Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

In-Situ-Monitoring der Fügezonen von Textilmembranen mit textilbasierten Sensorstrukturen

Aufgrund der bedarfsgerecht sowohl über die textile Verstärkungsstruktur als auch die Beschichtung gezielt einstellbaren Gebrauchseigenschaften besitzen textile Membranen ein breites Anwendungsspektrum. Aufgrund der großflächigen Dimension textiler Bauten bestehen diese aus mehreren thermoplastisch beschichteten technischen Geweben. Insbesondere im Bereich der Fügezonen treten sukzessive Degradationen der Nahtfestigkeit auf, die zu Abschälungen an den Gewebekanten bis hin zur Separation der Flächenteile und somit zum Integritätsverlust der Textilmembrankonstruktion führen können. In der Industrie werden daher aus kosten- und sicherheitstechnischen Aspekten zunehmend In-Situ-Sensorlösungen zur Strukturüberwachung textiler Architekturen und Textilmembrankonstruktionen gefordert. Für die frühzeitige Erkennung von Degradationen in Textilmembranen beinhaltet das vorliegende Forschungsvorhaben eine Realisierung von integral-messenden und bei der textilen Flächenbildung in Textilmembranen lokal im Bereich der Fügezone eingebrachten material- und prozesskompatiblen In-Situ-Messsystemen unter Verwendung von an KMU verfügbaren Fertigungstechnologien. Diese Systeme generieren unter mechanischer Beanspruchung (Zug-/ Scherbeanspruchung, Delaminationen) des Dreikomponentensystems Textil-Beschichtung-Textil auswertbare Messsignale. Aus der Signalanalyse können simulationsgestützte Aussagen zur Gebrauchs- und Resttragfähigkeit im Bereich der Fügezone und der Textilmembranflächen abgeleitet und zur ereignisorientierten Einleitung essentieller Reparaturmaßnahmen vor Eintreten katastrophaler Versagensfälle herangezogen werden. Durch das generierte technologische Know-how zur Herstellung von Textilmembranen mit integrierten textilbasierten Sensorsystemen werden die KMU entlang der gesamten Wertschöpfungskette (Garn-, Textilmaschinen-, Textilhalbzeug-, Messtechnikhersteller, Membrankonfektionäre) in die Lage versetzt, die Projektergebnisse direkt zu nutzen und unmittelbar umzusetzen

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des Forschungsprojekts war die Verfahrensentwicklung zur Umsetzung von textilbasierten, langzeitstabilen Sensoren zur präzisen, ortsaufgelösten Ermittlung von Beanspruchungszuständen und Schäden im Bereich der Fügezone von textilen Membranen. Hierzu wurden, aus der Vielzahl verschiedener am Markt verfügbarer elektrisch leitfähiger Garne, silberbeschichtete Garne auf Polymerbasis ausgewählt. Mit diesen Garnen wurden resistive, kapazitive und induktive Sensoren hergestellt und erprobt. So konnten sowohl Strukturen zur Detektion der Nahtdehnung bzw. von Membranbrüchen als auch von Delaminationen an Membranschweißnähten aufgebaut werden. Die textilen Sensoren können mit verschiedenen textilen Fertigungsverfahren hergestellt werden und sind mit dem Hochfrequenzverfahren schweißbar. Die resultierenden Schweißnähte sind dicht und haben ähnliche mechanische Eigenschaften wie unmodifizierte Nähte. Die Sensorfunktion wird durch den Schweißprozess nicht negativ beeinflusst. In dem Schweißprozess erfolgt eine Einbettung der Sensorgarne in die PVC-Beschichtung der Membran. Dies führt zu einer sehr guten Anbindung der Sensoren an das Membranmaterial und damit zu einer verlässlichen Abbildung der Dehnungszustände der Membran durch die Sensoren. Auf Grundlage des erstellten Materialmodelles können aus den Sensorsignalen Rückschlüsse auf den Membranzustand auch außerhalb der Schweißnaht gezogen werden.

Es wird erwartet, dass die Industrie die Projektergebnisse in einem überschaubaren Zeitrahmen in konkrete Produkte zur Überwachung von Membranschweißnähten überführen kann. Diese können in jedem Anwendungsbereich textiler Membranen, wie textiler Architekturen z. B. für selbsttragende wandelbare Dächer von Hallen bzw. Stadien, temporäre Bauten, großvolumige Verbrauchsmedienspeicher, aber auch als Membrangroßsegel im Segelsportbereich etc. eingesetzt werden und dort zum Abbau von Überdimensionierungen und der Reduktion des Wartungs- bzw. Kontrollaufwandes beitragen.