Übergeordnetes Ziel des Vorhabens ist daher die Entwicklung einer neuartigen kreislaufgerechten Kunststoffbauweise und der zugehörigen skalierungsfähigen Prozesstechnologie auf Basis des Spritzgießens zur effizienten Großserienfertigung von thermoplastischen Zellrahmen für die alkalische Wasserelektrolyse. Die zu entwickelnden innovativen Komponenten sollen sowohl ökologisch als auch ökonomisch nachhaltig sein und zur Produktion von grünem Wasserstoff beitragen. Zur Erreichung der im Vorhaben ProEly gesetzten Zielstellung kooperiert ein breit aufgestelltes Konsortium aus Forschungseinrichtungen (Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW), Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik der TU Dresden) und Partnerunternehmen (ElringKlinger AG, AUMO GmbH, Symate GmbH, MOCOM Compounds GmbH & Co. KG). Das Interesse an einer industriellen Umsetzung der neuen Technologie wird durch Beteiligung des Elektrolyseurherstellers Stargate als assoziierter Partner unterstrichen.

Im Zuge der Hochskalierung der Wasserstofferzeugung werden die Vorteile von Kunststoffzellrahmen mehr als deutlich: Neben der endkonturnahen Fertigung ergeben sich weitere Vorteile im Bereich Zykluszeit, Gewicht, Funktionsintegration sowie der kreislaufgerechten Herstellung. Für den Einsatz in alkalischen Elektrolyseuren werden Hochleistungsthermoplaste mit ausreichender Widerstandsfähigkeit gegen das basische Elektrolyt benötigt. Um den Materialbedarf dieser kostenintensiven Thermoplaste auf ein Minimum zu reduzieren, wird ein bei ElringKlinger entwickelter Zwei-Komponenten-Ansatz verfolgt. Dieser erlaubt es, den Hochleistungsthermoplast nur an den medienführenden Bereichen einzusetzen. Der strukturelle Teil des Zellrahmens, der einem Betriebsdruck von über 30 bar standhalten muss, wird hingegen mit einem kostengünstigen Standardkunststoff gefertigt. Die offenen konstruktiven und fertigungsspezifischen Fragestellungen in Abhängigkeit der Materialpaarungen zusammen mit der Entwicklung geeigneter Elastomermaterialien und Dichtungskonzepte sind Gegenstand des Vorhabens. Durch innovative Verfahren soll zukünftig eine automatisierte Fertigung im Großserienmaßstab inklusive einer digitalen, KI-basierten Qualitätssicherung ermöglicht werden. Mit den entwickelten Lösungen wird beim Projektpartner ZSW ein Elektrolyse-Stack als Proof-of-Concept aufgebaut und im Druckbetrieb getestet. Der Nachweis einer ressourceneffizienten Kreislauffähigkeit fördert Nachhaltigkeit und Resilienz der Technologie. Das Projekt „ProEly“ trägt so wesentlich zur Transformation des Energiesektors bei.

Die Förderung erstreckt sich über den Zeitraum vom 01.08.2025 bis zum 31.07.2028, die Fördersumme beträgt 3,6 Mio Euro. Das Konsortium dankt dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) sowie dem Projektträger Jülich (PtJ) herzlich für die Förderung des Projekts im Rahmen des 8. Energieforschungsprogramms.

Um dieses Thema auch für jene nachvollziehbar zu machen, die sich nicht täglich damit befassen, verwandelte sich am 31. August 2024 die Evangelisch-Lutherische Kirchgemeinde Limbach-Kändler in einen Ort des wissenschaftlichen Austauschs und der Inspiration. Unter dem Titel "Leichtbau – ein Diätplan für Schwergewichte der Technik" präsentierte Prof. Dr.-Ing. Niels Modler, Professor für Funktionsintegrativen Leichtbau und Vorstandsmitglied des ILK, den Gäst:innen fundierte Einblicke in die Welt des modernen Leichtbaus. Die Veranstaltung ist Teil der Initiative „Heimspiel Wissenschaft“ und bringt Wissenschaftler:innen zurück in ihre Heimatorte, um über ihre Forschung zu berichten und darüber, wie ihre Arbeit das tägliche Leben beeinflusst. Gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), hat sich die Veranstaltungsreihe zum Ziel gesetzt, den Zugang zu wissenschaftlicher Bildung und Forschung zu erleichtern, wodurch gleichzeitig das Verständnis für wichtige Zukunftsthemen gefördert werden.

In seinem Vortrag betonte Prof. Dr.-Ing. Modler, wie der Leichtbau durch den Einsatz innovativer Materialien und intelligenter Recyclingprozesse einen wesentlichen Beitrag zur Reduzierung des ökologischen Fußabdrucks leisten kann. Der Abend bot eine Plattform für lebhafte Diskussionen und den Austausch zwischen Wissenschaft und Gesellschaft. Die Gäst:innen hatten die Möglichkeit, Wissenschaft hautnah und zum Anfassen zu erleben, Fragen zu stellen und sich aktiv in die Gespräche einzubringen.

Durch Veranstaltungen wie diese kann das Verständnis für die Notwendigkeit und die Chancen des Strukturwandels gefördert und das Interesse an wissenschaftlichen Themen geweckt werden. Der Abend hat deutlich gemacht, dass der Leichtbau weit mehr ist als nur eine technische Disziplin – er ist ein „Diätplan“ für unsere Zukunft, der uns zeigt, wie wir mit weniger mehr erreichen können. Indem wir Gewicht sparen, schaffen wir Raum für Innovationen und neue Möglichkeiten, auch in Regionen, die sich im Wandel befinden. Der Abend in Limbach-Kändler hat gezeigt, dass dies kein ferner Traum, sondern greifbare Realität ist.

Über Prof. Dr.-Ing Niels Modler

Prof. Dr.-Ing. Niels Modler, Vorstandsmitglied des ILK, wurde im Süden von Dresden geboren und ist dort aufgewachsen. Sein Studium der Elektrotechnik/Feinwerktechnik/Biomedizinischen Gerätetechnik absolvierte er in Freital sowie an der TU Dresden. Nach einer sechsjährigen Industrietätigkeit in der Medizintechnik wechselte er 1999 zum Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik. Seit 2013 ist Prof. Dr.-Ing. Modler Inhaber der Professur für Funktionsintegrativen Leichtbau sowie Geschäftsführer des DFG-Sonderforschungsbereichs SFB 639 "Textilverstärkte Verbundkomponenten für funktionsintegrierte Mischbauweisen bei komplexten Leichtbauanwendungen", Dresdner Standortsprecher des DFG-Sonderbereichs/Transregio sowie für die Koordination des Aufbaus eines Forschungszentrums für Kreislaufwirtschaft als Beitrag für den Strukturwandel in der sächsischen Lausitz (CircEcon) zuständig. Er lebt gegenwärtig in Kändler (Limbach-Oberfrohna).

Am 18.03., dem ersten Tag der 1. Nationalen Kompetenzschau, hatten circa 150 sächsische Schüler:innen die Möglichkeit, hautnah zu erleben, wie entscheidend der Leichtbau für eine nachhaltige Zukunft ist. Im Dresdner LEIV, dem Nationalen Leichtbau-Validierungszentrum, präsentierten Expert:innen aus Industrie und Wissenschaft in vier Technologiebereichen, wie der Leichtbau zur Gestaltung einer funktionierenden Kreislaufwirtschaft beiträgt. Durch spannende Experimente und interaktive Workshops konnten die Schüler:innen nicht nur theoretisches Wissen auf praktische Weise anwenden, sondern auch ein tieferes Verständnis für die Zusammenhänge beim nachhaltigen Wirtschaften entwickeln.
Die Veranstaltung strebt an, eine Brücke zwischen Industrie und Bildung zu schlagen und wurde sowohl von Schüler:innen als auch von Lehrkräften und Industrieexpert:innen gleichermaßen enthusiastisch aufgenommen. Die hohe Nachfrage der Schulen unterstreicht das Interesse der jungen Generation an beruflichen Perspektiven im Maschinenwesen, insbesondere im Bereich des Leichtbaus. Dem ILK ist es eine große Freude, auf diesem besonderen Weg die Nachwuchsförderung voranzutreiben und den Schüler:innen eine inspirierende und lehrreiche Erfahrung zu bieten.

Der zweite Tag des „KREISLAUF.LEICHTBAU.ERLEBEN.“-Events stand ganz im Zeichen des Austauschs und Netzwerkens mit Vertreter:innen aus Industrie, Politik und Gesellschaft. In der einzigartigen Atmosphäre des LEIV bot sich den über 250 Teilnehmenden die Möglichkeit, neueste Technologietrends in den Bereichen Leichtbau und Kreislaufwirtschaft in einem neuen Format kennenzulernen und innovative Impulse für zukünftige Entwicklungen hautnah zu erleben. Sowohl geführte Rundgänge durch das LEIV mit zahlreichen interaktiven Live-Vorführungen als auch der direkte Austausch zwischen den Teilnehmenden sorgten für eine besondere Dynamik und einen regen Wissenstransfer. Abgerundet wurde die Veranstaltung durch den Runden Tisch „Life Cycle Assessment“ der Forschungsplattform FOREL.

Im Fokus der Veranstaltung standen insbesondere Lösungen zur Steigerung der Ressourceneffizienz in Prozessketten des Leichtbaus sowie Methoden zur ganzheitlichen Betrachtung des Produktlebenszyklus. Beide Ansätze liefern einen wesentlichen Beitrag zur Transformation hin zu einer funktionierenden Kreislaufwirtschaft und damit einer nachhaltigen Zukunft. Zahlreiche Demonstratoren und Expert:innen sowie Live-Vorführungen von Produktionsanlagen zur Metall- und Kunststoffverarbeitung ließen die Inhalte im LEIV lebendig werden. Darüber hinaus bot die Sächsische Agentur für Strukturentwicklung GmbH mit ihrer Posterausstellung Expo Circular einen Blick in aktuelle Forschungsthemen und damit die Zukunft des zirkulären Wirtschaftens. Neben diesen technologischen Themen wurden außerdem die Potentiale der Digitalisierung zur Entlastung von Arbeitnehmer:innen in den Blick genommen, die im Forschungsvorhaben KORESIL gemeinsam mit Partnern der TUBAF Freiberg, TU Dortmund, TU München und Universität Paderborn entwickelt wurden. Cobot-Lösungen, innovative digitale Formate für die Ausbildung und Augmented-Reality-Anwendungen für die Produktion und Kollaboration konnten von den Teilnehmenden eigenhändig getestet werden. Derartige digitale Lösungen besitzen ein enormes Potential, dem Fachkräftemangel zu begegnen und werden entsprechend Teil des Leichtbaus der Zukunft sein.

Das ILK zieht eine äußerst positive Bilanz der Veranstaltung und betrachtet diese als einen bedeutenden Meilenstein in der Förderung von Innovation und Nachwuchstalenten im Bereich des Leichtbaus. Das ILK bedankt sich bei allen Ausstellenden und Besuchenden für Ihren Beitrag zum Gelingen der Veranstaltung!

Aktuelle Theaterplastiken, insbesondere solche mit großen Abmessungen und hoher Komplexität, verursachen erhebliche Mengen an nicht recycelbaren Abfällen, hauptsächlich in Form von Styropor. Mit Hilfe des Forschungsprojektes „GreTA“ soll in Zukunft darauf verzichtet werden können, indem auf das Liquid Deposition Modeling (LDM) als geeignetes Verfahren für den 3D-Druck von biobasierten Materialien gesetzt wird.

Materialtests mit Agar-Agar, Carrageen und Glutinleim

Während des Forschungsprojektes wurden bereits umfangreiche Materialuntersuchungen durchgeführt, um geeignete naturstoffbasierte Materialien für das 3D-Druckverfahren zu identifizieren. Anstelle von herkömmlichen thermoplastischen Kunststoffen kommt eine plastische Masse zum Einsatz, die recycelbar, stabil, leicht und kostengünstig sein muss. So wurden bereits verschiedene Bindemittel, wie Agar-Agar, Carrageen und Zellleim, für den Einsatz im LDM-Verfahren getestet, jedoch führten diese oft zu langen Trocknungszeiten, starker Schrumpfung und geringer Haftung. Die Lösung fand sich in Glutinleim, der bei Raumtemperatur zu einem stabilen Thermoplast-Elastomer aushärtet. Eine gleichmäßige Schrumpfung wird bereits bei der Erstellung des 3D-Modells berücksichtigt. In Kombination mit geeigneten Füllstoffen und Additiven wird es zu einer schlagzähen Masse, die vollständig kompostierbar und recyclingfähig ist.

Erfolgreicher Praxistest auf der Felsenbühne Rathen

Die entwickelte Technologie wurde bereits erfolgreich in der Praxis getestet. Im Rahmen des Projekts wurden mit der entwickelten Materialrezeptur aus Wasser, Glycerin, Korkmehl und Glutinleim zwei originalgroße "Schweinehälften" für die Oper "Der Freischütz" im LDM-Verfahren geschaffen. Das perfekte Modell konnte dazu im „Vorwerk Podemus Hof“ mittels mobiler Scantechnologie aufgenommen und digitalisiert werden. Anschließend wurde eine in Bezug auf Druckzeit, Oberfläche, Stabilität sowie Trocknungs- und Schrumpfverhalten optimierte Füllstruktur für den Spiralvasenmodus konstruiert. Etwa eine Woche musste das fünfteilige Modell lufttrocknen, bevor es zusammengebaut und verklebt werden konnte. Für eine täuschend echte Bemalung und bühnentaugliche Finalisierung sorgten die Mitarbeiter*innen der Landesbühnen Sachsen.

Prof. Ulrich Eißner von der HfBK betont: „Die Herstellung der ‚Freischütz-Schweinehälften‘ für die Felsenbühne Rathen hat uns als Forschungsteam zunächst mit Stolz und Freude erfüllt. War es doch die allererste theaterpraktische Anwendung unseres entwickelten 3D-Druckverfahrens überhaupt. Und sie funktioniert, auch wenn noch nicht alles perfekt ist. Die Verwendung recycle- und kompostierbarer Materialien stellt nicht nur eine wegweisende Verbesserung der 3D-Drucktechnologie dar, sondern öffnet auch die Tür zu neuen kreativen Horizonten für Bühnenbildner und Künstler. Der Fokus auf Nachhaltigkeit in Verbindung mit modernster Technologie zeigt, dass Kunst und Umweltbewusstsein Hand in Hand gehen können.“

Das Projekt „GreTA“ wird mitfinanziert mit Steuermitteln auf der Grundlage des vom Sächsischen Landtag beschlossenen Haushaltes.

*GreTA – Generative Herstellung von recyclingfähigen Grundstrukturen für die Theaterplastik aus naturbasierten Ausgangsstoffen.

Informationen und Rückfragen an: Prof. Niels Modler (niels.modler@tu-dresden.de), Johanna Maier (johanna.maier@tu-dresden.de), Leopold Dietrich (dietrich@hfbk-dresden.de), Prof. Ulrich Eißner (eissner@hfbk-dresden.de), Carl Ahner (ahner@hfbk-dresden.de)

Bei Flugmanövern entstehen infolge von Lageänderungen des rotierenden Triebwerks gyroskopische Kräfte, welche der Lageänderung entgegenwirken. Dadurch bilden sich in der Power Gearbox Zwangskräfte, die zu erhöhten Spannungen in den Verzahnungen führen und gegebenenfalls deren Lebensdauer reduzieren. Die Faser-Kunststoff-Verbunde mit ihren richtungsabhängigen und einstellbaren Eigenschaften erlauben es, Antriebskomponenten zu gestalten, die bei einer hohen Torsionsfestigkeit zugleich biegeweich bleiben. Dank dieser Eigenschaftskombination können die Belastungen im Triebwerksinneren deutlich verringert und die Lebensdauer der Power Gearbox verlängert werden.

Im ToKoKo-Projekt wird der Einsatz von Faser-Kunststoff-Verbunden in diesem Sinne konkret an den Bauteilen Fan-Welle, Sonnenwelle sowie Hohlradhalterung untersucht und zwar auf der gesamten Entwicklungsprozesskette, von der Spezifikation der Anforderungen über die Entwürfe bis zur Fertigung. Das Vorhaben wird im Rahmen des sechsten Luftfahrtforschungsprogramms (LuFo-VI) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie gefördert und ist zunächst für die Laufzeit von drei Jahren angesetzt.