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Quantensprung im Leichtbau

21.03.2013
ITA-Entdeckung wird erneut prämiert

Prof. Thomas Gries und Dr. Michael Glowania vom Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen wurden in Paris mit dem JEC Innovation Award prämiert. Sie erhielten den Preis für ihre Entdeckung, dass Pech-basierte Kohlenstofffasern, die in einer Wabenstruktur ausgerichtet sind, mit über 27 W/mK Wärmeleitfähigkeit Wärme so gut wie legierter Stahl leiten. Bereits im Januar 2013 wurde die Entdeckung mit dem ersten Preis des Hochschulwettbewerbs ZukunftErfindenNRW 2012 von NRW-Wissenschaftsministerin Svenja Schulze ausgezeichnet.

Die Erfindung ist so bahnbrechend, dass sie zu einem Umdenken in der Industrie führen könnte. Anstelle von Metall können zukünftig Bauteile mit niedriger Dichte und gleichzeitig hoher Wärmeleitfähigkeit aus Kohlenstofffasern und Polymeren hergestellt werden. Kunststofffasern sind erheblich leichter als Metall, dadurch werden große Mengen an Energie eingespart. Dies wirkt sich auf alle führenden Industriezweige und -branchen wie Automobil, Luft- und Raumfahrt und Maschinenbau aus: Hohe Einsparungen im Energiebereich und ein verantwortungsvoller Umgang mit der Energie sind richtungsweisend im Marktgefüge und können zu einem entscheidenden Wettbewerbsvorteil weltweit führen.

Weitere Vorteile und Einsatzgebiete
Der neue Werkstoff ist je nach Matrix auch über 180 Grad Celsius temperaturbeständig. Seine optimalen Einsatzgebiete liegen dort, wo es auf Leichtbauweise und hohe Wärmeleitfähigkeit ankommt. Das Leichtbau-Composite wiegt weniger als Aluminium und ist ideal für den Flugzeug- und Fahrzeugbau geeignet, z. B. für die Kühlkörper von Akkus für Elektromobile oder für Hubschrauberleitwerke.
ITA entdeckt neuartigen Leichtbauansatz für die Industrie
Prof. Gries und Dr. Glowania haben eine wärmeleitfähige Sandwich-Leichtbaustruktur aus Carbonfasern entwickelt. Die hohe Wärmeleitfähigkeit der in eine Richtung ausgerichteten, nicht-metallischen Fasern wird durch den Einsatz von Pech-basierten Kohlenstofffasern erzielt. Die Verarbeitung der Fasern ist sehr anspruchsvoll, da die Fasern mit einem Elastizitätsmodul von 950 GigaPascal extrem spröde sind.

Dass Pech-basierte Kohlenstofffasern, die in eine Richtung ausgerichtet sind, Wärme doppelt so gut leiten wie Kupfer – einem der besten Wärmeleiter überhaupt – ist bereits bekannt. Bisher konnten diese Fasern kaum verarbeitet werden, da sie sehr schnell brachen und dann nicht mehr eingesetzt werden konnten. Dr. Glowania und Prof. Gries lösten dieses Problem durch eine Kombination aus drei Themen:

1. Die Erweiterung der Verarbeitung der ultrahochmodulen Kohlenstofffasern;
2. Die gezielte Ausrichtung der Fasern im Bauteil in Dickenrichtung und damit eine gerichtete Wärmeleitung, die Kosten spart und mehr Effizienz bietet;

3. Die Modifikation der isolierenden polymeren Matrix, in der die Kohlenstofffasern eingebettet sind und damit eine höhere Wärmeleitung.

Prof. Gries und Dr. Glowania erläutern: „Wir freuen uns sehr, dass unsere Entwicklung durch den JEC-Award international gewürdigt wird. Wenn unser neuer Leichtbauansatz weltweit Berücksichtigung findet, schaffen wir einen Wettbewerbsvorteil für die Industrie und kommen gleichzeitig einen wesentlichen Schritt in der Energieeinsparung voran.“

Hintergrundinformationen:
Der JEC Innovation Award wird einmal jährlich auf der JEC Show in Paris vergeben und gehört zum JEC Innovation Program. Seit 1998 hat sich dieses zum Ziel gesetzt, die innovativsten Faserverbundlösungen weltweit zu identifizieren, voranzubringen und auszuzeichnen; Firmen zu ermutigen, gemeinsam mit Partnern innovative Lösungen zu entwickeln und insgesamt zum Fortschritt der Composite-Industrie beizutragen.
Über das Institut für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen University
Die Kernkompetenzen des Instituts für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen University liegen in der Entwicklung von Textilmaschinen und -komponenten, neuen Werkstoffen und neuen Verfahren zur Herstellung von Textilien. Durch die Eröffnung des Centers of High Performance Fibre Materials im Dezember 2012 ermöglicht das ITA klein- und mittelständischen Unternehmen (KMU) direkten Zugang zu wissenschaftlicher Forschung speziell im Bereich von Hochmodulfasern und Composites.

Für Industrieunternehmen bietet das ITA Weiterbildung und Seminare sowie Forschungsdienstleistungen gemeinsam mit der Partnerfirma 3T GmbH an. Daneben bildet das ITA Studierende verschiedener Fachrichtungen in Textiltechnik aus und ermöglicht die Promotion zum Dr.-Ing.

Thomas von Salzen | idw
Weitere Informationen:
http://www.ita.rwth-aachen.de

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