Technologie

AUGSBURG Innovationspark – Begriffserklärungen der Zukunftstechnologien

In der mehrteiligen Artikelserie von AGITANO, dem Wirtschaftsforum für den Mittelstand, wird das zukunftsweisende Projekt „AUGSBURG Innovationspark“ vorgestellt. Mit einem Investitionsvolumen von rund 500 Millionen Euro entsteht hier in den nächsten Jahren in der direkten Nachbarschaft zur Universität Augsburg ein „Sciencepark“, beziehungsweise „Engineering Campus“.

Als Nukleus fungiert dabei die Ansiedelung von zwei Fraunhofer-Forschungsinstituten und eines des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt. Zusätzlich entsteht das Technologiezentrum Augsburg, das als Schaltstelle für die Transmission des gewonnen Wissens in die Unternehmen fungiert. Im Verbund mit innovativen Unternehmen in den Bereichen Ressourceneffizienz, Mechatronik und Faservebundwerkstoffen (Carbon) soll sich aus dieser Forschungs- und Entwicklungslandschaft zum einen das „Bayerische Zentrum für Ressourceneffizienz“ entwickeln, sowie aufgrund der engen Verzahnung von Wissenschaft und Forschung mit der industriellen Produktion das „Carbon Valley im Lechtal“.

Der dritte Teil der Artikelserie geht zunächst auf die für den AUGSBURG Innovationspark relevanten Zukunftstechnologien ein und erklärt diese durch Begriffserklärungen und Hintergrundinformationen. Dies sind in erster Linie: Faserverbundwerkstoffe und Carbon, Mechatronik, Automatisierungstechnik, Prozesstechnik und hybride Werkstoffverbünde. (Begleitet wird die gesamte Artikelserie von zahlreichen Interviews mit beteiligten Persönlichkeiten aus Wissenschaft, Wirtschaft und Politik.)

1. Faserverbundwerkstoffe

Es gibt eine stetig steigende Anzahl bekannter Faserverbundwerkstoffe: Die bekanntesten sind CFK für Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff oder auch Carbon-faserverstärkter Kunststoff genannt (Carbon engl. für Kohlenstoff) sowie CFC (Kohlenstofffaserverstärkter Kohlenstoff), GFK (Glasfaserverstärkter Kunststoff) und CMC (Ceramic Matrix Composite). Der Carbon-faserverstärkte Kunststoff wird umgangssprachlich oftmals auch nur als „Carbon“ bezeichnet.

Obwohl sich die Faserverbundwerkstoffe in ihrer Zusammensetzung stark unterscheiden, sind sie sich von ihrem Aufbau her sehr ähnlich: Sie bestehen aus einem Matrixwerkstoff, in den ein anderes Material als Faserkomponente eingebunden ist. Als Matrixmaterial finden Kohlenstoff, Kunststoffe, Keramik, Metalle sowie Zement und Beton Anwendung. Die Faserkomponenten wiederum bestehen typischerweise aus Glas, Kohlenstoff, Polymeren oder Keramiken. Daneben kommen aber auch Bor, Stahl, Aramid oder Naturstoffe zum Einsatz. Dabei gilt, je dünner die Faser, desto fester der Verbundwerkstoff. Grundlage ist eine Entdeckung aus den 1920er Jahren, wonach Fasern in Faserrichtung eine vielfach höhere Festigkeit besitzen als dasselbe Material in einer anderen Form.
Dadurch können für die Faserverbundwerkstoffe die Eigenschaften von Faser- und Matrixmaterial so miteinander kombiniert werden, dass sie den ursprünglichen Werkstoffen in vielerlei Hinsicht überlegen sind: Sie sind leichter, schlagfester, besitzen eine bei deutlich geringerem Gewicht vergleichbare oder höhere Steifigkeiten und/oder Festigkeit sowie eine erhöhte Risszähigkeit. Die Entwicklung von immer neuen Fasern und Harzsystemen ermöglicht zudem stetig optimierte Eigenschaften und dadurch immer extremere Auslegungen.

Aufgrund der Kombination aus guten mechanischen Eigenschaften und geringem Gewicht finden die Faserverbundwerkstoffe überall dort Anwendung, wo hochanspruchsvolle Einsatzbedingungen vorherrschen: Ausgehend von der Luft- und Raumfahrt, über den Automobil- und Bootsbau, bis hin zu Brücken, Bauwerken, Textilien und Möbeln. Die Faserverbundwerkstoffe versprechen dabei eine erhöhte Sicherheit, aufgrund des geringeren Gewichts jedoch zugleich auch Einsparungen beim Energieverbrauch (Ressourceneffizienz).

Der bisherige Nachteil: CFK-Strukturen werden heute noch mit einem hohen Anteil an manuellen Prozessschritten gefertigt, was die Produktion teuer macht. Dies ist eines der Schlüsselfelder, an denen der AUGSBURG Innovationspark ansetzen wird, um automatisierte Produktionsverfahren für die industrielle Nutzung zu entwickeln. Zudem enthält der beim Schleifen von Faserverbundwerkstoffen entstehende Staub kleinste Filament-Partikel, die ähnlich der Asbest-Faser im Verdacht stehen, Krebs zu erregen. Daher ist bei derartigen Arbeiten immer ein Atemfilter und entsprechende Kleidung zu tragen. Der Staub muss gleichfalls ordnungsgemäß entsorgt werden.

Quellen:
http://www.akaflieg.uni-karlsruhe.de/pdfs/harzlehrgang.html
http://www.swiss-composite.ch/pdf/i-FVW-Einfuehrung.pdf
http://www.engineersparadise.com/de/ipar/18139

 

2. Mechatronik

Mechatronik ist eine interdisziplinäre Ingenieurswissenschaft. Sie ist eine systemtechnische Kombination von Mechanik, Elektronik und Informatik, in die weitere funktionell erforderliche Technologien integriert werden (Mess-, Regelungs- und Steuerungstechnik). Das Ziel von mechatronischen Systemen ist es, mechanische und elektronische Komponenten so mit einander zu verknüpfen, dass die Leistungsfähigkeit klassischer Systeme verbessert und vollständig neue Funktionen ermöglicht werden. Die Informationstechnologie (IT) ist hierbei ein immanenter Bestandteil, ohne die viele technische Systeme heute nicht so leistungsstark wären. Zwei Definitionen sind hier grundlegend. Im Kraftfahrtechnischen Taschenbuch heißt es: "Mechatronik ist eine Ingenieurwissenschaft, die die Funktionalität eines technischen Systems durch eine enge Verknüpfung mechanischer, elektronischer und datenverarbeitender Komponenten erzielt.“ Der Brockhaus definiert etwas umfassender: „Interdisziplinäres Gebiet der Ingenieurwissenschaften, das auf Maschinenbau, Elektrotechnik und Informatik aufbaut. Im Vordergrund steht die Ergänzung und Erweiterung mechanischer Systeme durch Sensoren und Mikrorechner zur Realisierung teil-intelligenter Produkte und Systeme.“ Beispiele: Automatisierte Getriebe, Roboter-Systeme, Werkzeugmaschinen-Module, Computer-Festplattenlaufwerke, Anti-Blockiersysteme, Elektronische Fahrzeug-Stabilitätsprogramme, Windkraftanlagen, Digitalkameras etc. Früher waren Autos beispielsweise überwiegend mechanisch. Heute findet bereits etwa 40 % der Wertschöpfung eines Oberklassefahrzeugs in der Elektronik und in der Software statt (elektronische Sicherheitssysteme, Assistenzsysteme, Airbag, Navigationssysteme etc.).

Quellen:
http://www.cluster-ma.de/startseite/index.html
http://www.mechatronik.uni-erlangen.de/
http://www.mechatronik-portal.de/
http://www.mechatronik-ev.de/
http://www.mechatronik.info/

 

3. Automatisierungstechnik

Die Automatisierungstechnik zielt darauf ab, dass Maschinen nahezu ausschließlich ohne die Hilfe von Menschen selbständig laufen können. Es wird somit immer der höchste Automatisierungsgrad angestrebt. Die Automatisierungstechnik entlastet dabei den Menschen bei komplizierten, gefährlichen oder körperlich anstrengenden Arbeiten, ermöglicht gleichzeitig die Verbesserung der Qualität der hergestellten Produkte, ein Vervielfachung des Outputs (industrielle Produktion), ein gleichbleibend hohes Qualitätsniveau sowie eine Senkung der Personalkosten. Dass die Automatisierungstechnik allerdings auch Arbeitsplätze schafft zeigt eindrücklich der Industrieroboterspezialist KUKA Robot Group mit Sitz in Augsburg.

Quellen
http://www.kuka-robotics.com/germany/de/company/
http://www.sps-magazin.de/

 

4. Prozesstechnik

Die Prozesstechnik befasst sich mit der technischen Durchführung von chemischen, physikalischen und biologischen Prozessen zur Stoffumwandlung. Dadurch sollen Stoffe zu gebrauchsfähigen Zwischen- und Endprodukten (z.B. Medikamente, Lebensmittel, Kunststoffe, Treibstoffe) umgewandelt werden. Dies trifft aber auch auf die Verwertung, Entsorgung und das Recycling zu.

Auf den AUGSBURG Innovationspark bezogen bedeutet letzterer Punkt: Carbonfaserbauteile enthalten sogenannte „graue Energie“, die bei einer energetischen Verwertung am Ende des Produktlebens verloren gehen würde. Das Recycling dieser Bauteile ist daher notwendig. Das bifa Umweltinstitut an der Universität Augsburg befasst sich seit vielen Jahren mit technischen, ökologischen und ökonomischen Fragestellungen des hochwertigen Materialrecyclings. Untersucht wird derzeit die Machbarkeit des CFK-Recyclings mittels eines pyrolytischen Verfahrens in der Müllpyrolyseanlage in Burgau. Dadurch sollen die Voraussetzungen für ein hochwertiges Recycling geschaffen werden.

Quellen
– http://www.region-a3.com/fileadmin/user_upload_a3/images/02_business/Innovationspark/Hearing_Dokumentation_neu_300_dpi.pdf
http://www.acuas.de/prozesstechnik.html

 

5. Hybride Werkstoffverbünde

Hybride Werkstoffverbünde entstehen durch eine Kombination verschiedener und artgleicher metallischer und nichtmetallischer Werkstoffe, wie beispielsweise Kunststoff-Metall-, Kunststoff-Kunststoff- und Aluminium-Stahl-Verbindungen. Es sind aber auch mechanische Verklammerungen mit Papier, Pappe, Holz, textilen Materialien, Gummi, Glas und Keramik möglich.

Quelle
– http://www.spva.de/fileadmin/SPVA/pdf/Patente/Sonstige/5788-Exposee_HybriderWerkstoff-de.pdf

 

 

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