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Entwicklung von Funktionstextilien (Subject) / Zusammenfassung (Lesson)

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• Was sind Funktionstextilien? Definition Bekleidung und Heimtextilien mit funktionellem Mehrwert => Bereitschaft für Funktion mehr zu zahlen
• Funktionen von Kleidung? Temperaturregulierung Schutz vor äußeren Einflüssen (Nässe,Wind,mech. Einwirkungen) Repräsentation Transport Unterstützung
• Was ist ein Funktionstextil und was bedeutet der Mehrwert? Produkt aus bestimmter hanwerklicher Qualität + zugesagte Funktion --> diese muss nachgewiesen werden! durch Prüfprozeduren Verknüpfung der handwerklichen mit Anwendungskenntnissen --> Funktion muss gewährleistet sein! Qualitätsprüfung d. Funktion! Gewährleistungssituation: was bei Nichterfüllung?
• Was sind Smart Textiles? Bekleidung mit intelligenter Funktion z.B. beheizbar, leuchtend, überwachend (Vitalparameter)
• Welche Schritte hat ein Entwicklungsprojekt? Ideenfindung Machbarkeitsstudie Prototypphase Nullserie
• Entwicklungsprojekt: Welche Punkte umfasst die Ideenfindung? Anforderungen an das Projekt (auf Funktion bezogen, zwischen Muss-und Kannanforderungen unterscheiden) --> Zielwerte formulieren Einsatzgebiet Zielgruppe Marktabschätzung (Volumen, Preis, Konkurrenz) Entscheidung über Durchführung der Machbarkeitsstudie
• Wer sollte an einem Entwicklungsprojekt beteiligt sein? Entwicklung Produktion Vertrieb+Marketing Anwender
• Entwicklungsprojekt: Machbarkeitsstudie Modellbildung für gewünschte Funktion (phy. Zusammenhänge erfassen) Einflussparameter (z.B. Porengröße-->wie beeinflussen?) Prüfverfahren festlegen (bestehendes oder neues?) Grundlagenversuche: Konstruktion, Material--> Versuchsplan zur Quantifizierung dieser Faktoren
• Entwicklungsprojekt: Prototypphase Erstellung erster Muster Durchführung von Anwendungstests (Überpr. d. Funktion) Vergleich mit bestehenden Produkten Abschätzung der Herstellkosten Ergebnis ist die abschließende Konstruktion
• Entwicklungsprojekt: Nullserie Seriennahe Fertigung (Konstruktion ist abgeschlossen) Überprüfung der Qualitätsbandbreite Verifikation der Herstellkosten
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• 3-Eck des Projekt Managements Klar definierte Ziele hinsichtlich: Inhalt Zeit Ressourcen beeinflussen sich gegenseitig! Fokussierung auf einen Punkt erzwingt Kompromisse bei den anderen!
• Was ist wichtig bei der Projektsteuerung? Meilensteine setzen (klare Vorgaben) bei jedem Meilenstein Zielsetzung und Fortschritt prüfen (Dokumentation+Schlussfolgerung -->Fortsetzung: ja? nein?) wenn ja: nächsten Meilenstein definieren wenn nein (da keinerlei Fortschritt über gew. Zeit) : über Stopp nachdenken
• Wie sollten Sitzungen ablaufen? Zielsetzung definieren (jeder muss Ziel kennen) Protokoll schreiben (Ziel, wichtige Infos, Entscheidungen, Aufgaben) Protokoll kurzfristig verteilen
• Was ist wichtig um Aufgaben zu delegieren? Inhalt muss definiert sein verantw. Person bekannt sein Termin abgestimmt sein
• Was für Schutzrechte gibt es? Patent (max 20 Jahre): Vorrichtung, Erzeugnis, Verfahren Gebrauchsmuster (max. 10 Jahre): Vorrichtung, Erzeugnis Geschmacksmuster (max. 25 Jahre): Erscheinungsform eines Erzeugnisses Marke (unbegrenzt): Erzeugnis, Bild, Firma, Verfahren
• Was ist der Sinn von Schutzrechten? Schutz des geistigen Eigentums Wirtschaftl. Nutzen für Erfinder Dokumentation der Innovationskraft eines Unternehmens
• Welche Vorraussetzungen müssen Schutzrechte erfüllen? Patent: Neuigkeit, keine Schutzfrist, überraschende Wirkung Gebrauchsmuster: Neuigkeit, 6 Mon. Schutzfrist, überraschende Wirkung (=kl. Patent) Geschmacksmuster: Neuigkeit, 12 Mon. Schutzfrist, individueller Charakter (Designer) Marke: individueller Charakter, nicht allgemein beschreibend
• Definition Neuigkeit Idee= global neu, noch nie veröffentlicht Abgrenzung zu ähnlichem deutlich darlegen!
• Definition: Überraschende Wirkung darf nicht aus der logischen Konsequenz der Arbeit eines Fachmanns entstehen! --> überraschender Effekt: Erfinderische Höhe
• Definition: Schutzfrist Periode zwischen Erstveröffentlichung einer Idee und Anmeldung beim Patentamt
• Was versteht man unter Bekleidungsphysiologie? = Wirkung von Kleidung auf den Körper Ergonomische Tragefunktionen (Passform, Bewegungsfreiheit) --> beim Kauf erkennbar Physiologische Funktionen (Klimaregulierung d. Körpers, hautsensorische Effekte, Einwirkung von Schadstoffen...) --> beim Kauf nicht erkennbar
• Wärmebildung im Körper = Leistungsumsatz M [W] oder auch als Q angegeben: Leistung p= W/t Watt= Joule/Sekunde z.B Schlafen: 85 Watt z.B Stehen: 160 Watt
• Was ist Wärme? = Energie die gespeichert werden kann --> Temperatur steigt Q = c * m *dT                                   M=Q/t Wärmebildung im Körper/ Leistungsumsatz Q [J] : Wärmemenge c [J/(kg*K)] : Wärmekapazität des Materials m [kg] : Masse des Materials dT [K] : Temperaturdifferenz
• Nenne die 3 Wege der Wärmeabgabe Atemluft (10% der entstehenden Wärme) trockener Wärmeaustausch (Wärmeleitug/Konduktion, Konvektion, Strahlung Verdunstung (von Schweiß = Kühlfunktion)
• Was ist Wärmeleitung/Konduktion? = Wärmefluss innerhalb fester Körper, ruhender Flüssigkeiten und Gase Q• = (λ·A·ΔT) ⁄ d Q• [W] : Wärmefluss λ [W/(m·K)] : Wärmeleitzahl des Materials A [m2] : Querschnittsfläche senkrecht zum Wärmefluss ΔT [K] : Temperaturdifferenz d [m] : Schichtdicke
• Was ist Konvektion? = Wärmefluss von bewegten, flüssigen oder gasförmigen Stoffen (Fluiden) Q• = α · A · ΔT Q• [W] = Wärmefluss α [ W / (m2·K) ] = Wärmeübergangskoeffizient --> abh. von Art der Konvektion A [m2] = Oberfläche des Wärmeübergangs ΔT [K] = Temperaturdifferenz zwischen Oberfläche und Fluid
• Welche Arten von Konvektion gibt es? Beispiele natürliche Konvektion: z.B. Heizung aufdrehen (warme Luft steigt natürlich nach oben); stehen an windstillem Tag, laufen an windigem Tag (genauso schnell wie Wind) erzwungene Konvektion: z.B. Ventilator aufdrehen, Laufen an windstillem Tag, Schwimmen in ruhigem Gewässer
• Wichtige Grundwerte zum Merken Körpertemperatur Mensch: 37° Oberflächentemp. Mensch: 34° Oberfläche Mensch: 1,8 m2 Durchschnittsmensch: 70kg, 173cm Wärmebildung Körper: aus Tabelle --> Achtung 10% für Atmung abziehen!
• Was ist der Wärmeübergangskoeffizient? --> abhängig von Art der Konvektion (natürlich, erzwungen) α = Q• / (A·ΔT)                [W / (m2· K) ]
• Wärmewiderstand/ spez. Wärmewiderstand = Isolationsfähigkeit --> hohe Wärmeleitfähigkeit = ger. Wärmewiderstand R = (1 / λ) · d    [m2·K / W]                                  Rc = 1 / λ    (spez. Wärmewiderstand)
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• Wie schützt sich der Körper gegen Unterkühlung? Hauttemperatur reduzieren (Temp.diff. zur Umgebung wir reduziert) Abkühlung der Extremitäten Anhebung der Energieerzeugung durch Zittern (zus. Leistungsumsatz von 350W)
• Wie schützt sich der Körper gegen Überhitzung? Anheben der Hauttemperatur (ΔT zur Umgebung höher) Temperatur der Extremitäten anheben (übersch. Wärme wird zwischengespeichert) Verdunstung von Schweiß (0,5 l pro Stunde = 315 W) --> Änderung des Aggregatszustands--> Energie kühlt
• Was für Einflüsse gibt es auf den Wärmewiderstand? Rc von Luft ist 10 mal höher als von Fasermaterial => zu dicht gepackte Fasern haben einen geringen Wärmewiderstand Für hohe Isolation viel Lufteinschlüsse nötig aber diese muss ruhen sonst kommt es zu Konvektion = höherer Wärmefluss Rc von Wasser ist 20 mal geringer als von Luft => nasse Kleidung hat deutlich reduzierte Isolationswirkung, Wasser verdrängt Luft und bildet Wärmebrücken! ⇒ richtig gepackte Fasern schließen viel Luft ein, behindern aber die Zirkulation
• Formel: Wärmedurchgang durch Kleidung Q• = [ A / (Rc· d) ] · (Tinnen - Taußen)
• Luftdurchlässigkeit Luft ist guter Wärmeisolator wenn sie in Ruhe ist, sobald sie in Bewegung gerät entsteht ein konvektiver Wärmeabfluss
• Wirkung von enganliegender Kleidung ? wirkt wie eine Wärmeflussbremse abh. vom Wärmewiderstand wird die Oberflächentemp. zur Umgebung abgesenkt => reduzieren des Wärmeflusses
• Wie funktioniert der Feuchtigkeitshaushalt? Verdampfender Schweiß = wichtiges Temperaturregulativ Verdunstung darf nicht behindert werden Bei Kleidung muss Schweiß gut abgeführt (dampfförmig,flüssig) werden = atmungsaktiv Merke: Nässe beeinflusst auch trockenen Wärmewiderstand
• Was passiert bei der Verdunstung? Änderung des Aggregatszustands (flüssig->>gasförmig), dies benötigt sehr viel Energie! diese Energie ist die Verdampfungsenthalpie--> von Wasser: Δh = 2,26 MJ/kg = 2260 J/g Schweißbildung in Ruhe: 0,5 -1 Liter pro Tag ->> durchschnittliche Kühlleistung von 12,5-25 W
• Wasserdampfdurchgang: Zusammenhänge je trockener die Luft umso mehr Feuchtigkeit kann sie aufnehmen trockene Umgebung unterstützt die Verdunstung von Schweiß/ Kühlwirkung f. Körper hohe Luftfeuchtigkeit behindert Verdunstung->> Kühlwirkung lässt nach, nasser Schweiß wasserdampfdurchlässige Kleidung unterstützt natürliche Temperaturregelung des Körpers
• Welche Wege des Wasserdampfes gibt es? Diffusion: Wasserdampf geht als Gas zwischen Poren hindurch ->> begünstigt durch: große Poren, geringe Dicke, Fasern in Flussrichtung (materialunabhängig) Absorption: Wasserdampf wird aufgenommen und innerhalb der Fasern vom Körper wegtransportiert, an Außenseite verdunstet das Wasser wieder. ->> sehr langsam (abh. von Feuchtigkeitsaufnahme des Materials) Adsorption: Wasser wird an Oberfläche gebunden und nach außen geleitet. ->> abh. von Benetzbarkeit und Größe der Oberfläche Kapillarwirkung: Kleine Hohlräume saugen flüssiges Wasser auf ->> abh. von Benetzbarkeit und Geometrie
• Was für Wetterschutzmembrane gibt es? Einbindung einer Folie in ein Textil (z.B. Goretex) Membrane aus Fasern (z.B Mikrofaser:dichtes Gewebe ->> Sympatex)
• Was ist das Prinzip von 2-schichtiger Kleidung? Normalerweise wird Schweiß vollständig verdunstet, aber bei Anstrengung entsteht überschüssiger Schweiß der nicht verdunstet = flüssig. Dieser wird von der Kleidung aufgesaugt und bei Hautkontakt als kühl empfunden ⇒ hydrophobe Schicht kann als Abstandhalter fungieren Vorraussetzung: gute Kapillarwirkung  ⇒ konduktive Fasern auf der Innenseite und absorptive Faser außen
• Was für Faserentwicklungen gibt es im Bereich der Funktionstextilien? = zur Verbesserung der Bekleidungsphysiologie Mikrofasern Hohlfasern Profilfasern PCM-Fasern (Phase Change Materials ->> Ändern Aggregatszustand)
• Was sind Mikrofasern und welche Vorteile haben sie? = Feinheit der einzelnen Faser nicht größer als 1 dtex hohe spez. Oberfläche = guter kapillarer Feuchtigkeitstransport, Feuchtigkeitsaufnahme höhere Flächenabdeckung bei geg. Gesamtfeinheit = Eingeschränkte Ventilation -> Anhebung der Wärmeisolation d. Textils weicher Griff durch ger. Biegesteifigkeit
• Was sind Hohlfasern und welche Eigenschaften haben sie? Mit Hohlfasern soll die Wärmeisolation der Fasern angehoben werden (Rc von Luft 10 mal höher als von Fasern) aber: Hauptteil der Isolation durch Hohlräume zwischen den Fasern! Bei gleicher Feinheit, erhöht sich der Durchmesser, dadurch: höhere spez. Oberfläche (bessere Feuchtigkeitsaufnahme) höhere Flächenabdeckung (red. der Ventilation durch Stoff) signifikant höhere Biegesteifigkeit (gut für Füllfasern)
• Was sind Profilfaser? Beispiele und Eigenschaften Bsp: PES-Faser CoolMax von Invista, PA-Faser Breeze von Nilit Profilierung des Querschnitts, dadurch: Erhöhung der spez. Oberfläche (bessere Feuchtigkeitsaufnahme) Rillen entlang der Faser erhöhen als Wasserkanäle die Kapillarwirkung
• Was sind PCM-Fasern?Eigenschaften? PCM= Phase Change Materials -> sollen Pufferwirkung für Wärme bilden Effekt: durch Wechsel des Aggregatszustands kann viel Energie auf einem Temperaturniveau umgesetzt werden. ⇒ hierzu wird ein Paraffin in Faser eingelagert, das eine Schmelztemperatur auf gewünschtem Niveau hat.
• Zusammenfassung Bekleidungsphysiologie: Ziel von Kleidung Ziel von Kleidung: Mikroklima in Hautnähe schaffen --> halten der Körpertemp. 37° dafür müssen Feuchtigkeits und Temperaturflüsse optimiert werden dafür: Einsatzgebiete der Kleidung muss ausführlich beschrieben sein: Belastungsbereich, Umgebungsbedingungen, zusätzliche Anforderungen
• Formel: elektrischer Widerstand / Spannung / Stromstärke R = U / I                 U = R·I              I = U / R R [Ω] = elektrischer Widerstand U [V] = elektrische Spannung I [A] = Stromstärke
• Formel: elektrische Leistung P = U · I     [W] P = U2/R Watt = Volt · Ampere

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