Messtechnische Erfassung Textilphysik
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Messtechnische Erfassung Textilphysik
Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik Messtechnische Erfassung textilphysikalischer Eigenschaften von Vliesstoffen und deren Anwendung in der konfektionstechnischen Produktentwicklung PD Dr.-Ing. habil. Sybille Krzywinski Prof. Dr.-Ing. habil. Hartmut Rödel Dr.-Ing. Andrea Schenk Institut für Textil- und Bekleidungstechnik der TU Dresden Tel: +49-(0)351-463-39313 Fax: +49-(0)351-463-39301 hartmut.roedel@tu-dresden.de 22. Hofer Vliesstofftage, Hof, 07./08. November 2007 Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik Gliederung des Vortrages 1. Einleitung 2. Berücksichtigung der Materialeigenschaften textiler Flächen in der Produktentwicklung 3. Fallverhalten 4. Biegeverhalten 5. Scherverhalten 6. Zusammenfassung und Ausblick Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 2 Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik Studienangebote des ITB f Studienrichtung Textil- und Konfektionstechnik nach Grundstudium im Studiengang Maschinenbau f nicht-konsekutiver Master-Studiengang Textil- und Konfektionstechnik nach vorherigem B.Sc.-Abschluss f Vertiefung Textil- und Konfektionstechnik im Studiengang Wirtschaftsingenieurwesen f übergreifende Studienangebote für Studenten anderer Fachrichtungen der TU Dresden und anderer Hochschulen im Rahmen des studium generale, spezieller Lehrveranstaltungen, des Expertenseminars, der Beleg- und Diplom- bzw. Masterarbeiten f für ausländische Studenten über Sokrates und E-Team Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 3 Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik Struktur des ITB Institut für Textil- und Bekleidungstechnik der TU Dresden Direktor: Prof. Dr.-Ing. habil. Dipl.-Wirt. Ing. Ch. Cherif Professur für Textiltechnik Inhaber: Prof. Ch. Cherif Sekretariat / Controlling Wissenschaftliche Oberassistentin Maschinenentwicklung Professur für Konfektionstechnik Inhaber: Prof. H. Rödel Technologieentwicklung Produktentwicklung Zentrale Bereiche Auslegung und Konstruktion von Maschinen für die Textiltechnik Faser- /Fadenbildungstechniken Textilien für Faserverbundwerkstoffe (FVW) Lehrorganisation Auslegung und Konstruktion von Maschinen für die Konfektionstechnik Flächenbildungstechniken Bautextilien Öffentlichkeitsarbeit Steuerungs- und Antriebstechnik Ausrüstung von Textilien Bio- und Medizintextilien CAE-Labore Mess- und Prüftechnik Konfektionstechnik Smart Textiles Textilmaschinenhallen/Konfektionslabore Konfektionierte Produkte Prüflabore/ Werkstätten Materialmodellierung Bibliothek Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 4 Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik 1. Einleitung f Die Autoren haben in den letzten Jahren vielfältige Projekte zur Produktentwicklung textiler Konfektionsprodukte durchgeführt. Insbesondere für die Anwendung der 3D-CAD-Technik ist die Kenntnis textilphysikalischer Eigenschaften und deren quantitative Berücksichtigung bei der Schnittkonstruktion von besonderer Bedeutung. f Gegenstand in einem laufenden Forschungsprojekt sind mehrschichtige textile Strukturen, wie sie sich beispielsweise durch das Fixieren in der Bekleidungsfertigung ergeben. Erste Arbeitsergebnisse werden präsentiert. f Für die Vliesstoffindustrie bietet der Vortrag die notwendigen Informationen, um die Anforderungen und Wünsche ihrer Kunden besser verstehen zu können. Außerdem ergeben sich Anregungen, die eigene Palette der Materialprüfung und Materialkennwertermittlung für die Kunden zu aktualisieren. Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 5 Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik 2. Berücksichtigung der Materialeigenschaften in der Produktentwicklung f Eine Produktentwicklung ohne Materialberücksichtigung führt zu kosten- und zeitaufwendigen Iterationen. f Momentan ist die Berücksichtigung der Materialkennwerte auf einlagige Aufbauten beschränkt und befindet sich noch in der Entwicklung. f Komplexe Produkte erfordern die Berücksichtigung von der mehrlagigen Strukturen (z. B. durch Nähte und Einlagen). f Exakte Materialkennwerte setzen spezielle Mess- und Prüftechniken voraus. Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 6 Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik Produktentwicklung für Mobiltextilien, Medizintextilien, Sporttextilien, Schutztextilen, Smart Textiles, Composites Medizintextilien Composites Konstruktion kompressiver Bekleidung und deren Wirkung auf die Durchblutung von menschlichen Extremitäten Entwicklung der Fügetechnologie für Composites DFG DE 360/7-2, RO 1303/2-1 DFG FG 278 Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 7 Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik Virtuelle Produktentwicklung mittels CAE Sporttextilien Mobiltextilien Bezugsstoff 1362 60 50 Kraft [N] 40 K 30 S 45° 20 10 0 0 20 40 60 80 100 120 140 Standardweg [mm] 3D-Sitzbezugsentwicklung Radfahranzug AiF 14540 BG AiF 13641 BR Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 8 Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik Virtuelle Produktentwicklung mittels CAE Reduziertes Geometriemodell Schutztextilien Materialverhalten des verwendeten Laminates (Folie äußere Lage – Vliesstoff innere Lage) Schnittteilzerlegung KD-Verhalten (Mittelwertkurven) 180 160 140 Kraft in N / 5 cm 120 100 80 Längsrichtung Querrrichtung 60 40 20 0 0 10 20 30 40 50 Dehnung in % Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel 60 70 80 90 Konfektionierte Verpackung Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 9 Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik Einsatzbeispiel für Vliesstoffe - Bekleidung D aktuelles Forschungsprojekt DFG Ro 1303/10-1, Laufzeit 09/06 – 08/08 Materialauswahl Oberstoff: Faserstoffzusammensetzung Bindung Flächenmasse Einlagen: Einsatzbereich (vollflächig, für teilflächige Anwendungen) Fixierbedingung Futterstoff: Einsatzbereich (Innenauskleidung, Taschenfertigung) Nahtausführung: Produktaufbau Nahtfunktion Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 10 Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik Einsatzbeispiel für Vliesstoffe - Bekleidung D aktuelles Forschungsprojekt DFG Ro 1303/10-1, Laufzeit 09/06 – 08/08 Schnittkonstruktion Zuschnitt – Einlage (c) und Besetzen (Oberstoff) Zuschnitt – Einlage (c) und Besetzen (Oberstoff) Einlage Saumkante Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel 504 301 Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 11 Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik Einsatzbeispiel für Vliesstoffe - Bekleidung Materialauswahl Einlagestoffe – vollflächige Verarbeitung Einsatzgebiet Artikel Faserstoffzusammensetzung Herstellungsverfahren F 220 (c) 30 % PES 35 % PA 20 % CV 15 % ZS Trockenvliesverfahren 50 Kleinteile G 405 (b) 70 % PA 30 % PES Trockenvliesverfahren 52 Großteil, Kleinteile H 410 (d) 40 % PES 60 % PA Trockenvliesverfahren 53 Großteil, Kleinteile H 630 (e) 20 % PES 80 % PA Trockenvliesverfahren 76 Großteil, Kleinteile Flächengewicht (gesamt) [g/m²] PES – Polyester; PA – Polyamid: CV – Viskose; ZS - Zellulose Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 12 Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik Einlagige Materialmodellierung Entwicklung von parametrisierten Gewebemodellen Leinwandgewebe Belastung des Gewebes in Kettrichtung Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel Köpergewebe 2/2 Köpergewebe 1/3 DFG Ro 1303/ 7-1-/7-2 Bestimmung der Querkontraktion (experimentell und numerisch) Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 13 Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik Virtuelle Passformsimulation Software Optitex Schnittteile Formkörper Positionierung der Schnittteile und Darstellung der Nähte Ergebnis der Simulation DFG Ro 1303/10-1 Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 14 Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik Virtuelle Passformsimulation Einfluss der Vliesfixierung auf Biegeverhalten und Erscheinungsbild Biegung: 500 dyn*cm Biegung: 10000 dyn*cm Biegung: 20000 dyn*cm DFG Ro 1303/10-1 Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 15 Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik Ziel der Forschungsarbeiten Virtuelle Passformsimulation (DFG Ro 1303/10-1) f Exakte Beschreibung von komplexen Produkten f Berücksichtigung von mehrlagigen Aufbauten (z. B. durch Nähte und Einlagen) Jacke - DOB Sakko - HAKA f Entwicklung spezieller Mess- und Prüftechniken f Entwicklung geeigneter Simulationssoftware Mehrlagiger Aufbau Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 16 Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik 3. Fallverhalten f Messgröße zur Charakterisierung des biegeweichen Verhaltens textiler Erzeugnisse Videokamera Computer f Eigengewicht führt zu einer dreidimensionalen Verformung f Erfassung von Fallkenngrößen (Anzahl, Form und Lage der Falten bezüglich der Materialausrichtung) Drapemeter Fourier-Analyse der Randkurve DIN 54306: Bestimmung des Fallverhaltens f Bestimmung eines objektiven Messwertes (Fallkoeffizient) Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 17 Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik 4. Biegeprüfung f Messgröße zur Beschreibung der Krümmungsänderung von textilen Materialien bezüglich einer Ausgangslage f Biegesteifigkeit ist Maß für den Widerstand des Materials gegen die Krümmungsänderung KES-FB-Gerätesystem f Kenngröße für die Charakterisierung des Erscheinungsbildes und die Verarbeitung von Textilien f notwendig für Simulationsrechnungen DIN 53362: Verfahren nach Cantilever Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 18 Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik Experimentelle Bestimmung der Biegesteifigkeit Kritische Analyse der aktuellen Technik zur Biegesteifigkeitsprüfung: f ungleichmäßige Vorschubgeschwindigkeit f subjektive Bestimmung der Überhanglänge f visuelle Bestimmung der Überhanglänge f Ablesegenauigkeit am Maßstab (0,5 mm) f gekrümmte Probenvorderkante DIN 53362: Bestimmung der Biegesteifigkeit, Verfahren nach Cantilever Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 19 Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik Entwicklung des Biegesteifigkeitsprüfgerätes ACPM 200 Konstruktionszeichnung Messzone mit unterbrochenen Laserschranken automatische Auswertung Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 20 Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik Entwicklung des Biegesteifigkeitsprüfgerätes ACPM 200 D maschinenbautechnische Weiterentwicklung Quelle: Cetex Chemnitzer Textilmaschinenentwicklung gGmbh, Chemnitz Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 21 Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik Eigenschaften und Vorteile des ACPM 200 f Probenbreiten von 25 mm bis 200 mm möglich f Vorschubgeschwindigkeit variabel wählbar f konstante Vorschubgeschwindigkeit während der Prüfung f Erfassung von maximal 24 parallelen Messwerten entlang der Probenbreite f grafische Darstellung des Biegeverhaltens über die Probenbreite auf dem Bildschirm f Möglichkeit der Änderung des genormten Winkels f hoher Automatisierungsgrad f einfache und komfortable Bedienung f hohe Reproduzierbarkeit der Ergebnisse > 95 % Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 22 Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik Biegesteifigkeit – ACPM 200 DOB – Oberstoff in Kettrichtung Stoff B - KR ohne Naht 12 Doppelkappnaht Safteynaht Biegsteifigkeit [mN cm] 10 Schließnaht thermofixiert ohne Naht 8 thermofixiert Safteynaht thermofixiert Schließnaht 6 4 2 0 0 25 50 75 100 125 150 175 200 Probenbreite [mm] Darstellung der Biegesteifigkeit für eine mittige Naht mit und ohne Einlagestoff Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 23 Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik Biegesteifigkeit – ACPM 200 Auswirkung der Mehrlagigkeit (Thermofixierung) 0,300 0,250 0,200 0,150 0,100 Kette MW Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 F_d F D_d D_b D D_g (vollflächig) Kette 2 D_g (mittig) Kette 1 C_g (vollflächig) C_b C B_c B A_c 0,000 C_g (mittig) 0,050 A f Ein Vergleich der Biegesteifigkeiten mit und ohne Thermofixierung für die verschiedenen Materialien zeigt kein einheitliches Verhalten. Somit ist es nicht möglich, einen Faktor für eine Umrechnung zu definieren. Biegesteifigkeit - Kawabata B [10-4 N·m²/m] f Die Biegesteifigkeit steiferer Materialien wird durch die Fixierung nicht so stark verändert wie bei biegeweicheren Materialien. Material Folie 24 Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik Biegesteifigkeit – Kawabata Auswirkung der Mehrlagigkeit (Thermofixierung) Vergleich unterschiedlicher Einlagen Biegesteifigkeit - Kawabata Kette (unterschiedliche Einlagen) B [10-4 N·m²/m] 0,20 0,15 C 0,10 D 0,05 0,00 ohne Einlage Einlage b Einlage g (mittig) Einlage g (vollflächig) Material Biegesteifigkeit - Kawabata Schuss (unterschiedliche Einlagen) B [10-4 N·m²/m] 0,20 0,15 C 0,10 D 0,05 0,00 ohne Einlage Einlage b Einlage g (mittig) Einlage g (vollflächig) Material Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 25 Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik 5. Scherprüfung f Messgröße zur Beschreibung der Änderung des Scherwinkels bezüglich der Nulllage TEXPROOF – Prüfgerät f Schersteifigkeit ist Maß für den Widerstand des Materials gegen die Scherung f Kenngröße für das Erscheinungsbild und die Verarbeitung von Textilien Scherrahmen f notwendig für Simulationsrechnungen KES-FB-Gerätesystem Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 26 Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik Schersteifigkeit KES-Scherung, Material A, ohne Einlage KES-Scherung, Material B, ohne Einlage 3 3 2 2 1 1 0 -10 -5 0 5 10 -1 Load in N/m Load in N/m Materialprüfung – KES-FB-Gerätesystem (Scherung) 0 -10 -5 0 5 10 -1 -2 -2 -3 -3 Angle in deg Angle in deg KES-Scherung, Material A, Einlage c KES-Scherung, Material B, Einlage c deutliche Änderung des Kennwertes durch die Vliesfixierung !!! 150 100 100 50 50 0 -10 -5 0 -50 5 10 Load in N/m Load in N/m 150 0 -10 -5 -100 10 -150 Angle in deg Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel 5 -100 -150 Schuss Kette 0 -50 Angle in deg Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 27 oh ne B, Ei nl A, Ei age oh nl a ne ge c E A, inl C E a , o inl ge hn ag C e e ,E Ei c in la C, E nla ge i n ge C g , E (v lage in oll la f b ge läc h D , o g (m ig) hn e ittig Ei ) D , E nlag D ,E e in l in la D, E age ge b in D , E g (v lage D , E inl ollf d in age läc la ge g hig) D f (m , E (vo itti g l in la lflä ) c g F , e f hi g oh (m ) it n F e E tig) ve in rn lag äh e tm it D B, Schersteifigkeit G in N/m*grd Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik Schersteifigkeit Materialprüfung – KES-FB-Gerätesystem (Scherung) Schersteifigkeit 25,00 20,00 15,00 Schuss Kette 10,00 5,00 0,00 Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 28 Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik 6. Zusammenfassung und Ausblick f Die messtechnische Erfassung textilphysikalischer Eigenschaften von Vliesstoffen ist sowohl für eine angepasste Materialentwicklung und -verbesserung als auch für die Produktentwicklung der Konfektionsindustrie von hohem Interesse. f Eine besondere Bedeutung spielt die messtechnische Erfassung textilphysikalischer Eigenschaften bei der sich zukünftig noch weiter durchsetzenden Anwendung der CAD-Technik in der Produktentwicklung. f Dies verlangt die Bereitschaft und Möglichkeit, aus der Flächenbildung für die Weiterverarbeitung Materialkennwerte bereitzustellen. Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 29 Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik 6. Zusammenfassung und Ausblick f Geeignete Gerätetechnik ist erforderlich, die von den momentan verfügbaren Prüfverfahren und -geräten noch nicht umfassend abgedeckt wird. f Offen sind Forschungsarbeiten, die insbesondere mehrlagige Strukturen, wie sie bei der Anwendung von Vliesstoffen häufig gebräuchlich sind, hinsichtlich ihres Verhalten besser charakterisieren und auch in Modellen beschreiben. f Für die erfolgreiche Ausführung dieser Arbeiten ist die Partnerschaft mit Vliesstoffherstellern eine wesentliche Voraussetzung und Anlass für diesen Vortrag auf den Hofer Vliesstofftagen 2007. Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 30