In der vorliegenden Arbeit wurden Nadelvliesstoffe untersucht, die durch spezielle Nadelverfahren wie Velourisieren bzw. verbindendes Vernadeln eine dreidimensionale Struktur erhielten. Die vertikale Ausrichtung von Fasern in einer gleichmäßigen, parallelen Faserpolschicht an der Oberfläche, was durch das velourisierende Vernadeln erreicht wird, bedingt die Vergrößerung der wirksamen Faseroberfläche sowie des spezifischen Hohlraumvolumens. Ebenso vergrößert sich die wirksame Faseroberfläche und das spezifische Hohlraumvolumen durch das verbindende Vernadeln zweier Vliesstoffe, wobei Faserbüschel die beiden Vliesstoffe auf definiertem Abstand halten. Ausgegangen wurde von mathematischen Beziehungen zur Widerhakengeometrie der Filznadeln, Anzahl der transportierten Fasern im Widerhaken, Vernadelungsparametern und die damit verbundene Vergrößerung von Faserpolschicht und Hohlraumvolumen der Vliesstoffe. Über eine Versuchsreihe mit Variation bestimmter Eingangsgrößen, anschließender Regressionsanalyse und Schaffung eines semantischen Modells konnte der Einfluss auf bestimmte textilphysikalische Eigenschaften der Vliesstoffe nachgewiesen werden. Unter Einbeziehung der Ergebnisse aus Analyse und Modellbildung erfolgte eine Anpassung und der Nachweis der theoretisch ermittelten Beziehungen. Mit Hilfe der gefundenen Ergebnisse ist es möglich, bei Vorgabe definierter Einflussgrößen Voraussagen auf bestimmte Zielgrößen zu treffen und Rückschlüsse auf Größe der wirksamen Faseroberfläche und das spezifische Hohlraumvolumen von dreidimensionalen Vliesstoffen zu ziehen. Das gewährleistet eine wesentliche Kosten- und Zeiteinsparung innerhalb des industriellen Herstellungsprozesses von mittels Nadelns velourisierten und verbundenen Vliesstoffen. / Needle-punched nonwovens produced by special needle-punching technologies like velourising and needling of two nonwoven layers with defined space to get a three-dimensional structure were investigated. The vertical orientation of the fibres in an uniform parallel fibre pile layer provided by the velourised needle-punching process causes an increase of the effective fibre pile surface and the hollow space. Also, the effective fibre pile surface and the hollow space are increased by needle-punching two nonwoven layers with defined space; fibre-bundles keep the two nonwoven layers at defined distance. Mathematical coherences of the geometry of barbs, number of fibres transported by the barbs, needle-punching parameters and the resulting increase of fibre pile surface and hollow space of the nonwovens formed the basis for all carried out investigations. By a number of tests varying in special input parameters, followed by a regression analysis and the creation of a semantic model. The influence of these parameters on the textile-physical properties could be proved. An adaptation and verification of the mathematical formulas was carried out by using the results of the analysis and the modelling. The found results allow to predict the influence of special input parameters on several output parameters and to get conclusions on the size of the effective fibre pile surface and the specific hollow space of three-dimensional nonwovens. This guarantees an essential reduction of costs and time in the industrial production process of needle-punched velourised and spacer nonwovens.

In der vorliegenden Arbeit wurden Nadelvliesstoffe untersucht, die durch spezielle Nadelverfahren wie Velourisieren bzw. verbindendes Vernadeln eine dreidimensionale Struktur erhielten. Die vertikale Ausrichtung von Fasern in einer gleichmäßigen, parallelen Faserpolschicht an der Oberfläche, was durch das velourisierende Vernadeln erreicht wird, bedingt die Vergrößerung der wirksamen Faseroberfläche sowie des spezifischen Hohlraumvolumens. Ebenso vergrößert sich die wirksame Faseroberfläche und das spezifische Hohlraumvolumen durch das verbindende Vernadeln zweier Vliesstoffe, wobei Faserbüschel die beiden Vliesstoffe auf definiertem Abstand halten. Ausgegangen wurde von mathematischen Beziehungen zur Widerhakengeometrie der Filznadeln, Anzahl der transportierten Fasern im Widerhaken, Vernadelungsparametern und die damit verbundene Vergrößerung von Faserpolschicht und Hohlraumvolumen der Vliesstoffe. Über eine Versuchsreihe mit Variation bestimmter Eingangsgrößen, anschließender Regressionsanalyse und Schaffung eines semantischen Modells konnte der Einfluss auf bestimmte textilphysikalische Eigenschaften der Vliesstoffe nachgewiesen werden. Unter Einbeziehung der Ergebnisse aus Analyse und Modellbildung erfolgte eine Anpassung und der Nachweis der theoretisch ermittelten Beziehungen. Mit Hilfe der gefundenen Ergebnisse ist es möglich, bei Vorgabe definierter Einflussgrößen Voraussagen auf bestimmte Zielgrößen zu treffen und Rückschlüsse auf Größe der wirksamen Faseroberfläche und das spezifische Hohlraumvolumen von dreidimensionalen Vliesstoffen zu ziehen. Das gewährleistet eine wesentliche Kosten- und Zeiteinsparung innerhalb des industriellen Herstellungsprozesses von mittels Nadelns velourisierten und verbundenen Vliesstoffen. / Needle-punched nonwovens produced by special needle-punching technologies like velourising and needling of two nonwoven layers with defined space to get a three-dimensional structure were investigated. The vertical orientation of the fibres in an uniform parallel fibre pile layer provided by the velourised needle-punching process causes an increase of the effective fibre pile surface and the hollow space. Also, the effective fibre pile surface and the hollow space are increased by needle-punching two nonwoven layers with defined space; fibre-bundles keep the two nonwoven layers at defined distance. Mathematical coherences of the geometry of barbs, number of fibres transported by the barbs, needle-punching parameters and the resulting increase of fibre pile surface and hollow space of the nonwovens formed the basis for all carried out investigations. By a number of tests varying in special input parameters, followed by a regression analysis and the creation of a semantic model. The influence of these parameters on the textile-physical properties could be proved. An adaptation and verification of the mathematical formulas was carried out by using the results of the analysis and the modelling. The found results allow to predict the influence of special input parameters on several output parameters and to get conclusions on the size of the effective fibre pile surface and the specific hollow space of three-dimensional nonwovens. This guarantees an essential reduction of costs and time in the industrial production process of needle-punched velourised and spacer nonwovens.

Für die elektrochemische Mikrobearbeitung superharter Werkstoffe, die Herstellung von faserbasierten Sensoren und die komplexe Funktionalisierung von faserverstärkten, polymeren Verbundwerkstoffen werden endlose Kohlenstoffeinzelfasern benötigt. Kohlenstofffasern werden in den jeweiligen Herstellungsprozessen (PAN und Pech) immer nur im Bündel gefertigt und angeboten. Einzelne Kohlenstofffasern sind nicht verfügbar. Für die Vereinzelung von Kohlenstofffasern aus dem Bündel wurden verschiedene Verfahren voruntersucht. Anschließend wurde auf Basis der Verfahren mit dem höchsten Vereinzelungspotenzial eine Vereinzelungsanlage aufgebaut. Die ersten Untersuchungen mit Hilfe der Vereinzelungsanlage zielten auf die Teilung von Faserbündeln als Vorstufe zu einer Einzelfaser ab. Die kontinuierliche Teilung von Bündeln konnte auf diese Weise erfolgreich durchgeführt werden. Die weitere Teilung halbierter Bündel wird aktuell untersucht. Halbierte Bündel können bereits in textilen Prozessen weiterverarbeitet oder für die Beschichtung genutzt werden. Auf diese Weise ist es möglich die Garnfeinheit der Rovings zu verringern und feinere Rovings als derzeit am Markt verfügbar anzubieten.

The idea underlying the present study was to apply twisting in order to introduce different levels of transverse pressure. The modified structure affected both the bonding level and the evolution of the damage in the yarn. In order to isolate this effect in a broader context, additional parameters were included in the experiment design, namely effects of loading rate, specimen length and filament diameter (directly linked to the fineness of the yarn). These factors have been studied in various contexts by several authors. Some related studies on involved factors will be briefly reviewed.

In-situ 3-D shape measurements with submicron shape uncertainty of fast rotating objects in a cutting lathe are expected, which can be achieved by simultaneous distance and velocity measurements. Conventional tactile methods, coordinate measurement machines, only support ex-situ measurements. Optical measurement techniques such as triangulation and conoscopic holography offer only the distance, so that the absolute diameter cannot be retrieved directly. In comparison, laser Doppler distance sensors (P-LDD sensor) enable simultaneous and in-situ distance and velocity measurements for monitoring the cutting process in a lathe. In order to achieve shape measurement uncertainties below 1 µm, a P-LDD sensor with a dual camera based scattered light detection has been investigated. Coherent fiber bundles (CFB) are employed to forward the scattered light towards cameras. This enables a compact and passive sensor head in the future. Compared with a photo detector based sensor, the dual camera based sensor allows to decrease the measurement uncertainty by the order of one magnitude. As a result, the total shape uncertainty of absolute 3-D shape measurements can be reduced to about 100 nm.

The idea underlying the present study was to apply twisting in order to introduce different levels of transverse pressure. The modified structure affected both the bonding level and the evolution of the damage in the yarn. In order to isolate this effect in a broader context, additional parameters were included in the experiment design, namely effects of loading rate, specimen length and filament diameter (directly linked to the fineness of the yarn). These factors have been studied in various contexts by several authors. Some related studies on involved factors will be briefly reviewed.

Für die elektrochemische Mikrobearbeitung superharter Werkstoffe, die Herstellung von faserbasierten Sensoren und die komplexe Funktionalisierung von faserverstärkten, polymeren Verbundwerkstoffen werden endlose Kohlenstoffeinzelfasern benötigt. Kohlenstofffasern werden in den jeweiligen Herstellungsprozessen (PAN und Pech) immer nur im Bündel gefertigt und angeboten. Einzelne Kohlenstofffasern sind nicht verfügbar. Für die Vereinzelung von Kohlenstofffasern aus dem Bündel wurden verschiedene Verfahren voruntersucht. Anschließend wurde auf Basis der Verfahren mit dem höchsten Vereinzelungspotenzial eine Vereinzelungsanlage aufgebaut. Die ersten Untersuchungen mit Hilfe der Vereinzelungsanlage zielten auf die Teilung von Faserbündeln als Vorstufe zu einer Einzelfaser ab. Die kontinuierliche Teilung von Bündeln konnte auf diese Weise erfolgreich durchgeführt werden. Die weitere Teilung halbierter Bündel wird aktuell untersucht. Halbierte Bündel können bereits in textilen Prozessen weiterverarbeitet oder für die Beschichtung genutzt werden. Auf diese Weise ist es möglich die Garnfeinheit der Rovings zu verringern und feinere Rovings als derzeit am Markt verfügbar anzubieten.