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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 [email protected] 22. Hofer Vliesstofftage, Hof, 07./08. November 2007

Messtechnische Erfassung textilphysikalischer ... · Studienangebote des ITB fStudienrichtung Textil- und Konfektionstechnik ... im Rahmen des studium generale, spezieller Lehrveranstaltungen,

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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 KrzywinskiProf. Dr.-Ing. habil. Hartmut RödelDr.-Ing. Andrea SchenkInstitut für Textil- und Bekleidungstechnik der TU Dresden Tel: +49-(0)351-463-39313Fax: +49-(0)[email protected]

22. Hofer Vliesstofftage, Hof, 07./08. November 2007

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Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 2

Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik

Gliederung des Vortrages

1. Einleitung

2. Berücksichtigung der Materialeigenschaften textiler Flächenin der Produktentwicklung

3. Fallverhalten

4. Biegeverhalten

5. Scherverhalten

6. Zusammenfassung und Ausblick

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Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 3

Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik

Studienangebote des ITB

Studienrichtung Textil- und Konfektionstechniknach Grundstudium im Studiengang Maschinenbau

nicht-konsekutiver Master-Studiengang Textil- undKonfektionstechnik nach vorherigem B.Sc.-Abschluss

Vertiefung Textil- und Konfektionstechnik im Studiengang Wirtschaftsingenieurwesen

übergreifende Studienangebote für Studenten andererFachrichtungen der TU Dresden und anderer Hochschulenim Rahmen des studium generale, spezieller Lehrveranstaltungen, des Expertenseminars,der Beleg- und Diplom- bzw. Masterarbeiten

für ausländische Studenten über Sokrates und E-Team

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Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 4

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Struktur des ITB

Professur für KonfektionstechnikInhaber: Prof. H. Rödel

Professur für TextiltechnikInhaber: Prof. Ch. Cherif

Institut für Textil- und Bekleidungstechnik der TU DresdenDirektor: Prof. Dr.-Ing. habil. Dipl.-Wirt. Ing. Ch. Cherif

Wissenschaftliche Oberassistentin

Maschinenentwicklung Technologieentwicklung

Materialmodellierung Prüflabore/Werkstätten

Sekretariat / Controlling

Auslegung und Konstruktion von Maschinen für die Textiltechnik

Auslegung und Konstruk-tion von Maschinen für die Konfektionstechnik

Steuerungs- und Antriebstechnik

Mess- und Prüftechnik

Faser- /Fadenbildungs-techniken

Flächenbildungstechniken

Textilien für Faserverbundwerkstoffe (FVW)

Bautextilien

Ausrüstung von Textilien

Bio- und Medizintextilien

Smart Textiles

Konfektionierte Produkte

Produktentwicklung Zentrale Bereiche

Lehrorganisation

Öffentlichkeitsarbeit

CAE-Labore

Bibliothek

Konfektionstechnik Textilmaschinen-hallen/Konfektions-labore

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1. Einleitung 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.

Gegenstand in einem laufenden Forschungsprojekt sind mehrschichtige textile Strukturen, wie sie sich beispielsweise durch das Fixieren in der Bekleidungsfertigung ergeben. Erste Arbeitsergebnisse werden präsentiert.

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.

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2. Berücksichtigung der Materialeigenschaften in der ProduktentwicklungEine Produktentwicklung ohne Materialberücksichtigung führt zu kosten- und zeitaufwendigen Iterationen.

Momentan ist die Berücksichtigung der Materialkennwerte auf einlagige Aufbauten beschränkt und befindet sich noch in der Entwicklung.

Komplexe Produkte erfordern die Berücksichtigung von der mehrlagigen Strukturen (z. B. durch Nähte und Einlagen).

Exakte Materialkennwerte setzen spezielle Mess- und Prüftechniken voraus.

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Produktentwicklung für Mobiltextilien, Medizintextilien,Sporttextilien, Schutztextilen, Smart Textiles, Composites

Konstruktion kompressiverBekleidung und deren Wirkung auf die Durchblutung von menschlichen Extremitäten

DFG DE 360/7-2, RO 1303/2-1DFG FG 278

Entwicklung der Fügetechnologiefür Composites

Medizintextilien Composites

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Virtuelle Produktentwicklung mittels CAE

RadfahranzugAiF 14540 BG

3D-Sitzbezugsentwicklung

AiF 13641 BR

Bezugsstoff 1362

0

10

20

30

40

50

60

0 20 40 60 80 100 120 140

Standardweg [mm]

Kra

ft [N

]

KS45°

Sporttextilien Mobiltextilien

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KD-Verhalten (Mittelwertkurven)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Dehnung in %

Kraf

t in

N / 5

cm

QuerrrichtungLängsrichtung

Materialverhalten des verwendeten Laminates(Folie äußere Lage – Vliesstoff innere Lage)

Schnittteilzerlegung

Reduziertes Geometriemodell

Konfektionierte Verpackung

Schutztextilien

Virtuelle Produktentwicklung mittels CAE

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Einsatzbeispiel für Vliesstoffe - Bekleidung aktuelles Forschungsprojekt DFG Ro 1303/10-1, Laufzeit 09/06 – 08/08

Materialauswahl

Oberstoff:FaserstoffzusammensetzungBindungFlächenmasse

Einlagen:Einsatzbereich (vollflächig, für teilflächige Anwendungen)Fixierbedingung

Futterstoff:Einsatzbereich (Innenauskleidung, Taschenfertigung)

Nahtausführung:ProduktaufbauNahtfunktion

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Einsatzbeispiel für Vliesstoffe - Bekleidung aktuelles Forschungsprojekt DFG Ro 1303/10-1, Laufzeit 09/06 – 08/08

Saumkante 504 301

Zuschnitt – Einlage (c) und Besetzen (Oberstoff)

Zuschnitt – Einlage (c) und Besetzen (Oberstoff)

Einlage

Saumkante 504 301

Zuschnitt – Einlage (c) und Besetzen (Oberstoff)

Zuschnitt – Einlage (c) und Besetzen (Oberstoff)

Einlage

Saumkante 504 301

Zuschnitt – Einlage (c) und Besetzen (Oberstoff)

Zuschnitt – Einlage (c) und Besetzen (Oberstoff)

Einlage

Saumkante 504 301

Zuschnitt – Einlage (c) und Besetzen (Oberstoff)

Zuschnitt – Einlage (c) und Besetzen (Oberstoff)

Einlage

Zuschnitt – Einlage (c) und Besetzen (Oberstoff)

Zuschnitt – Einlage (c) und Besetzen (Oberstoff)

Einlage

Schnittkonstruktion

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MaterialauswahlEinlagestoffe – vollflächige Verarbeitung

PES – Polyester; PA – Polyamid: CV – Viskose; ZS - Zellulose

Einsatzbeispiel für Vliesstoffe - Bekleidung

Großteil,Kleinteile

76Trockenvliesverfahren20 % PES80 % PA

H 630 (e)

Großteil,Kleinteile

53Trockenvliesverfahren40 % PES60 % PA

H 410 (d)

Großteil,Kleinteile

52Trockenvliesverfahren70 % PA30 % PES

G 405 (b)

Kleinteile50 Trockenvliesverfahren30 % PES35 % PA20 % CV15 % ZS

F 220 (c)

EinsatzgebietFlächengewicht (gesamt)

[g/m²]

HerstellungsverfahrenFaserstoffzusammen-setzung

Artikel

Großteil,Kleinteile

76Trockenvliesverfahren20 % PES80 % PA

H 630 (e)

Großteil,Kleinteile

53Trockenvliesverfahren40 % PES60 % PA

H 410 (d)

Großteil,Kleinteile

52Trockenvliesverfahren70 % PA30 % PES

G 405 (b)

Kleinteile50 Trockenvliesverfahren30 % PES35 % PA20 % CV15 % ZS

F 220 (c)

EinsatzgebietFlächengewicht (gesamt)

[g/m²]

HerstellungsverfahrenFaserstoffzusammen-setzung

Artikel

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Einlagige Materialmodellierung

Bestimmung der Querkontraktion (experimentell und numerisch)

Leinwandgewebe Köpergewebe 2/2 Köpergewebe 1/3

Belastung des Gewebes in Kettrichtung

DFG Ro1303/ 7-1-/7-2

Entwicklung von parametrisierten Gewebemodellen

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Virtuelle PassformsimulationSoftware Optitex

Schnittteile Positionierung der Schnittteile und Darstellung der Nähte

Formkörper Ergebnis der Simulation

DFG Ro 1303/10-1

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Virtuelle PassformsimulationEinfluss der Vliesfixierung auf Biegeverhalten und Erscheinungsbild

DFG Ro 1303/10-1

Biegung: 500 dyn*cm Biegung: 10000 dyn*cm Biegung: 20000 dyn*cm

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Exakte Beschreibung von komplexen Produkten

Berücksichtigung von mehrlagigenAufbauten (z. B. durch Nähte und Einlagen)

Entwicklung spezieller Mess- und Prüftechniken

Entwicklung geeigneter Simulationssoftware

Ziel der Forschungsarbeiten

Jacke - DOB Sakko - HAKA

Virtuelle Passformsimulation (DFG Ro 1303/10-1)

Mehrlagiger Aufbau

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3. Fallverhalten

Videokamera

Drapemeter

Computer

Fourier-Analyseder Randkurve

Messgröße zur Charakterisierung des biegeweichen Verhaltens textiler Erzeugnisse

Eigengewicht führt zu einer dreidimensionalen Verformung

Erfassung von Fallkenngrößen (Anzahl, Form und Lage der Falten bezüglich der Materialausrichtung)

Bestimmung eines objektiven Messwertes (Fallkoeffizient)

DIN 54306: Bestimmung des Fallverhaltens

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4. Biegeprüfung

DIN 53362: Verfahren nach Cantilever

KES-FB-Gerätesystem

Messgröße zur Beschreibung der Krümmungs-änderung von textilen Materialien bezüglich einer Ausgangslage

Biegesteifigkeit ist Maß für den Widerstand des Materials gegen die Krümmungsänderung

Kenngröße für die Charakterisierung des Erscheinungsbildes und die Verarbeitung von Textilien

notwendig für Simulationsrechnungen

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Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 19

Fakultät Maschinenwesen Institut für Textil- und Bekleidungstechnik, Professur für Konfektionstechnik

Experimentelle Bestimmung der Biegesteifigkeit

ungleichmäßige Vorschubgeschwindigkeit

subjektive Bestimmung der Überhanglänge

visuelle Bestimmung der Überhanglänge

Ablesegenauigkeit am Maßstab(0,5 mm)

gekrümmte Probenvorderkante

DIN 53362: Bestimmung der Biegesteifigkeit, Verfahren nach Cantilever

Kritische Analyse der aktuellen Technik zur Biegesteifigkeitsprüfung:

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Entwicklung des Biegesteifigkeitsprüfgerätes ACPM 200

Messzone mit unterbrochenen Laserschranken

automatische Auswertung

Konstruktionszeichnung

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Entwicklung des Biegesteifigkeitsprüfgerätes ACPM 200maschinenbautechnische Weiterentwicklung

Quelle: Cetex Chemnitzer Textilmaschinenentwicklung gGmbh, Chemnitz

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Eigenschaften und Vorteile des ACPM 200

Probenbreiten von 25 mm bis 200 mm möglich

Vorschubgeschwindigkeit variabel wählbar

konstante Vorschubgeschwindigkeit während der Prüfung

Erfassung von maximal 24 parallelen Messwerten entlang der Probenbreite

grafische Darstellung des Biegeverhaltens über die Probenbreite auf dem Bildschirm

Möglichkeit der Änderung des genormten Winkels

hoher Automatisierungsgrad

einfache und komfortable Bedienung

hohe Reproduzierbarkeit der Ergebnisse > 95 %

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DOB – Oberstoff in KettrichtungBiegesteifigkeit – ACPM 200

Stoff B - KR

0

2

4

6

8

10

12

0 25 50 75 100 125 150 175 200

Probenbreite [mm]

Bieg

stei

figke

it [m

N cm

]

ohne NahtDoppelkappnahtSafteynahtSchließnahtthermofixiert ohne Nahtthermofixiert Safteynahtthermofixiert Schließnaht

Darstellung der Biegesteifigkeit für eine mittige Naht mit und ohne Einlagestoff

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Biegesteifigkeit – ACPM 200

Die Biegesteifigkeit steiferer Materialien wird durch die Fixierung nicht so stark verändert wie bei biegeweicheren Materialien.

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.

Auswirkung der Mehrlagigkeit (Thermofixierung)

Biegesteifigkeit - Kawabata

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

A

A_c B

B_c C

C_b

C_g

(mitt

ig)

C_g

(vol

lfläch

ig) D

D_b

D_d

D_g

(mitt

ig)

D_g

(vol

lfläch

ig) F

F_d

Material

B [

10-4

N·m

²/m]

Kette 1Kette 2Kette MW

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Biegesteifigkeit – KawabataAuswirkung der Mehrlagigkeit (Thermofixierung)

Vergleich unterschiedlicher Einlagen

Biegesteifigkeit - Kawabata Schuss (unterschiedliche Einlagen)

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

ohne Einlage Einlage b Einlage g (mittig) Einlage g(vollflächig)

Material

B [1

0-4

N·m

²/m]

CD

Biegesteifigkeit - Kawabata Kette (unterschiedliche Einlagen)

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

ohne Einlage Einlage b Einlage g (mittig) Einlage g(vollflächig)

Material

B [1

0-4

N·m

²/m]

CD

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Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 26

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Messgröße zur Beschreibung der Änderung des Scherwinkels bezüglich der Nulllage

Schersteifigkeit ist Maß für den Widerstand des Materials gegen die Scherung

Kenngröße für das Erscheinungsbild und die Verarbeitung von Textilien

notwendig für Simulationsrechnungen

5. Scherprüfung

TEXPROOF – Prüfgerät

KES-FB-Gerätesystem

Scherrahmen

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SchersteifigkeitMaterialprüfung – KES-FB-Gerätesystem (Scherung)

SchussKetteSchussKette

KES-Scherung, Material A, ohne Einlage

-3

-2

-1

0

1

2

3

-10 -5 0 5 10

Angle in deg

Load

in N

/m

KES-Scherung, Material A, Einlage c

-150

-100

-50

0

50

100

150

-10 -5 0 5 10

Angle in deg

Load

in N

/m

KES-Scherung, Material B, ohne Einlage

-3

-2

-1

0

1

2

3

-10 -5 0 5 10

Angle in deg

Load

in N

/m

KES-Scherung, Material B, Einlage c

-150

-100

-50

0

50

100

150

-10 -5 0 5 10

Angle in deg

Load

in N

/m

deutliche Änderung des Kennwertes durch die Vliesfixierung !!!

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SchersteifigkeitMaterialprüfung – KES-FB-Gerätesystem (Scherung)

Schersteifigkeit

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

B, ohn

e Einl

age

B, Einl

age c

A, ohn

e Einl

age

A, Einl

age c

C, ohn

e Einl

age

C, Einl

age b

C, E

inlag

e g (v

ollflä

chig)

C, E

inlag

e g (m

ittig)

D, ohn

e Einl

age

D, E

inlag

e bD, E

inlag

e d

D, E

inlag

e g (v

ollflä

chig)

D, E

inlag

e g (m

ittig)

D, Einl

age f

(voll

fläch

ig)

D, E

inlag

e f (m

ittig)

F, ohn

e Einl

age

F vernä

ht mit D

Sche

rste

ifigk

eit G

in N

/m*g

rd

SchussKette

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6. Zusammenfassung und Ausblick

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.

Eine besondere Bedeutung spielt die messtechnische Erfassung textilphysikalischer Eigenschaften bei der sich zukünftig noch weiter durchsetzenden Anwendung der CAD-Technik in der Produktentwicklung.

Dies verlangt die Bereitschaft und Möglichkeit, aus der Flächenbildung für die Weiterverarbeitung Materialkennwerte bereitzustellen.

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Prof. Dr. Ing.-habil. Hartmut Rödel Hofer Vliesstofftage 07.-08.11.2007 Folie 30

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Geeignete Gerätetechnik ist erforderlich, die von den momentan verfügbaren Prüfverfahren und -geräten noch nicht umfassend abgedeckt wird.

Offen sind Forschungsarbeiten, die insbesondere mehrlagigeStrukturen, wie sie bei der Anwendung von Vliesstoffen häufig gebräuchlich sind, hinsichtlich ihres Verhalten besser charakterisieren und auch in Modellen beschreiben.

Für die erfolgreiche Ausführung dieser Arbeiten ist die Partnerschaft mit Vliesstoffherstellern eine wesentliche Voraussetzung und Anlass für diesen Vortrag auf den Hofer Vliesstofftagen 2007.

6. Zusammenfassung und Ausblick