Messvorrichtung für Spannungszustände in Textilien

Überall dort, wo biegeweiche und ebene Textilien oder Folien über dreidimensionale Formen gezogen werden, entstehen Spannungs- und Verzerrungszustände im Material, die zu Faltenbildung führen können. Bei Autositzen, Polstermöbeln oder Regenschirmen mag das einfach nur unschön aussehen. Bei textilen Bauten, Fallschirmen oder Ballonen kann dadurch aber das Tragverhalten beeinträchtigt werden. Beides möchten herstellende Unternehmen vermeiden. 

Stand der Technik

Um herauszufinden, ob ein Flächengebilde für das Aufspannen im Raum oder für das Bespannen einer bestimmten dreidimensionalen Form geeignet ist – also weder reißt noch Falten wirft – bleibt meist nichts anderes übrig, als dessen Spannungsverhalten maßstabsgetreu auf Modellen zu testen. Ähnlich wie Modedesigner den gewünschten Faltenfall von Stoffen an Schneiderpuppen überprüfen, nur umgekehrt. Das ist aufwändig und kostenintensiv, daher nutzen Hersteller meist Erfahrungswerte gängiger Materialien. 

Technologie

Forschende des Instituts für Entwerfen und Bautechnik am KIT haben eine Messvorrichtung erfunden, auf der durch räumliche Formen hervorgerufene Spannungszustände in ebenen Textilien oder Folien in der Fläche nachgestellt werden können. Dazu werden die Proben in einen quadratischen und kinematischen Aufbau gespannt. Über jeweils drei bewegliche Antriebe an allen vier Seiten können beliebige Normal- und Scherbeanspruchungen hervorgerufen und während des Versuchs auch verändert werden. Es werden eine Belastung, ein Verschiebungsweg oder eine Belastungsgeschwindigkeit vorgegeben, um über einen biaxialen Zugversuch Spannungen und Verzerrungen bzw. Verrautungen in der Probe zu erhalten. Eine über der Versuchseinrichtung angebrachte Kamera fotografiert wiederholt ein auf dem Material aufgebrachtes Sprühmuster und macht so die Verzerrungen sichtbar. 

Vorteile

Der große Mehrwert der Messvorrichtung besteht darin, die Werkstoff-Parameter in einem einzigen Versuchsablauf bestimmen zu können. In ähnlichen bestehenden Vorrichtungen müssen bislang jeweils eigene Versuchsaufbauten erstellt werden, um Querdehnung, Steifigkeitsmodule, Schubmodul und zweiachsige Zugfestigkeit eines Materials bestimmen zu können. Zu der Zeit- und Kostenersparnis addieren sich der einfache Ein- und Ausbau der Proben sowie präzisere Ergebnisse. 

Optionen für Unternehmen

Das KIT bietet Testläufe auf der Messvorrichtung als Dienstleistung für Materialhersteller insbesondere von unbeschichteten und beschichteten Geweben sowie Folien an. Es werden zudem Partner für die Überführung in die Serienproduktion gesucht.