Aachen: Textiltechniker arbeiten mit einzigartiger Maschine: Stoff für ein neues Kapitel

Aachen: Textiltechniker arbeiten mit einzigartiger Maschine: Stoff für ein neues Kapitel

Aachen hatte eine lange Tradition als Stadt der Tuche. Nun wird mit anderen Akzenten an diese Geschichte angeknüpft. Die Textiltechniker der RWTH sorgen dafür.

Faser für Faser entsteht das Gewebe. Und ein Stück Zukunft. Wenn die Carbonfasern aus vier Richtungen zusammenkommen und sich ein Muster abzeichnet, dann wird ganz automatisch auch der Blick der Industrie auf die Aachener Webmaschine gelenkt. Und Aachens Geschichte als Tuch- und Textilstadt wird in diesem Moment wieder präsent — und in ein neues Gewand gehüllt, auch wenn sich Carbonfasern kaum für Kleidung eignen.

Den Durchblick behalten: ITA-Mitarbeiterin Natalia Castro begutachtet die Carbonfasern, die hier verarbeitet werden. Foto: Andreas Steindl, Harald Krömer

Die Webmaschine ist eine Maßanfertigung der Lindauer Dornier GmbH für das Institut für Textiltechnik. Es gibt keine zweite, die derart mit Carbonfasern arbeiten kann. Und diese eine steht im Aachener Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen (ITA). 1,90 Meter Webbreite hat sie, 150 bis 200 sogenannte Schusseinträge sind pro Minute möglich. Sie heißt Open Reed Webmaschine. Und ITA-Mitarbeiter Marcel Haeske hat jeden einzelnen im Blick.

Den Durchblick behalten: ITA-Mitarbeiterin Natalia Castro begutachtet die Carbonfasern, die hier verarbeitet werden. Foto: Andreas Steindl, Harald Krömer

Wie bei verzierten Gardinen

Mit jedem Produktionsschritt werden die Carbonfasern dunkler: ITA-Mitarbeiter Wilhelm Steinmann kennt den Unterschied. Foto: Andreas Steindl, Harald Krömer

Das Besondere dieser einzigartigen Webmaschine ist recht simpel. Zwei Fäden bilden im rechten Winkel ein Basisgewebe. Zwei zusätzliche Fäden werden in verschiedenen Mustern in dieses Basisgewebe integriert. Das Verfahren ist bekannt — als Stickweben zur Herstellung von verzierten Gardinen. Aber eben nicht mit Carbonfasern. Verzierten Gardinen mag der Staub der Vergangenheit anhängen, doch hier geht es um die Zukunft.

Musterbeispiel: Marcel Haeske vom Institut für Textiltechnik kontrolliert die Arbeit der Webmaschine. Foto: Andreas Steindl, Harald Krömer

Dieses Carbon! Es ist in der Industrie ein ganz großes Thema. Es ist ebenso fest wie Stahl und dabei enorm leicht, wiegt nur ein Viertel eines vergleichbaren Stahlstückes. Mit Kunststoff verbunden steht Carbon für Leichtbau, also für leichte Bauteile, die Flugzeuge und Autos unter anderem Kerosin und Benzin einsparen lassen oder Elektroautomobilen mit ihren schweren Batterien die notwendige Leichtigkeit geben. In dem Elektroauto BMW i3 — BMW ist nach eigener Aussage der erste Automobilhersteller, der mit Carbon in Großserie produziert — werden laut Hersteller bis zu 150 Kilogramm carbonfaserverstärkte Kunststoffe verarbeitet.

Da macht es einen Unterschied, ob ein Kilogramm Carbonfasern rund 25 Euro oder nur noch 12 bis 14 Euro kostet. Letzteres ist das Ziel. Und wenn dann noch Verschnitt entsteht, also teuer produzierte Carbonfasern am Ende in den Müll wandern, weil sie nicht entsprechend weiterverarbeitet werden können, dann kommt das den Hersteller ganz schön teuer zu stehen. Deswegen das Muster, das Marcel Haeske gerade prüft.

Das kann sich keiner leisten

Denn das, was nach einem Muster aussieht, ist natürlich alles andere als das. Oder: viel mehr als das! Es geht darum, in bestimmten Abschnitten eines Carbongewebes Verstärkungen zu schaffen. Bisher ist es nämlich so, dass mehrere Lagen gefertigt und miteinander verklebt werden müssen, wenn ein Carbonbauteil an einzelnen Stellen kräftiger sein muss.

Etwa rund um ein Loch, das im Nachhinein gestanzt wird. Das Resultat ist der erwähnte Verschnitt. Und den kann sich die Branche nicht leisten. „Dafür ist Carbon zu teuer“, betont Haeske. Deswegen schauen Automobilbauer und Flugzeughersteller bei diesem öffentlich geförderten Forschungsprojekt bei jedem Versuch genau hin. Noch anderthalb Jahre wird es mit dieser Webmaschine laufen. Und die Industrie schaut auch noch ein paar Meter weiter, denn dort gibt es eine Anlage, die es möglich macht, das Carbon, das an der Webmaschine verarbeitet wird, überhaupt erst zu produzieren. Aber dazu später mehr.

Mit der Webmaschine des ITA kann Marcel Haeske herausfinden, welches Muster am Ende die ideale Verstärkung eines Gewebes liefert. Dieses Testen kann sich ein Carbonhersteller im Wettstreit auf den internationalen Märkten nicht leisten. Deswegen stellt sich der ITA-Mitarbeiter für die Industrie die entscheidenden Fragen: Wie muss ich die Fäden einbringen, um das ideale Muster als beste Verstärkung zu bekommen? Der nächste Schuss folgt. Das Muster gewinnt Gestalt.

Das ITA steht nicht nur mit der Carbon-Webmaschine gleichermaßen für Innovation wie Tradition. Es ist in diesem Jahr 80 geworden. 1934 wurde es als Lehrstuhl gegründet, am 13. November 1934 hielt der erste Leiter, Max Matthes, die erste Vorlesung. Damals war Aachen noch eine Stadt der Tuchwerke. Das ist Geschichte. 80 Jahre später leitet Thomas Gries das ITA, ein interdisziplinär agierendes Vorzeigeinstitut der RWTH mit mehr als 300 Mitarbeitern. Sie erforschen den Einbau von Carbonfasern in Autos und Flugzeugen, sind Experten für textilbewährten Beton und textile Fasern in der Medizin, etwa für Stents und Herzklappen. Es gibt zig Branchen, die auf diese Fortschritte bauen, und das Aachener Institut hat sich weltweit einen beachtlichen Ruf erarbeitet. Auch in Sachen moderner Kleidung wird am ITA geforscht.

Dadurch wird auch ein Stück Tradition in Aachen wieder lebendig. Denn über Jahrzehnte prägte die Textilindustrie die Stadt. In Hochzeiten gab es mehr als 100 Textilfirmen, arbeiteten 12 000 Menschen in dieser Branche. Seit dem Aus der Firma Becker in Brand ist keine einzige mehr geblieben. Die Betriebe haben allesamt dichtgemacht. Doch mit den Forschungsergebnissen und Entwicklungen des ITA, auch des benachbarten Wollforschungsinstituts, wird Aachen wieder zu einer Textilstadt. Wenn auch in einer anderen Dimension.

Die Halle, in der die Webmaschinen stehen, wurde mit Lichtbeton gebaut; auch eine Entwicklung der Aachener Textiltechniker. Center für High Performance Fiber Materials heißt sie. Dort werden sie auch hergestellt, die Carbonfasern. Die sogenannte Multi-Skalen-Anlage, mit der dies geschieht, ist die weltweit erste ihrer Art und sieht aus, als stamme sie direkt aus dem Raumschiff „Enterprise“. Mit den alten Webstühlen und all den anderen Maschinen, auf denen die Tuchindustrie in Aachen fußte, hat das alles nichts mehr zu tun.

Erst weiß, dann heiß

„Das Institut für Textiltechnik ist ein Testlabor für die Industrie“, erklärt ITA-Mitarbeiter Wilhelm Steinmann. Das Wort Labor trifft es mit Blick auf die Multi-Skalen-Anlage sehr gut. Denn am Anfang der Produktion einer Carbonfaser liegt ein Häufchen Polyacrylnitril, ein Pulver, das in einem Lösungsmittel flüssig wird. Flüssig wird es dann zu Fasern gezogen, dünner als ein menschliches Haar und doch aus 3000 einzelnen fadenförmigen Verbindungen bestehend, den sogenannten Filamenten.

Die Fasern, anfangs ganz weiß, kommen in den Ofen. Erst bei 200 bis 280 Grad, später noch einmal bei bis zu 1500 Grad. Dabei werden sie immer dunkler, bis sie ganz schwarz sind.

Es ist noch nicht lange her, da haben die Carbonhersteller den Markt problemlos bedienen können. Es ging in erster Linie um Flugzeuge, so viele werden im Jahr nicht gebaut. Doch nun haben die Automobilisten das Thema für sich entdeckt. „Die Nachfrage wird immer größer“, berichtet Steinmann. Neben Bauteilen für den Airbus A350 sollen nun auch Teile des genannten BMW i3 oder des sportlichen i8 und anderer Autos in Leichtbauweise hergestellt werden. Und bei den Automobilherstellern ist der Preisdruck weit größer als bei den wenigen Flugzeugbauern. Die bloßen Carbonfaserpreise sind das eine. Die daraus gefertigten carbonverstärkten Kunststoffe (CFK) sind das andere. Die Fertigungskosten sind für CFK deutlich höher als die reinen Faserpreise. Und für einen i3 werden genannte 150 Kilogramm benötigt. „Das ist ein ganz entscheidender Punkt“, erklärt ITA-Mitarbeiter Steinmann.

Viel Geld verdienen

Also: Mit der Herstellung von Carbonfasern und carbonverstärkten Kunststoffen lässt sich viel Geld verdienen, und neue Hersteller wollen mitmischen. Noch dominieren japanische Hersteller den Weltmarkt. Aber deutsche Firmen sind auf dem Vormarsch.

Neben den Textilherstellern können Maschinenbauer mit Anlagen für die Carbon-Produktion ein Vermögen machen. Auch sie suchen das Know-how des ITA, denn es zählt nicht zum erwartbaren Wissen der Maschinenbauer, wie eine Carbonfaser idealerweise hergestellt wird. Aber die Aachener, die wissen zweifelsohne Bescheid.

Der Clou der Aachener Anlage: Sie kann schon exemplarisch mit ganz kleinen Mengen arbeiten. Schon zehn Gramm aus einem Reagenzglas reichen, um daraus eine Faser herzustellen — und zu schauen, wie sich diese Produktion optimieren lässt. „Mit dieser Anlage können wir den Firmen zeigen, wie es geht“, erklärt Steinmann. In kleinen wie großen Mengen lassen sich Prototypen herstellen.

Zu sehen gibt es dabei nicht viel. Die Ofentüren sind zu, während im Innern die Temperatur auf die genannten 1500 Grad ansteigt. Das Ergebnis ist zwar buchstäblich glänzend, fühlt sich aber noch lange nicht so an, als könnten Autos damit gebaut werden. Und die Produktion ist noch nicht abgeschlossen. „Wir sind bereits schneller und effizienter geworden. Aber noch längst nicht schnell und effizient genug“, sagt Wilhelm Steinmann. Die Arbeit geht weiter, und auf der Webmaschine nimmt ein neues Muster Gestalt an.

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