Textile Werkstoffe für den Leichtbau

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1 Textile Werkstoffe für den Leichtbau

2 Chokri Cherif Herausgeber Textile Werkstoffe für den Leichtbau Techniken Verfahren Materialien Eigenschaften 1 C

3 Herausgeber Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Dipl.-Wirt. Ing. Chokri Cherif Technische Universität Dresden Fakultät Maschinenwesen Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik Dresden ISBN e-isbn DOI / Springer Heidelberg Dordrecht London New York Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Einbandentwurf: WMXDesign GmbH, Heidelberg Gedruckt auf säurefreiem Papier Springer ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media (

4 Vorwort Die natürlichen Ressourcen für die ökonomische Entwicklung stehen nur begrenzt zur Verfügung. Um nicht die eigene Lebensgrundlage zu zerstören, erfordert dies einen konsequent schonenden und effizienten Umgang mit den verfügbaren Energieträgern und Werkstoffen in allen Wirtschaftsbereichen mit dem Ziel der Reduzierung des Energiebedarfs, der Schadstoffemission und des Werkstoffeinsatzes. Dies wird besonders vor dem Hintergrund der Globalisierung deutlich, die mit einem sprunghaften Anstieg der weltweiten Transportbewegungen und der ständigen Ausweitung des Individualverkehrs einhergeht. Besonders in den Industriebereichen, in denen große Massen bewegt und dabei beschleunigt werden müssen, wie im Personen- und Güterverkehr sowie im Maschinen- und Anlagenbau, sind innovative Leichtbautechnologien auf Kunststoffbasis heute gefragter denn je. Diese Aspekte der Material- und Energieeffizienz gelten ebenfalls für Holz- und Betonbewehrungen. Im Bauwesen gibt es zunehmend Anwendungen für faserbewehrte schlanke und filigrane Betonbauteile, faserverstärkte Kunststoffe sowie für die Ertüchtigung und Instandsetzung von bestehenden Bauwerken. Weiterhin sind textile Membranen leistungsstarke und zugleich extrem leichte Konstruktionswerkstoffe mit einstellbaren Funktionalitäten, die ebenfalls für eine Vielzahl von Anwendungsgebieten von besonders praktischer Relevanz sind. Textile Werkstoffe und Halbzeuge weisen ein vielfältiges Eigenschaftspotenzial auf und sind häufig Träger und Treiber für innovative Entwicklungen. Sie zeichnen sich vor allem durch den Einsatz von Hochleistungsfaserstoffen sowie die Verwendung von hochentwickelten Technologien aus. In den vergangenen Jahrzehnten hat sich weltweit ein einzigartiges interdisziplinäres Wissensspektrum im Bereich der Textiltechnik entwickelt. Der Fokus ist dabei auf polymere, mineralische und metallische faserbasierte Werkstoffe für den Einsatz in High-Tech-Bereichen gerichtet. Diese textilen Materialien stellen in Gegenwart und Zukunft eine bedeutende Gruppe an Hochleistungswerkstoffen dar und werden sich als ein entscheidender Schwerpunkt in der Materialforschung des 21. Jahrhunderts etablieren. Die Faser- und Textiltechnik wird sich verstärkt zu einer nicht mehr wegzudenkenden Querschnittsdisziplin für neuartige Technologien und Produkte entwickeln. v

5 vi Vorwort Aus der Kombination mit der Materialwissenschaft, Nanotechnologie, Mikrosystemtechnik, Bionik, Physik und Chemie resultiert ein innovatives Produktspektrum, dessen Eigenschaften in weiten Grenzen anforderungsgerecht einstellbar sind. Die Bandbreite und Tiefe der hierzu notwendigen Prozesse und Werkstoffe sind immens und hoch komplex. Es lassen sich Produkte mit einzigartigen Merkmalen sowie Ansätze für intelligente und selbstlernende Materialien entwickeln. Das Ziel der vorliegenden Erstauflage ist es, das Leistungspotenzial der textilen Werkstoffe und Halbzeuge und deren Vielfalt voll ausschöpfen zu können. Experten der Textiltechnik vermitteln Grundlagenwissen der Textil- und Konfektionstechnik sowie zukunftsorientiertes Spezialwissen zur Herstellung und zum Einsatz von High-Tech-Textilien. Sie zeigen auf, welche Möglichkeiten zum Einsatz von textilen Strukturen in Leichtbauanwendungen bestehen. Daher konzentriert sich dieses Fachbuch auf die ausführliche Darstellung und Beschreibung der gesamten textilen Prozesskette vom Faserstoff über die verschiedenen Garnkonstruktionen, bis zu den unterschiedlichen textilen Halbzeugen in 2D- und 3D-Gestalt, ebenso aber auch auf das Preforming sowie auf die Grenzflächen- und Grenzschichtgestaltung. Darüber hinaus werden Prüfungen nach geltenden Normen und speziellen, neu entwickelten Prüfverfahren in Zusammenhang mit dem textilen Leichtbau vorgestellt. Dieses Nachschlagewerk wird mit Ausführungen zur Modellierungs- und Simulationstechnik zu strukturmechanischen Berechnungen der stark anisotropen, biegeschlaffen Hochleistungstextilien und Beispielanwendungen aus den Gebieten der Faserkunststoffverbunde, des Textilbetons und der textilen Membranen abgerundet. Damit soll das Potenzial textiler Strukturen als innovativer Leichtbauwerkstoff aufgezeigt werden, welches durch gezielte Auswahl und Kombination der textilen Prozesse zu nahezu beliebiger Vielfalt an Eigenschaftsprofilen und zu Möglichkeiten der Funktionsintegration ebenso wie der Designgestaltung von Near-Net-Shape Komponenten führt. Dies soll zur bewussten Motivation für einen verstärkten Einsatz von textilen Hochleistungswerkstoffen in Leichtbauanwendungen für Großserien führen, die in naher Zukunft einen Siegeszug im Bereich der Faserverbundwerkstoffe erleben werden. Die im Buch dargestellten Ausführungen beruhen auf langjährigen interdisziplinären Entwicklungs- und Forschungsaktivitäten, zu denen auch Sonderforschungsbereiche und Forschungscluster auf den Gebieten der Faserkunststoffverbunde, des textilbewehrten Betons und der textilen Membranen gehören. Diese Forschungsarbeiten werden am Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik der TU Dresden entlang der gesamten textilen Prozesskette intensiv vorangetrieben. Weiterhin konnte im Rahmen der Ingenieurausbildung und von Promotionsarbeiten auf den Gebieten der Textil- und Konfektionstechnik sowie des Leichtbaus umfangreiches Lehrmaterial gesammelt werden, das zum Gelingen dieses Fachbuches beiträgt. Dresden, Juni 2011 Univ.-Professor Dr.-Ing. habil. Dipl.-Wirt. Ing. Chokri Cherif

6 Danksagung Dieses Fachbuch ist das Werk von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Institutes für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM) der Technischen Universität Dresden sowie von weiteren Experten aus Forschung und Lehre. Das sind vor allem Erfahrungsträger, die durch ihre langjährige Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten ebenso ihre Lehrtätigkeit auf den Gebieten der Textil- und Konfektionstechnik sowie des textilverstärkten Leichtbaus umfangreiches Fachwissen besitzen, und Nachwuchswissenschaftler, die sich im Rahmen ihrer Promotion vertieft mit speziellen Fachgebieten befassen. Durch die intensive Zusammenarbeit des Herausgebers mit den einzelnen Autoren und die daraus realisierte inhaltliche Verknüpfung sowie Verzahnung der einzelnen Kapitel ist ein durchgängiges Gesamtwerk zur Thematik Textile Werkstoffe für den Leichtbau ausgehend von den Faserstoffen über die Halbzeuge und Preforms entlang der textilen Wertschöpfungskette entstanden. Allen an der Erstellung des Buches involvierten Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des ITM möchte ich an erster Stelle ganz herzlich danken. Neben der Durchführung ihrer Tätigkeiten in Lehre und Forschung waren das persönliche Engagement und ihre Einsatzbereitschaft für dieses Projekt wesentlich für dessen Gelingen. Dieses Fachbuch entstand auf Basis langjähriger Erfahrungen der als Autoren genannten Wissenschaftler des ITM. Allen Verfassern der einzelnen Kapitel gilt mein besonderer Dank für ihre Beiträge und die verständnisvolle Zusammenarbeit zum Gelingen des Gesamtwerkes. Persönlich danken möchte ich den weiteren Experten Frau Dr. Beata Lehmann (ehemalige Wissenschaftliche Mitarbeiterin des ITM, zurzeit Wissenschaftliche Mitarbeiterin im Institut für Oberflächen- und Fertigungstechnik, TU Dresden), Herrn Dr. Georg Haasemann (Institut für Festkörpermechanik, TU Dresden) und Herrn Dr. Silvio Weiland (TUDALIT Markenverband e.v., Dresden), die ich für einzelne Fachgebiete einbeziehen durfte. Freundlicher Weise hat sich auch Herr Prof. Dr.- Ing. Hilmar Fuchs, Sächsisches Textilforschungsinstitut e. V., Chemnitz und Honorarprofessor für Technische Textilien an der TU Dresden, bereit erklärt, Autor in diesem Fachbuch zu sein. vii

7 viii Danksagung Die redaktionelle Koordinierung sowie die korrekte Darstellung in einer inhaltlichen und formalen Einheit oblagen Frau Annett Dörfel, der ich an dieser Stelle ganz herzlich danken möchte. Ein besonderer Dank gilt auch Herrn Dr. Ezzeddine Laourine, der alle Einzelbeiträge, Abbildungen und Tabellen formatiert, zusammengeführt und die fertige Druckvorlage in LATEX erstellt hat. Dies erforderte eine hohe und exakte Einsatzbereitschaft sowie viel Ausdauer. Ebenfalls gilt mein Dank Frau Janine Jungmann (Studentin der Germanistik und Politikwissenschaften) für die sprachlich-stilistischen Empfehlungen und formalen Hinweise bei der textlichen Gestaltung des Fachbuches. Ebenso danke ich Herrn Dipl.-Designer (FH) Aram Haydeyan, Frau Stefanie Fiedler, Frau Anja Wenzel, Herrn Moritz Eger sowie Herrn Richard Müller stellvertretend für viele weitere Studierende, die am ITM aktiv sind, für die Erstellung der Abbildungen, Grafiken und ergänzende Recherchearbeiten. Ich möchte es nicht versäumen, den Freunden und Experten besonders zu danken, die zum Gelingen des Fachbuches durch Korrekturlesen und konstruktive fachliche Hinweise beigetragen haben. Mein persönlicher Dank gilt Herrn Prof. Dr.- Ing. habil. Dr. h. c. Peter Offermann (ehemaliger Institutsdirektor des ITM), Herrn Prof. Dr. rer. nat. Volker Rossbach (ehemaliger Lehrstuhlinhaber der Professur Textilveredlung), Herrn Prof. Dr. Frank Ficker (Hochschule Hof, Institut für Materialwissenschaften, Fachbereich Münchberg), Herrn Dr. Harald Brünig (Leibniz- Institut für Polymerforschung Dresden e. V.), Herrn Dr. Adnan Wahhoud (Lindauer Dornier GmbH, Lindau), den Herren Peter Maier, Peter Rotter und Martin Leidel (LIBA Maschinenfabrik GmbH, Naila) sowie Herrn Dr. Christian Callhoff (Mehler Texnologies GmbH, Hückelhoven). Unseren Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft sei für bereichernde Diskussionen und den regen Erfahrungsaustausch sowie die Bereitstellung von umfangreichen aktuellen Bildmaterialien, die in den jeweiligen Kapiteln mit entsprechenden Quellen versehen sind, besonders gedankt. Danken möchte ich auch dem Verlag für die vorzügliche Zusammenarbeit, die guten Ratschläge während der Erstellung der Druckvorlage und die Ausgestaltung des Fachbuches. Dresden, Juni 2011 Univ.-Professor Dr.-Ing. habil. Dipl.-Wirt. Ing. Chokri Cherif (Herausgeber)

8 Inhaltsverzeichnis Vorwort... Danksagung... v vii Autorenverzeichnis... xxi 1 Einführung... 1 Chokri Cherif 2 Textile Prozesskette und Einordnung der textilen Halbzeuge... 9 Chokri Cherif 2.1 Einleitung Textile Prozesskette Darstellung Begriffsbestimmung Textile Halbzeuge und Preforms für den Leichtbau Einteilung, Abgrenzung und Begriffsbestimmungen Preform und Preforming Vorteile der Integration der Matrix als Endlosfaser Anwendung und Leistungspotenzial textiler Halbzeuge und Preforms im Leichtbau Literaturverzeichnis Textile Faserstoffe Christiane Freudenberg 3.1 Einleitung ix

9 x Inhaltsverzeichnis 3.2 Technologische Grundlagen zur Chemiefaserherstellung Prinzipien der Chemiefaserherstellung Faserparameter Molekulare und übermolekulare Struktur textiler Faserstoffe Oberflächenpräparation für die textile Verarbeitung Verstärkungsfasern Einführung Glasfaserstoffe Carbonfaserstoffe Aramidfaserstoffe Weitere hochfeste Chemiefasern aus synthetischen Polymeren organischen Ursprungs Weitere hochfeste Chemiefasern aus natürlichen Polymeren anorganischen Ursprungs Metallfasern Naturfasern Technologische Eigenschaften von Hochleistungsfasern Übersicht zu den Verstärkungsfasern Matrixfasern aus thermoplastischen Polymeren Aufgaben und allgemeine Merkmale von Matrixfasern Bedeutende Matrixfasern Anforderungsgerechte Weiterverarbeitung in der textilen Prozesskette Hybride Filamentgarne Faserausrüstung Literaturverzeichnis Garnkonstruktionen und Garnbildungstechniken Beata Lehmann und Claudia Herzberg 4.1 Einleitung und Übersicht Einleitung Garnparameter und Garnstruktur Garn aus Faserstoffmischungen (Hybridgarn) Einfachgarn für Fadenhalbzeuge Einteilung Filamentgarn

10 Inhaltsverzeichnis xi Spinnfaserband und Spinnfasergarn Filament-Spinnfaser-Garn Mehrfachgarn für Fadenhalbzeuge Einteilung Glattzwirn Kablierzwirn Umwindungszwirn Empfehlungen für die Weiterverarbeitung zu Fadenhalbzeugen Nähgarn für die Montage textiler Halbzeuge Einführung Nähgarnkonstruktion Nähgarnfunktion Funktionsintegration Garnausrüstung Bedeutung der Garne für Faserverbundwerkstoffe Literaturverzeichnis Gewebte Halbzeuge und Webtechniken Cornelia Kowtsch, Gerald Hoffmann und Roland Kleicke 5.1 Einleitung und Übersicht Gewebeaufbau Definition Schematische Darstellung Grundbindungen Erweiterte und abgeleitete Grundbindungen Jacquardbindungen Gewebeparameter und -eigenschaften Gewebeparameter Gewebeeigenschaften Gewebefertigung Webverfahren Grundaufbau der Webmaschine Kettfadenzuführung Fachbildeeinrichtungen Schusseintragsprinzipien Schussfadenanschlag...199

11 xii Inhaltsverzeichnis Gewebeabzug und -speicherung D-Gewebe-Strukturen Konventionelle 2D-Gewebe Zweilagen- und profilierte Gewebe Zweidimensionale Mehrlagengewebe-Strukturen Drehergewebe Multiaxialgewebe Open Reed Gewebe D-Polargewebe Schalenförmig gewebte 3D-Geometrien D-Gewebestrukturen Dreidimensionale Mehrlagengewebe und integral gewebte Profile Abstandsgewebe Faltengewebe D-Orthogonalgewebe D-Polargewebe Funktionsintegration Literaturverzeichnis Gestrickte Halbzeuge und Stricktechniken Wolfgang Trümper 6.1 Einleitung und Übersicht Grundlagen Allgemeines Bindungselemente Grundbindungen Gestrickeigenschaften und Strickparameter Strickverfahren Flach- und Rundgestricke Möglichkeiten der Formgebung Herstellung auf Flachstrickmaschinen Herstellung auf Rundstrickmaschinen Entwicklungstendenzen in der Stricktechnik D- und 3D-Gestricke mit integrierten Verstärkungsfäden Funktionsintegration

12 Inhaltsverzeichnis xiii Literaturverzeichnis Gewirkte Halbzeuge und Wirktechniken Jan Hausding und Jan Märtin 7.1 Einleitung und Übersicht Bindungskonstruktion beim Kettenwirken Darstellung der Bindungen Bindungselemente Bindungen für die Herstellung Technischer Textilien Grundlagen der Herstellung gewirkter Halbzeuge Einführung Speichern, Zuführen und Transport der Ausgangsmaterialien Fügen der Ausgangsmaterialien Maschenbildungsvorgang Trennen, Abziehen und Aufwickeln der Warenbahn Prozessintegrierte Fertigung Maschinentechnik für zweidimensionale gewirkte Halbzeuge Konventionelle RL-Kettenwirkmaschinen zur Herstellung gewirkter Halbzeuge Multiaxial-Kettenwirkmaschinen für die Fertigung gewirkter Verstärkungsstrukturen Maschinentechnik für dreidimensionale gewirkte Halbzeuge Parameter und Eigenschaften der gewirkten Halbzeuge Literaturverzeichnis Geflochtene Halbzeuge und Flechttechniken Ezzeddine Laourine 8.1 Einleitung und Übersicht Klassifizierung der Flechtverfahren Funktionsweise einer Flechtmaschine D-Flechtverfahren Rundflechten Umflechten D-Flechtverfahren Umflechten von 3D-Strukturen D-Flechten mit konzentrischen Klöppelbahnen

13 xiv Inhaltsverzeichnis D-Flechten mit kartesischen Klöppelbahnen D-Flechten mit modularen Klöppelantrieben Klöppelkonstruktionen Flügelrad Antrieb Einsatzgebiete für geflochtene Strukturen Funktionsintegration Literaturverzeichnis Vliesstoffhalbzeuge und Vliesbildungstechniken Kathrin Pietsch und Hilmar Fuchs 9.1 Einleitung und Übersicht Begriff Übersicht Herstellungsverfahren für Vliesstoffe Übersicht Faservorbereitung Grundprinzipien der Vliesbildung Grundprinzipien zur Vliesverfestigung Veredlung Struktur und Eigenschaften Übersicht Konstruktionsparameter Ausgewählte Struktureigenschaften Ausgewählte Anwendungsbeispiele für vliesstoffbasierte Halbzeuge Übersicht Technologien zur Herstellung von Vliesstoff-Verbunden Vliesstoff-Halbzeuge für Faserverbundwerkstoffe Vliesstoffbasierte Funktionsschichten für die Filterund Energietechnik Entwicklungstendenzen Literaturverzeichnis Gestickte Halbzeuge und Sticktechniken Mirko Schade 10.1 Einleitung...367

14 Inhaltsverzeichnis xv 10.2 Grundprinzip des Stickens Tailored Fibre Placement (TFP) Prinzip Maschinentechnik und Stickparameter Gestickte Halbzeuge Zweidimensionale gestickte Halbzeuge Dreidimensional gestickte Halbzeuge Gestickte Halbzeuge mit Fadenreserven Literaturverzeichnis Vorimprägnierte textile Halbzeuge (Prepregs) Olaf Diestel und Jan Hausding 11.1 Einleitung Duroplastische Prepregs Fließfähige duroplastische Prepregs und Formmassen (SMC/BMC) Nicht fließfähige duroplastische Prepregs aus Garnen und ebenen, flächigen Halbzeugen Thermoplastische Prepregs Fließfähige thermoplastische Prepregs und Pressmassen (GMT/LFT) Nicht fließfähige thermoplastische Prepregs mit Endlosfaserverstärkung aus Garnen bzw. ebenen, flächigen Halbzeugen Literaturverzeichnis Konfektionstechnik für Faserverbundwerkstoffe Hartmut Rödel 12.1 Einleitung Produktentwicklung Schnittbildgestaltung und Materialausnutzung Lagenlegen Zweck des Lagenlegens Legeverfahren Varianten der Realisierung des Lagenlegens Behandlung von Fehlern in der Verstärkungsstruktur Zuschnitttechnik...413

15 xvi Inhaltsverzeichnis Allgemeines Trennen von Verstärkungstextilien Textile Montage mittels Nähtechnik Begriffe Stichbildung Allgemeines zur Nähtechnik in der Preformfertigung Nahtfunktionen Nähtechnik für die Composite-Montage Nähguthalterungen und Formkörper Nähtechnische Bearbeitungszentren Automatisierte Handhabung textiler Zuschnittteile Textile Montage mittels Schweißtechnik Textile Montage in der Preformfertigung mittels Klebetechnologie bzw. Bindertechnologie Literaturverzeichnis Textile Ausrüstung und Ausrüsungstechniken Heike Hund und Rolf-Dieter Hund 13.1 Einleitung und Übersicht Chemisch-physikalische Grundlagen Oberflächenenergie, Oberflächenspannung Grenzflächenernergie Chemische Eigenschaften textiler Oberflächen Chemische Eigenschaften von Fasermaterialien Chemische Eigenschaften von Spinnpräparationen und Schlichten Chemie der Matrix-Grenzflächen Topografie textiler Oberflächen Materialkombinationen und Kompatibilität Physikalische Kompatibilität Chemische Kompatibilität Experimentelle Ermittlung physikalischer und chemischer Eigenschaften von Grenzflächen Untersuchungen zur Oberflächenenergie textiler Materialien Untersuchungen zur Chemie der Oberflächen textiler Materialien

16 Inhaltsverzeichnis xvii 13.5 Ausrüstungsverfahren, Methoden und Technologien Spinnprozess integrierte Ausrüstung von Fasern Vorbehandlung von textilen Garnen und Flächen im Veredlungsprozess Ausrüstung von textilen Materialien Literaturverzeichnis Textilphysikalische Prüfungen Thomas Pusch 14.1 Einleitung Prüftechnische Grundlagen Messtechnik vs. Prüftechnik Messwertaufnehmer Prüfklima Mechanische Formänderung Darstellung von Prüfergebnissen Prüfung von Fasern und Filamenten Durchmesser Feinheit Zugfestigkeit, E-Modul Prüfung von Garnen Feinheit Drehung Zugfestigkeit, E-Modul Schlichte- und Präparationsanteil Feuchtegehalt Weitere Prüfverfahren Prüfung von textilen Flächen Dicke Flächenbezogene Masse Zugfestigkeit, E-Modul Biegesteifigkeit Harz- und Faseranteil Weitere Prüfverfahren Prüfung von Faserkunststoffverbunden Prüfungen ohne mechanische Belastung

17 xviii Inhaltsverzeichnis Prüfungen mit niedriger Verformungsgeschwindigkeit Prüfungen mit hoher Verformungsgeschwindigkeit Weitere Prüfverfahren Prüfung weiterer faserbasierter Verbundwerkstoffe Textilmembranen Textilbewehrter Beton Literaturverzeichnis Normative Verweisungen Modellierung und Simulation Lina Girdauskaite, Georg Haasemann und Sybille Krzywinski 15.1 Einleitung Deformationsverhalten von textilen Verstärkungshalbzeugen Allgemeine Betrachtungen Zugkenngrößen Biegekenngrößen Scherkenngrößen Rechnergestützte Simulation des Deformationsverhaltens textiler Verstärkungshalbzeuge Modelle zur Simulation des Deformationsverhaltens Kinematische Modellierung des Deformationsverhaltens Lokale Strukturfixierung zur definierten Drapierung textiler Strukturen auf stark gekrümmten Oberflächen Modellierung von Verbundwerkstoffen Modellierung des Faser-Matrixverbundes (Mikroebene) Modellierung des Textiles im Verbund (Mesoebene) Materialeigenschaften von Verbundwerkstoffen am Beispiel des Mehrlagengestricks Experimentelle Untersuchungen Homogenisierung auf Basis des Energiekriteriums Literaturverzeichnis Weiterverarbeitungsaspekte und Anwendungsbeispiele Chokri Cherif, Olaf Diestel, Thomas Engler, Evelin Hufnagl und Silvio Weiland 16.1 Einführung Aufbau von Verbundwerkstoffen...639

18 Inhaltsverzeichnis xix 16.3 Faserkunststoffverbunde Allgemeines Verstärkungsaufbauten Matrixsysteme Bauteilherstellungsverfahren und -anwendungen Textilbewehrter Beton Besonderheiten von Betonmatrices Geeignete textile Fasermaterialien Fertigungstechnologische Grundlagen textiler Betonbewehrungen Verbund- und Tragverhalten textiler Strukturen im Beton Einflüsse textiltechnologischer Parameter des Nähwirkverfahrens auf den Verbundbaustoff Bemessungsrelevante Kennwerte von textilbewehrtem Beton Instandsetzung und Verstärkung bestehender Bausubstanz Ausbildung von textilbewehrten Einzelbauteilen Entwicklungstendenzen für Textilbeton Textilmembranen für den Leichtbau Begriffsbestimmung und Anwendungsbereiche Anforderungen an Baumembranen Beschaffenheit von Baumembranen Umsetzung von Membranbauten Literaturverzeichnis Formelzeichen und Abkürzungen Stichwortverzeichnis...711

19 Autorenverzeichnis Chokri Cherif (Kapitel 1, 2 und 16) chokri.cherif@tu-dresden.de Olaf Diestel (Kapitel 11 und 16) olaf.diestel@tu-dresen.de Thomas Engler (Kapitel 16) thomas.engler@tu-dresden.de Christiane Freudenberg (Kapitel 3) christiane.freudenberg@tu-dresden.de Hilmar Fuchs (Kapitel 9) Sächsisches Textilforschungsinstitut e. V., Chemnitz hfuchs@stfi.de Lina Girdauskaite (Kapitel 15) lina.girdauskaite@tu-dresden.de xxi

20 xxii Autorenverzeichnis Georg Haasemann (Kapitel 15) Institut für Festkörpermechanik, TU Dresden Jan Hausding (Kapitel 7 und 11) jan.hausding@tu-dresden.de Claudia Herzberg (Kapitel 4.5) claudia.herzberg@tu-dresden.de Gerald Hoffmann (Kapitel 5) gerald.hoffmann@tu-dresden.de Evelin Hufnagl (Kapitel 16) evelin.hufnagl@tu-dresden.de Heike Hund (Kapitel 13) heike.hund@chemie.tu-dresden.de Rolf-Dieter Hund (Kapitel 13) rolf-dieter.hund@chemie.tu-dresden.de Roland Kleicke (Kapitel 5) roland.kleicke@tu-dresden.de Cornelia Kowtsch (Kapitel 5) cornelia.kowtsch@tu-dresden.de Sybille Krzywinski (Kapitel 15) sybille.krzywinski@tu-dresden.de

21 Autorenverzeichnis xxiii Ezzeddine Laourine (Kapitel 8) Beata Lehmann (Kapitel 4, außer 4.5) Institut für Oberflächen- und Fertigungstechnik, TU Dresden Jan Märtin (Kapitel 7) Kathrin Pietsch (Kapitel 9) Thomas Pusch (Kapitel 14) Hartmut Rödel (Kapitel 12) Mirko Schade (Kapitel 10) Wolfgang Trümper (Kapitel 6) Silvio Weiland (Kapitel 16) TUDALIT Markenverband e.v., Dresden