Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Methodenentwicklung zur skalenübergreifenden Modellierung, Auslegung und digitalen Darstellung von Outdoor- und Schutzbekleidung auf Basis geometrischer, mechanischer und thermischer Kennwerte

 

 

Bei der Auslegung von Funktionstextilien für Outdoor-und Schutzbekleidung werden derzeit konstruktive sowie thermophysiologische Aspekte weitestgehend losgelöst voneinander betrachtet, so dass die ganzheitliche Produktgestaltung vorrangig auf Basis von empirischem Wissen erfolgt. Um die Körperformen und vorrangigen Nutzungssituationen besser in die Schnittkonstruktion einfließen zu lassen, werden seit Jahren Methoden zur computergestützten 3D-Konstruktion/Passformsimulation erforscht. Die Darstellung der Produktform auf virtuellen Formkörpern sowie die verfügbaren Analysetools ermöglichen damit zwar die Beurteilung des ergonomischen aber nicht die des thermophysiologischen Komforts. Dieser ist abhängig von der Wärmebilanz des Menschen und kann durch Bekleidungsprodukte variiert werden.

Outdoor- und Schutzbekleidung weist über Fasern, Garne, Flächen und einzelne Kleidungsschichten ein multimodales Porensystem aus Mikro-, Meso- und Makroporen bis hin zu Megaporen auf. Dieses multimodale Porensystem beeinflusst maßgeblich die thermodynamischen Prozesse und damit den thermischen Tragekomfort der Outdoor- und Schutzbekleidung.

Im Rahmen des Projektes werden anwendungsnahe Grundlagen und Methoden zur Berücksichtigung geometrischer, textilphysikalischer und thermischer Parameter bei der Konstruktion, Auslegung und Simulation von Outdoor-Bekleidung erarbeitet.

Damit wird es künftig möglich, die bisher vorrangig experimentell und ansatzweise simulationsgestützt ermittelten thermophysiologischen Eigenschaften auch in ihrer Wirkung am Menschen unter Berücksichtigung von Körperform/-haltung, Produktform, Umgebungsbedingungen und Aktivitätslevel vorherzusagen.

Die Nutzung praxistauglicher Gestaltungsprinzipien auf Basis der erarbeiteten Handlungsanweisungen kann von den KMU bereits nach Ende des Projektes erfolgen. Ein ganz erheblicher direkter Nutzen resultiert aus der Methodenentwicklung zur digitalen Abbildung thermodynamischer Prozesse beim Tragen von Bekleidung.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des IGF-Forschungsvorhabens wurden anwendungsnahe Grundlagen und Methoden zur simulationsgestützt kombinierten Betrachtung von geometrischen, textilmechanischen und thermodynamischen Parametern und Prozessen zur Gestaltung und Auslegung von Outdoor-Textilien und -Produkten erarbeitet.

Dazu wurden 5 sehr unterschiedliche Testpersonen sowie ein thermisches Manikin ausgewählt, die Körperformen im Scan-Prozess dreidimensional erfasst, die Körpermaße individuell bestimmt und die Daten dahingehend aufbereitet, dass sie in weiterführenden Simulationen Anwendung finden können.

Des Weiteren wurden personenindividuelle Bekleidungssysteme für unterschiedliche Umgebungsbedingungen konstruiert und gefertigt. Die Charakterisierung der dazu verwendeten Materialien erfolgte geometrisch, textilmechanisch sowie thermodynamisch. Die Ergebnisse dienten als Eingangsparameter sowohl zur Beurteilung des ergonomischen Tragekomforts in der Passformsimulation, zur Analyse und Homogenisierung der Porengrößen und -verteilung im Gesamtsystem (Bekleidung/Mensch), als auch als Eingangsparameter in der thermophysiologischen Simulation.

In der thermophysiologischen Simulation erfolgte die Analyse des Wärmetransfers zwischen Mensch und Bekleidungssystem auf Basis einer kommerziell verfügbaren Software (Theseus FE, Fiala-Modell). Die Ergebnisse der Trageversuche bildeten die Grundlage für eine schrittweise Verbesserung der Modellierung und dienten des Weiteren zur Bewertung des Einflusses der Porengrößen auf den thermophysiologischen Tragekomfort.

Aus den Untersuchungsergebnissen resultieren Grundlagen und Methoden für die Konstruktion und Auslegung von Outdoor- und Schutzbekleidung, die mit kommerziell verfügbaren Softwaretools ausgeführt werden können.

Damit wird es für KMU erstmalig möglich, wichtige Gestaltungshinweise für eine planmäßige Produktkonstruktion zur Umsetzung des gewünschten thermischen Tragekomforts auf Basis von Simulationsdaten zu realisieren.