Was haben Windeln, Wischtücher, Wandbekleidungen, Wundpfl aster und Alcantara- Bezüge für Polstermöbel gemeinsam? Alle diese Produkte bestehen aus Vlies. Es gibt kaum einen Stoff, der vielseitiger verwendbar wäre. Sogar die Betreiber der Zugspitzbahn schützten Deutschlands höchsten Berg vergangenen Sommer mit einer Vliesfolie vor der Schneeschmelze. Allerdings variiert die Qualität des Textils stark. Prinzipiell gilt: Je fester, gleichmäßiger und markierungsfreier der Stoff, desto hochwertiger ist er. Auf der Suche nach dem perfekten Vlies hat der österreichische Hersteller von Nadelmaschinen, Oerlikon Neumag Austria, das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern um Hilfe gebeten.

Nadelmaschinen sind bei der Herstellung von Vliesen unumgänglich: »Vlies wird durch Vernadeln mechanisch verfestigt. Dabei stechen die Nadeln senkrecht in das Material ein und aus. Anschließend schiebt die Maschine den Stoff weiter, die Nadeln senken sich erneut. Bei diesem Prozess werden die Fasern verriegelt«, erläutert Dr. Simone Gramsch, Wissenschaftlerin am ITWM. »Die Nadeleinstiche müssen ganz gleichmäßig sein. Andernfalls kommt es zu unerwünschten Markierungen wie Längs-, Diagonal- oder Querstreifen. Auch ist das Material dann nicht so reißfest«, betont Gramsch.

Nadeleinstichgeometrie simulieren und Nadelbilder optimieren

Bislang hat Oerlikon Neumag Austria den Vernadelungsprozess ohne Computersimulationen durchgeführt. Das manuelle Anordnen der Nadeln erfolgte aufgrund von Erfahrungswerten. Die Nadelbretter wurden im Trial-and-Error- Verfahren gebaut und getestet. Dieser Vorgang dauerte mehrere Monate und war kostenaufwändig. Der Forscherin und ihrem Team ist es gelungen, diesen Prozess deutlich zu verkürzen. Künftig entfallen die Praxisversuche: Mit Hilfe von eigens entwickelten Softwaretools konnten die Wissenschaftler die Nadeleinstichgeometrie simulieren und so die Nadelbilder optimieren.

Neben der Anordnung der Nadeln beeinflusst die Einstichdichte das Ergebnis, vor allem die Festigkeits- und Dehnungseigenschaften des Vliesstoffs. Darüber hinaus müssen der Verzug und der Vorschub pro Hub – sprich pro Einstich – aufeinander abgestimmt sein. »Alle diese Faktoren berücksichtigen wir in unserer Software. Durch die Eingabe der unterschiedlichen Werte simulieren wir das Einstichmuster und bewerten es. Der Konstrukteur kann so beurteilen, wie die Nadeln am günstigsten im Nadelbrett gesetzt werden müssen«, sagt die Wissenschaftlerin. Dank des neuen Programms ersetzen jetzt objektive Gütekriterien die subjektive Beurteilung durch das menschliche Auge. Darüber hinaus haben die ITWM-Experten ein Konstruktionstool programmiert. Hier gibt der Anwender ein, für welche Vorschübe pro Hub und für welche Verzüge er ein Nadelbrett bauen will. Außerdem legt er fest, wie breit das Nadelbrett ausfallen soll. Auch die Art der Nadeln wählt er aus. Die Software designt daraufhin automatisch ein passendes Nadelbrett.

Doch die Entwicklung der Software hat die Forscher auch vor Probleme gestellt: Beispielsweise muss ein Nadelbrett verschiedene Vorschübe beherrschen. Schließlich fertigen Textilhersteller nicht jeden Tag die gleichen Vliese mit den identischen Vorschüben. Das Austauschen der Nadelteilung führt jedesmal zu Produktionsstillstand von mehreren Stunden. Das kann sich kein Hersteller leisten. Mit dem ITWM-Programm muss sich also ein Nadelbrett entwerfen lassen, das für mehrere Vorschübe pro Hub immer gleich gut vernadelte Vliese liefert. »Auch dies ist uns gelungen«, freut sich Gramsch. Oerlikon Neumag Austria hat inzwischen auf Basis der Softwareergebnisse zahlreiche neue Nadelbretter gebaut.

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