Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWMMediendienst
Der optimale Stoff
Die meisten chaotischen Systeme sind schwer zu verstehen. Dies gilt auch für Filter, Textilien und Dämmstoffe, deren wirre Ansammlungen von Fasern Lösungen filtrieren, Geräusche dämpfen oder Wärme zurückhalten. Die Hersteller gehen bei der Entwicklung ihrer Produkte in der Regel empirisch vor - ahnen also mehr aus Erfahrung, als dass sie wissen, warum und wie ihre Filze und Vliese (non-wovens) funktionieren. Wüssten sie es genauer, könnten sie durch gezielt geänderte Materialeigenschaften oder Produktionsbedingungen einiges an Kosten einsparen. Solche Analysen ermöglicht eine Software, die im Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM entwickelt wurde. Ihr Name »Geodict« leitet sich von Geometrieprediction ab und sie errechnet 3-D-Modelle der Mikrostrukturen.
»Mit den Originaldaten der zur Bildaufnahme eingesetzten Mikrocomputertomografie allein können die Strukturen nicht optimiert werden«, weiß Dr. Arnulf Latz. »Variieren lassen sie sich erst, indem die entscheidenden Parameter im Computermodell verändert werden.« Wichtig dabei ist der Volumenanteil der Fasern, also das Verhältnis von Feststoff zu Gas oder Flüssigkeit. Ein Anisotropiefaktor gibt an, wie stark das Geflecht orientiert ist: Wie ein Teller gekochte Spaghetti und originalverpackte verhalten sich statistisch verteilte Fasern anders als ein geordnetes oder gewobenes Geflecht.
Im Programm können bis zu fünf verschiedene Faserdurchmesser und deren Anteile definiert werden. Darüber hinaus lässt sich aus den Daten der Röntgenuntersuchung die Verteilung der Faserlängen und -querschnitte entnehmen. Sind sie rund oder eher flach wie Bandnudeln? Der letzte Parameter beschreibt, wie viele Kontakte die Fasern untereinander aufweisen - ist der Stoff also dicht gepresst oder eher watteartig?
Ein Beispiel dafür, was eine solche Simulation letztlich bringt: Autohersteller verwenden für die Fahrzeughimmel heute mehrlagige Formpressteile aus verschiedenen Materialien. Mithilfe von Geodict und weiteren Simulationswerkzeugen entwickelten Forscher des ITWM mit den Unternehmen Audi, Sandler und Faurecia einen mehrlagigen Aufbau aus reinem Polyester, der ähnlich Schall schluckende, mechanische und optische Eigenschaften aufweist. Am Ende des Autolebens kann er jedoch viel einfacher wiederverwertet werden, was bei immer strengeren Umweltauflagen ein deutlicher Vorteil ist. Wer Geodict näher kennenlernen möchte, kann seine Entwickler auch auf der Techtextil in Halle 4 am Stand F 53 treffen. Diese international führende Fachmesse findet vom 8. bis 10. April in Frankfurt am Main statt.