Struktur- und Eigenschaftsmodellierung textiler 3D-Abstandsgewirke und experimentelle Evaluierung

• Antragstellerinnen: Dr. Julia Orlik; Dr.-Ing. Kathrin Pietsch
• Fachliche Zuordnung: Leichtbau, Textiltechnik ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung seit 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 272669503

Abstandsgewirke (AGW) besitzen durch ihre 3D-Struktur herausragende Eigenschaften wie Druckelastizität, Permeabilität und Durchströmbarkeit, woraus erweiterte Funktionen der daraus hergestellten Produkte resultieren. Bereits etabliert sind AGW als Schaumstoff-Alternative, Polsterauflagen und druckelastische Komponenten mit Hinterlüftungswirkung, Filtermaterialien und Verstärkungsmaterialien für FKV.In den ersten beiden Bearbeitungsjahren (Phase I) wurden Methoden, Algorithmen und numerische Werkzeuge zur Berechnung sowie die experimentelle Umgebung für die Messung der effektiven Kompressionssteifigkeit von flächigen AGW-Strukturen, der Durchströmungseigenschaften sowie deren effektive Permeabilität entwickelt. Ergebnis ist ein Simulationsmodell, mit dem die makroskopischen Eigenschaften von AGWs im unbelasteten und belasteten Zustand vorausberechnet werden können. Damit steht ein erweiterungsfähiges Tool zur virtuellen funktionsangepassten Produktentwicklung für AGW zur Verfügung, das zukünftig die bislang äußerst zeit- und kostenaufwändige Experimentaltechnik ersetzt. Darauf aufbauend werden im 3. und 4. Jahr (Phase II) „inverse“ Probleme“ berechnet Im Fokus stehen die textil- und konfektionstechnischen Möglichkeiten zur lokalen funktionsangepassten Beeinflussung der effektiven Struktureigenschaften der AGW. Insbesondere werden zwei Funktionsbeispiele betrachtet: - Zum einen sollen die Strömungsvorgänge im Abstandsraum der Funktion angepasst werden. Ausgehend von einem beidseitig beschichteten AGW mit guter Durchströmungswirkung und abgedichteten Rändern soll die 3D-Struktur optimiert werden. Derartige Szenarien sind für Applikationen, bei denen der Abstandsraum mit einem zirkulierenden Medium (temperiertes Wasser) durchflutet wird, relevant, z. B. für Photovoltaikmodule und Operationstischauflagen. Ziel ist, für verschiedene Durchströmungsszenarien eine anforderungsgerechte Monofilanordnung zu finden. Optional soll die Wirkung von Nähten zur lokalen Strömungslenkung im Abstandsraum berücksichtigt werden.- Zum anderen wird die Wirkung von Nähten untersucht, um lokal eine anforderungsgerechte Versteifung der AGW-Fläche zu erreichen. Hier ist das Ziel, ein Verfahren zu entwickeln, um im Nahtbereich den Abstand der Gewirkeflächen variabel zu gestalten und eine definierte Wölbung zu erreichen. Ein weiteres Ziel ist es, eine geeignete Dicke der Naht sowie Abstand von zwei nebeneinander liegenden Nähten zu finden, die eine funktionsangepasste Kombination von der Kompressionssteifigkeit und der Wölbung vom AGW zwischen zwei Nähten liefert. Finales Ergebnis ist die Bereitstellung von Software-Prototypen zur virtuellen Produktentwicklung von funktionsangepassten 3D-Flächenstrukturen unter Berücksichtigung der konfektionstechnischen Verarbeitung. Sie ermöglichen ein besseres Verständnis für das Design, die Kompression und Mechanismen des Feuchtetransport unter verschiedenen mechanischen Belastungsszenarien in biegeweichen Abstandsstrukturen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen