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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 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 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 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 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 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 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 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.