Pioniere der Leichtbauwelt – Maximilian Scherff „Sandwichlösungen aus Blech sind leicht und nachhaltig.“

Pioniere der Leichtbauwelt – Maximilian Scherff „Sandwichlösungen aus Blech sind leicht und nachhaltig.“

Ursprünglich für Photovoltaik-Module entwickelt besitzt die patentierte Erfindung „Necto“ eine Reihe besonderer Eigenschaften für den blechbasierten Leichtbau. Was konstruktiv hinter der Matrix für PV-Module steckt und wie man diese Idee zur Gewichtsoptimierung flächiger oder gewölbter Bauteile nachhaltig auch in vielen anderen Anwendungen einsetzen kann, offenbarte uns Dr. Ing. Maximilian Scherff, einer der drei Gründer von Matrix-Module.

Bild oben: Dr. Ing. Maximilian Scherff (Quelle: Matrix-Module)

Die Necto-Struktur macht Solarzellen leichter und kühlt sie gleichzeitig – Funktionsintegration in der Photovoltaik (Quelle: Matrix-Module)

Auch wenn Leichtbau per se eine klimaschonende Denkweise ist, sieht man sich auch bei leichten Bauteilen den allgegenwärtigen Herausforderungen Nachhaltigkeit und Klimaschutz gegenüber. Lange galt die Hybridisierung von Werkstoffen als der Trend im Leichtbau, aber sie erschwert das Recycling. Neben der zunehmenden Anzahl hybrider Bauteile gibt es deshalb einen weiteren Trend: Monomaterial, das sich mit ein wenig Modifikation als stabile Sandwichstruktur für den Leichtbau einsetzen lässt. Necto ist hier ein gutes Beispiel für eine kreative und einfach umzusetzende Idee, mit relativ einfachen Mitteln viel CO2 einzusparen.

Der Name spiegelt die Anordnung der einzelnen Strukturelemente im Sandwichkern wider. Bei Photovoltaik (PV)-Modulen, für die die Erfindung ursprünglich gedacht ist, sind diese Strukturelemente in einer Matrix angeordnet, weshalb die Module in der Photovoltaik weiterhin als Matrix-Modul bezeichnet werden. Für alle Anwendungen im Leichtbau nennt das Start-up Matrix-Module die Technologie „Necto“. Der Begriff kommt aus dem Lateinischen und heißt soviel wie verknüpfen, verflechten, anknüpfen, anfügen, verbinden.

Im Leichtbau sind branchen- und werkstoffübergreifende Impulse und neue Inspirationen für kreative, technologische Lösungen äußerst wertvoll. In der Serie „Pioniere der Leichtbauwelt“ kommen deshalb Gründer und Start-ups zu Wort. Hier haben sie die Möglichkeit, ihre Technologie, ihre Ideen und Visionen vorzustellen. Wenn sich so neue Partnerschaften über Unternehmens- und Branchengrenzen hinweg ergeben, dann haben wir bei Leichtbau(welt) unser Ziel erreicht: Inspiration für ihren Fortschritt.

Leichtbauwelt: Was hat das Matrix-Modul mit Leichtbau zu tun?

Maximilian Scherff: Mit der Necto-Technologie lassen sich sehr einfach stabile Metall-Sandwichpaneele herstellen, die beispielsweise bisher einlagig gebaute Bauteile ersetzen und so Gewicht einsparen. Die Paneele können ebene oder gekrümmte Oberflächen aufweisen und über die Bauteilfläche in der Sandwichdicke variieren. Dadurch kann das Sandwich an das Belastungsprofil oder etwaige Designvorgaben angepasst werden.  Necto-Paneele können nicht nur sortenrein, sondern auch als Hybridbauteile zum Beispiel mit faserverstärkten Werkstoffen gefertigt und eingesetzt werden. Außerdem ist Necto hervorragend für Funktionsintegration geeignet und kann mit vielen unterschiedlichen Fügetechniken erstellt und verarbeitet werden.

Leichtbauwelt: Könnten Sie uns das Necto-Prinzip in wenigen Sätzen erklären?

Maximilian Scherff: Mit der Necto-Technologie ist es sehr einfach aus Metallblechen stabile Sandwichelemente herzustellen. Für die Necto-Elemente sind nur zwei Bauteile erforderlich. Das Necto-Blech, das mit handelsüblichen Stanzprozessen erstellt wird. Es bildet eine der beiden Sandwichebenen und liefert zugleich die Elemente des Sandwichkerns. Dazu kommt eine weitere Platte, die mit dem Necto-Blech an vielen dieser Kernelemente verbunden wird.

Die Necto-Strukturen sind dem bionischen Vorbild eines Knochens nachempfunden. (Quelle: Matrix-Module)
Die ausgeprägten Elemente des Necto-Blechs können unterschiedliche Geometrien annehmen. (Quelle: Matrix-Module)

Die Elemente des Sandwichkerns bestehen aus den Necto-Strukturen, die sich jeweils aus mehreren Blechstreben und einem Plateau zusammensetzen. Sie bilden sich beim Herstellungsprozess aus. Die Strukturen verteilen sich über das gesamte Sandwich und werden an den Plateaus mit der Deckplatte kraftschlüssig verbunden. Der Aufbau der Sandwichkerns ist vom bionischen Vorbild eines Vogelknochens abgeleitet. Die Blechstreben im Sandwich repräsentieren dabei die Knochenstäbe im Innern des Knochens.

Leichtbauwelt:  Welche Herausforderung lag der Idee zugrunde und warum kamen Sie auf die Idee aus der Bionik abzuleiten?

Maximilian Scherff: Die Aufgabe war, kostenneutral einen Kühlkörper für Photovoltaikmodule zu entwickeln. Dazu mussten wir auf den sonst erforderlichen äußeren Modulrahmen aus Aluminium-Strangguss-Profilen verzichten. Folglich hatte der Kühlkörper auch die Stabilität des Moduls zu gewährleisten, um die nach IEC erforderlichen Belastungstests zu bestehen. Und er musste günstig und einfach zu fertigen sein, ohne viele Bauteile fügen zu müssen. Das waren die Rahmenbedingungen. Mit der Erfindung der Necto-Strukturen und aufgrund der Sandwichkonstruktion konnte die Menge an Metall und sogar die erforderliche Glasdicke des Moduls um 30 Prozent reduziert werden. Bei den Untersuchungen zur Praxistauglichkeit kamen wir dann auf die Idee, das Glaslaminat mit den Solarzellen durch ein weiteres Blech zu ersetzen. So entstand das erste Blech-Sandwich. Die ganzen Funktionalitäten für den Sandwich Aufbau der Necto-Technologie wurden im Anschluss entwickelt.

Leichtbauwelt: Das heißt, das Necto-Sandwich ist eine Folgeentwicklung der Matrix-Module. Welche Besonderheiten zeichnen es aus?

Aufbau der Necto-Struktur (Quelle: Matrix-Module)

Maximilian Scherff: Beim Ausformen der Necto-Strukturen in die dritte Dimension stellen sich die Blechstreben auf und das Plateau bildet die Fügefläche zur zweiten Platte. Abhängig von der Ausprägehöhe verdrehen sich beim Ausprägen die Plateaus mehr oder weniger. Bevor der Fügeprozess abgeschlossen ist, kann deshalb durch Druck auf das Plateau die Sandwichdicke eingestellt und korrigiert werden. Nach dem Fügeprozess ist ein Zurückdrehen der Plateaus nicht mehr möglich, die Sandwichdicke ist fix und das Sandwich stabil. Insbesondere in Verbindung mit Klebeprozessen lassen sich so sehr einfach Sandwich-Paneele mit gewölbten Oberflächen herstellen.

Die Plateaus der Necto–Struktur verdrehen sich beim Ausprägen. Nach dem kraftschlüssigen Fügen mit der zweiten Deckschicht
ist ihr Zurückdrehen blockiert und das Tragwerk ist stabil. (Quelle: Matrix-Module)

Über das Kleben hinaus stehen aber je nach Materialkombination unterschiedliche Fügetechniken zur Verfügung – Schweißen, Nieten oder Clinchen sind ebenso möglich. Dabei ist die Fügestelle auch später von beiden Seiten zugänglich und kann selbst während der Nutzungsphase beidseitig inspiziert werden. Der Kern des Sandwiches ist offen und weist keine geschlossenen Zellen auf, wie beispielsweise bei Honeycomb-Strukturen. Vor dem Fügen können folglich im Sandwichkern Leitungen, Rohre oder Mechaniken eingelegt werden. Ebenso könnte auch Dämmmaterial eingebracht werden.

Und zu guter Letzt lassen sich auch gradierte Bauteile herstellen, die in der Stabilität an den Belastungsverlauf angepasst sind. Dazu können die einzelnen Necto-Strukturen unterschiedlich dimensioniert und beabstandet sein. Ebenso können sie mit üblichen Blechversteifungstechniken wie Falzen, Sicken, Bördeln, Aufdoppeln, Knotenblechen – oder mit Tailored Blanks kombiniert werden. Da bei dem Ausprägeprozess nur eine geringe Dehnung des Blech-Materials auftritt, können auch hohe Zugfestigkeiten für die Necto-Bleche verwendet werden. Die entstehenden Sandwiches sind deshalb besonders stabil.

Preisgekrönte Idee

2018 hat Matrix-Module gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (FhG-ISE) am Fraunhofer Venture Startup Wettbewerb Tandemcamp erfolgreich den ersten Platz belegt. Im darauffolgenden Jahr wurde die Necto-Technologie Sieger im Gründungswettbewerb Start2Grow der Wirtschafts-Förderung Dortmund und das Team gewann beim Start-Up Ruhr-Area Wettbewerb im Dezember 2019 den deutschen Gründungswettbewerb Salon des Créateurs. 2021 erreichten die Gründer mit ihrer Idee die Finalistenrunde des „Altair Enlighten Award“.

Leichtbauwelt: Wie ergänzen Sie sich im Gründerteam? Welche Stärken bringen Sie jeweils mit?

Das Gründerteam (v.l.): Jörn Suthues, Geschaftsführer und Gründer; Dr. Ing. Maximilian Scherff, CTO, Erfinder und Gründer; Henning Busse, COO, Miterfinder und Gründer (Quelle: Matrix-Module)

Maximilian Scherff: Unser Team besteht aus Jörn Suthues, Henning Busse und mir. Mit beiden habe ich während meiner Zeit bei QCells zusammengearbeitet, für die ich in der Forschung und Entwicklung für Solarzellen & Module und als Entwicklungs- und Patentingenieur tätig war. Unter anderem zeichnete ich dort als Erfinder von 25 Patentfamilien verantwortlich und habe 2016 mit meinem Team den damaligen Modulweltrekord aufgestellt.

Jörn Suthues war Abteilungsleiter der Messtechnik und gründete 2011 das Unternehmen Wavelabs. Er ist mit dem Aufbau und der Führung eines erfolgreichen Start-ups, den Arbeitsprozessen und Anforderungen sowie der Kommunikationsweise mit Großkunden vertraut. Außerdem hat er als Anwendungstechniker einen globalen Einblick in die Tätigkeitsfelder von PV-Herstellern.

Als Senior Expert in der Abteilung R&D Module war Henning Busse für die Neuentwicklung und das mechanische Design von Solarmodulkonzepten und Systemkomponenten verantwortlich. Darüber hinaus unterstützte er das technische Marketing. Seine Arbeit wurde mehrfach mit Preisen ausgezeichnet. So wurde beispielsweise das erste Solarmodul mit Stahlrahmen ( QCells Q.PEAK RSF L-G4) unter seiner Leitung entwickelt.

Leichtbauwelt: Haben Sie mit Necto schon Leichtbau-Anwendungen realisiert?

Maximilian Scherff: Ja, wir haben eine Motorhaube für einen historischen Porsche 911 gebaut, die mit nur sechs Kilogramm um 60 Prozent leichter ist als das Original. Dazu haben wir ein speziell für diesen Anwendungsfall designtes Necto-Blech mit einer CFK-Außenhaut verklebt. Bei Photovoltaikmodulen können wir etwa fünf Kilogramm – also etwa ein Viertel – einsparen oder ebenso besonders stabile oder sehr große Module bauen, wenn wir entsprechende Werkstoffe verwenden.

Leichtbauwelt: Welcher Impuls hat zur Gründung ihres Unternehmens geführt und wann gab es keinen Weg zurück mehr?

Maximilian Scherff: Mein damaliger Arbeitgeber hat im Zuge der Fokussierung auf bestimmte Entwicklungsfelder eine meiner damals gerade erst patentierten Erfindungen für mich freigegeben. Diese Chance konnte ich mir nicht entgehen lassen und habe sie zusammen mit dem Miterfinder international zum Patent angemeldet. Die Unternehmensgründung war klar, als die ersten internationalen Patente erteilt waren und das Feedback aus der Solarbranche durchweg positiv war. Jörn Suthues kam später dazu und wir haben eine GbR gegründet. Ende 2019 wurde dann zur GmbH umfirmiert, wobei unser Unternehmen zu 100 Prozent eigentümerfinanziert ist.

Leichtbauwelt: Welche weiteren Entwicklungen planen Sie?

Maximilian Scherff: Derzeit haben wir mehrere Kooperationen im Bereich der Photovoltaik, in denen wir zusammen mit Modulherstellern die erforderlichen Zertifizierungstest für Solarmodule durchlaufen. Weitere Projekte gibt es mit Automobil-Zulieferern und Caravan-Herstellern, die Necto-Strukturen im Bereich der E-Mobility einsetzen wollen oder in Camping-Fahrzeugen verbauen möchten.

„Würden alle PV-Hersteller unseren Rahmen verwenden, könnten bereits heute jährlich über 10 Mio. Tonnen CO2 in der Produktion eingespart werden.“

Leichtbauwelt: Wo sehen Sie Ihre Technologie oder Ihr Unternehmen mittelfristig?

Maximilian Scherff: In einigen Jahren werden mehrere Hersteller Solarmodule mit unserer Technologie anbieten. Das werden vor allem Module auf Hausdächern und – aufgrund des geringeren Gewichts – auf Fabrikhallen sein. Außerdem werden die Vorteile von Necto-Strukturen in verschiedenen Technologien Einzug gehalten haben.

Wir sehen unser Produkt unter anderem in den oben genannten Märkten. Allerdings können wir nicht alle diese Märkte direkt bedienen und möchten deshalb zusammen mit interessierten Unternehmen Prototypen entwickeln und bei Interesse die Necto-Technologie als Lizenzen an diese Firmen vergeben.

Leichtbauwelt: Welchen Beitrag können Sie mit Ihrer Technologie zum Klimaschutz leisten?

Maximilian Scherff: Bisher haben wir nur den Einfluss für die Photovoltaik berechnet. Würden alle Hersteller unseren Rahmen verwenden, könnten bereits heute jährlich über 10 Mio. Tonnen CO2 in der Produktion eingespart werden. Für andere Technologien ist der Effekt stark von der Anwendung abhängig und nur sehr schwer zu prognostizieren. Besonders die Möglichkeiten der Funktionsintegration und die gute Recyclingfähigkeit haben großes Potenzial für eine verbesserte Nachhaltigkeit und einen geringeren CO2-Footprint.

Leichtbauwelt: Wird dieses Potenzial von den Anwendern in der Photovoltaik gesehen und wertgeschätzt?

Maximilian Scherff: Bei den PV-Modulherstellern in Asien zählen vor allem die geringeren Transport- und Herstellungskosten. Die anderen positiven Eigenschaften sind zusammen mit dem eingesparten Material und damit dem reduzierte CO2-Footprint aktuell leider noch zweitrangig. Allerdings gibt es in der EU und auch in China erste Aktivitäten, die dies in Zukunft mit in den Vordergrund stellen sollen.

Leichtbauwelt: Kennen Sie den CO2-Footprint ihres eigenen Unternehmens?

Maximilian Scherff: Wir haben einen sehr geringen CO2-Footprint, da wir nur Prototypen bauen. Außerdem verzichten wir weitestgehend auf Reisetätigkeiten und sind wenn möglich per Bahn oder e-Auto unterwegs. Ausgerechnet haben wir unseren Impact aber bisher nicht.

Leichtbau ist für uns persönlich …
~… aufgrund der Ressourcenschonung eine sehr zeitgemäße Technologie.

Die größte Herausforderung im Leichtbau ist, …
~… mit möglichst einfachen Mitteln leichte und zuverlässige Bauteile zu entwickeln, die auch einfach wieder recycelbar sind.

Der wichtigste Trend im Leichtbau ist, …
~… aktuell Necto 😉. Vielmehr das, wofür Necto steht: der Trend zu besonders nachhaltigen Monomaterialien ist genau das Gegenteil der Multimaterialwerkstoffe.

Leichtbauwelt: Welche besondere Eigenschaften der Necto-Technologie bieten Inspiration für weitere Anwendungen und unterschiedlichen Branchen?

Maximilian Scherff: Necto kann mit herkömmlichen Verfahren produziert werden. Es sind keine besonderen Maschinen oder Technologien erforderlich. Besonders nützlich ist die Eigenschaft Sandwichelemente mit gebogenen Außenschalen herstellen zu können und die Möglichkeit Funktionen einfach integrieren zu können. Außerdem ist die beidseitige Zugänglichkeit der Fügestellen für sicherheitsrelevante Bauteile wichtig, die auch später im laufenden Betrieb untersucht werden müssen. Die möglichen Fügeverfahren – Schweißen, Clinchen oder Nieten – halten hohen Temperaturen stand.

Leichtbauwelt: Können Sie das Potenzial branchenbezogen noch etwas präziser fassen?

Maximilian Scherff: Für unser Produkt sehen wir Anwendungen vor allem in der Mobilität, im Caravaning und im Straßen- oder Schienentransport. Auch die E-Mobility im Bereich des Batteriegehäuses oder bei in die Fahrzeughaut integrierter Photovoltaik (Vehicel integrated Photovoltaik, ViPV) in Dächern und PKW-Hauben oder auf LKW-Aufbauten sind spannende Anwendungsfelder. Darüber hinaus sehen wir die Technologie zur Gewichtsoptimierung auch im Schiffs- oder Flugzeugbau bei Rümpfen, Schottwänden oder im Innenausbau. Hier zählen Merkmale wie die Brandfestigkeit oder die offene Struktur, um Kondenswasserbildung zu vermeiden. Eine Eignung im Bereich der Windkraft wird grade geprüft. Den Einsatz von Necto fänden wird dort besonders interessant.

Leichtbauwelt: Gab es bisher schon besondere Herausforderungen bei bisherigen Projekten?

Maximilian Scherff: Neben den typischen Entwicklungshürden, die wir meistern konnten, freuen wir uns über die sehr guten Werte bei den Belastungstests für Solarmodule oder die große Verwindungssteifigkeit der Motorhaube. Für den Klebeprozess haben wir zusammen mit einem Fraunhofer-Institut einen reaktiven Schmelzkleber aus der Automobilindustrie evaluiert mit dem sich die Sandwiches besonders einfach fügen lassen.

Leichtbauwelt: Welchen Trend sehen Sie bei den Leichtbau-Werkstoffen?

Maximilian Scherff: Ich bin ein Fan von einfachen Lösungen mit unkritischen Materialien, die möglichst wieder zerlegt, wiederverwendet oder recycelt werden können.

Leichtbau und Mobilität, …
~… gehören zusammen – auch oder besonders bei der E-Mobilität.

Leichtbau im Bauwesen, …
~… sollte wesentlich mehr in den Fokus, aber die Recyclingfähigkeit muss gegeben sein.

Leichtbau ist eine Schlüsseltechnologie für den Klimaschutz, weil …
~… weil Material eingespart wird. Allerdings müssen die Bauteile auch einfach wiederverwendbar und wiederverwertbar sein.

Die Informationsplattform Leichtbauwelt bietet Inspiration, weil …
~… sie viele unterschiedliche Aktivitäten bündelt und anschaulich präsentiert.

Das Interview für Leichtbauwelt ist uns wichtig, …
~… weil es Gelegenheit bot, über einige Themen nochmals nachzudenken und weil sich durch die Veröffentlichung neue Kontakte knüpfen lassen.

Leichtbauwelt: Hatte die Corona-Pandemie Auswirkungen auf Ihren Start als Unternehmen?

Maximilian Scherff: Die Coronazeit hat uns in unserer Entwicklung stark gebremst. Denn unsere größte Herausforderung besteht darin die vielen Unique Selling Points vom Erstkontakt bis zur Entscheidungsebene klar zu kommunizieren. Das war während Corona und in Meetings per Videokonferenz nur schwer möglich. Die Eigenschaften von Necto lassen sich am besten veranschaulichen, wenn man die Bauteile in der Hand hält und die Stabilität fühlt.

Mit einem renommierten Betrieb in Kroatien hatten wir eine weitreichende Kooperationsvereinbarung zum Bau von Prototypen und die Vergabe einer Lizenz. Nachdem das Material und unser Equipment für die Montage der Necto-Bleche dorthin geliefert war, brach Corona durch und es gab dazu noch ein Erdbeben in Zagreb. Wir konnten aufgrund des ShutDowns plötzlich nicht dorthin reisen und wie geplant die Produktion leiten. Außerdem geriet das Partnerunternehmen aufgrund der Grenzschließung und des damit verbundenen Transportstopps ihrer Zulieferteile für die Automobilindustrie in Schieflage, musste sich auf das Kerngeschäft fokussieren und unsere Kooperation leider beenden. Das war eine schwierige Phase für uns.

„Ich bin ein Fan einfach zugänglicher Lösungen mit unkritischen Materialien, die möglichst wieder zerlegt, wiederverwendet oder recycelt werden können.“

Leichtbauwelt: Welche drei wichtigsten Tipps würden Sie all denjenigen mitgeben, die gründen wollen?

Maximilian Scherff: Man benötigt Durchhaltevermögen, Improvisationstalent, gute Kontakte und die Gabe, seine Zuhörer zu überzeugen.

Leichtbauwelt: Welche Leichtbau-Innovation, welches Projekt oder Forschungsergebnis hat Sie in der letzten Zeit besonders fasziniert?

Maximilian Scherff: Mich faszinieren immer noch die Konstruktionen von Graf Zeppelin.

Leichtbauwelt: Lassen Sie uns ein bisschen träumen: Wenn Sie einen Wunsch für den Leichtbau und / oder ihr Unternehmen frei hätten, was würden Sie sich wünschen?

Maximilian Scherff:  Dass bei allen Anwendungen und Neuentwicklungen der Umweltaspekt und die Wiederverwendbarkeit der Bauteile oder deren Recyclingfähigkeit mehr in den Vordergrund gerückt wird und Necto dazu einen signifikanten Beitrag leisten kann.


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