerweile UniBW München) sowie dem studentischen Mitarbeiter Patrick Heusmann. In nunmehr fünf Publikationen präsentieren die Forschenden unterschiedliche Etappen der Entwicklung und folglich auch verschiedene Stufen der Implementierung der App „WiWi Now“.

Dieser Punkt ist so trivial wie relevant: Beim Design einer App ist nicht nur die Funktionalität und die Usability zu beachten, sondern auch die Wahrscheinlichkeit einer regelmäßigen Nutzung. Es geht darum, die App als aktiven Teil in den Alltag zu integrieren und so die nützlichen Effekte zu potenzieren. Der ganze Weg von der Entwicklung der App, der Bestimmung verschiedener Qualitätsdimensionen und der Erprobung in unterschiedlichen Studien lässt sich im Artikel auf dem Forschungsblog finden.

Gemäß dem Motto des Tages „Der Mensch steht im Mittelpunkt“ ging es um die Bedürfnisse von Menschen, die ein antreibender Motor der Innovationskraft des Maschinen- und Werkzeugbaus in seinen verschiedenen Facetten sind. Die weitere Erhöhung des Lebensstandards zählt hier ebenso wie Produkte ökologischer sowie kostengünstig und daher allgemein verfügbar anzubieten. Um diese Ziele zu erreichen, können Instrumente wie die Künstliche Intelligenz helfen.

Innovationen, Rezyklate und ökologische Potenziale des Schäumens

Die thematische Ausrichtung der Treffpunkte wechselt mit dem Ort der Veranstaltung, und in Schmalkalden steht traditionellerweise der Spritzguss im Fokus. In den Vorträgen des Tages wurden unterschiedliche Aspekte der Nachhaltigkeit verhandelt: Die Frage war unter anderem, wie wir Rezyklate optimal nutzen, Kreisläufe schließen oder den Energiebedarf gemäß ökologischer Imperative decken können. Hier können wir nur einige Aspekte vertiefen: Wer mehr von den Inhalten erfahren will, sei auf den Link auf den Forschungsblog der HSM unter dem Artikel verwiesen.

Den Anfang machte Frank Schockemöhle von dem Unternehmen Pöppelmann, der sich mit dem Thema „Reduzierung der Treibhausgasemission durch Einsatz von Rezyklaten“ befasste. Das Familienunternehmen aus Lohne hat eine nachhaltige Kreislaufwirtschaft ihrer Produktion und Produkte ins Visier genommen und eine mehrstufige Strategie zur Umsetzung konzipiert. Es versteht sich von selbst, dass der Lebenszyklus von Kunststoffen maximiert werden sollte, werden diese Materialien doch in aufwändigen Verfahren gewonnen. Ein Ansatz ist dabei, Kunststoffe zu recyceln und wieder in den Kreislauf zu überführen, wobei auch die EU den Unternehmen aufgibt, entsprechende Mengen an postconsumer-Material, das in anderen Worten schon einmal genutzt wurde, einzubringen. Probleme sind dabei der Aufwand der Aufbereitung und die eingeschränkten Möglichkeiten der Wiederverwendung. Diese wird umso aufwändiger, je mehr Materialien, also unterschiedliche Kunststoffe oder andere Materialien, wie Papier und Metall, Verwendung finden. Etiketten oder die Aluminiumdeckel bei Joghurtbechern sind bekannte Beispiele. Die Recyclingfähigkeit ist mithin bereits beim Produkt- und Produktionsdesign zu bedenken.

Dr. David Welling von der Aachener Werkzeugbau Akademie (WBA) skizzierte anschließend die Möglichkeiten und die Herausforderungen eines öko-effektiven Werkzeugbaus, in dem sich die Spannungen von Ökologie und Ökonomie produktiv aufheben. Einen Einblick in die aktuellen Entwicklungen beim Karosseriebau bei BMW Landshut gaben Klaus Sammer, Leiter Werkzeugbau, Instandhaltung und Vorentwicklung der Leichtmetallgießerei, und Thomas Kopp: Wie können bestimmte innovative Technologien zum Beispiel beim Verfahren des Aluminium-Druckgusses effizienter und nachhaltiger werden und zugleich den notwendigen Standards an Qualität und Rentabilität genügen? Noch erwähnt sei der Beitrag Uwe Kolshorns vom Kunststoff-Instituts Lüdenscheid, der auf die Vorzüge des Schäumens in Aspekten der Ökologie aber auch der Produktivität hinwies. Zentral sei, die materiellen Charakteristika des Schaums wiederum beim Produktdesign zu denken, um alle Potenziale zu heben.

Das Praxisforum wurde abgerundet durch einen Besuch der Formconsult Werkzeugbau GmbH aus Schmalkalden. Das Resümee der Veranstaltung legt einen Blick auf den Anfang der Veranstaltung nahe, also die Begrüßungsworte von Prof. Thomas Seul: Sein Plädoyer war die konstruktive Zusammenarbeit von Hochschulen für angewandte Forschung und Unternehmen. Durch diese Kooperation ließe sich die Expertise der akademischen Forschungsbereiche zum beiderseitigen Vorteil nutzen.

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Das Thüringer Innovationszentrum Mobilität forscht an neuen Technologien

Das ThIMo, als erstes Thüringer Innovationszentrum, hat die Innovationsstrategie des Landes im Bereich Mobilität und Logistik wesentlich geprägt. Seit seiner Gründung arbeitet es eng mit Partnern aus Wissenschaft, Wirtschaft, Städten und Kommunen zusammen, um innovative Technologien für sichere, umweltfreundliche, effiziente, automatisierte und vernetzte Fahrzeuge sowie Mobilitätslösungen zu entwickeln. Dazu gehören Projekte wie die wissenschaftliche Begleitung des automatisierten Campus-Shuttles CAMIL und das 5G-Projekt P:Mover der Stadt Ilmenau.

Die Fördermittel als Ergänzung der Forschungsoffensive Digitale Mobilität

Die Fördermittel werden dazu genutzt, die 13 am ThIMo beteiligten Fachgebiete in den Kernkompetenzen Antriebstechnik, Fahrzeugtechnik, Funktechnik, Kunststofftechnik und Leichtbau sowie Leistungselektronik verstärkt auf digitale Methoden auszurichten. In Zusammenarbeit mit den Thüringer Zentren für Maschinenbau und für lernende Systeme und Robotik erforschen und entwickeln sie neue Materialien, Komponenten, Produkte und Prozesse im Bereich Mobilität. Strategische Partner wie das Thüringische Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung in Rudolstadt und die Bauhaus-Universität in Weimar ergänzen die Forschungsoffensive Digitale Mobilität des ThIMo.

Die Gramß GmbH besteht nun seit über 30 Jahren und ist als kompetenter und erfahrener Partner bekannt, wenn es um professionelle Kunststoffverpackungen, insbesondere Verschlüsse, Dosen und Deckel geht.

​Dank jahrelanger Erfahrungen und dem ständigen Streben nach Perfektion und Weiterbildung ist die Gramß GmbH heute primär für die Kosmetik- und Konsumgüterindustrie, aber auch im Pharmazie- und Nahrungsmittelbereich aktiv. Von Anfang an legt das Unternehmen besonderen Wert auf Nachhaltigkeit.

Bekenntnis zu Standort in Thüringen

In Spechtsbrunn bei Sonneberg wurden im Jahr 2004 die Produktion von Spritzgussartikeln, Verwaltung und Geschäftsführung zentralisiert. Seit 2019 befindet sich in Kleintettau (Landkreis Kronach/Bayern) eine kleinere Produktion und das Logistikzentrum. Von hier aus bedient das Unternehmen seine nationalen und internationalen Kunden aus der Kosmetik-, Pharma-, Konsumgüter- und Nahrungsmittelindustrie.

„Als eigentümergeführtes Familienunternehmen setzen wir auf weitsichtige Entscheidungen. Nachhaltigkeit hat oberste Priorität. Stetigkeit, Verlässlichkeit, Transparenz und Verantwortungsbewusstsein bilden die Grundfesten unseres Betriebs“, sagt Geschäftsführer Peter Gramß. „Wir streben das exakteste und gleichzeitig auch effizienteste Ergebnis für unsere Kundschaft an. Wir schaffen Produkte, auf die Verlass ist“, ergänzt seine Tochter Gloria Herpichböhm, die ebenfalls geschäftsführende Gesellschafterin ist.

Produktentwicklung und Innovation

Neben dem Standardprogramm werden viele Verschlüsse und Serien in enger Zusammenarbeit mit Kunden entwickelt und sind nicht frei verkäuflich. Von der Beratung über die Entwicklungsleistung bis hin zur Projektlösung sind Kunden bei Gramß in guten Händen.

Bei vielen Verschlüssen wird bereits aufgearbeitetes Kunststoffrezyklat verwendet. Die Nachfrage steigt, aber leider ist das auf dem Markt befindliche Angebot an passenden Rezyklaten noch gering.

Auch investiert Gramß seit mehreren Jahren in die Forschung und Entwicklung zur Nutzung von biobasierten PBS-Werkstoffen in der Spritzgussverarbeitung im industriellen Maßstab.

Nachhaltigkeit als Geschäftsprinzip

Der Betrieb liegt im „Grünen Herzen Deutschlands“. Von daher ist hier das Bewusstsein für eine ökologische und umweltschonende Produktion besonders ausgeprägt. Dazu gehört, dass bei Gramß grundsätzlich nur Rohstoffe verwendet werden, die vollständig recyclebar sind. Das Unternehmen nimmt seit 2015 an dem Nachhaltigkeitsabkommen Thüringen (NAT) teil und das im Betrieb geführte Umweltmanagementsystem ist gemäß Regelwerk ISO 14001:2015 zertifiziert.

Das für die Produktion benötigte Kühlwasser wird in einem geschlossenen Kreislauf aufbereitet und dem Fertigungsprozess zurückgeführt. Wärmeenergie, die beim Kühlen und bei der Herstellung der Druckluft anfällt, wird zum Heizen der Gebäude und des Brauchwassers verwendet.

Ein mit Gas betriebenes Blockheizkraftwerk mit Absorptionskältemaschine nutzt die Abwärme des Produktionsprozesses noch effektiver. Die Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung sorgt dafür, dass die erzeugte Wärme in Kälte umgewandelt und zum Kühlen verwendet werden kann. Dies ist immer dann von Vorteil, wenn überschüssige Wärme nicht genutzt werden kann, wie beispielsweise in den Sommermonaten.

Auf dem Dach des Logistikzentrums wurde in eine Photovoltaikanlage investiert. Der dort erzeugte Strom wird direkt in die Produktion der Kunststofferzeugnisse eingespeist. In Planung befindet sich ein Solarpark auf den Freiflächen rund um das Firmengelände in Kleintettau.

Die Fahrzeugflotte des Unternehmens wird sukzessive auf E-Mobilität umgestellt. Hierfür stehen Lademöglichkeiten auf dem Firmenparkplatz für Mitarbeitende und Gäste zur Verfügung. Eine Erweiterung der Ladesäulen ist bereits geplant.

„Nachhaltigkeit ist das A und O“, so Peter Gramß. „Da uns die Erhaltung der Umwelt am Herzen liegt und wir sämtlichen Neuerungen im Energiebereich offen gegenüberstehen, konnten wir bereits einige Technologien bei uns umsetzen. Verlassen Sie sich auf umweltfreundlich hergestellte Produkte!“

Leichtbau mit Faserverbundwerkstoffen ermöglicht es, Masse, Material und Energie bei gleichzeitiger Funktionserfüllung einzusparen, wo­durch der CO2-Ausstoß in der jeweiligen Anwendung signifikant verringert werden kann.

Für diese Schlüsseltechnologie bilden das Fachgebiet Kunststofftechnik der Technischen Universität Ilmenau und das Thüringische Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung e.V. Rudolstadt (TITK) als An-Institut der TU Ilmenau gemein­schaft­lich im Rahmen der Kernkompetenz Kunst­stofftechnik und Leichtbau am Thüringer In­novationszentrum Mobilität (ThIMo) die ge­sam­te Forschungswertschöpfungskette von der Grund­lagenforschung an der TU Ilmenau bis zum Markttransfer durch das TITK ab. Das ThIMo ver­folgt gemäß seiner strategischen Ausrichtung das Ziel, den Wandel der Industrie zu nachhaltigen Mobilitätstechnologien zu begleiten. Hierfür wer­den wissenschaftlich herausragende Erkenntnisse mit dem Fokus auf industrietaugliche und wirtschaftlich verwertbare Lösungen erarbeitet. Im Bereich des Faserverbund-Leichtbaus für alternative Antriebskonzepte erstrecken sich die Forschungsaktivitäten von Leichtbaukonzepten für Elektromotoren über die Herstellung und Verarbeitung von Faserhalbzeugen und endlosfaserverstärkten Thermoplasten, die unter anderem im Batteriekasten Anwendung finden können, bis hin zu Wickelverfahren, die für die Herstellung von Wasserstofftanks eingesetzt werden können.

Axialflussmaschine mit Faserverbund-Rotor

Grundlagenforschung zu neuartigen Elektromotoren, die ohne seltene Erden hergestellt werden können, wurde durch eine vom Freistaat Thüringen mit Mitteln des Europäischen Sozialfonds finanzierte Forschungsgruppe „NEMOFASER – Neuartige Motorenkonzepte auf Basis hybrider Faserverbundwerkstoffe und aerostatisch gelagerter Aktivteile“ (Förderkennzeichen 2017 FGR 0080) an der TU Ilmenau ermöglicht. Wissenschaftler aus den ThIMo-Mitgliedsfachgebieten Kunststofftechnik sowie Kleinmaschinen und Industrieelektronik entwickelten ein Konzept zur Auslegung sogenannter Axialflussmaschinen, die insbesondere für mobile Anwendungen prädestiniert sind.

Ziel der Forschung war es alternative Antriebslösungen zu finden, die eine geringe Masse aufweisen und gleichzeitig ein hohes Drehmoment erlauben. Axialflussmaschinen verbinden diese Eigenschaften vorteilhaft miteinander, sind jedoch aufgrund hoher Fliehkräfte in ihrem maximal möglichen Durchmesser limitiert. Begrenzender Faktor ist bislang die Festigkeit der verwendeten Werkstoffe. Der gezielte Einsatz von Faserverbundwerkstoffen in der Rotorscheibe kann zu einer signifikanten Verbesserung der richtungsabhängigen mechanischen Eigenschaften und so zu einer Erweiterung des möglichen Anwendungsspektrums führen. Das durch die Forschungsgruppe entwickelte Funktionsmuster zeigte das Potenzial des Konzepts auf. Die Anforderungen an Maßhaltigkeit und Oberflächengüte für den Rotoraufbau sind Gegenstand weiterer Forschungsarbeiten.

Wickeln rotationssymetrischer Kör­per

Das Faserwickeln von rotationssymmetrischen Körpern und Prüfkörpern beispielsweise für Wasserstofftanks mit duroplastischer Matrix ist am TITK bereits etabliert. Durch ein laufendes Investitionsprojekt, das vom Freistaat Thüringen durch Mittel der Europäischen Union im Rahmen des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und von REACT-EU unter dem Förderkennzeichen 2022 IZN 0006 kofinanziert wird, wird zukünftig auch das Legen und Wickeln von thermoplastischen, unidirektional-faserverstärkten Tapes möglich sein. Zusätzlich soll ein Extrusionsverfahren zur Herstellung der Thermoplast-Tapes an der TU Ilmenau implementiert werden, sodass die gesamte Wertschöpfungskette durch die Forschungspartner abgedeckt wird.

Gemeinsame Forschungsschwerpunkte werden neben glas- und kohlenstofffaserverstärkten Tapes die Herstellung und Verarbeitung von naturfaserverstärkten und polymerfaserverstärkten Thermoplast-Tapes bilden.

Die Zusammenarbeit des Fachgebiets Kunststofftechnik und des TITK hat nicht nur zum Ziel neue Konzepte für den Faserverbund-Leichtbau zu entwickeln, sondern diese auch in der Industrie insbesondere bei Thüringer KMU zu etablieren. Professor Matthias Hein, Direktor des ThIMo, sieht in der Kooperation mit dem TITK neben der langjährigen intensiven und guten Zusammenarbeit insbesondere zusätzliche Möglichkeiten des Transfers: „Das TITK arbeitet als wirtschaftsnahe Forschungseinrichtung mit einer Vielzahl an Unternehmen zusammen und unterstützt diese bei der Einführung neuer Technologien. Deshalb erweitert die Zusammenarbeit mit dem TITK unsere Möglichkeiten Forschungsergebnisse in die Praxis zu übertragen“. Umgekehrt ist für Benjamin Redlingshöfer, geschäftsführender Direktor des TITK, klar, dass die Grundlagenforschung des ThIMo dem TITK neue Impulse gibt und aufeinander abgestimmte Forschungsstrukturen geschaffen werden können: „Am TITK können wir Erkenntnisse der Grundlagenforschung aus Ilmenau aufgreifen und erhalten so neue Ansatzpunkte. Gleichzeitig stimmen wir unsere Bedarfe bei der Geräteinfrastruktur ab, sodass wir uns ideal ergänzen“.

Schon als Gründer Martin Seeber das Unternehmen im Jahr 1990 von der Treuhand übernahm, setzte er darauf, Ökonomie und Ökologie miteinander zu verknüpfen. In dem seit 1936 bestehenden Duroplastbetrieb mit seinen Fertigungshallen aus dem Jahr 1970 gab es eine Menge zu erneuern. Es folgte die Sanierung des Betriebes mit einem nachhaltigen Energie­konzept. Dazu gehörten die Optimierung der Wärmedämmung und die Installation einer umweltfreundlichen Fußbodenheizung. Sie nutzt die ohnehin anfallende Produktionswärme effizient. Im Winterhalbjahr wird damit geheizt, in der warmen Jahreszeit wird sie einem Erd­kollektor zugeführt.

Bis zum heutigen Tag verfolgt Martin Seeber sein Wirt­schafts­konzept der Nachhaltigkeit aus Überzeugung: „Die Wirtschafts- und Lebens­weise in den hoch­entwickelten Regionen dieser Welt hat in den letzten drei Jahrzehnten zu einem stetig steigenden Re­ssourcen­bedarf und in der Folge zu einer extremen Belastung der Natur geführt, die unsere Lebensgrundlage vernichtet“, sagt er.

„Nur durch eine radikale Änderung der Umweltpolitik kann das Überleben der Kulturen gesichert werden!“ Insbesondere die Klimabelastung durch CO2 müsse schnellstens verringert werden.

Weitere Investitionen in ressourcensparende Technik folgten. Um nicht notwendige Flächen­beleuchtung zu reduzieren, rüstete das Unternehmen seine Lichttechnik auf LED Systeme mit optimierter Schalttechnik um. Plast­verarbeitungswerkzeuge erhielten eine ver­besserte Isolation, um Wärmeverluste zu ver­meiden. Vorerst letzter Schritt in dieser Reihe ist die Installation eine Photovoltaikanlage mit 110 Kilowatt-Peak.

Die M. Seeber Kunststofftechnik GmbH beweist also, dass sich Entscheidungen im frühen Projektstadium wesentlich auf die Ökologie und Ökonomie eines Betriebes auswirken. Das dokumentiert das Unternehmen auch nach außen durch den Beitritt zum Nach­haltigkeitsabkommen. „Unsere Beteiligung am Nachhaltigkeitsabkommen Thüringen doku­mentiert unsere schon seit 20 Jahren verfolgte Zielstellung, die Kunststoffver­arbeitung über den allgemeinen Standard energieeffizienter und umwelt­verträglicher zu gestalten“, so der Ge­schäftsführer.

Dadurch motiviert wird am Fachgebiet Kunststofftechnik der Technischen Universität Ilmenau und in Kooperation mit einem Thüringer KMU in einem vom Bund geförderten Forschungsprojekt die Herstellung von komplex geformten Bauteilen bestehend aus biobasierten Polyurethanschäumen untersucht.

Dabei wird auf die robuste Reaction-Injection-Moulding-Technologie zurückgegriffen, die es erlaubt, reaktionsfähige Flüssigkeiten zu mischen und gezielt in ein temperiertes Formwerkzeug zu injizieren. Zur Herstellung von biobasiertem Polyurethanschaum wird ein aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnenes Polyol mit einem Isocyanat gemischt und dadurch temperatur- und feuchteabhängige, chemische Reaktionen initiiert die zum einen aufgrund von Gasbildung zu einer Expansion und zum anderen zu einer Vernetzung bzw. Aushartung des Gemisches führen. Entscheidend für die resultierenden Werkstoffeigenschaften (bspw. Dichte, Harte, Zellstruktur) des Schaumformteils sind daher neben der zeitlichen Abstimmung des Expansions- und Aushärtungsvorgangs und des Mischungsverhältnisses der Ausgangsmaterialien auch die Kenntnis vorherrschender Prozessrandbedingungen in Werkzeug, Anlage und Umgebung.

Forschungsinhalte sind daher neben der Bestimmung des optimalen Mischungsverhältnisses der Ausgangsmaterialien und der analytischen Abschätzung erreichbarer Werkstoffeigenschaften auch die Optimierung von Misch- und Injektionsvorgang sowie die sensorische Überwachung von Expansion und Aushärtung im Schaumwerkzeug.

Zu Projektbeginn wurden relevante Kennwerte zur Lastenhefterstellung für die am häufigsten beim Projektpartner eingesetzten konventionellen Kunststoffschäume aus Datenblättern entnommen und durch weitere Messwerte erweitert. Anschließend erfolgte eine Recherche zu kommerziell verfügbaren biobasierten Polyurethanschaumsystemen sowie zu geeigneten Additiven und Formtrennmitteln. Basierend auf dem Lastenheft und dem Rechercheergebnis erfolgten Bewertung, Auswahl und Beschaffung favorisierter Schaumkomponenten. Die beschafften Schaumkomponenten wurden mit entsprechender Variation der Rezeptur zu Probekörpern mit einfacher Geometrie verarbeitet und das Expansionsverhalten sowie die Schaumstruktur charakterisiert.

Dabei wurde auch die Prozessreproduzierbarkeit respektive -stabilität bewertet. Mithilfe von dielektrischen Analysen (Netzsch DEA 288 Epsilon) wurden Aushärtungsvorgänge für die verwendeten Rezepturen untersucht. Die reaktionsbedingte Wärmeentwicklung (Exothermie) während des Aufschäumprozess wurde mittels konventioneller Temperatursensorik (USB Thermometer mit Thermodraht als „verlorener Einwegsensor“ im Schaumkern) als auch kontaktloser Wärmebildaufnahmen (Temperaturentwicklung Schaumoberfläche) bestimmt.

Zudem wurde das Schwindungsverhalten vor und nach Temperierung messtechnisch charakterisiert. Anschließend wurden Versuchsreihen zur Modifizierung der Schaumeigenschaften durch Additive durchgeführt. Dazu zählten beispielsweise Farbgestaltung und Brandschutz. Es wurde überprüft ob zwischen den Additiven untereinander oder mit den PU Komponenten nachteilige chemische Reaktionen auftreten und ob dabei umwelt- oder gesundheitsschädliche Schadstoffemissionen zu erwarten sind. Zur Ermittlung und Modellierung relevanter Werkstoffeigenschaften wurden thermomechanische, chemische und physikalische Kennwerte der hergestellten Probekörper messtechnisch ermittelt und erste analytische Modelle zur Abschätzung erreichbarer Eigenschaften (zum Beispiel Dichte und Druckfestigkeit) in Abhängigkeit vom gravimetrischen Anteil der einzelnen Schaumkomponenten erarbeitet. Anschließend wurden Prozessgrenzen sowie zielführende Prozessparameter für ausgewählte Portfoliobauteile des Projektpartners ermittelt. Dazu zählten das verarbeitbare Schaumvolumen, die erreichbare Dichte und die Berechnung der Masseanteile in Abhängigkeit vom jeweiligen Bauteilvolumen.

Die bislang erreichten Projektergebnisse verdeutlichen das hohe Potenzial biobasierter Polyurethanschaumsysteme. Mit zielorientierter Rezeptur und zeitgesteuertem Prozessparameterprofil konnten die mechanischen Kennwerte der als Referenz herangezogenen Hart- und Weichschaume mindestens erreicht sowie ein hoher Anteil an nachwachsenden Rohstoffen realisiert werden. Die Temperaturkurven und Wärmebildaufnahmen der Aufschäumtests zeigen die rasche Abkühlung der Randbereiche und die anhaltende Wärmekonzentration im Kernbereich der Schaumprobekörper – diese Erkenntnisse werden bei der anstehenden Auslegung der Werkzeugtemperierung genutzt um eine homogene Temperaturverteilung, als wichtige Reaktionsrandbedingung, sicherzustellen. Mittels TGA- und TGA-IR-Messungen konnten Zersetzungstemperatur und Anteil an nicht reagierten Gefahrstoffrückständen in den hergestellten Schaumprobekörpern anschaulich bestimmt werden und daraus Rückschlüsse auf Rezepturanpassungen gezogen werden. Mittels DEA-Messungen konnte der Aushärteprozess überwacht und optimiert werden und eine Ermittlung des frühestmöglichen Entformungszeitpunktes in Abhängigkeit vom Reaktionsfortschritt stattfinden.

Die nächsten Schritte sind die kriterienbasierte Auswahl eines Demonstratorbauteils und die Ableitung der entsprechenden Schaumgeometrie sowie der Schaumeigenschaften (Dichte, Farbe, et cetera). Eine zielführende Prozessvariante wird festgelegt und ein entsprechendes Aufschäumwerkzeug konstruiert. Die Fertigungstests zur Herstellung des Demonstrators werden beim Projektpartner begleitet und relevante Prozessdaten messtechnisch aufgezeichnet sowie für die anschließende Ergebnisinterpretation und Prozessoptimierung aufgearbeitet. Anschließend werden die hergestellten Demonstratoren messtechnisch untersucht und die Messergebnisse sowie aufgezeichnete Prozessdaten korreliert und interpretiert. Abschließend erfolgt eine Prozessoptimierung zur Realisierung bestmöglicher Eigenschaftskombination. Es werden Richtlinien für die künftige Gestaltung von Bauteilen aus dem neuen Schaumsystem entwickelt und Empfehlungen zur Überführung in den Serienprozess abgeleitet.

Nach erfolgreicher Projektumsetzung wird das Thüringer KMU in der Lage sein biobasierte Kunststoffschaume anwendungs- und kundenorientiert in komplexer Geometrie selbst herzustellen und im Vergleich zum aktuellen Herstellungsprozess (mechanische Bearbeitung von konventionellen und erdölbasierten Kunststoffschaumplatten) einen erheblichen Anteil an Verschnitt und Nacharbeit einzusparen. Das Fachgebiet erweitert seine Kompetenzen zur Vorhersage des Werkstoffverhaltens geschäumter Kunststoffe (analytische Modellierung Werkstoffkennwerte und numerische Simulation des Aufschäumvorgangs) und der sensorbasierten Regelung des Reaction Injection Moulding-Prozesses.

Das Vorhaben wird durch Mittel des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) gefördert. Die Projektlaufzeit beträgt 24 Monate mit Beginn 01.05.2020. Die Mittelbewirtschaftung erfolgt am Thüringer Innovationszentrum Mobilität (ThIMo).

Autoren:
M. Sc. Robert Hartmann, Fachgebiet Kunststofftechnik der TU Ilmenau
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Florian Puch, Fachgebiet Kunststofftechnik der TU Ilmenau