Grundlagenuntersuchungen zur Dimensionierung, Berechnung und definierten Beeinflussung des Spannungs-Dehnungs-Verhaltens und der Reaktionskräfte hybrider Strukturen mittels aktiver Werkstoffe (IGF-AiF 368 ZBR)

Forschungsstelle 1: Fraunhofer IWU Dresden
Forschungsstelle 2: TITV Greiz


Aufgabenstellung

Für die Kompressionstherapie und Orthetik kommen textile Hilfsmittel mit vordefiniertem Spannungs-Dehnungs-Verhalten zum Einsatz. Aus medizinischer Sicht ist eine anpassungsfähige Struktur günstig, die patienten- bzw. situationsspezifisch flexibel funktioniert. Hierfür bietet ein Verbund aus textilem Grundmaterial und thermisch aktivierbaren Formgedächtnislegierungs-Drähten (FGL) ein großes Potenzial. Eine solche adaptive Hybridstruktur ermöglicht eine bedarfsgerechte Beeinflussung der Kraft- und Wegverläufe. Die Auslegung und Fertigung eines Verbundes aus Textil und FGL bringt jedoch Herausforderungen mit sich, die im Rahmen des Vorhabens bearbeitet wurden.

Lösungsweg

Lösungsansatz im Rahmen des Projektes war zum einen die Entwicklung einer Simulations- und Berechnungsgrundlage für adaptive Hybridstrukturen aus Textil und Formgedächtnislegierung mit der Möglichkeit zur definierten Beeinflussung des Spannungs-Dehnungs-Verhaltens. Weiter wurde die Integration der FGL-Drähte mittels textiler Techniken und damit verbunden die fertigungstechnischen Besonderheiten untersucht. Darüber hinaus beschäftigten sich die Arbeiten mit dem zugehörigen Umfeld, d. h., den Prüfungen und der Aktivierung der FGL-Materialien. Abschließend wurden Funktionsmuster entwickelt.

Anwendung/Einsatzmöglichkeiten

Der Verbund aus Textil und FGL ermöglicht adaptive Strukturen und erweitert dadurch das Einsatzpotenzial sowohl für Textil- als auch für FGL-Materialien für die medizinische Therapie und Rehabilitation. Durch die aktorische Wirkung können zum Beispiel Stütz- oder Kompressionskräfte bedarfsgerecht angepasst werden. Darüber hinaus ist die Anwendbarkeit der Projektergebnisse in weiteren Bereichen wie z. B. für Verbundmaterialien (gezielte Steifigkeitsbeeinflussung, z. B. für die Exoprothetik) und lastaufnehmende Bänder gegeben.


Nadelbandwebmaschine im TITV Greiz
Abb. 1: Hybridstruktur aus Textil und FGL auf einer Nadelbandwebmaschine im TITV Greiz
Aktorband (Hybridstruktur aus Textil und FGL)
Abb. 2: Im Projekt entwickeltes Aktorband (Hybridstruktur aus Textil und FGL) gewebt auf einer Nadelbandwebmaschine im TITV Greiz

Hybridstrukturen: Soutage-aufgestickter FGL- und Aktivierungsdraht

Abb. 3: Im Projekt entwickelte Hybridstrukturen: Soutage-aufgestickter FGL- und Aktivierungsdraht

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. (FH) Heike Oschatz

 
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