Fäden mit intelligentem Zusatz bergen für Industrie und Anwender großes Potenzial - Textilien mit Köpfchen - Beschaffung aktuell

Fäden mit intelligentem Zusatz bergen für Industrie und Anwender großes Potenzial

Textilien mit Köpfchen

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Ein Stadiondach liefert Sonnenstrom, in Rotorblätter integrierte Sensoren überwachen den „Gesundheitszustand“ von Windkraftanlagen. Leuchttextilien zum Einsatz in Funktionskleidung, dem Autoinnenraum oder auf Leinwänden werden vollautomatisiert hergestellt. Dies sind keine Zukunftswünsche, sondern textiler Stand der Technik.

Intelligente Textilien haben mit traditionellen Fasern kaum noch etwas gemein. Zunehmend bahnen sich die sogenannten „Smart Textiles“ oder „eTextiles“ ihren Weg als Nischenprodukte in die Wachstumsmärkte der Industrie, darunter Bau, Auto, Gesundheit, Energie und Luftfahrt. Die mit spezifischen funktionellen Eigenschaften wie elektrischer und thermischer Leitfähigkeit, Sensorik oder Solarzellen ausgestatteten Fasermaterialien ersetzen nicht nur herkömmliche Werk- und Einsatzstoffe. Sie geben ihnen vielmehr, wie das Beispiel Sonnenschutz zeigt, zugleich neue Gebrauchs- und Nutzwerte.

Die Gewinnung von Sonnenstrom aus textilen Solarzellen gehört zu den interessantesten Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkten „in Textil“. Dabei haben gerade Farbstoffsolarzellen ein großes Potenzial, weiß Dr. Klaus Opwis, Gruppenleiter „Biotechnologie & Katalyse“ am Deutschen Textilforschungszentrum Nord-West (DTNW) in Krefeld. Erste textilbasierte Farbstoffzellen wandeln heute schon etwa zwei Prozent der eingestrahlten Sonnenenergie in elektrischen Strom um: „Das klingt wenig, wenn man weiß, dass siliziumbasierte Photovoltaikmodule etwa 15 Prozent Ausbeute bringen. Die aber sind in ihrer Herstellung wesentlich energie- und kostenintensiver als textile Solarzellen und amortisieren sich daher erst nach einer weitaus größeren Zeitspanne“, so Opwis.
Zudem seien Textilien nahezu perfekte Träger für Solarzellen: leicht, flexibel und dennoch robust. Das gelte insbesondere, da viele Outdoor-Textilien, etwa Markisen, Beschattungen oder moderne textile Dachkonstruktionen, einer direkten Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind – in Summe also bereits große Flächen vorhanden sind, die der Energieerzeugung bei weiterführender Forschungs- und Entwicklungsarbeit uneingeschränkt zur Verfügung stünden. Opwis, der bereits mit EU-Fördergeldern am Thema Textilsolar gearbeitet hat, weiß auch um ein Problem der Umsetzung in Deutschland: „In der Solarbranche gibt es hierzulande kaum mittelständische Unternehmen – klassische Förderinstrumente für FuE im Mittelstand zur Optimierung der bisherigen Forschung und Umsetzung in die Praxis greifen daher kaum.“ Hier werde enormes Potenzial, auch angesichts der angestrebten Energiewende, verschenkt.
Transferbeschleunigung ein Muss. Viele Fäden bei der Nutzung intelligenter Fasern und Gewebe laufen beim Forschungskuratorium Textil (FKT) in Berlin als Dachorganisation der 16 deutschen Branchenforschungsinstitute zusammenlaufen. FKT-Geschäftsführer Dr. Klaus Jansen kennt deshalb genau die Transferproblematik. Wie er betont, dauere der Transfer von Forschungsergebnissen in die Industrie noch immer zu lange: „Industrievertreter richten oft den Wunsch an die Institute, noch stärker in Richtung Wirtschaftlichkeit und Bedarf zu forschen, während umgekehrt die Textilforscher mehr Mittel für industrierelevante Kooperationsprojekte einfordern“, fasst Jansen die Lage an der Schnittstelle zwischen textiler Vorlaufforschung und industrieller Umsetzung zusammen. Es sei daher Ziel des FKT, in den kommenden Jahren noch reibungsloser mit der Industrie an Umsetzung, Marktreife und Serientauglichkeit der „smarten“ Fasern zu arbeiten und Kurs auf Massenanwendungen zu nehmen.
Jansen nennt die von den Bundesministerien für Wissenschaft und Forschung wie auch Wirtschaft und Energie unterstützte Anwendungsforschung in diesem Segment weltweit führend. Besonders Forscher in Denkendorf, Greiz, Aachen und Chemnitz arbeiteten mit der Industrie an der Überwindung technologischer Schwachstellen wie ungenügender Waschbarkeit, geringer mechanischer Belastungsfähigkeit, Verbesserung der Stabilität der elektrischen Verbindungen oder einer sicheren Verkapselung zum Schutz vor Wind und Wetter. Die automatisierte Herstellung in möglichst wenigen Arbeitsgängen sowie Recycelbarkeit seien weitere Handlungsfelder.
Die effektive Fertigung technischer Textilien – Stichwort Automatisierung – spielt für die Marktdurchdringung ebenfalls eine entscheidende Rolle. Ein Quantensprung zu mehr Effizienz bei der Herstellung von Leuchttextilien gelang dem Textilforschungsinstitut Thüringen-Vogtland (TITV). Dort wurde ein neuartiges Verfahren entwickelt, mit dem erstmalig LED-bestückte Textilien auch in großen Stückzahlen produziert werden können. „Basis ist das Flexsubstrat ‚Functional Sequin Devises‘, das eine vollständig automatisierte Bauteilmontage auf Textil ermöglicht“, erklärt Forschungsmanagerin Sabine Gimpel. Dazu wurden aus dem Modebereich bekannte Pailletten so umfunktioniert, dass sie als kleine Träger für miniaturisierte Bauteile – heute LED, morgen andere Elektronikbauteile – genutzt werden können. Jetzt können neben Leuchttextilien auch Smart Textiles mit Sensoren zur Temperatur- und Widerstandsmessung zum Beispiel zum Erfassen von Vitalparametern beim Menschen oder auch elektronische Schaltungen für Steuerungen äußerst wirtschaftlich hergestellt werden. Wie Gimpel weiter informiert, seien am Markt derzeit vor allem beheizbare, leuchtende und elektrisch leitfähige technische Textilien „en vogue“, jedoch sei auch das Feld der Sensorik inzwischen „zunehmend in den Fokus gerückt“.
Eng verbunden mit textil-sensorischen Zusatzfunktionen ist das sogenannte „Structural Health Monitoring“. Diese Prüfmethode liefert kontinuierlich Aussagen zu Beanspruchung, Verschleiß und Schäden von Bauteilen etwa bei Brücken, in Flugzeugen, Autos oder Windkraftanlagen. Laut Dr. Christoph Monfeld, Bereichsleiter Life Science & Smart Textiles am Institut für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen sei mit zunehmender Erschließung von Leichtbaumaterialien wie Carbon-faserverstärktem Kunststoff (CFK) in vielen Branchen auch die lückenlose und effiziente Überprüfung der Bauteile selbst in den Mittelpunkt gerückt. „Alterung, Belastung und Funktionsfähigkeit von Faserverbundstoffen lassen sich durch textilintegrierte Sensoren sehr gut kontinuierlich überwachen“, so Monfeld. Zeitersparnisse bei Wartungsarbeiten, eine schnellere Schadenserfassung und rechtzeitige Auswechslung beschädigter Bauteile beispielsweise an Windkraftanlagen seien die Folge.
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