14 Externe wissenschaftliche Einrichtungen
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Item Open Access Analyse der Faservereinzelung im Kardierprozeß zur Vermeidung einer Faserschädigung(2002) Jehle, Volker; Egbers, Gerhard (Prof. Dr.-Ing.)Die Karde beeinflußt die Garnqualität wesentlich. Ihre Aufgabe ist es, Faserflocken bis zur Einzelfaser aufzulösen, zu orientieren, Nichtfaseranteile, Staub, Kurzfasern und Faserverknotungen wie Nissen zu entfernen. Dabei soll die Karde diese Aufgaben, ohne die Faser zu schädigen, erledigen. In den letzten 20 Jahren konnte der Faserdurchsatz beim Kardieren um das Dreifache auf bis zu 120 kg/h gesteigert werden. Dies erfordert von der Karde eine wesentlich intensivere Flockenauflösung sowie höhere Reinigungseffizienz. Eine intensivere Flockenauflösung und -reinigung bedeutet jedoch auch immer eine intensivere Faserbeanspruchung und damit die Gefahr einer Faserschädigung. Die Intensität der Flockenauflösung hängt von vielen Kardierparametern ab. Zu den wichtigsten Parametern gehören die Vorreißerdrehzahl, die Spitzendichte der Vorreißergarnitur und die Einlaufgeometrie Speisewalze/Vorreißer. Im eigentlichen Kardierbereich Tambour/Deckel sind die Tambourdrehzahl, der Faserdurchsatz, der Deckelabstand sowie die effektive Kardierfläche die entscheidenden Kriterien. Auch der Rohstoff hat einen Einfluß auf die Flockenauflösung. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Bedeutung dieser Parameter untersucht und Zusammenhänge zwischen diesen Kenngrößen einerseits und der Flockenauflösung sowie der Faserschädigung andererseits herausgearbeitet. Dabei wurden online-Meßsysteme an der Karde eingesetzt, mit denen es möglich war, die Faser- und Kardierelement-Belastung während der Produktion zu erfassen. Fasern und Garne wurden geprüft, um die Faserschädigung beim Kardieren zu ermitteln. Es werden die Gefahren für eine Faserschädigung sowie die Potentiale für eine intensivere Kardierung aufgezeigt. Durch eine schonendere Kardierung wird eine bessere Rohstoffausnutzung möglich. Die Ergebnisse der Arbeit stellen eine gute Ausgangsbasis für die Neu- und Weiterentwicklung von Karden in Hinblick auf eine weitere Leistungssteigerung bei gleichzeitig schonender Faserbehandlung dar.Item Open Access Analyse der physikalischen Grundlagen zur Entwicklung eines integralen Messverfahrens für die Bestimmung des Warengriffs an Maschenwaren(2007) Hasani, Hosien; Planck, Heinrich (Prof. Dr.- Ing.)In der Vergangenheit wurde mehrfach versucht, den Warengriff eines Stoffes objektiv, mit speziell dafür entwickelten Geräten, zu messen. Besonders bekannt ist das Kawabata-Bewertungssystem (KES) und das vereinfachte FAST- System (Fabric Assurance by Simple Testing). KES und FAST wurden im wesentlichen für die Beurteilung von Geweben entwickelt, wobei KES eingeschränkt auch für Maschenwaren angewendet werden kann. Obwohl mit diesen Methoden die Warengriff-Parameter präzise ermittelt werden können, sind beide Methoden zeitaufwändig und die Interpretation der Ergebnisse kompliziert. Deshalb werden diese Methoden nur begrenzt in der Bekleidungsindustrie angewandt. Um diese Einschränkungen zu überwinden, wurde versucht, einfachere Messverfahren zu entwickeln, die auch in der Produktion eingesetzt werden können. So wurde eine Methode entwickelt, bei der eine kreisförmig zugeschnittene Probe mit einem Haken durch einen Ring gezogen wird. Die dabei gemessene Durchzugskraft kann als Maß für den Warengriff eines Stoffes angesehen werden. Die bei dieser Messung stattfindende unkontrollierte Faltenbildung der Probe während des Durchzugsvorgangs verursacht eine hohe Varianz bei den Ergebnissen. Um eine reproduzierbare Faltenbildung zu erreichen, wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit eine neue Methode (PDP-Methode) untersucht, die im Prinzip auf der bestehenden Durchzugsmethode basiert. Bei dieser Methode liegt die Rundprobe zunächst flach auf einer Platte mit einem mittigen Prüfloch, durch das die Probe gezogen wird. Die Faltenbildung kann durch eine Distanzplatte, die parallel zur Lochplatte in einem bestimmten Abstand angeordnet ist, beeinflusst werden. Hierdurch entsteht beim Durchzugsvorgang in der Rundprobe ein Vielfaches an Falten als bei der konventionellen Durchzugsmethode, bei der die Faltenbildung zufällig erfolgt. Das Messergebnis ist eine definierte Kraft-Durchzugsweg-Kurve. Die Ergebnisse zeigen, dass der Prüflochdurchmesser und der Abstand zwischen Loch- und Distanzplatte die Durchzugskurve erheblich beeinflussen. Folgende Einflussparameter wurden mit der modifizierten Durchzugsmethode (PDP-Methode) untersucht: § Faserparameter (Faserart, Faserlänge) § Garnparameter (Garndrehung und Spinnverfahren) § Gestrickparameter (Struktur, Dichtefaktor) § Veredlungsparameter (Bleichen, Färben, Weichmachen) Die Versuchsgarne wurden ausgesponnen, verstrickt, die Gestricke unterschiedlich ausgerüstet und mit der PDP-Methode bewertet. Für statistische Analysen erfolgte die Auswahl der wichtigsten Kennwerte aus der Durchzugs-Kurve, z.B. maximale Durchzugskraft, Anfangssteigung, Durchzugsweg und Durchzugsarbeit. Die Gestrickproben wurden nach der Stoffdicke in Sommer- und Winterbekleidung klassifiziert. Im weiteren Verlauf der Arbeit wurde untersucht, inwieweit die PDP-Methode mit etablierten Methoden (KES bzw. GED) korreliert. Da es für die Warengriffbewertung von gestrickter Sommerbekleidung keine Standardmethode nach KES gibt, wurde die "Gewichtete Euklidische Distanz-Methode" (GED-Methode) eingesetzt, die lt. Literatur in hohem Maße mit den KES-Ergebnissen korreliert. In früheren Arbeiten, mit der konventionellen Durchzugsmethode als Basis, wurde ausschließlich die maximale Durchzugskraft als Maß genutzt, um Stoffe untereinander zu vergleichen. Da der Warengriff ein kompliziertes Phänomen ist, ist es nicht möglich, diesen mit nur einem Kennwert darzustellen. Aus diesem Grund wurden die Kurvenkennwerte, die am besten mit den physikalischen Eigenschaften korrelieren ausgewählt. Zur besseren Beurteilung des Warengriffs wurde die Auswertung der Durchzugsmethode dahingehend erweitert, dass die PDP-Kurvenkennwerte, die am besten mit den physikalischen Maschenwareneigenschaften korrelierten und die Parameter "Oberflächenreibung" und "Härte" zusammen in einem Polardiagramm dargestellt werden. Die Fläche innerhalb des Polardiagramms kann als Maß zu Beurteilung des Warengriffs verwendet werden. Die Faltenbildung bei der PDP-Methode ist wesentlich regelmäßiger als beim bisherigen Durchzugsverfahren. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass sich die Variation der Durchzugskräfte reduziert. Durch die Anwendung der Distanzplatte beschreibt die PDPMethode die Warengriff bestimmenden physikalischen Eigenschaften der Maschenwaren wesentlich besser als die bisher angewandten Durchzugsverfahren.Item Open Access Analyse und Optimierung des Verdichtungsspinnens im Hinblick auf Wirtschaftlichkeit und Garnqualität(2003) Morgner, Jörg; Egbers, Gerhard (Prof. Dr.-Ing.)Das Verdichtungsspinnen ist ein modifiziertes Ringspinnverfahren, bei dem eine pneumatische Faserbündelung nach dem Verzugsprozess stattfindet. Durch diese Faserbündelung reduziert sich die Garnhaarigkeit außerordentlich stark. Zudem nimmt die Garnfestigkeit im Vergleich zur Festigkeit des Ringspinngarns um etwa 15 % zu. Die Reduzierung der Garnhaarigkeit sowie die Steigerung der Garnfestigkeit sind von der Güte der Faserbündelung in der Verdichtungszone abhängig. Es ist daher von großer Bedeutung, die Faserbündelung möglichst effizient zu gestalten. Dazu müssen die den Faserbündelungsvorgang beeinflussenden Parameter bekannt sein. Die vorliegende Arbeit befasst sich daher mit der Analyse und der Optimierung des Verdichtungsspinnens mit dem Ziel, den Verdichtungsvorgang im Detail zu untersuchen und die Effektivität der Faserbündelung und damit auch die Wirtschaftlichkeit des Spinnverfahrens zu verbessern. Des Weiteren wird untersucht, welchen Einfluss die Eigenschaften des Rohstoffs auf den Faserbündelungsvorgang haben. Für die Herstellung eines Garns höchster Qualität muss der Verzugsprozess optimal eingestellt werden. Im Rahmen der Arbeit wird speziell untersucht, welche Auswirkungen die Höhe der Vorgarndrehung und der Vorverzug auf die Garnqualität haben. Als Qualitätskriterien dienten neben der Garngleichmäßigkeit auch die Vorverzugskraft.Item Open Access Architektur vernetzter Wertschöpfungsgemeinschaften der Textilwirtschaft(2007) Rehm, Sven-Volker; Fischer, Thomas (Prof. Dr.)Die Wertschöpfungsgemeinschaften der Textilwirtschaft weisen traditionell gewachsene Strukturen auf. Diese sind heute gegenüber ihrem turbulenten Umfeld ineffizient und ineffektiv geworden; sie werden den Anforderungen der heutigen unternehmerischen Umwelt nicht mehr gerecht. Gleichzeitig erwächst aus diesen Beziehungen das Potenzial, sich den neuen Anforderungen zu stellen und ihnen aktiv zu begegnen. Um dieses Potenzial nutzen zu können, fehlen dem Management der Unternehmen jedoch die geeigneten Mittel, um bessere, flexiblere Strukturen zu schaffen und um in diesen neuen Strukturen kooperieren und führen zu können. Es werden neue organisatorische Kompetenzen benötigt, um in der Zukunft Kooperationen aktiv gestalten zu können. Das Management muß hierzu seinen Handlungsrahmen um geeignete Mittel erweitern. Das Ziel der dieser Arbeit zugrundeliegenden Forschungstätigkeit bestand darin, zunächst für ein konkretes, komplexes Koordinationsproblem der Textilwirtschaft eine praktikable Lösungsidee zu entwickeln und zu erproben. Daraus sollte in einem zweiten Schritt, mit der vorliegenden Arbeit, ein Beitrag zum wissensorientierten Management zukünftig verstärkt auftretender Typen netzwerkartiger Kooperationen innerhalb der Textilwirtschaft entstehen. Die Ausarbeitung folgt dazu einer konstruktiven, integrativen Methodik, mithilfe derer die geforderten neuen Mittel für Management entwickelt werden. Sie setzen einen neuen Handlungsrahmen für Management, der die Partner der Wertschöpfungsgemeinschaften dazu befähigen soll, ihre vernetzten Gemeinschaften und ihre Kooperation in diesen Gemeinschaften besser gestalten zu können. Vor diesem Hintergrund wird eine Architektur der vernetzten Wertschöpfungsgemeinschaften der Textilwirtschaft erarbeitet. Sie liefert die methodische Grundlage für wissensorientiertes Management. Bei der Gestaltung der Kooperation kommt dabei der Modellierung und der Koordination ein besonderer Stellenwert zu. Die erfolgreiche Kooperation innerhalb der netzwerkartigen Wertschöpfungsbeziehungen beruht auf der geeigneten Gestaltung der entstehenden neuen Wertschöpfungsgemeinschaften. Insbesondere die Form des Gemeinschaftshandelns erzeugt Communities, innerhalb derer Wertschöpfungspartner Netzwerke bilden können, welche definierte netzwerkartige Ausprägungen von Kooperationen sind, an denen die Partner über unterschiedliche Koordinationsmechanismen partizipieren. Der erste Teil der Ausarbeitung untersucht eine praktischen Problemstellung. Es wird die Kooperation innerhalb einer konkreten Wertschöpfungsgemeinschaft der Textilwirtschaft im Bereich Heimtextilien betrachtet. Die Arbeit stellt zunächst den anwendungsorientierten Forschungsansatz vor und formuliert die konkrete Problemstellung. Dabei werden drei grundlegende Probleme identifiziert. Dies sind das Vernetzungsproblem, hinsichtlich der dynamischen Gestaltung der Partnerschaftsbeziehungen, das Navigationsproblem, hinsichtlich der systematischen Orientierung in der komplexen Beziehungsstruktur der Wertschöpfungsgemeinschaft sowie das Problem der Wissensteilung, hinsichtlich der systematischen Erschließung von Wissen für die Kooperation. Lösungsidee ist es, diesen drei Problemen durch Einführung eines neuen organisatorischen Konzeptes, durch Etablierung entsprechender methodischer Grundlagen und durch die Anwendung geeigneter Technologien zu begegnen. Zielsetzung ist die Erarbeitung eines Lösungsvorschlages für die Neugestaltung der Integration der Community-Partner. Insbesondere wird untersucht, welche Merkmale die neuen Wertschöpfungsgemeinschaften, die Communities, aufweisen. Es wird hierbei das Managementkonzept der Community Governance entwickelt. Die Umsetzung dieses Konzeptes fordert von den Unternehmen der Gemeinschaften die Etablierung der neuen Organisationsform Dynamisch Vernetzter Unternehmen. Dies geschieht mithilfe einer Gestaltungsmethode, die auf einer wissensorientierten Analyse und Modellierung basiert. Es wird ein konkretes Gestaltungsprojekt erläutert, das diese Methode praktisch umsetzt. Das Ergebnis ist ein neuer Handlungsrahmen für Management, der neue methodische und technologische Instrumente und Tools umfasst. Letztere werden im zweiten Teil der Ausarbeitung im Hinblick auf eine generalisierte Problemstellung erörtert. In diesem Zusammenhang wird ein Wissensmodell als generisches Framework für wissensorientiertes Management formuliert. Es ermöglicht die Untersuchung eines allgemeinen konzeptionellen Modells der Community Governance. Aus dem Blickwinkel von Systemtheorie und Kybernetik wird im folgenden die Community Governance als komplexes ökonomisches System charakterisiert. Abschließend werden die Potenziale der Community Governance als Managementkonzept im Umfeld anderer dynamischer Gemeinschaftsstrukturen erörtert. Die Community Governance kann zu diesem aktuellen Thema der anwendungsorientierten Forschung bereits praxiserprobte Elemente beitragen.Item Open Access Entwicklung eines Meltblow-Verfahrens zur Herstellung thermoplastischer Feinstfaser-Vliesstoffe(2015) Batt, Till; Planck, Heinrich (Prof. Dr.-Ing.)Das Meltblow-Verfahren wird seit vielen Jahren zur Erzeugung von Mikrofaservliesstoffen im Bereich von 1,0 Mikrom. - 20 Mikrom. eingesetzt. Aus verfahrenstechnischen Gründen sind damit jedoch Faserdurchmesser unterhalb 1,0 Mikrom. bislang nur sehr begrenzt herstellbar. Dies schränkt die Effizienz und Einsatzmöglichkeiten der Meltblow-Vliesstoffmedien beispielsweise in Filtrationsanwendungen erheblich ein. Ziel dieser Arbeit ist daher die Entwicklung eines über den Stand der Technik hinausgehenden Meltblow-Verfahrens zur ökonomisch sinnvollen Herstellung von Feinstfasern im Durchmesserbereich zwischen 0,1 Mikrom. und 1,0 Mikrom. mit dem thermoplastischen Werkstoff Polypropylen. Dazu erfolgt erstmalig in dieser Arbeit eine umfassende Untersuchung von Modifikationen des Meltblow-Verfahrens, die zur Herstellung von Feinstfasern eingesetzt werden können. Die Experimente und Studien wurden dabei durch aktuelle Erkenntnisse der numerischen Strömungssimulation unterstützt. Die rheologische Charakterisierung ist notwendig, um die niederviskosen Polymer-Typen hinsichtlich prozessinhärenter Viskosität und Spinnstabilität zu bewerten und bildet damit die Grundlage für ein tieferes Verständnis des Materialverhaltens unter hoher Dehnung. Online-Rheometer-Messungen wurden durchgeführt, um die Viskositätsabnahme durch thermische Degradation und unter Zugabe reaktiver Additive zu kontrollieren. Die Ergebnisse unterstreichen die hohe Bedeutung einer geringen Polymer-Viskosität auf die Ausbildung von Feinstfasern, zeigen jedoch auch Grenzen des Verfahrens auf. Optimierte Prozessparameter und Parameterkombinationen, die zur Bildung von Feinstfasern führen, wurden durch die Nutzung statistischer Versuchsplanung an einem Einkapillardüsen-System erreicht. Erstmalig konnte hier auch eine systematische Untersuchung der Kapillar- und Luftschneidengeometrie erfolgen. Nähere Betrachtungen der Faserbildung unter Zuhilfenahme von Hochgeschwindigkeits-Videoaufnahmen und Simulationen führten schließlich zum Aufbau eines optimierten Verfahrens mit temperierter Sekundärluft an einer 500 mm breiten Technikum-Anlage. Die Temperierung der Sekundärluft ermöglicht die Herstellung von Feinstfasern bei hoher Produktivität und bildet somit die Grundlage für das hier entwickelte, optimierte Verfahren. Erste Filtertests zeigen das hohe Potenzial dieser Feinstfaser-Vliesstoffe in der Feinstaubabscheidung.Item Open Access Entwicklung eines neuartigen textilbasierten Moduls zur Nutzung der Sonnenenergie(2009) Stefanakis, Jannis; Planck, Heinrich (Prof. Dr.-Ing.)Im Mittelpunkt steht die Untersuchung verschiedenartiger Sonnenkollektortypen in Bezug auf Ihre Effizienz und Produktionskosten. Während der Entwicklung von leistungsstarken Sonnenkollektoren, unter Einsatz von verschiedenen, besonders leichten Materialien, stand die Erforschung von Textilien im Mittelpunkt. Die Zielgebung war ein flexibler und effizienter Kollektor, der in den unterschiedlichsten Gebieten, unter verschiedenen geographischen und topographischen Gegebenheiten, einsetzbar ist. Die Arbeit dokumentiert Forschungsstationen über mehrere Jahre.Item Open Access Entwicklung eines neuartigen Verfahrens zur sekundären Fixierung eines Hüftendoprothesenschaftes(2002) Grupp, Thomas Michael; Planck, Heinrich (Prof. Dr.-Ing.)Diese Arbeit beschäftigte sich mit der Entwicklung einer Methode zur sekundären Zementinjektion und Markraumdrainage durch die Schaftkomponente zur Optimierung der Verhältnisse bei der zementierten Implantation von Hüftendoprothesen. Insbesondere standen die Gesichtspunkte der reproduzierbaren Prothesenposition, hohen Qualität des Zementköchers und definierten Spongiosapenetration zur Realisierung einer hochwertigen Implantatverankerung bei gleichzeitiger Reduzierung des intramedullären Druckaufbaues im Vordergrund. Nach der strömungsmechanischen Konzeption des Injektionssystem und rheologischen Untersuchungen zum Fließverhalten von Knochenzement erfolgte die Auslegung einer idealisierten Femurkavität und eines Prüfstandes zur Parametervariation. Im Rahmen von 197 Injektionsversuchen im Labor wurden empirisch die optimalen Eingangsgrößen für das System ermittelt, wobei 8 Systemparameter bei jeweils 5 Polymerisationszuständen der Knochenzemente variiert wurden. Die Überprüfung des Verfahrens erfolgte durch in vitro-Versuche am Humanfemurpräparat. Insgesamt folgt aus den Versuchen, daß mit der optimierten Zementkanalprothese erstmals ein System zur sekundären Zementierung zur Verfügung steht, welches im Hinblick auf Zementinjektion, Prothesenposition im Femur, Qualität der Zementierung und definierte Spongiosapenetration ein hohes Maß an Reproduzierbarkeit aufweist. Zusätzlich reduziert dieses Verfahren, aufgrund der Minimierung des intramedullären Drucks, die intraoperative Belastung des Patienten. Es ist zu erwarten, daß sich die mit dem Einsatz des Verfahrens der Zementkanaltechnik hohe Primärstabilität der Implantatverankerung im Femur, auch in der Stabilisationsphase auf eine dauerhafte Verbindung von zementiertem Schaft und Knochen positiv auswirkt und sich somit die klinischen Langzeitergebnisse der zementierten Hüftendoprothetik weiter verbessern lassen.Item Open Access Entwicklung und Evaluierung eines serientauglichen LDA-Sensors für die hochdynamische und hochgenaue Messung der Garngeschwindigkeit in der Spulerei(2010) Linden, Martin; Planck, Heinrich (Prof. Dr.-Ing)Die Spulmaschinenhersteller sind bestrebt, die erzeugte Garn- und Spulenqualität, sowie die Maschinenproduktivität immer weiter zu steigern. Dies gelingt jedoch nur durch genaue Überwachung des Spulprozesses. Bis heute ist es jedoch nicht gelun-gen, eine der wichtigsten Prozessgrößen in der Spulerei mit einem wirtschaftlich vertretbaren Aufwand serienmäßig in jeder einzelnen Spulstelle zu erfassen: die momentane Garngeschwindigkeit. Diese ist aufgrund der Garnverlegung auf der Spulenoberfläche mittels Nutentrommel hohen Beschleunigungen ausgesetzt. Die-se hochdynamische Garngeschwindigkeit enthält einen sehr hohen Informations-gehalt über die Qualität des Spulprozess. Die Erfassung und Auswertung der momentanen Garngeschwindigkeit ermöglicht eine Erhöhung der Spulen- und Garnqualität, sowie der Spulmaschinenproduktivität. Zu diesem Zweck wurde ein Sensor auf Basis der Laser-Doppler-Anemometrie (LDA) entwickelt, der erstmals die Vorteile der LDA-Technologie (berührungslos, hochgenau und hochdynamisch) mit einer kostengünstigen Sensorbauweise vereint. Dies gelingt durch den Einsatz modernster elektronischer Komponenten (FPGA-Technologie) und der Verwen-dung von aktuellen VCSEL-Halbleiterlasern, sowie einer für die LDA-Technik neu-artigen Strahlaufteilung und Strahlführung. Durch diese Kombination wird, für die Messung am laufenden Garn, die hohe Funktionalität von Labor-LDA's erreicht, jedoch mit einem wesentlich geringeren Aufwand. Somit ist eine wirtschaftliche Anwendung der LDA-Technologie im Spulbetrieb erstmals möglich. Das Verfahren wurde anhand zweier ausgewählter Anwendungen technologisch erprobt. Es konn-te gezeigt werden, dass der Einsatz des LDA-Sensors die Garnqualität, die Spulen-qualität und die Spulmaschinenproduktivität signifikant erhöht.Item Open Access Entwicklung von neuen Schlichtemitteln für die Gewebeherstellung auf Basis von Chitosan unter technologischen und ökologischenGesichtspunkten(2006) Siddique, Abu Bakr; Planck, H. (Prof. Dr.-Ing.)In der vorliegende Arbeit wurden erstmals neuartige Schlichtemittel auf Basis von Chitosan entwickelt, deren Eignung zur Gewebeherstellung untersucht und in der Praxis der Textilfertigung erfolgreich erprobt. Die Erkenntnisse aus den Laboruntersuchungen an Schlichteflotten, Schlichtefilmen und an geschlichteten Kettgarnen wurden in Textilbetrieben in Praxisversuchen in der Gewebeherstellung, Entschlichtung und im Recycling überprüft. Beim Vergleich der Verarbeitungs- und Gebrauchseigenschaften von mit Chitosan und mit konventionellen Schlichtemitteln beschlichteten Kettgarnen und Geweben zeigen sich erhebliche Anwendungsvorteile für Chitosan insbesondere für zellulosische Fasern. Chitosan eignet sich daher für die ökonomisch und ökologische Gewebeherstellung. Diese Arbeit belegt das insgesamt hohe technologische Potential von Chitosan als Schlichtemittel für eine umweltfreundliche Textilherstellung sowie für innovative Textilprodukte. Es ist zu erwarten, dass die bereits stetig stattfindende Preisreduzierung für Chitosan - durch die weltweite Ausweitung der Produktion aus dem in großer Menge zur Verfügung stehenden Naturrohstoff Chitin - sich weiter fortsetzt. Damit wird die Verwendung als Schlichtenmittel neben den technologischen Vorteilen auch ökonomisch attraktiv.Item Open Access Experimentelle Analyse und Simulation der Verformung luftgefüllter textiler Hüllen(2013) Vohrer, Achim; Planck, Heinrich (Prof. Dr.)Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Verformung pneumatisch beanspruchter technischer Textilien. Deren experimentelle Analyse und die anschließende Simulation sind Voraussetzung für die Ermittlung von Zuschnitten aus dreidimensionalen Geometrien. Sie bilden einen Teil deren virtuellen Produktentwicklung für Konstruktionen mit technischen Textilien. Dieser Aufgabe widmeten sich im Rahmen eines von der deutschen Forschungsgesellschaft geförderten Forschungsprojekts „Experimentelle Analyse und numerische Modellierung der Deformation dehnfähiger Textilien und deren Wechselwirkung auf Tragkörper“, die Forschungsstellen Institut für Textil- und Verfahrenstechnik (ITV) in Denkendorf, Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM) der Technischen Universität Dresden und der Lehrstuhl für Statik der Technischen Universität München. Das Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung mit Innendruck beaufschlagter textiler Hüllen in Bezug auf ihre mechanischen Eigenschaften, die Auswertung der ermittelten experimentellen Daten, die Ausarbeitung der Kennwerte für mechanische Materialmodelle und deren Umsetzung und Optimierung in der numerischen Simulation. Der erste Teil befasst sich mit experimentellen Versuchsaufbauten zum Spannungs-Dehnungsverhalten – sowohl uni- als auch biaxial – und deren mechanischen Grundlagen. Es folgt die Beschreibung und Durchführung von Analysen an mit Innendruck belasteten, zylindrischen Hüllen anhand von drei ausgewählten technischen Textilien. Die Ergebnisse sind in Form von Spannungs-Dehnungsanalysen dargestellt und quantifizieren deren Abhängigkeit von Richtung und Lastfall. Der zweite Teil beinhaltet die Bestimmung von Kennwerten für das orthotrope Materialmodell. Die Validierung der Analyse mit der Methode der Finiten Elemente erfolgt durch den Vergleich der Berechnungsergebnisse mit dem physikalischen Versuch. Als Beispiele dienen der Wölbversuch und der Schlauchversuch. Im dritten Teil wird die Konstruktion einer Biaxial-Zugprüfmaschine vorgestellt, die hauptsächlich für die Baubranche wichtige Prüfaufgaben erfüllen wird und über eine außerordentlich hohe Flexibilität verfügt. Die Arbeit endet mit den Schlussfolgerungen zu Versuchen und Berechnungen sowie einem Ausblick auf zukünftige Forschungsarbeiten.Item Open Access Herstellung und Charakterisierung von Calciumphosphat Keramikfasern für den Einsatz in der Knochenrekonstruktion(2013) Müller, Alexander; Buchmeiser, Michael R. (Prof. Dr.)Die Produktvielfalt biokeramischer Implantatmaterialien zur Knochenrekonstruktion hat während der letzten Jahrzehnte rasant zugenommen, das in allen Eigenschaften optimale Gerüstmaterial bleibt bis dato jedoch noch unerreicht. Einer der Ansätze, diese Lücke zu schließen, ist das Generieren von dreidimensionalen Gerüstmaterialien mit knochenähnlichen Eigenschaften. Diese Mimikry der Knochenstruktur und –Zusammensetzung führt zu einem watteähnlichen, definiert offenporösen Material, das vollständig aus biokompatiblen Keramikfasern mit Durchmessern von 10 μm aufgebaut ist. Ein solches Material besitzt durch seine nahezu äquivalente chemische Zusammensetzung und sein flexibles Deformationsvermögen großes Potential für die Knochenrekonstruktion kleiner, schwer zugänglicher Fülldefekte. Im Rahmen dieser Arbeit wurden deshalb Untersuchungen zur Herstellung oxydischer, keramischer Fasern des Systems Ca(OH)2/H3PO4/H2O und Ca(OH)2/H3PO4/H2O/Al(OH)3 durchgeführt. Diese Systeme sind durch ihre chemische Zusammensetzung und mechanischen Eigenschaften besonders zur Knochenrekonstruktion geeignet. Es wurden im Verlauf dieser Forschungsarbeit Spinnsysteme entwickelt, die über manuelle sowie maschinelle Spinnverfahren zu so genannten Grünfasern versponnen werden konnten. Den entwickelten Spinnsystemen sowie den generierten Grünfasermaterialien war gemein, dass sie sich aus einem polymeren, faserformenden Additiv und anorganischen Verbindungen zusammensetzten. Der Einsatz von Poly(ethylenoxiden) und Calciumchlorid sowie Phosphorsäure lieferte Spinnsysteme auf wässrig-alkoholischer Basis. Die PEO-Systeme konnten sowohl über Spritzenextrusion, als auch über einen Rotationsspinnprozess zu Grünfaserwatten verarbeitet werden. Die so erhaltenen Grünfasern bzw. Grünfaserwatten wurden bezüglich ihrer Zusammensetzung und Morphologie untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass sich die Grünfasern aus einer bindenden, faserformenden PEO-Polymermatrix und zwei kristallisierten, leichtlöslichen Calciumphosphaten zusammensetzen. Bei diesen plättchenförmigen, keramischen Präkursorverbindungen handelte es sich um Ca2(H2PO4)2Cl2 sowie Ca(H2PO4)Cl. Diese Ausgangsverbindungen konnten mit Ausbeuten bis zu 40 Gew.-% unter Pyrolyse des polymeren Spinnadditivs zur TCP bzw. (Cl/OH)Ap-Keramik unter Erhalt der Faserstruktur umgesetzt werden. Es konnten auf diesem Weg erstmals keramische CaP-Fasern aus molekulardispersen Spinnsystemen über einen Direktprozess hergestellt werden. Es konnte gezeigt werden, dass die Umsetzung des Gemenges von Ca2(H2PO4)2Cl2 und Ca(H2PO4)Cl über mehrere anorganische Festköperreaktionen erfolgt, eine der Hauptphasen stellt dabei Calciumpyrophosphat dar. Die (Cl/OH)Ap-Hauptphase bildete sich ab einer Temperatur von 650 °C aus, die vollständige Umsetzung der Präkursorverbindungen ist bei einer Temperatur von ca. 1150 °C abgeschlossen. Die Korngrößen der (Cl/OH)Ap-Keramikfasern lagen in bekannten Dimensionen eines drucklosen Sinterprozesses von CaP-Keramiken von 500 nm bis 1 μm. Die so generierten TCP bzw. (Cl/OH)Ap-Keramikfaserwatten zeigten jedoch ungenügende Festigkeiten für den Einsatz als Gerüstmaterial zur Knochenrekonstruktion. Zur Optimierung des Gefüges der CaP-Keramikfasern und den daraus resultierenden mechanischen Eigenschaften, wurden die Spinnsysteme und damit die Zusammensetzung der Endkeramik variiert. Erfolgreich Anwendung fand dabei Al2(OH)5Cl, das thermisch bei Temperaturen äquivalent zur Bildungstemperatur von (Cl/OH)Ap, zu Al2O3 umgesetzt werden kann. Die entwickelten Keramikfasersysteme wurden zu Probekörpern verarbeitet und auf ihre biologischen Eigenschaften überprüft. Durch das so beschriebene Verfahren konnten erstmals keramische Fasern auf Basis von Calciumphosphaten aus kostengünstigen, molekulardispersen Spinnsystemen in großem Maßstab hergestellt werden. Die gesponnenen Grünfasermaterialien konnten durch Kontrolle der thermischen Umsetzung zu CaP-Keramikfasern umgesetzt werden. Erste biologische Tests bestätigten das große Potential dieser Keramikfaserwatten für den Einsatz in der Knochenrekonstruktion. Die mechanischen Festigkeiten dieser CaP-Keramikfaserwatten sowie deren Porengrößen gilt es für weiterführende Arbeiten zu optimieren.Item Open Access Herstellung und Charakterisierung von Fasern aus Polymer-Komposits mit Metall-haltigen Kohlenstoffnanoröhrchen(2010) Schäfer, Rita Christina; Effenberger, Franz (Prof. Dr. Dr. h. c.)Die Entwicklung neuartiger Materialien, welche den wachsenden Ansprüchen industrieller Anwendungen genügen, stellt einen wichtigen Aspekt der Polymerchemie, speziell auf dem Gebiet synthetischer Fasern, dar. Besonders die Verarbeitung von Nanopartikeln in Polymeren ist in den Mittelpunkt des Interesses gerückt. Vielversprechend ist der Einsatz von Kohlenstoffnanoröhrchen (Carbon Nanotubes; CNTs) in Polymermatrices. CNTs sind anisotrope zylinderförmige Makromoleküle, die als nano-skalige Fasern betrachtet werden können. Sie bestehen aus Kohlenstoff, der in einer graphitischen Struktur angeordnet ist. Das Interesse an CNTs gründet sich auf deren herausragenden Eigenschaften wie hoher mechanischer Belastbarkeit und elektrischer Leitfähigkeit. Das Potential dieser Partikel lässt sich außerdem durch chemische Funktionalisierung oder das Einbringen eines Metalls in den Innenraum noch erheblich erweitern. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurden grundlegende Untersuchungen zur Einarbeitung von mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhrchen (Multi Walled Carbon Nanotubes; MWNTs) in synthetische Fasern durchgeführt. Ein Punkt waren Untersuchungen zu einer chemischen Funktionalisierung der MWNTs, die eine Agglomeration während des Spinnprozesses unterbinden sollte. Unter den Gesichtspunkten von höherer elektrischer Leitfähigkeit der Partikel wurde in den Innenraum der eingesetzten MWNTs ein Metall eingebracht. Mit diesen erfolgten Untersuchungen bzgl. des Schmelz- und Nassspinnverfahren. Silber-haltige MWNTs konnten über das Einbringen einer Lösung von Silbernitrat und anschließender Reduktion hergestellt werden. MWNTs konnten über die in situ-Polymerisation von Styrol bzw. Acrylnitril im Sinn von MWNT/Polymer-Komposits funktionalisiert werden. Diese funktionalisierten MWNTs wurden in Polymermatrices eingebettet und diese zu Fasern versponnen: MWNT/Polystyrol-Komposits wurden durch Schmelzspinnen in einer PET-Matrix zu Fasern verarbeitet. Die Polystyrol-funktionalisierten MWNTs zeigten eine verringerte Neigung zur Agglomeration als unbehandelte MWNTs. Durch REM-Aufnahmen wurde bestätigt, dass die MWNTs trotz der Funktionalisierung durch das Polystryrol in der PET-Matrix durch den Spinnprozess in Richtung der Längsachse der Faser ausgerichtet werden. Die eingelagerten MWNTs bewirken jedoch eine Versprödung der Faser, da die MWNTs wie Störstellen zwischen den PET-Molekülketten wirken. MWNT/Polyacrylnitril-Komposits konnten in einer PAN-Matrix über das Nassspinn-verfahren aus einer Spinnlösung zu Fasern versponnen werden. Auch in diesen Fasern wurden die funktionalisierten MWNT in Faserrichtung orientiert. Die Fasern sind nur schwer dehnbar, weisen aber hohe Elastizitätsmoduln auf. Aufgrund der hohen Anisotropie von CNTs hat deren räumliche Orientierung in der Faser Auswirkungen auf die Fasereigenschaften. Deshalb wurde die Ausrichtung der CNTs quantitativ vermessen. Besonders in PAN-Precursoren für Carbonfasern kommt dies zu Tragen. CNTs werden als Keime für die Bildung der für Carbonfasern charakteristischen graphitischen Struktur diskutiert, und könnten deshalb als Additive eingesetzt werden. Aus diesem Grund wurden PAN-Fasern, die sehr geringe Anteile von MWNTs enthielten, untersucht. Dies geschah durch Raman-Messungen mit linear polarisierter Laserstrahlung. Da die Intensität der MWNTs hierbei in der PAN-Matrix zu gering war, wurde die Nitrilgruppe des Polyacrylnitrils als Bezugspunkt betrachtet. Auf diese Weise konnten Rückschlüsse auf den Zusammenhang zwischen der räumlichen Orientierung der MWNTs in der Faser und deren Einfluss auf die Fasereigenschaften gezogen werden. Die mechanischen Eigenschaften der Fasern konnten mit dem Depolarisationsgrad in Zusammenhang gebracht werden. Dies ist von Bedeutung, da die mechanischen Eigenschaften großen Einfluss auf die Prozessführung bei der Herstellung von Carbonfasern haben. Des weiteren wurde der Einfluss von MWNTs auf die Oxidation und Carbonisierung von PAN-Fasern mit MWNTs untersucht. Die Anwesenheit von MWNTs und besonders von Metall-haltigen MWNTs in der Faser wirkte sich positiv auf die Bildung der graphitischen Struktur aus. Die Untersuchungen zeigen den vielfältigen Einfluss von MWNTs auf PAN-Precursoren für Carbonfasern: Die PAN-Faser kann durch die Kenntnis über die räumlichen Orientierung der MWNTs in ihren mechanischen Eigenschaften beeinflusst werden. Außerdem kann die Carbonisierung bzw. die Bildung der graphitischen Struktur durch die Anwesenheit von MWNTs, und besonders Silber-haltigen MWNTs gesteuert werden. Eine zusätzliche Bestrahlung mit beschleunigten Elektronen vor der Carbonisierung verstärkt diesen Effekt. Die Berücksichtigung dieser Faktoren könnte sowohl eine vereinfachte Prozessführung bei der Herstellung, als auch eine Optimierung der Eigenschaften von Carbonfasern ermöglichen.Item Open Access Koordination der kooperativen Produktentwicklung in Wertschöpfungsketten : ein kybernetischer Ansatz für virtuelle Integration(2006) Fischer, Thomas V.; Fischer, Thomas (Prof. Dr.)Der textile Sektor wird durch mehrstufige Wertschöpfungsketten geprägt, welche sich in den letzten Jahren zu komplexen Netzwerken entwickelt haben. Das Management solcher Strukturen, insbesondere zur Entwicklung neuer Produkte und Dienstleistungen, ist eine Gestaltungsaufgabe, welche organisatorische Konzepte, geeignete Methoden und deren technologische Umsetzung umfasst. Dies gilt besonders für den Bereich der Schutzbekleidung, da hier hohe technische Anforderungen an das Produkt und die begleitenden Dienstleistungen gestellt werden, welche von spezialisierten und oft traditionell geführten Textilunternehmen allein nur schwer erfüllt werden können. Basierend auf dem Konzept der Virtuell Integrierten Kooperation der Partner der Wertschöpfungskette, wird im ersten Teil der Arbeit aus Methoden des Innovationsmanagements und geeigneten Technologien ein Ansatz entwickelt, mit dem diesen Herausforderungen begegnet werden kann. Dieser Ansatz wird im zweiten Teil der Arbeit hinsichtlich seines Beitrags zu verschiedenen Aspekten einer solchen Kooperation untersucht und abschließend zu einer Vorgehensweise für Integriertes Innovationsmanagement verallgemeinert. Eine ausführliche Problembeschreibung und eine Analyse der Abläufe und des Innovationsumfeldes bilden die Grundlage zur Identifikation von drei Teilsystemen, die den Phasen des Innovationsprozesses zuzuordnen sind und die sich hinsichtlich der Akteure, der Art der Tätigkeiten, der erzeugten Ergebnisse und des eingesetzten Wissens unterscheiden. Das erste Teilsystem, die Gefährdungsanalyse, beschreibt eine gemeinsame Schnittstelle zum Anwender. Mittels eines hybriden wissensbasierten Dialogsystems wird systematisch untersucht, welche Art von Schutz die Kleidung dem Anwender bieten soll, welche Normen und Vorschriften zu beachten sind und welche verfügbaren Produkte zum Einsatz kommen könnten. Die regelbasierte Komponente repräsentiert und verwendet das Wissen der Experten aus Industrie und Instituten, während die fallbasierte Komponente abgeschlossene Szenarien und Episoden speichert und diese bei ähnlichen, neuen Problemstellungen im Sinne der Case-Based-Reasoning-Methodik wieder verwendet. Dieser systematische Umgang mit Gefährdungsprofilen dient einerseits der konkreten Problemlösung beim Anwender und stellt andererseits eine wichtige Wissensquelle zur marktorientierten Neuentwicklung von Produkten dar. Das zweite Teilsystem beschreibt die Umsetzung der Anforderungen der Anwender in Produkteigenschaften. Dabei werden die einzelnen textilen Prozessstufen und deren Beiträge zum Endprodukt nicht - wie bislang üblich - isoliert betrachtet, sondern von Beginn der Analyse an als ein virtuelles Produkt, das sich aus der Schutzkleidung und zusätzlichen Dienstleistungen zusammensetzt. Diese gemeinsame Anwendung der Methode Quality Function Deployment durch die - virtuell integrierten - Wertschöpfungspartner stellt die effektive und effiziente Erfüllung der Kundenanforderungen durch die Neuentwicklung sicher und beschleunigt durch die gleichzeitige Einbindung aller Partner diese Entwicklung. Mit Hilfe von Workflow-Management-Systemen werden im dritten Teilsystem sowohl die kooperativen Prozesse als auch die Abläufe bei den Partnern unterstützt. Eine flexible Modellierung erlaubt Entscheidungen und Rücksprünge und trägt so der Unvorhersehbarkeit von Entwicklungs- und Innovationsprozessen zumindest im Detail Rechnung. Die bereits abgeschlossenen Projekte und Prozesse werden über eine fallbasierte Komponente dabei zur Entscheidungsunterstützung für laufende Prozesse eingesetzt und ermöglichen damit den systematischen Umgang mit Wissen. Im zweiten Teil der Arbeit werden die für eine Virtuell Integrierte Kooperation wichtigen Aspekte Kollaboration, Innovationselastizität, Virtualisierung und Wissensorientierung vertiefend betrachtet. Weiterhin werden Kriterien entwickelt, anhand derer der Beitrag der in den Teilsystemen entwickelten Methoden, Technologien und Konzepte zu diesen Aspekten beschrieben werden kann. Diese Zuordnung zeigt, dass durch die unterschiedlichen Schwerpunkte der Teilsysteme insgesamt alle Aspekte Beachtung finden. Der letzte Teil der Arbeit beschreibt die Verallgemeinerung des Ansatzes. Dabei wird insbesondere auf den Ablauf von Innovationsprozessen, auf geeignete Organisationsformen und das Wechselspiel zwischen Innovationssystem und Wissenssystem eines Unternehmens bzw. einer Kooperation eingegangen. Mit diesem Rüstzeug kann die umfassende Gestaltungsaufgabe eines systemgestützten, wissensorientierten Innovationsmanagements in Wertschöpfungsketten erfolgreich angegangen werden.Item Open Access Nachhaltige Unternehmensführung : ein kybernetischer Ansatz für betriebliches und überbetriebliches Umweltmanagement(2002) Winkler, Tobias; Fischer, Thomas (Prof. Dr. rer. pol. habil. Ing.)Spätestens seit der UN-Konferenz für Umwelt und Entwicklung, 1992 in Rio de Janeiro, besteht ein gesellschaftlicher Konsens darüber, dass die Umwelt nicht mehr als unbegrenztes (Natur-)Gut betrachtet werden kann, sondern als Basis für den Fortschritt in die Planung menschlichen Handelns mit einbezogen werden muss. Das umwelt- und entwicklungspolitische Leitbild hierfür ist das Sustainable Development, wofür in der Übersetzung der Begriff "nachhaltig zukunftsverträgliche Entwicklung" verwendet wird. Die Integration dieses Leitbildes in die Unternehmenstätigkeiten wird als nachhaltige Unternehmensführung bezeichnet. Übergeordnetes Ziel ist es, Bedürfnisse der Kunden mit Produkten und Dienstleistungen zu erfüllen, die über ihren Produktlebensweg möglichst geringe Umwelteinwirkungen verursachen. Wesentliche Voraussetzung für die Erreichung dieses Zieles ist die Fähigkeit zu produktions- und produktintegrierten Innovationen, die sich auf den Herstellungsprozess des Produktes und auf die Gestaltung des Produktes selbst beziehen. In der Arbeit werden Bausteine einer Infrastruktur vorgestellt, die Textilunternehmen bei der Umsetzung einer nachhaltigen Unternehmensführung unterstützen. Zur Entwicklung und Beschreibung der Infrastruktur werden Konzepte und Methoden der Wirtschaftskybernetik angewendet. Das Management wird als ein mehrstufiges, hierarchisches Regelungssystem modelliert. Für dessen Stufen Strategieentwicklung, Strukturmanagement und Prozessmanagement wird jeweils ein Baustein der Infrastruktur dargestellt. Jeder Baustein der Infrastruktur wird als ein System modelliert, das sich aus den Elementen (organisatorisches) Konzept, Methodik und Technologie zusammensetzt. Die Bausteine entstanden im Rahmen von drei Forschungsprojekten zusammen mit Industrieunternehmen und Forschungsinstituten. Dabei wurden Lösungsansätze vorrangig aus dem betrieblichen und überbetrieblichen Umweltmanagement, aber auch aus dem Bereich von Innovations- und Wissensmanagement aufgegriffen.Item Open Access Nanoskalig strukturierte Textilfiltermedien für die Trennung von Öl-Wasser-Emulsionen(2012) Agarwal, Swarna; Planck, Heinrich (Prof. Dr.-Ing.)Die Öl-Wasser-Trennung von fein dispergierten ölhaltigen Abwässern, wie sie in diversen Industrien und Erdölraffinerien entstehen, ist ein wichtiger Schritt, bevor diese in das öffentliche Abwassersystem eingeleitet werden können. Die Trennung einer Öl-in-Wasser-Emulsion mit einer dispergierten Tröpfchengröße kleiner als 100 µm durch ein Faserfiltermedium ist ein kompliziertes Verfahren. Vor allem bei sehr kleinen dispergierten Tröpfchen (< 10 µm) ist die Filterleistung begrenzt. Die kleinen Tröpfchen sind kugelförmig und haben nur Punktkontakt mit einzelnen anstatt mit mehreren Fasern des Filters. Der Einsatz von Nanotechnologien bietet zahlreiche Lösungen für diverse Filtrationsprobleme. In der Emulsionstrennung ist der Einsatz von nanomodifizierten Filtermedien bisher jedoch kaum erforscht. Die vorliegende Dissertation untersucht die Wirkung von Nanomodifikationen bzw. der Nanopartikelausrüstung und der Nanofaserbesprühung auf die Emulsionstrennleistung textiler Filtermedien. Zudem wird ein geeignetes nano-modifiziertes Faserfiltermedium zur Trennung einer stabilen sekundären Öl-in-Wasser-Emulsion entwickelt. Außerdem werden die Einflüsse der Prozessparameter und der Filtereigenschaften auf die Emulsionstrennleistung untersucht. Die Ergebnisse werden in Bezug gesetzt zu Erkenntnissen anderer Forschergruppen, welche teilweise widersprüchliche Bewertungen zum Einfluss einzelner Prozess- und Filterparameter auf die Emulsionstrennleistung beinhalten. Die hier durchgeführten, systematischen Untersuchungen lösen einige dieser scheinbaren Widersprüche auf, indem gezeigt wird, dass die Bedeutung vieler Prozess- und Filterparameter für die Emulsionstrennleistung nicht isoliert betrachtet werden darf, sondern von anderen Systemparametern signifikant beeinflusst wird. Für die Grundsatzuntersuchungen wurde eine stabile Isooktan-in-Wasser-Emulsion (0,2 - 1 %, mittlere Tröpfchengröße ca. 5 µm) verwendet. Um einen niedrigen Druckverlust und hohe Anströmgeschwindigkeiten zu ermöglichen, wurden ausschließlich dünne Textilfilter-medien (< 6 mm) verwendet. Die Filtrationsversuche wurden mit zwölf verschiedenen Textil-Filtermedien einzeln und in verschiedenen Kombinationen (mehrstufige Filter und Sandwich-Filter) mit einer Porengröße von 2 - 51 µm, Oberflächenenergie von 14 - 46 mN/m, Porosität von 0,46 - 0,88 und Luftdurchlässigkeit von 15 - 200 l/(m2.s)durchgeführt. Um die Benetzbarkeit der eingesetzten Filtermedien zu ändern, wurden sie mit hydrophilen und hydrophoben nanostrukturierten Beschichtungen ausgerüstet. Zudem wurden nanofaserbesprühte (PVDF, PAN) Filtermedien hinsichtlich reduzierter Porengröße und veränderter Oberflächeneigenschaften untersucht. Außerdem wurden die Einflüsse der Anströmgeschwindigkeit (0,6 - 1,8 m/min) sowie der Strömungsrichtung (horizontal und radial) auf die Emulsionstrennleistung betrachtet. Auch die Einflüsse der Größe der Nanopartikel (6, 15, 25 nm) sowie der Luft- und Wasserumgebung auf die Benetzungsdynamik der Isooktantröpfchen wurden analysiert. Auf Basis der erarbeiteten Ergebnisse konnten wirksame Filtermedien konzipiert und erfolgreich erprobt werden. Dabei ergab sich: Die Wirksamkeit des Emulsionstrennmechanismus (Oberflächenabscheidung und Tiefenfiltration) hängt hauptsächlich von der Porengröße, Oberflächenenergie, Porosität eines Filters, Größe der dispergierten Tröpfchen und Anströmgeschwindigkeit ab. Für die wirksame Emulsionstrennung sollte ein Koaleszenzfilter (Tiefenfiltration) von der dispergierten Phase gut benetzbar sein und kleine Poren besitzen. Sind die Filterporen allerdings kleiner oder genauso groß wie die emulgierten Öltröpfchen, spielt die Oberflächenenergie (hydrophob / hydrophil) eines Filters keine Rolle für die Koaleszenzleistung. In diesem Fall werden Emulsionstrennleistung und -mechanismus von der Anströmgeschwindigkeit bestimmt. Für eine wirksame Öl-Wasser-Trennung sollte der Filter vertikal orientiert, mit Nanopartikeln < 10 nm beschichtet und die Emulsion horizontal gepumpt werden. Eine Gradientenstruktur in Form eines Anstiegs der Porengröße und Porosität von der Anström- zur Abströmseite eines Koaleszenzfilters begünstigt die Trennleistung. Mit einem im Rahmen der Arbeit neu entwickelten hydrophob-oleophil nanobeschichteten Sandwichfilter (Dicke 3,9 mm; Porosität 0,84; 50 % Porengröße 7,7 µm) konnte für eine 1-%ige Isooktan-in-Wasser-Emulsion mit einer mittleren Tröpfchengröße von ca. 5 µm bei einem Druckverlust von 160 mbar und einer Anströmgeschwindigkeit von 1,0 m/min ein höchst stabiler Trenngrad von 80 % erzielt werden.Item Open Access Reduzierung der Belastung des Textilveredlungsabwassers durch eine kombinierte anaerobe/aerobe Behandlung hochkonzentrierter Abwasserteilströme(2004) Sarsour, Jamal; Planck, Heinrich (Prof. Dr.-Ing.)Hochkonzentrierte Prozessabwässer aus der Entschlichtung, Appretur und Restfarbflotten und -druckpasten aus der Textilfärberei und -Druckerei enthalten bis zu 80 % der organischen Belastung des Gesamtabwassers der Textilveredlung, obwohl sie mengenmäßig nur 10 - 20 % des betrieblichen Abwassers ausmachen. In jüngster Zeit werden verstärkt anaerobe Abwasserreinigungsverfahren zur umweltgerechten und kostengünstigen Behandlung der mit organischen Verbindungen hochbelasteten Industrieabwässer erprobt. Durch die anaerobe Behandlung läßt sich die schlammarme und damit preiswerte Entsorgung der hochbelasteten Abwasserteilströme leichter als mit herkömmlichen Verfahren realisieren. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob diese Technik auf stark belastete, farbige und daher problematische Prozessabwässer aus der Textilveredlung eingesetzt werden kann. Bei Schlammuntersuchungen wurde geprüft, ob eine Anreicherung von halogenorganischen Verbindungen im Faulschlamm stattfindet. Die Möglichkeit einer Mineralisierung der sich bei der anaeroben Behandlung der Farbstoffe bildenden aromatischen Aminverbindungen durch eine nachfolgende aerobe Reinigungsstufe wurde untersucht. Der Aufgabenstellung entsprechend umfaßt die Arbeit zwei Abschnitte: 1. Grundsatzuntersuchungen im Labormassstab 2. Untersuchungen im Pilotmassstab Die Farbstoffe, die einem alleinigen aeroben Abbau nicht zugänglich waren, wurden durch die anaerobe Behandlung weitestgehend entfärbt, wobei die teilweise hohen AOX-Gehalte gleichfalls zum größten Teil eliminiert wurden. Bei den Versuchen wurde der Einfluss der Verweilzeit, der unterschiedlichen Trägermaterialien und der Reaktorgeometrie auf die Abbauleistung und Prozessstabilität untersucht und das Verfahren dementsprechend optimiert. Die auf die anaerobe Behandlung folgende aerobe Reinigungsstufe verbesserte den Abbau der organischen Inhaltsstoffe weiter, so dass durch die Kombination anaerob/aerob CSB- und TOC-Abbauraten von > 90 % erzielt werden konnten. Außerdem wurden die bei der anaeroben Behandlung enstandenen aromatischen Aminkomponenten durch dieses kombinierte Verfahren weitestgehend mineralisiert. Pilotversuche mit Praxisabwässern zeigten, dass für die innerbetriebliche Reinigung und Entfärbung hochbelasteter Textilabwässer, wie z. B. hochkonzentrierten Farbflotten, Restflotten der KKV-Färberei, der Appretur und Restdruckpasten die anaerobe bzw. kombinierte Anaerob/aerob Behandlung ein geeignetes Verfahren zur schlammarmen und preiswerten Abwasserreinigung ist.Item Open Access Simulation der Orientierungsverteilungen in spinnkristallisierten Polymerfasern und Korrelation mit experimentellen Daten(2004) Merkel-Steinbach, Judith; Oppermann, Wilhelm (Prof. Dr.)Anhand von Computersimulationen wurde die Orientierung der Moleküle in Polyesterfasern beschrieben und das Messverfahren der intrinsischen, polarisierten Fluoreszenz zur Bestimmung der Orientierung in den nicht kristallinen Bereichen von PET-Fasern getestet. Die genannte Messmethode beruht darauf, dass Teile der PET- Moleküle selbst zur Fluoreszenz angeregt werden können und dass dieser Effekt nur in den nicht kristallinen Bereichen der Fasern auftaucht. Aufgrund der Anisotropie dieser fluoreszierenden Elemente hängt die Polarisation des Fluoreszenzlichts von deren Orientierung ab. Durch die Bestrahlung einer Faserprobe mit unterschiedlich polarisierten Licht und die Messung der polarisierten Komponenten des dabei erregten Fluoreszenzlichts kann ein Maß für die mittlere Orientierung bestimmt werden. Zur Durchführung der dazu notwendigen Berechnungen müssen Modelle für das Absorptions- und Emissionsverhalten der fluoreszierenden Elemente der Polymerketten herangezogen werden, die die realen Gegebenheiten nur näherungsweise beschreiben und damit möglicherweise Fehler verursachen. Um dieses Verfahren ausgiebig prüfen zu können, wurde ein Simulationsprogramm entwickelt. Mit dessen Hilfe wurden die Grenzen ermittelt, innerhalb derer das Messverfahen der intrinsischen, polarisierten Fluoreszenz mit dem mathematischen Modell von Nomura brauchbare Ergebnisse liefert. Zunächst wurden zu unterschiedlichen Orientierungsfaktoren Molekülmodelle berechnet und graphisch dargestellt. An diesen Modellen wurde das dem Verfahren der intrinsischen, polarisierten Fluoreszenz zugrunde liegende Fluoreszenzexperiment simuliert, wobei den Einzelmolekülen unterschiedliche Fluoreszenzeigenschaften zugeordnet wurden. Der Vergleich der Ergebnisse aus den simulierten Fluoreszenzexperimenten mit den vorgegebenen Eingangsdaten, die die berechneten Molekülmodelle charakterisieren, liefert die notwendigen Kriterien, denen der Effekt der intrinsischen, polarisierten Fluoreszenz genügen muss, damit mit dem mathematischen Modell von Nomura sinnvolle Ergebnisse erzielt werden können. Durch die Simulation der teilweisen Kristallisation wurden Molekülmodelle berechnet, die in Bezug auf Gesamtorientierung, Kristallanteil und Kristallitorientierung mit realen, im Schmelzspinnprozess gewonnenen Fasern übereinstimmen. Die aus der Simulation des Fluoreszenzexperiments an diesen Modellen erhaltenen Ergebnisse wurden mit real gemessenen Daten verglichen.Item Open Access Smart Services for Knowledge Integration - ontologiebasierte Dienste zur Unterstützung der kollaborativen Wissensarbeit in Innovationsnetzwerken(2012) Hirsch, Manuel; Fischer, Thomas (Prof. Dr. rer. pol., habil. Ing.)In kollaborativen Innovationsprojekten gilt der zielgerichtete Einsatz der Ressource Wissen zunehmend als essenzieller Erfolgsfaktor. Die hier vorgestellte Arbeit am Zentrum für Management Research der DITF Denkendorf reflektiert daher die praktische Relevanz eines ontologiebasierten Integrationsansatzes zur aktiven Unterstützung der kollaborativen Wissensarbeit in Innovationsnetzwerken, insbesondere in sogenannten Smart Networks als intellektuelle, organisatorische und technologische Strukturform. Ontologien sind spezielle semantische Modelle, mit deren Hilfe das Wissen in Smart Networks expliziert, strukturiert, formalisiert, kommuniziert und regelbasiert ausgewertet werden kann. Aus Sicht der Managementforschung lassen sich für Smart Networks drei Schwerpunkte formulieren: (1) die angemessene Teilung und Weiterentwicklung von Wissen, (2) die zielführende Organisation von Netzwerkstrukturen und Abstimmungsprozessen sowie (3) die flexible Unterstützung der kollaborativen Wissensarbeit durch moderne Informations- und Kommunikationstechnologien. Im Kontext sich ständig verändernder Wissensstrukturen, regional verteilter Partner und heterogener IT-Systeme sehen sich Smart Networks Akteure daher meist mit vielschichtigen Wissensintegrations-, Abstimmungs- und Kommunikationsproblemen konfrontiert. Als Beitrag zur Lösung dieser Smart Networks Problemfelder, werden in der vorliegenden Arbeit Ontologien sowohl passiv – als formale Wissensmodelle zur Erschließung der Domäne „Kollaborative Innovation“ – als auch aktiv – als direkt interpretierbare Servicemodelle zur Unterstützung der Wissensarbeit in Netzwerken – eingesetzt. In Anlehnung an die Ontology Driven Architecture Idee des W3C wird hierzu die Ontology-driven Service Development (OSD) Methode zur bedarfsgerechten Entwicklung ontologiebasierter Dienste, sogenannter Smart Services, konzipiert und im Rahmen des Innovationsprojektes AVALON erprobt. Smart Services sind wissensbasierte IT-Dienste, deren Funktionalitäten durch formal-semantische Modelle spezifiziert werden. Da semantische Modelle in speziellen Laufzeitumgebungen direkt interpretiert und ausgewertet werden können, ist zur Bereitstellung von Smart Services keine Implementierung in Form von Softwarecode nötig. Die Entwicklung dieser Dienste erfolgt vielmehr grafisch, ausgehend von konkreten Fragestellungen (Performance Questions) der Wissensarbeiter einer Domäne. Die Gesamtheit der in AVALON formulierten Servicemodelle wird dazu genutzt, die Domäne „Kollaborative Innovation“ generisch als Collaborative Innovation Ontology zu beschreiben und zur Wiederverwendung in anderen Kollaborationsinitiativen bereitzustellen. Mithilfe einer speziellen Smart Service Modellierungsumgebung sowie angepasster Evaluierungs- und Optimierungsstrategien, können Smart Services direkt von Domänenexperten ohne fundierte Software- oder Ontologiekenntnisse erstellt werden. Dank ihrer Konformität mit dem Web Service Standard, sind Smart Services zudem leicht in die bestehende IT-Architektur etwa von Innovationsnetzwerken integrierbar. Ein neu entwickeltes grafisches Web-Interface erlaubt zudem, Smart Services automatisch zu orchestrieren und für die Nutzung in verteilten Projektkonsortien bereitzustellen. Damit genügt der hier vertretene Serviceentwicklungsansatz nicht nur aktuellen wissenschaftlichen Prinzipien, sondern auch den praktischen Anforderungen kleiner und mittlerer Unternehmen in Innovationsprojekten. Im Vergleich zum derzeitigen Stand der Forschung ist hervorzuheben, dass Ontologien in dieser Arbeit nicht nur zur semantischen Beschreibung einer Wissensdomäne (vgl. Ontology Engineering) oder als schlichtes Bindeglied zwischen konventionellen IT-Services (vgl. Semantic Web Services) eingesetzt werden. Durch Kombination von Semantic Modelling und Service Engineering Prinzipien werden Ontologien hier vielmehr sowohl zur Analyse, Spezifikation, Konzeptualisierung und Formalisierung von Servicefunktionen, als auch zur informationstechnischen Bereitstellung entsprechender Smart Services verwendet. Dank einer ganzheitlichen Entwicklungsperspektive können dabei die wechselnden Bedarfe von Unternehmensnetzwerken im Entwicklungs- bzw. Produktionskontext explizit berücksichtigt werden. Damit liefert die vorliegende Promotionsschrift nicht nur einen signifikanten Beitrag zur aktuellen Forschungsdiskussion über die praktische Anwendung formaler Ontologien, sondern auch konkrete Handlungsimplikationen für ein wissensorientiertes Netzwerkmanagement von morgen.Item Open Access Strategisches Umweltverhalten - Beiträge von Kybernetik und Spieltheorie zur Modellierung umweltökonomischer Fragestellungen(2007) Berkemer, Rainer; Fischer, Thomas (Prof. Dr. rer. pol., habil. Ing.)Umweltprobleme sind oft durch eine Vielzahl von Beteiligten gekennzeichnet, die sich in ihrem Verhalten gegenseitig beeinflussen. Beispielhaft kann hier die Situation des Straßenverkehrs in einer Großstadt benannt werden. Wenn ganz viele Akteure betrachtet werden, verringert sich aber wieder die Relevanz des strategischen Aspekts, denn dann genügt häufig die Kenntnis des durchschnittlichen Verhaltens. Am interessantesten sind also Fälle, bei denen viele, aber nicht ganz viele, betroffen sind – und (damit komplex genug) mehr als zwei Beteiligte vorhanden sind. Deshalb wird als einleitendes Beispiel eine Situation mit drei Fischzüchtern vorgestellt, die sich zu ihrem gemeinsamen Vorteil auf die Errichtung einer Kläranlage verständigen könnten. Das Konzept des strategischen Verhaltens wird dann eingeführt, um zu zeigen, dass die Finanzierung häufig scheitern wird, weil die Akteure private Information strategisch motiviert zurückhalten. Ein solches Verhalten ist individuell rational, führt aber kollektiv betrachtet zu ineffizienten Resultaten. Solche Situationen werden allgemein als „social dilemmas“ bezeichnet, und viele Umweltprobleme haben eine solche Struktur. Zweck der Arbeit ist es, ein Simulationstool zu entwickeln, das zur Untersuchung von Sozialen Dilemmata geeignet ist. Zwei Grundlagenkapitel (zu Spieltheorie und Umweltökonomie) beschreiben zunächst die benötigten Begriffe und Konzepte. Das Kapitel zur Spieltheorie beschreibt kritisch die Rationalitätsanforderungen der traditionellen Spieltheorie. Außerdem werden die Grundzüge der evolutionären Spieltheorie beschrieben. Das Kapitel zur Umweltökonomie definiert verwendete Begriffe, etwa öffentliche Güter, externe Effekte, Pareto-Effizienz und Coase Theorem. Kapitel 4 beschreibt die Konzipierung des Simulationstools. Ausgehend von den Grundlagenkapiteln wird zunächst ein Anforderungskatalog abgeleitet. Dann findet die Modellierung der Problemstrukturen statt, wobei öffentliche Güter mit ihren Zustandsvariablen im Mittelpunkt stehen. Eine Modellierung der Prozessgesichtspunkte sowie das generelle Ablaufschema der Simulation schliessen dieses Kapitel ab. Der Hauptteil der Arbeit beschäftigt sich mit zwei Anwendungsbeispielen (Kapitel 5 und 6). Der erste Anwendungsfall (Optimale Kontrollfrequenz in einem Inspektionsspiel) ist ein einfaches Zwei-Personenspiel, das sich daher gut eignet, um die Vorgehensweise beim Einsatz des Simulationstools zu demonstrieren. Das Inspektionsspiel besitzt nur ein gemischtes Nash-Gleichgewicht, das leicht berechnet werden kann. Die Simulationsergebnisse zeigen aber, dass eine solche statische Betrachtung nicht ausreicht. Der dynamische Prozess weist starke Fluktuationen auf, was bedeutet, dass die Verschmutzungswerte phasenweise erheblich über dem berechneten Wert liegen. Des Weiteren wird eine mögliche Intervention des Gesetzgebers in die Spielstruktur untersucht. Dabei kommt es zu scheinbar paradoxen Effekten, weil ein dauerhaftes Absenken der Umweltverschmutzung so nicht erreicht wird. Mit Hilfe einer analytischen Nachbetrachtung werden die Simulationsergebnisse plausibel gemacht. Dabei kann auch die Analogie zur Lotka-Volterra-Gleichung aus der Populationsökologie gezeigt werden. Die eigentliche Herausforderung besteht beim zweiten Anwendungsfall (Strategisches Verhalten bei der Finanzierung einer Kläranlage). Hierzu wird das Beispiel aus der Einleitung wieder aufgegriffen und so verallgemeinert, dass eine beliebig große Anzahl von Fischzüchtern modelliert werden kann. Außerdem wird der Bezug zum Coase Theorem hergestellt. Mit der Simulation werden Größeneffekte (Anzahl der Spieler) sowie die Effekte heterogener Nutzenverteilung untersucht. Die Ergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung mit den theoretischen Überlegungen von Olson in seinem Buch „The Logic of Collective Action“. Das Hauptproblem besteht darin, dass private Information strategisch eingesetzt werden kann und es deshalb zu verfälschten Nutzenangaben kommt. Dieses Problem wurde seit den 1970er Jahren erkannt und führte zu einem eigenen Theoriezweig „Mechanism Design“. Das Problem strategischer Falschangaben kann mit den dabei entwickelten Methoden zwar theoretisch vollständig gelöst werden, aber es bleibt unklar, wie stark die Funktionsweise der Mechanismen beeinträchtigt wird, wenn Abstriche von der Annahme vollständiger Rationalität gemacht werden. Zwei der aus der Literatur bekannten Mechanismen werden dazu mit Hilfe des Simulationsansatzes untersucht: Der Clarke-Groves-Mechanismus und der Mechanismus von Rob. In beiden Fällen kommt man zum Ergebnis, dass auch unter der Annahme begrenzter Rationalität die prinzipielle Funktionsweise erhalten bleibt. Je mehr Beteiligte aber involviert sind, umso schwieriger wird es zu lernen, dass sich Abweichungen von der wahren Nutzenangabe nicht lohnen. Auch experimentelle Untersuchungen stimmen recht gut mit den vorgestellten Simulationsergebnissen überein. Zusammenfassend kann aus den Anwendungsbeispielen gefolgert werden, dass mit Veränderungen der Spielstrukturen Eingriffe in dynamische Systeme verbunden sind und dass Situationen mit strategischer Interdependenz ihre besonderen Eigenarten haben. Spieltheorie und Kybernetik sollten zusammen zu einem Verständnis solcher Systeme beitragen.