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Bekleidungsphysiologische Forschung im Dienste des tragekomforts

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<strong>Forschung</strong> & InnovatIon<br />

<strong>Bekleidungsphysiologische</strong> <strong>Forschung</strong><br />

<strong>im</strong> <strong>Dienste</strong> <strong>des</strong> <strong>tragekomforts</strong>


hErausgEBEr:<br />

hohenstein Institute<br />

schloss hohenstein<br />

74357 Bönnighe<strong>im</strong><br />

gErManY<br />

tel.: +49 7143 271 0<br />

Fax: +49 7143 271 94199<br />

E-Mail: info@hohenstein.de<br />

Internet: www.hohenstein.de<br />

ansPrEchPartnEr:<br />

Dr. andreas schmidt<br />

Direktor der abteilung<br />

Function and care<br />

tel.: +49 7143 271 717<br />

Fax: +49 7143 271 941717<br />

E-Mail: a.schmidt@hohenstein.de<br />

HOHENSTEIN<br />

© 2009 Hohenstein Institute


vorwort<br />

Der Zusammenhang von Kleidung und körperlichem Wohlbefinden hat die Menschen seit jeher<br />

beschäftigt. Vergleichsweise jung ist dagegen die wissenschaftliche Disziplin der<br />

Bekleidungsphysiologie, die in Deutschland seit 1946 maßgeblich von den Hohenstein<br />

Instituten geprägt wurde und wird.<br />

In dieser Sonderveröffentlichung haben wir die Meilensteine einer Entwicklung zusammengestellt,<br />

die von der ersten Form menschlicher Bekleidung durch Felle und Leder bis hin zu modernen Funktionstextilien<br />

reicht. Mit den Untersuchungsmethoden der Bekleidungsphysiologie lassen sich heute<br />

Kleidungsstücke, aber auch Bettwaren und Schlafsäcke, opt<strong>im</strong>al auf den jeweiligen Einsatzbereich<br />

hin abst<strong>im</strong>men.<br />

Den Grundstein dafür bildete der Ideenreichtum der Hohensteiner Wissenschaftler. Ihm verdankt<br />

die bekleidungsphysiologische <strong>Forschung</strong> bahnbrechende und mittlerweile international anerkannte<br />

Prüfsysteme wie das Hohenstein Hautmodell und die thermische Gliederpuppe „Charlie“.<br />

Zum 1. Oktober 2009 haben wir die Fachkompetenz der bisherigen Unternehmensbereiche Bekleidungsphysiologie<br />

und Textile Dienstleistungen & Innovationen in der neu eingerichteten Abteilung<br />

„Function and Care“gebündelt. Die Leitung übern<strong>im</strong>mt Dr. Andreas Schmidt in Nachfolge von Prof.<br />

Dr. Karl-Heinz Umbach, der sich nach seiner 33-jährigen Tätigkeit an den Hohenstein Instituten aus<br />

dem operativen Geschäft zurückgezogen hat.<br />

Mit Stolz schauen wir auf mehr als 60 Jahre Arbeit <strong>im</strong> <strong>Dienste</strong> <strong>des</strong> Tragekomforts zurück –<br />

und freuen uns darauf, auch die zukünftigen Generationen innovativer Textilien mitgestalten zu dürfen.<br />

Prof. Dr. Stefan Mecheels<br />

Leiter der Hohenstein Institute<br />

Prof. Dr. stefan Mecheels<br />

Leiter hohenstein Institute<br />

3


<strong>Bekleidungsphysiologische</strong> <strong>Forschung</strong> <strong>im</strong> <strong>Dienste</strong> <strong>des</strong> <strong>tragekomforts</strong><br />

4<br />

toPIcs<br />

Kleidung für den „nackten affen“ 6<br />

Kleidung und Mystizismus 7<br />

Die geburtsstunde der qualitativen Bekleidungsphysiologie 8<br />

Zeitenwende in der textilindustrie 8<br />

Know-how made in hohenstein 9<br />

Die geburtsstunde der quantitativen Bekleidungsphysiologie 11<br />

Das Maß aller Dinge 12<br />

Der siegeszug der chemiefasern 13<br />

tragekomfort ist hau(p)tsache 14<br />

gute noten für den Komfort 15<br />

Wie man sich bettet... 16<br />

Frieren <strong>im</strong> schlafsack ? 17<br />

Komfort macht mobil 18<br />

Kinder sind mehr als kleine Menschen 20<br />

Der Kampf gegen kalte hände und schweißfüße 21<br />

<strong>Bekleidungsphysiologische</strong> Messmethoden <strong>im</strong> Überblick 22


<strong>Bekleidungsphysiologische</strong> <strong>Forschung</strong> an den<br />

hohenstein Instituten <strong>im</strong> <strong>Dienste</strong> <strong>des</strong> <strong>tragekomforts</strong><br />

Seit der Gründung <strong>im</strong> Jahre 1946 beschäftigt sich<br />

das internationale Textilforschungs- und Dienstleistungszentrum<br />

Hohenstein Institute in Bönnighe<strong>im</strong><br />

unter anderem intensiv mit dem Wechselspiel<br />

zwischen Textilien und menschlicher Physiologie.<br />

Ziel war und ist es, Bekleidung, Bettwaren und<br />

Fahrzeugsitze zu entwickeln, welche insbesondere<br />

die Temperaturregelung in Abhängigkeit vom<br />

Umgebungskl<strong>im</strong>a und der Tätigkeit opt<strong>im</strong>al unterstützen,<br />

das heißt einen hohen Komfort bieten.<br />

Da auch das Empfinden der Textilien auf der Haut,<br />

das heißt die Hautsensorik, und die Passform (ergonomischer<br />

Tragekomfort) entscheidende Faktoren<br />

dafür sind, dass ein textiles Produkt als angenehm<br />

empfunden wird, müssen aber auch die-<br />

se Faktoren bei der Produktentwicklung berücksichtigt<br />

werden.<br />

Institutsgründer Prof. Dr.-Ing. Otto Mecheels,<br />

sein Sohn und Nachfolger als Institutsleiter, Prof.<br />

Dr. Jürgen Mecheels, und Prof. Dr. Karl-Heinz<br />

Umbach, gelten als die Väter der bekleidungsphysiologischen<br />

<strong>Forschung</strong> in Deutschland und<br />

damit unter anderem als Wegbereiter für die heutige<br />

Form der Funktionstextilien.<br />

Dank <strong>des</strong> von den Hohensteiner Spezialisten<br />

entwickelten Hautmodells und der thermischen<br />

Gliederpuppe „Charlie“ (Bild 1) sowie spezieller<br />

hautsensorischer Messmethoden verfügt die<br />

Wissenschaft der Bekleidungsphysiologie heute<br />

über eine Reihe kleidungsspezifischer Kenngrößen,<br />

um den Tragekomfort objektiv zu beurteilen.<br />

Bild 1: unter anderem mit hilfe<br />

<strong>des</strong> thermoregulationsmodells<br />

<strong>des</strong> Menschen „charlie“<br />

lässt sich der tragekomfort von<br />

Kleidung heute objektiv bewerten<br />

und opt<strong>im</strong>ieren.<br />

5


<strong>Bekleidungsphysiologische</strong> <strong>Forschung</strong> <strong>im</strong> <strong>Dienste</strong> <strong>des</strong> <strong>tragekomforts</strong><br />

Bild 3: Mit den Methoden der<br />

Bekleidungsphysiologie lassen<br />

sich auch die thermophysiologischen<br />

und hautsensorischen<br />

Eigenschaften von Kleidung ermitteln,<br />

wie sie vom gletschermann<br />

„Ötzi“ in der Jungsteinzeit<br />

getragen wurde.<br />

Bild 2 links: Bis in die neuzeit<br />

schützten sich die Menschen<br />

ausschließlich mit Kleidung aus<br />

naturmaterialien wie Wolle, Leder<br />

und Fell vor Witterungseinflüssen.<br />

6<br />

Dadurch wird es erstmals in der langen Geschichte<br />

der Bekleidung möglich, diese gezielt <strong>im</strong> Hinblick<br />

auf best<strong>im</strong>mte Einsatzbereiche und Anforderungen<br />

zu bewerten und zu opt<strong>im</strong>ieren.<br />

Zuvor flossen in die Wahl von Materialien und<br />

Schnittkonstruktion nicht zuletzt mystische Vorstellungen<br />

ein, die <strong>im</strong> engen Kontext zur kulturellen<br />

Entwicklung standen.<br />

Kleidung für den „nackten affen“<br />

Der Verlust <strong>des</strong> Fells stellt in der Geschichte<br />

der Menschwerdung einen Meilenstein dar. Die<br />

ersten Pr<strong>im</strong>aten regulieren ihre Körpertemperatur<br />

wie alle Säugetiere über die Atmung, was<br />

den Umfang der Wärmeabfuhr aber stark einschränkt.<br />

Der Frühmensch nutzt zur Wärmeabfuhr dagegen<br />

den ganzen Körper und wird damit in Punkto<br />

Ausdauer und Anpassungsfähigkeit den meisten<br />

Tieren überlegen.<br />

Zudem wird erst über das Schwitzen am Körper<br />

die Kommunikationsfähigkeit über Sprache für<br />

den „nackten Affen“ auch bei großer Hitze oder<br />

unter Anstrengung möglich. Wirklich effektiv ist<br />

die Fähigkeit zu schwitzen jedoch nur, wenn kein<br />

Fell die Luftzirkulation behindert. Im Laufe der<br />

Evolution verliert der Mensch <strong>des</strong>halb weitgehend<br />

sein Körperhaar.<br />

Die Besiedelung kälterer Weltregionen wird<br />

für den Frühmenschen in der Folge nur durch<br />

die Erfindung schützender Kleidung möglich<br />

(Bild 2).<br />

Aber selbst unter kl<strong>im</strong>atischen Bedingungen, die<br />

einen Körperschutz durch Kleidung eigentlich<br />

unnötig machen, bilden sich <strong>im</strong> Rahmen der kulturellen<br />

Entwicklung aus ethisch-religiösen Motiven<br />

heraus typische Bekleidungsformen.


Kleidung und Mystizismus<br />

Von jeher ist die Verwendung der Naturmaterialien<br />

Fell, Wolle, Baumwolle und Leinen nicht nur<br />

mit praktischen, sondern auch mit mystischen<br />

Vorstellungen verbunden. In der ägyptischen<br />

Hochkultur gelten Leinengewebe beispielsweise<br />

als besonders „rein“ und werden <strong>des</strong>halb bevorzugt<br />

für Kultzwecke eingesetzt (Bild 4). Schafswolle<br />

dagegen wird als „unrein“ eingestuft und allenfalls<br />

als Kleidung für niedere Schichten verarbeitet.<br />

Um den Übergang in das Totenreich nicht<br />

zu gefährden, darf die Bestattung entsprechend<br />

auch nicht in Wollkleidung erfolgen.<br />

Vom griechischen Philosophen Empedokles sind<br />

um 500 v. Ch. erste Überlegungen zur Funktion<br />

von Kleidung überliefert. Er stellt die Theorie auf,<br />

dass die Haut „atmet“. Kleidung soll die bei der<br />

„Hautatmung“ anfallenden Ausdünstungen zum<br />

einen nicht behindern, andererseits aber auch<br />

das Eindringen von Giftstoffen aus der Umwelt<br />

vermeiden helfen.<br />

Leinenmaterial wird nachgesagt, diese Anforderungen<br />

am besten zu erfüllen. Die Vorstellung der<br />

Hautatmung und die damit verbundene Ablehnung<br />

von Woll- und Baumwollstoffen durch die<br />

führenden Gesellschaftsschichten hält sich bis<br />

in das Barock. Adel und gehobener Klerus kleiden<br />

sich in Leinen und Seide.<br />

Ein Paradigmenwechsel erfolgt gegen 1650:<br />

Sandorius, Arzt aus Padua, stellt die Theorie<br />

auf, nach der ernsthafte Erkrankungen dadurch<br />

zu vermeiden sind, dass die Ausdünstungen <strong>des</strong><br />

Körpers durch besonders warme Kleidung angeregt<br />

werden.<br />

Vor dem Hintergrund der verheerenden Pestepidemien,<br />

die seit dem Mittelalter ganze Landstriche<br />

in Europa entvölkern, empfiehlt er das<br />

Tragen möglichst vieler Schichten von Wollkleidung.<br />

Deren wärmende Wirkung schreibt er der verbliebenen<br />

„inneren Wärme“ der Schafe zu. Abgeleitet<br />

von der Fähigkeit der Wolle, große Feuchtigkeitsmengen<br />

aufzunehmen, sollen zudem giftige<br />

Dämpfe aus der Umgebung von ihr absorbiert<br />

und durch die Reibung auf der Haut deren<br />

Poren geöffnet und die „Hautatmung“ angeregt<br />

werden.<br />

Wie sehr sich der Glaube an die Überlegenheit<br />

von Wolle gegenüber Leinen und Baumwolle<br />

<strong>im</strong> Vergleich zu früheren Überzeugungen<br />

in der Bevölkerung festsetzt, belegt<br />

unter anderem der englische Wool Act.<br />

Nach diesem dürfen zwischen 1678 und 1824<br />

Tote nur in Schafwolle gekleidet beerdigt werden,<br />

da diese die Lebenden vor den gefährlichen<br />

Ausdünstungen der Verwesenden schützen<br />

soll.<br />

Bild 4: Zeichnungen in ägyptischen<br />

gräbern belegen den<br />

besonderen Wert, der Kultgewändern<br />

aus Leinen beigemessen<br />

wird.<br />

7


<strong>Bekleidungsphysiologische</strong> <strong>Forschung</strong> <strong>im</strong> <strong>Dienste</strong> <strong>des</strong> <strong>tragekomforts</strong><br />

8<br />

Die geburtsstunde der qualitativen Bekleidungsphysiologie<br />

Im 18. Jahrhundert führen Ärzte erstmals systematische<br />

Trageversuche mit Kleidung durch. Sie<br />

halten an der Idee der Hautatmung fest, stellen<br />

aber eine Gegentheorie zu Sandorius auf, indem<br />

sie das Tragen möglichst leichter und offenporiger<br />

Textilien empfehlen, um die Hautatmung<br />

möglichst zu erleichtern. Das übermäßige<br />

Schwitzen durch zu warme Kleidung halten<br />

sie für krankheitsfördernd und verweichlichend<br />

für den gesamten Organismus. In einem neuerlichen<br />

Paradigmenwechsel werden Leinen und<br />

Baumwolle wiederum als der Wolle überlegen<br />

propagiert.<br />

Mit der Entdeckung <strong>des</strong> Sauerstoffs und der Zusammenhänge<br />

bei der menschlichen Atmung<br />

kommt <strong>im</strong> 19. Jahrhundert die Vorstellung der<br />

„Hautatmung“ als zentraler Faktor erstmals ins<br />

Wanken.<br />

Bei Trageversuchen werden dagegen erste Aspekte<br />

<strong>des</strong> Tragekomforts untersucht, wie wir ihn<br />

heute definieren: die Wärmeisolation, die Fähigkeit<br />

zur Feuchteaufnahme und die Grenze, ab<br />

der das Material vom Träger als feucht empfunden<br />

wird.<br />

Zwischen 1907 und 1920 erfolgt dann die erste<br />

systematische Erforschung der Zusammenhänge<br />

zwischen der Physiologie <strong>des</strong> Körpers und der<br />

Kleidung, deren Ergebnisse bis heute prinzipielle<br />

Gültigkeit haben:<br />

• Die Wirkung der „Hautatmung“ ist unwesentlich<br />

• Die Wärmeisolation ist nicht faser-, sondern konstruktionsabhängig<br />

(d. h. von Dicke, Webart,<br />

Porenanteil, Luftdichtigkeit der Textilien)<br />

• Das Feuchtetransportvermögen ist besonders<br />

wichtig für den empfundenen Tragekomfort<br />

• Auch be<strong>im</strong> Feuchtetransportvermögen ist nicht<br />

so sehr das Fasermaterial wesentlich, sondern<br />

insbesondere die Konstruktionsparameter<br />

• Je<strong>des</strong> Fasermaterial hat Vor- und Nachteile –<br />

es kommt auf die Tragesituation an<br />

Zeitenwende in der textilindustrie<br />

Die Entwicklung der ersten synthetischen Textilfasern<br />

„Nylon“ 1935 durch Dr. Wallace Hume Carothers<br />

in den USA und „Perlon“ durch den deutschen<br />

Chemiker Prof. Dr. Paul Schlack in Berlin<br />

1938 stellt eine textile Zeitenwende dar: Neben<br />

den althergebrachten Naturfasern stehen erstmals<br />

neue Materialien zur Verfügung, deren Eigenschaften<br />

sich in der Folge auch gezielt beeinflussen<br />

lassen (Bild 5).<br />

Vor dem Hintergrund <strong>des</strong> 2. Weltkrieges arbeiten<br />

Physiker, Chemiker, Textilingenieure und<br />

Ärzte insbesondere in den USA an der Opt<strong>im</strong>ierung<br />

der Bekleidung für die kämpfenden Trup-<br />

Bild 5:<br />

Mit nylon und Perlon stehen in den 1930er Jahren erstmals<br />

Kunstfasern für die Produktion von Kleidung zur verfügung.


pen. Dazu untersuchen sie zunächst mit wissenschaftlichen<br />

Mitteln die Wechselwirkung<br />

zwischen Körper, Kl<strong>im</strong>a und Kleidung. Dabei<br />

erkennen sie u. a. die Bedeutung der Schnittgestaltung<br />

für die physiologische Funktion der<br />

Kleidung.<br />

Know-how made in hohenstein<br />

Prof. Dr.-Ing. Otto Mecheels greift nach dem<br />

2. Weltkrieg in Deutschland als erster Wissenschaftler<br />

die Thematik in seinem neu gegründeten<br />

<strong>Forschung</strong>sinstitut Hohenstein in Bönnighe<strong>im</strong><br />

auf. Schnell wird jedoch klar, dass eine objektive<br />

und wissenschaftlich fundierte Beurteilung <strong>des</strong><br />

Komforts über Trageversuche am Menschen allein<br />

nicht realisierbar ist (Bild 6). Abweichungen<br />

bei den Ergebnissen durch Schwankungen der<br />

Umgebungstemperatur, personenbezogene Faktoren<br />

usw. sollen <strong>des</strong>halb durch Laboreinrichtungen<br />

el<strong>im</strong>iniert werden, bei denen die physiologischen<br />

Vorgänge <strong>im</strong> Körper möglichst realistisch<br />

nachgestellt werden, dies aber unter<br />

jederzeit nachvollziehbaren, kontrollierten Bedingungen.<br />

Den Startpunkt der quantitativen Bekleidungsphysiologie<br />

bildet die Entwicklung eines ersten<br />

thermoregulatorischen Funktionsmodells der<br />

menschlichen Haut (kurz Hautmodell) zur Messung<br />

<strong>des</strong> Wärme- und Feuchtetransportvermögens<br />

durch Prof. Dr. Jürgen Mecheels, Sohn<br />

von Prof. Dr.-Ing. Otto Mecheels, <strong>im</strong> Jahr 1956<br />

(Bild 7).<br />

Allerdings war bei diesem Prototyp <strong>des</strong> Hautmodells,<br />

anders als heute, die separate Erfassung<br />

<strong>des</strong> Wärme- und Feuchtetransports durch die<br />

Textilien hindurch nicht möglich, so dass z. B. deren<br />

„Atmungsaktivität“ noch nicht physikalisch<br />

definiert gemessen werden konnte.<br />

Zur quantitativen Erfassung der Wechselwirkung<br />

von Körper-Kl<strong>im</strong>a-Kleidung waren also weitere<br />

Messgeräte erforderlich. So erfolgt unter der Ägide<br />

von Prof. Dr. Jürgen Mecheels auch die Erstellung<br />

<strong>des</strong> in Deutschland ersten Thermoregulationsmodells<br />

<strong>des</strong> Menschen.<br />

Ab 1968 ergänzen die Messungen mit „Charlie<br />

1“ die Erfassung von bekleidungsphysiologischen<br />

Kenngrößen zur Ermittlung <strong>des</strong> objektiven<br />

Tragekomforts (Bilder 8, 9, 10). Während<br />

mit dem Hohenstein Hautmodell die Textilien ausschließlich<br />

als Flächengebilde untersucht werden<br />

Bild 6: trageversuche finden<br />

mangels Kl<strong>im</strong>akammer 1953<br />

noch auf einer teststrecke in<br />

den Weinbergen um hohenstein<br />

statt.<br />

Bild 7: Prof. Dr. Jürgen Mecheels<br />

entwickelt <strong>im</strong> rahmen seiner Dissertation<br />

um 1956 den vorläufer<br />

<strong>des</strong> hohenstein hautmodells.<br />

Bild 8: Die Mitarbeiter von Prof.<br />

Dr. Jürgen Mecheels demonstrieren<br />

1968 stolz den „einzigen<br />

Bekleidungsroboter<br />

der Welt“ (Pressetext). noch<br />

muss „charlie 1“ ohne Kopf,<br />

hände und Füße auskommen.<br />

von links: Dipl.-Ing. Luthard,<br />

siegfried Müller, Dr. roland<br />

schmieder, renate Demeler,<br />

Franz raab<br />

Bild 9: 1974 präsentiert sich<br />

„charlie 1“ <strong>im</strong> Kreise von drei<br />

Models anlässlich <strong>des</strong> 25-jährigen<br />

Jubiläums der Lehranstalt<br />

hohenstein e.v.<br />

9


<strong>Bekleidungsphysiologische</strong> <strong>Forschung</strong> <strong>im</strong> <strong>Dienste</strong> <strong>des</strong> <strong>tragekomforts</strong><br />

Bild 12: ab 1962 steht an den hohenstein<br />

Instituten eine Kl<strong>im</strong>akammer<br />

für trageversuche zur<br />

verfügung mit denen sich verschiedensteWitterungsbedingungen<br />

s<strong>im</strong>ulieren lassen.<br />

10<br />

Bild 10: Der Körper von „charlie 1“ besteht aus Kupfer, das<br />

schwarz gestrichen ist, um dem Wärmestrahlungsverhalten<br />

<strong>des</strong> menschlichen Körpers so nah wie möglich zu kommen.<br />

können, erfolgen die Messungen mit „Charlie 1“<br />

an konfektionierten Kleidungsstücken. „Charlie<br />

1“ führt dabei weltweit als erste thermische Gliederpuppe<br />

Gehbewegungen aus.<br />

Da die Schnittgestaltung und die mit der Bewegung<br />

verbundenen Ventilationseffekte einen<br />

maßgeblichen Einfluss auf die physiologische<br />

Funktion haben, lassen sich da-<br />

Bild 11: Die opt<strong>im</strong>ierung der physiologischen Funktion von Kleidung<br />

ist besonders <strong>im</strong> hinblick auf extreme körperliche Belastungssituationen<br />

wichtig, wie z. B. be<strong>im</strong> Kampfeinsatz von soldaten.<br />

mit erstmalig verlässliche und praxiskonforme<br />

Aussagen für Kleidungsstücke oder<br />

-kombinationen machen. Die Wärmeisolation <strong>des</strong><br />

untersuchten Kleidungsstückes ergibt sich dabei<br />

aus der Energiemenge, die dem Körper von<br />

„Charlie 1“ zugeführt werden muss, um seine<br />

„Hauttemperaturen“ auf vorgegebenen Werten<br />

konstant zu halten.


Die geburtsstunde der quantitativen<br />

Bekleidungsphysiologie<br />

Um die Messwerte aus Hautmodell und thermischer<br />

Gliederpuppe in das Komfortempfinden<br />

<strong>des</strong> Menschen übertragen zu können, führt<br />

Prof. Dr. Jürgen Mecheels mit seinen Mitarbeitern<br />

zahlreiche Trageversuchen mit Menschen<br />

durch. Im Rahmen von <strong>Forschung</strong>svorhaben werden<br />

unterschiedlichste Materialien und vielfältige<br />

Vorgaben an Kl<strong>im</strong>a und körperliche Beanspruchung<br />

<strong>des</strong> Menschen untersucht. Seit 1962<br />

steht dafür in Hohenstein eine Kl<strong>im</strong>akammer zur<br />

Verfügung, in der sich ein breites Spektrum an<br />

Temperatur- und Witterungsbedingungen nachstellen<br />

lässt (Bilder 11, 12).<br />

Um die mit „Charlie 1“ und seinem Anfang der<br />

1970er Jahre entwickelten und technisch verbesserten<br />

Nachfolgemodell „Charlie 2“ (Bild 13) gewonnenen<br />

Messergebnisse auf den Menschen<br />

übertragen zu können, werden ein sogenannter<br />

„Standard-Mann“ (1,75 m, 75 kg) und eine<br />

„Standard-Frau“ (1,60 m, 60 kg) definiert. Bis<br />

heute dienen sie hinsichtlich <strong>des</strong> Körpergewichts<br />

als Maßgabe für die Auswahl geeigneter Testpersonen<br />

und als allgemeine Bezugsgrößen bei der<br />

Darstellung und Interpretation bekleidungsphysiologischer<br />

Messergebnisse.<br />

Der Physiker Prof. Dr. Karl-Heinz Umbach (Bild<br />

14) verfeinert und ergänzt ab 1976 die beklei-<br />

Bild 13: Bei einer exper<strong>im</strong>entellen vorführung<br />

der thermischen gliederpuppe „charlie 2“ an<br />

den hohenstein Instituten wird das linke Bein<br />

in Eiswasser getaucht und die reaktion auf ihre<br />

„thermoregulation“ erfasst.<br />

dungsphysiologischen Messmethoden und<br />

biophysikalischen Berechnungsmodelle maßgeblich.<br />

Eines seiner ersten Projekte ist die Weiterentwicklung<br />

<strong>des</strong> Hohenstein Hautmodells. Über<br />

eine poröse Sintermetallplatte als Messfläche<br />

werden in einem Kl<strong>im</strong>aschrank kontrolliert sowohl<br />

Wasserdampf als auch flüssiges Wasser abgegeben<br />

und auf diese Weise das Schwitzen der<br />

menschlichen Haut sowie verschiedene Tragesituationen<br />

mit unterschiedlich starkem Schwitzen<br />

s<strong>im</strong>uliert. Feuchtesensoren zwischen Messfläche<br />

und zu prüfendem Textil messen die Pufferwirkung<br />

<strong>des</strong> Textils und wie viel Wasserdampf<br />

dieses innerhalb einer best<strong>im</strong>mten Zeit vom Körper<br />

weg transportieren kann. Diese moderne<br />

Messtechnik liefert genauere und detailliertere<br />

Ergebnisse. Während früher die manuelle Auswertung<br />

der Messdaten einer Trageversuchsserie<br />

bis zu drei Monate dauerte, erledigen nunmehr<br />

erste Computer dies in wenigen Stunden<br />

(Bild 15).<br />

Bei „Charlie 3“ (ab 1980) erfolgt die Temperaturzufuhr<br />

nicht mehr wie bei seinen Vorgängern<br />

durch heißes Wasser, sondern über elektrische<br />

Heizleitungen <strong>im</strong> Körper. Darüber hinaus wird seine<br />

Oberflächentemperatur erstmals getrennt für<br />

16 einzelne Sektionen am Körper geregelt. Damit<br />

wird dem Umstand Rechnung getragen, dass<br />

die Temperaturverteilung am Körper <strong>des</strong> Menschen<br />

sehr unterschiedlich ist. Um sich kom-<br />

Bild 14: ab 1976 entwickelt Prof. Dr. Karl-heinz umbach<br />

(rechts) die bekleidungsphysiologischen Messmethoden<br />

von Prof. Dr. Jürgen Mecheels (links) weiter und übern<strong>im</strong>mt<br />

die Leitung der entsprechenden abteilung in hohenstein.<br />

Bild 15: Die Komplexität der Messergebnisse mit ihren<br />

<strong>im</strong>mer größeren Datenmengen machen für den<br />

Bereich Bekleidungsphysiologie schon anfang der<br />

1980er Jahre die Einrichtung eines eigenen rechenzentrums<br />

notwendig.<br />

11


<strong>Bekleidungsphysiologische</strong> <strong>Forschung</strong> <strong>im</strong> <strong>Dienste</strong> <strong>des</strong> <strong>tragekomforts</strong><br />

Bild 16: Wie bei seinem direkten<br />

vorgänger werden auch be<strong>im</strong><br />

neuesten „charlie 4“ die „hauttemperaturen“<br />

an 16 sektionen<br />

geregelt und die jeweiligen<br />

Wärmeflüsse durch die<br />

Kleidung hindurch gemessen<br />

– damit sind noch differenziertere<br />

aussagen zur Wärmeisolation<br />

und der physiologischen<br />

Funktion eines Kleidungsstückes<br />

möglich.<br />

12<br />

fortabel zu fühlen, sollte diese z. B. am Kopf um<br />

30 °C und am Rumpf um 34 °C liegen. An den Unterarmen<br />

dagegen sollte sich die Hauttemperatur<br />

um 32 °C bewegen. Um einen opt<strong>im</strong>alen Tragekomfort<br />

zu bieten, muss die Wärmeisolation<br />

eines Kleidungsstücks entsprechend sektionell<br />

aufgebaut sein.<br />

Heute versieht bereits die vierte „Charlie“-Generation<br />

(Bild 16) in Hohenstein ihren Dienst und<br />

weist durch die Abgrenzung der einzelnen Messsegmente<br />

mit Teflonscheiben bzw. -leisten und<br />

der dadurch möglichen Trennung der Wärmeflüsse<br />

an den einzelnen Körpersektionen eine noch<br />

höhere Messgenauigkeit als seine Vorgänger<br />

auf. Aber auch der inzwischen technisch überholte<br />

„Charlie 2“ kommt bis heute <strong>im</strong>mer noch<br />

in Spezialfällen wie der Opt<strong>im</strong>ierung von Seenotanzügen<br />

zum Einsatz – be<strong>im</strong> Schw<strong>im</strong>men <strong>im</strong> eiskalten<br />

Wasser könnte es bei seinen elektrisch<br />

beheizten Nachfolgern zu Kurzschlüssen kommen.<br />

1986 fertigen die Hohensteiner Wissenschaftler<br />

einen „Bruder“ für „Charlie 4“ an, der mit dem<br />

Namen „Ralphie“ an ein amerikanisches Prüf-<br />

und <strong>Forschung</strong>sinstitut verkauft wird und dort<br />

bis heute noch aktiv ist.<br />

Das Maß aller Dinge<br />

Messungen mit dem Hohenstein Hautmodell<br />

(Bild 17) und den thermischen Gliederpuppen<br />

„Charlie 2-4“ (Bild 16) bilden heute unter anderem<br />

die Standarduntersuchungen <strong>im</strong> Bereich<br />

der Bekleidungsphysiologie – und das weltweit.<br />

In Deutschland definiert die Norm DIN 54101 ab<br />

1991 das Messverfahren mit dem Hohenstein<br />

Hautmodell. 1993 wird sie durch die internationalen<br />

Normen ISO 11092 und EN 31092 ersetzt.<br />

Zur Beurteilung <strong>des</strong> Tragekomforts werden<br />

heute mit dem Hautmodell nicht nur die Wärmeisolation<br />

und der jeweilige Wasserdampfdurchgangswiderstand<br />

(„Atmungsaktivität“) <strong>des</strong> Textiles<br />

in „normalen“ Situationen gemessen, sondern<br />

auch die bei stärkerem bzw. sehr starkem<br />

Schwitzen bewirkte Schweißpufferung sowie der<br />

Schweißtransport. Dank der grundlegenden <strong>Forschung</strong>sarbeiten<br />

der Hohenstein Institute sind<br />

konkrete Anforderungswerte an diese Größen<br />

bekannt, die Textilien in Abhängigkeit ihrer Einsatzbedingungen<br />

erfüllen müssen, um einen guten<br />

Tragekomfort aufzuweisen.<br />

1988 finden diese bekleidungsphysiologischen<br />

Anforderungswerte erstmals Eingang in die Nor-


men für Schutzkleidung. Es wird die DIN 61539<br />

„Wetterschutzkleidung“ verabschiedet, die als<br />

Novum nicht nur technologische Anforderungen<br />

wie z. B. Wasserdichtheit, Scheuerfestigkeit etc.<br />

an die Textilien dieser Kleidung stellt, sondern die<br />

auch bekleidungsphysiologische Belange <strong>des</strong> Trägers<br />

in Form einer Min<strong>des</strong>t-„Atmungsaktivität“<br />

berücksichtigt. 1998 wird diese deutsche Norm<br />

durch die europäische EN 343 abgelöst. Zwischenzeitlich<br />

und in der Folge werden in zahlreichen<br />

weiteren Normen für Schutzkleidung Anforderungswerte<br />

für den Tragekomfort aufgenommen,<br />

so wie z. B. in der DIN 10524 für Arbeitsbekleidung<br />

in Lebensmittelbetrieben, der<br />

EN 469 für Feuerwehrschutzkleidung, sowie der<br />

EN 471 für Warnschutzkleidung etc.<br />

Der siegeszug der chemiefasern<br />

Die sogenannten Nyltest-Hemden mit ihrem katastrophalen<br />

Tragekomfort bringen die Chemiefasern<br />

in den 1960er und den darauf folgenden<br />

Jahren in Verruf. Die Untersuchungen von Prof.<br />

Dr. Karl-Heinz Umbach belegen jedoch, dass<br />

bei entsprechender Konstruktion auch Textilien<br />

aus Chemiefasern nicht nur ein den Naturfasern<br />

gleichwertiges Wärme- und Feuchtemanagement<br />

an der Haut ermöglichen, sondern diesen<br />

unter manchen Bedingungen sogar überlegen<br />

sind. Auf Basis der Hohensteiner <strong>Forschung</strong>sergebnisse<br />

entstehen Anfang der 1980er Jahre<br />

die ersten zweischichtigen Textilien („Double<br />

Face“), bei denen Chemie- und Naturfasern flächenmäßig<br />

getrennt miteinander kombiniert werden.Ein<br />

österreichischer Sportwäschehersteller<br />

stattet 1980 die nationale Damenmannschaft<br />

für die Winter olympiade in Lake Placid mit zweischichtiger<br />

Unterwäsche aus, die zusammen mit<br />

den Hohensteiner Wissenschaftlern entwickelt<br />

wurde. Die auf der Haut aufliegenden Chemiefasern<br />

leiten den Schweiß schnell und effektiv vom<br />

Körper weg, während die außenliegende Baumwolle<br />

für eine gute Pufferung und Verdunstung<br />

der Feuchtigkeit sorgt. Auf diese Weise kombiniert,<br />

bieten die beiden Materialien durch den<br />

besseren Schweißtransport und das somit trockenere<br />

Gefühl am Körper sowie das raschere<br />

Abtrocknen einen deutlich besseren Tragekomfort<br />

als die bisher übliche Baumwollwäsche. Nach<br />

der positiven Resonanz der Olympionikinnen erfolgt<br />

mit dem Artikel „Transtex“ die Markteinführung<br />

von zweischichtiger Unterwäsche auch für<br />

Bild 17: Mittlerweile versehen<br />

sieben hohenstein hautmodelle<br />

in den eigenen Labors und<br />

16 weitere von den hohenstein<br />

Instituten angefertigte geräte<br />

weltweit ihren Dienst.<br />

13


<strong>Bekleidungsphysiologische</strong> <strong>Forschung</strong> <strong>im</strong> <strong>Dienste</strong> <strong>des</strong> <strong>tragekomforts</strong><br />

Bild 18: Die zweischichtige<br />

unterwäsche der österreichischen<br />

Damenmannschaft<br />

bei den olympischen Winterspielen<br />

1980 in Lake Placid<br />

gilt heute als erste moderne<br />

Funktionswäsche.<br />

Quelle: Fa. Löffler<br />

Bild 19: hautsensorische aspekte<br />

von textilien werden <strong>im</strong><br />

rahmen der physiologischen<br />

Prüfung an den hohenstein<br />

Instituten mit einer reihe von<br />

Messmethoden, darunter die<br />

hier dargestellte Ermittlung<br />

<strong>des</strong> oberflächenindex, erfasst<br />

und fließen u. a. in die tragekomfortnote<br />

ein.<br />

14<br />

Hobbysportler (Bild 18). Der durchschlagende<br />

Erfolg am Markt setzt den Siegeszug der Funktionstextilien<br />

in Gang, der bis heute anhält und zu<br />

einer <strong>im</strong>mer stärkeren Differenzierung abhängig<br />

vom Einsatzzweck der Materialien sorgt.<br />

haut<br />

Polypropylen Baumwolle<br />

tragekomfort ist hau(p)tsache<br />

Als schwer fassbar erweisen sich in den Anfangsjahren<br />

der bekleidungsphysiologischen <strong>Forschung</strong><br />

an den Hohenstein Instituten die hautsensorischen<br />

Aspekte von Textilien, d. h. die<br />

Berührungsempfindungen, die von ihnen auf der<br />

menschlichen Haut ausgelöst werden. Bereits in<br />

den 1950er Jahren gehört deren Beurteilung zum<br />

Befragungsraster für Testpersonen – allerdings<br />

mit den gleichen Problemen hinsichtlich der Ob-<br />

jektivität und Reproduzierbarkeit wie bei der thermophysiologischen<br />

Beurteilung.<br />

In den frühen 1970ern arbeitet u. a. Sueo Kawabata<br />

von der University of Shiga Prefecture <strong>im</strong> japanischen<br />

Hikone City an Apparaturen, mit denen<br />

die menschlichen Tastbewegungen nachgeahmt<br />

werden. Mit ihrer Hilfe soll das subjektive Tastempfinden,<br />

d. h. der sogenannte „textile Griff“<br />

in exakte physikalische Messgrößen umgesetzt<br />

werden. Hierbei zeigt sich, dass die Messung<br />

der Schersteifigkeit sehr gut mit der subjektiven<br />

Griffbeurteilung korreliert. Bei der Best<strong>im</strong>mung<br />

der Schersteifigkeit wird die Kraft gemessen, die<br />

nötig ist, um einen waagerecht eingespannten<br />

Textilstreifen einer parallelen Verschiebung zu<br />

unterwerfen.<br />

Da das Empfinden an den Händen sich jedoch von<br />

demjenigen am Körper signifikant unterscheidet,<br />

lassen sich die japanischen <strong>Forschung</strong>sergebnisse<br />

für die Beurteilung <strong>des</strong> „hautsensorischen<br />

Tragekomforts“ von Textilien nicht ohne weiteres<br />

übernehmen. An den Hohenstein Instituten analysiert<br />

Prof. Dr. Karl-Heinz Umbach mit seinen<br />

Mitarbeitern <strong>des</strong>halb die Einflussgrößen für das<br />

hautsensorische Empfinden und entwickelt ein<br />

neues Mess- und Beurteilungsverfahren: So<br />

wird z. B. eine auf schweißnasser Haut anklebende<br />

Kleidung als äußerst unangenehm empfunden.<br />

Hautnahe Textilien sollten daher möglichst<br />

nicht an der Hautoberfläche “ankleben” –<br />

aufgeraute textile Oberflächen und abstehen-


de Faserenden bilden natürliche Abstandshalter<br />

zwischen Textil und Haut. Anhand einer Vielzahl<br />

von Testreihen definiert das Hohensteiner Spezialistenteam<br />

mit einem Bildanalysesystem einen<br />

Oberflächenindex, der die Zahl und Länge dieser<br />

Abstandshalter in einem Zahlenwert ausdrückt<br />

(Bild 19). Für einen guten hautsensorischen Tragekomfort<br />

muss der Wert dieses Oberflächenindex<br />

zwischen 3 und 15 liegen.<br />

Ebenfalls mit Hilfe moderner Bildbearbeitung<br />

am Computer erfolgt die Messung der Kontaktpunktzahl<br />

zwischen Textil und Haut, die zeigt, ob<br />

das Textil etwa be<strong>im</strong> Schwitzen als unangenehm<br />

klamm oder feucht empfunden wird.<br />

Um die Effekte zu beurteilen, die bei Bewegungen<br />

durch das Reiben der Textilien auf der Haut entstehen,<br />

entwickelt Prof. Dr. Karl-Heinz Umbach<br />

eine Messapparatur, bei der das zu untersuchende<br />

textile Material definiert über eine Sinterglasplatte<br />

gezogen wird, die als Hauts<strong>im</strong>ulator Wasser<br />

aus ihren Poren abgibt. Aus der dafür notwendigen<br />

Kraft wird ein Klebeindex ermittelt, <strong>des</strong>sen<br />

Zahlenwert angibt, ob das Textil be<strong>im</strong> Schwitzen<br />

an der Haut anklebt.<br />

Als weitere Einflussgröße auf den hautsensorischen<br />

Tragekomfort wird die Steifigkeit <strong>des</strong><br />

Textils gemessen. Dazu wird in einer Messeinrichtung<br />

per Laserstrahl der Biegewinkel <strong>des</strong><br />

auf einem dünnen Stab aufgelegten Stoffstreifens<br />

ermittelt. Auch hier helfen die jahrzehntelangen<br />

Erfahrungen der Hohensteiner Wissenschaftler,<br />

um für verschiedene Produkt- und Einsatzbereiche<br />

Vorgaben zu definieren, mit deren<br />

Hilfe sich mechanische Hautirritationen aufgrund<br />

zu hoher Biegesteifigkeit <strong>des</strong> Materials vermeiden<br />

lassen.<br />

Da feuchte Haut mechanisch leichter reizbar ist<br />

als trockene, muss die hautnahe Kleidung zudem<br />

größere Schweißmengen schnell an hautfernere<br />

Schichten abtransportieren können. Der Benetzungsindex<br />

gibt an, wie schnell ein textiles Material<br />

flüssigen Schweiß aufnehmen und vom Körper<br />

wegleiten kann. Zu <strong>des</strong>sen Ermittlung entwickelt<br />

Prof. Dr. Karl-Heinz Umbach eine spezielle,<br />

per Videosystem kontinuierlich erfolgende<br />

Kontaktwinkelmessung eines auf die Textiloberfläche<br />

definiert aufgebrachten Wassertropfens<br />

(Bild 20). Damit kann exakt festgestellt werden,<br />

welche Zeit bis zum vollständigen Eindringen <strong>des</strong><br />

Wassers in das Material vergeht.<br />

gute noten für den Komfort<br />

Dank der entwickelten Laboruntersuchungen<br />

stehen an den Hohenstein Instituten seit Mitte<br />

der 1980er Jahre zahlreiche textile Kennzahlen<br />

zur Beurteilung <strong>des</strong> Tragekomforts<br />

von textilen Flächengebilden zur Verfügung.<br />

Daraus lassen sich von den Spezialisten Einzelaspekte<br />

wie z. B. die „Atmungsaktivität“ eines<br />

Materials beurteilen und Konstruktionshinweise<br />

zu deren Opt<strong>im</strong>ierung geben.<br />

Ziel ist es in der Folge, die einzelnen Kennzahlen<br />

in einer Gesamtaussage zum Tragekomfort eines<br />

Textils zusammenzufassen. Diese Komfortnote<br />

soll wie <strong>im</strong> deutschen Schulnotensystem von<br />

Bild 20: Mittels der kontinuierlichen<br />

Kontaktwinkelmessung<br />

eines Wassertropfens auf der<br />

textiloberfläche wird ermittelt,<br />

wie schnell das Material flüssigen<br />

schweiß aufn<strong>im</strong>mt.<br />

15


<strong>Bekleidungsphysiologische</strong> <strong>Forschung</strong> <strong>im</strong> <strong>Dienste</strong> <strong>des</strong> <strong>tragekomforts</strong><br />

Bild 21: Das hohenstein Qualitätslabel<br />

„tragekomfortnote“<br />

zur auszeichnung der physiologischen<br />

güte von Kleidung am<br />

Point of sale.<br />

16<br />

1 (= sehr gut) bis 6 (= ungenügend) reichen<br />

und eine quantitative Beurteilung der physiologischen<br />

Qualität eines Textilprodukts liefern<br />

sowie auch für den textilen Laien be<strong>im</strong> Kauf direkte<br />

Produktvergleiche <strong>im</strong> Hinblick auf den Tragekomfort<br />

ermöglichen.<br />

Bei der Entwicklung der unterschiedlichen<br />

mathematischen<br />

Formeln, welche die Tragekomfortnote<br />

unterschieden<br />

nach Kleidungsart und Tätigkeitsschwere<br />

<strong>des</strong> Trägers<br />

auf Basis der mit dem<br />

Hautmodell und den hautsensorischenApparaturen<br />

gemessenen Textilkennzahlen<br />

ergeben, fließen<br />

insbesondere die gesammelten<br />

Erfahrungen<br />

der Hohensteiner Spezialisten<br />

aus mehreren<br />

Jahrzehnten ein.<br />

Seit 2003 können<br />

Hersteller und Vertreiber<br />

die Tragekomfortnote<br />

mit dem Hohenstein<br />

Qualitätslabel auch direkt am Produkt<br />

zum Beispiel als Hangtag oder Verpackungsaufdruck<br />

ausloben (Bild 21).<br />

In Verbindung mit weiteren überprüften Parametern,<br />

wie z. B. Schadstofffreiheit oder der Verwendung<br />

von Nanotechnologie, lassen sich so<br />

weitreichende Qualitätsaussagen für ein Produkt<br />

neutral belegen und gegenüber dem Verbraucher<br />

kommunizieren.<br />

MUSTER GEPRÜFT AUF:<br />

TRAGEKOMFORTNOTE<br />

1.0<br />

(SEHR GUT)<br />

PRÜF-NR.: FI 09.4.XXXX<br />

Bild 22: Im Laufe einer nacht müssen von den Bettkomponenten<br />

min<strong>des</strong>tens ca. ¼ Liter schweiß vom Körper <strong>des</strong> schlafenden<br />

wegtransportiert und gleichzeitig das „Mikrokl<strong>im</strong>a in<br />

der schlafhöhle“ stabil auf angenehm empfundenen Werten<br />

gehalten werden – auch bei wechselnder umgebungstemperatur.<br />

Wie man sich bettet...<br />

Von den Erkenntnissen der Hohenstein Institute<br />

<strong>im</strong> Bereich Bekleidungsphysiologie profitieren<br />

weltweit nicht nur die Träger von Bekleidung,<br />

sondern durch einen verbesserten Schlafkomfort<br />

auch die Nutzer von Bettwäsche, Encasings (für<br />

Hausstaubmilben-Allergiker) und Steppbetten.<br />

Bei der Beurteilung <strong>des</strong> Schlafkomforts von<br />

Bettdecken steht der Temperaturausgleich <strong>des</strong><br />

menschlichen Körpers <strong>im</strong> Verhältnis zur Umgebungstemperatur<br />

sowie das Wärme- und Feuchtemanagement<br />

innerhalb der „Schlafhöhle“ <strong>im</strong><br />

Vordergrund (Bild 22).<br />

Für Bettdecken kann eine physiologische Schlafkomfortnote,<br />

von 1 (= sehr gut) bis 4 (= mangelhaft)<br />

reichend, ermittelt werden. Diese macht,<br />

vergleichbar der Tragekomfortnote bei Bekleidung,<br />

eine Aussage über die Fähigkeit <strong>des</strong> Produktes,<br />

während <strong>des</strong> Aufenthaltes <strong>im</strong> Bett bzw.<br />

be<strong>im</strong> Schlaf eine angenehme Temperatur am Körper<br />

aufrecht zu erhalten sowie den vom Menschen<br />

abgegeben Schweiß schnell und effektiv<br />

abzuleiten. Im Rahmen <strong>des</strong> Temperaturmanagements<br />

spielt bei einer Bettdecke insbesondere<br />

deren wärmeisolierende Wirkung eine entscheidende<br />

Rolle. Den Leitsatz früherer Jahre „Je dicker<br />

und schwerer die Decke, <strong>des</strong>to besser die<br />

Wärmeisolation“ konnte anhand der Hohensteiner<br />

Untersuchungen widerlegt werden (Bild 23).<br />

Die <strong>Forschung</strong> in diesem Bereich definiert heute<br />

<strong>im</strong> Gegensatz dazu das Ziel, bei der Entwicklung<br />

einer modernen Bettdecke die individuell angepasste<br />

Wärmeisolation bei möglichst geringem<br />

Gewicht der Decke zu erreichen.<br />

Um sowohl den Herstellern als auch dem Handel<br />

und Verbrauchern die Orientierung zu erleichtern,<br />

definieren die Hohensteiner Wissenschaftler<br />

1999 auf Basis ihrer Untersuchungen für Bettdecken<br />

drei Wärmeisolationsklassen. Mit Hilfe<br />

einer <strong>im</strong> Bettenfachgeschäft ausgestellten Grafik<br />

(Bild 24) kann der Kunde anhand der nächtlichen<br />

Temperatur <strong>im</strong> Schlafz<strong>im</strong>mer und <strong>des</strong> persönlichen<br />

Körpergewichts die für ihn notwendige<br />

Wärmeisolationsklasse individuell ermitteln. Diese<br />

muss umso größer sein, je geringer die Umgebungstemperatur<br />

und das Körpergewicht <strong>des</strong><br />

Schläfers sind. Während z. B. eine Person mit<br />

50 kg Gewicht eine körpereigene Wärmeproduktion<br />

von nur 62 Watt hat, liegt diese bei einer Vergleichsperson<br />

mit einem Gewicht von 110 kg bei


101 Watt. Da aber beide Personen die gleiche<br />

Temperatur an der Haut zum Wohlbefinden und<br />

Aufrechterhaltung der Körperfunktionen während<br />

<strong>des</strong> Schlafes benötigen, muss die Wärmeisolation<br />

der Bettdecke für den Menschen mit geringerem<br />

Gewicht deutlich höher sein. Auskunft<br />

über die Wärmeisolationsklasse einer Bettdecke<br />

gibt wiederum das Hohenstein Qualitätslabel<br />

(Bild 25).<br />

Selbstverständlich soll eine Bettdecke nicht<br />

nur eine opt<strong>im</strong>ale Wärmeisolation aufweisen,<br />

sondern auch in der Lage sein, überschüssigen<br />

Schweiß effektiv vom Körper <strong>des</strong> Schläfers wegzuleiten.<br />

Dies wird in der Schlafkomfortnote ausgedrückt,<br />

die an Hand eines in Hohenstein entwickelten<br />

Vorhersagemodells aus Messungen mit<br />

dem Hautmodell und der Gliederpuppe „Charlie<br />

3“ ermittelt wird.<br />

Auf dem Hohenstein Qualitätslabel für Bettdecken<br />

werden zwei Schlafkomfortnoten angegeben,<br />

eine für warmes und eine für kaltes Kl<strong>im</strong>a (Bild<br />

25). Ausschlaggebend dafür, ob eher die Note für<br />

warmes oder eher die für kaltes Kl<strong>im</strong>a bei der Entscheidung<br />

für ein Produkt herangezogen werden<br />

muss, ist die Raumtemperatur innerhalb <strong>des</strong> angestrebten<br />

Nutzungszeitraums (Sommer, Winter,<br />

ganzjährig) und das individuelle Gewicht <strong>des</strong> Käufers.<br />

Für die korrekte Wahl hilft hier wiederum die<br />

<strong>im</strong> Fachgeschäft ausgestellte Grafik <strong>des</strong> Bil<strong>des</strong><br />

24. So ist zum Beispiel für eine Person mit einem<br />

Körpergewicht von 80 kg bei einer ganzjährigen<br />

Schlafz<strong>im</strong>mertemperatur über 18 °C die Note für<br />

warmes Kl<strong>im</strong>a entscheidend. Liegt die Temperatur<br />

ganzjährig darunter, ist die Note für kaltes Kl<strong>im</strong>a<br />

bei der Produktauswahl heranzuziehen. Wird<br />

eine „Ganzjahresdecke“ für stark wechselnde<br />

Raumtemperaturen gewünscht, muss auf beide<br />

Noten geachtet werden.<br />

Frieren <strong>im</strong> schlafsack?<br />

Be<strong>im</strong> Kauf eines Schlafsacks interessiert vor<br />

allem, bis zu welchen Umgebungstemperaturen<br />

herab man ihn benutzen kann, ohne zu frieren.<br />

Auch diese Frage beantwortet „Charlie 3“, der<br />

in einer Kl<strong>im</strong>akammer unter definierten Bedingungen<br />

die für den Schläfer effektive Wärmeisolation<br />

<strong>des</strong> Schlafsacks misst (Bild 26). In einem<br />

ausgedehnten <strong>Forschung</strong>sprojekt entwickeln<br />

die Hohensteiner Wissenschaftler in den frühen<br />

1990er Jahren ein physiologisches Bewertungs-<br />

Körpergewicht in kg<br />

TK kalt<br />

Wärmeisolation<br />

MUSTER GEPRÜFT AUF:<br />

WÄRMEISOLATION<br />

Klasse 2<br />

**<br />

PRÜF-NR.: FI 09.4.XXXX<br />

TK warm<br />

Umgebungstemperatur in °C<br />

MUSTER GEPRÜFT AUF:<br />

SCHLAFKOMFORTNOTE<br />

Warmes Kl<strong>im</strong>a<br />

1.2<br />

(SEHR GUT)<br />

Kaltes Kl<strong>im</strong>a<br />

1.7<br />

(GUT)<br />

PRÜF-NR.: FI 08.4.XXXX<br />

Bild 23: Mit hilfe der gliederpuppe<br />

„charlie 3“ werden die<br />

thermophysiologischen Eigenschaften<br />

von Bettdecken oder<br />

Matratzen gemessen. Durch<br />

zahlreiche schlafversuche mit<br />

testpersonen wurden prinzipiell<br />

die Ergebnisse der Laboruntersuchungen<br />

und der daraus<br />

abgeleiteten Beurteilung <strong>des</strong><br />

schlafkomforts bestätigt. Die<br />

Kl<strong>im</strong>akammer ermöglicht dabei<br />

die s<strong>im</strong>ulation verschiedenster<br />

umgebungstemperaturen.<br />

Bild 24: anhand <strong>des</strong> Körpergewichts<br />

<strong>des</strong> schläfers und der<br />

temperatur <strong>im</strong> schlafz<strong>im</strong>mer<br />

lassen sich sowohl die individuell<br />

notwendige Wärmeisolationsklasse<br />

der Bettdecke ablesen<br />

als auch entscheiden, welche<br />

der beiden auf dem hohenstein<br />

Qualitätslabel angegebenen<br />

schlafkomfortnoten für<br />

diese temperatur relevant ist.<br />

Bild 25: Bei Bettdecken informiert<br />

das hohenstein Qualitätslabel<br />

auf der vorder- und<br />

rückseite über die Wärmeisolationsklasse<br />

und die schlafkomfortnoten<br />

in warmem und<br />

kaltem Kl<strong>im</strong>a.<br />

17


<strong>Bekleidungsphysiologische</strong> <strong>Forschung</strong> <strong>im</strong> <strong>Dienste</strong> <strong>des</strong> <strong>tragekomforts</strong><br />

Bild 26: Die gliederpuppe „charlie<br />

3“ misst nach der norm En<br />

13537 die Wärmeisolation von<br />

schlafsäcken. Daraus wird deren<br />

thermischer verwendungsbereich<br />

best<strong>im</strong>mt.<br />

18<br />

modell, mit dem man aus diesen Wärmeisolationswerten<br />

den thermischen Verwendungsbereich<br />

<strong>des</strong> Schlafsacks ableiten kann. Nach unten<br />

begrenzt wird dieser durch die „Komfort- und<br />

„Grenz-Temperaturen“, bei denen die „Standard-Frau“<br />

bzw. der „Standard-Mann“ <strong>im</strong> Schlafsack<br />

zu frieren beginnen. Bei der noch tiefer liegenden<br />

„Extremtemperatur“ erfriert die „Standard-Frau“.<br />

Die „Höchsttemperatur“, bei welcher<br />

der Schläfer zu stark schwitzt, stellt die<br />

obere Grenze <strong>des</strong> Verwendungsbereichs <strong>des</strong><br />

Schlafsacks dar.<br />

Dieses Mess- und Bewertungsverfahren fließt<br />

1995 in die deutsche Norm DIN 7943-1 ein, die<br />

2002 durch die europäische Norm EN 13537 ersetzt<br />

wird. Von da ab können die Hersteller von<br />

Schlafsäcken und der Handel die Temperaturangaben<br />

für ihre Produkte auf eine objektive und<br />

wissenschaftlich belegte Basis stellen und sind<br />

nicht mehr wie früher auf reine Vermutungen<br />

angewiesen. Entsprechend lassen zahlreiche<br />

Schlafsackhersteller bzw. Vertreiber ihre Artikel<br />

in den Hohenstein Instituten prüfen. Diese<br />

Prüfungen haben heute eine besonders wichtige<br />

Bedeutung, da mit dem 2005 europaweit verabschiedeten<br />

Produkthaftungsgesetz der Hersteller<br />

bzw. Vertreiber von Schlafsäcken für die<br />

Richtigkeit der angegeben Grenztemperaturen<br />

für den Verwendungsbereich haftbar sind.<br />

Komfort macht mobil<br />

Bei Fahrzeug-Sitzen spielt der thermophysiologische<br />

Komfort eine entscheidende Rolle für die<br />

Verkehrssicherheit: Wissenschaftliche Untersuchungen<br />

belegen, dass die Leistungsfähigkeit<br />

<strong>des</strong> Autofahrers auf langen Strecken deutlich abn<strong>im</strong>mt,<br />

wenn der Sitz nicht nur die Körperhaltung,<br />

sondern auch den Wärme- und Feuchtehaushalt<br />

<strong>des</strong> Körpers nicht in der erforderlichen Weise<br />

unterstützt. Die Folge sind Ermüdungszustände<br />

und Konzentrationsstörungen, die <strong>im</strong> schl<strong>im</strong>msten<br />

Fall zu gefährlichen Unfällen führen können.<br />

Nur wenn Material und Design eines Sitzes<br />

opt<strong>im</strong>al aufeinander abgest<strong>im</strong>mt sind und damit<br />

zwischen Körper und Sitz auch ein sogenannter<br />

Ventilationseffekt entsteht, wird der bestmögliche<br />

Sitzkomfort bewirkt. Andernfalls kann es<br />

zu Hitze- und Feuchtestaus kommen, die nicht<br />

nur als unangenehm empfunden werden, sondern<br />

sich auch belastend für den Körper und die<br />

Psyche <strong>des</strong> Menschen auswirken.<br />

Zahlreiche Probandenversuche mit einem Fahrs<strong>im</strong>ulator<br />

in einer Kl<strong>im</strong>akammer (Bild 27) haben<br />

gezeigt, dass aus physiologischer Sicht der Sitzkomfort<br />

durch die folgenden vier Parameter bewirkt<br />

wird:<br />

Den Initialwärmefluss, der das Wärmeempfinden<br />

in den ersten Minuten nach dem Hinsetzen<br />

+ 20 °C 0 °C - 6 °C - 13 ° C<br />

Komfortbereich Übergangsbereich risikobereich


est<strong>im</strong>mt; die auf das Kl<strong>im</strong>a <strong>im</strong> Fahrzeuginnenraum<br />

abgest<strong>im</strong>mte Wärmeisolation; die als „Atmungsaktivität“<br />

bekannte Fähigkeit, gebildeten<br />

Schweiß möglichst schnell abzutransportieren<br />

sowie das Maß, wie viel Wasserdampf der Sitz<br />

aufnehmen kann, ohne sich subjektiv feucht anzufühlen<br />

(Schweißpufferung).<br />

Die „Atmungsaktivität“ und Schweißpufferung<br />

<strong>des</strong> Sitzes werden mit Hilfe <strong>des</strong> Hohenstein Hautmodells<br />

ermittelt und der Initialwärmefluss sowie<br />

die Wärmeisolation mit dem sogenannten<br />

Polsterprüfgerät.<br />

Um die Wärmeabgabe <strong>des</strong> Körpers nachzustellen,<br />

wird bei diesem ein auf die Hauttemperatur<br />

<strong>des</strong> Menschen beheizter Aluminiumstempel<br />

in Form eines Gesäßes auf den Sitz gedrückt<br />

(Bild 28).<br />

Bild 27: Mit hilfe von testpersonen wird der physiologische<br />

Komfort von autositzen auch am Fahrs<strong>im</strong>ulator in der Kl<strong>im</strong>akammer<br />

geprüft.<br />

Wärmeflusssensoren geben Aufschluss darüber,<br />

wie viel Wärme der Mensch in den ersten Minuten<br />

nach dem Kontakt mit dem kalten Sitz an diesen<br />

abgibt und welche Wärmeisolation der Sitz<br />

nach Erreichen <strong>des</strong> Temperaturgleichgewichts<br />

zwischen Körper und Sitzfläche bewirkt. Zahlreiche<br />

namhafte Automobilhersteller und ihre<br />

Zulieferer nutzen die <strong>Dienste</strong> der Hohensteiner<br />

Spezialisten bereits seit vielen Jahren, um die<br />

Qualität ihrer Sitze zu verbessern.<br />

Ihre zukünftige Aufgabe auf dem Gebiet der Fahrzeugsitze<br />

sehen die Hohensteiner Wissenschaftler<br />

in der Erforschung der Konstruktionselemente<br />

für einen „aktiven Kl<strong>im</strong>asitz“, der mittels sensorgesteuerten<br />

Heiz- bzw. Kühlelementen stets ein<br />

als angenehm empfundenes „Mikrokl<strong>im</strong>a“ an<br />

den Berührflächen <strong>des</strong> Körpers erzeugt.<br />

Bild 28: Das „Polsterprüfgerät“ misst den Initialwärmefluss be<strong>im</strong> ersten Kontakt mit autositzen<br />

sowie deren Wärmeisolation während <strong>des</strong> Fahrens.<br />

19


<strong>Bekleidungsphysiologische</strong> <strong>Forschung</strong> <strong>im</strong> <strong>Dienste</strong> <strong>des</strong> <strong>tragekomforts</strong><br />

Bild 30: Mit dem thermoregulationsmodells<br />

eines ca. vier<br />

Jahre alten Kin<strong>des</strong> wird an<br />

den hohenstein Instituten insbesondere<br />

der schlafkomfort<br />

von Bettwaren für Kinder untersucht<br />

und opt<strong>im</strong>iert.<br />

Bild 29: Da die temperaturregelung<br />

von Kindern sich wesentlich<br />

von der Erwachsener unterscheidet,<br />

versieht seit 2008<br />

die gliederpuppe „charlene“ ihren<br />

Dienst an den hohenstein<br />

Instituten.<br />

20<br />

Kinder sind mehr als kleine Menschen<br />

Der Körper eines Kin<strong>des</strong> kann aufgrund seiner<br />

geringeren Masse weniger Wärmeenergie<br />

erzeugen, als der eines Erwachsenen. Hinzu<br />

kommt, dass bei Kindern die Fähigkeit zur Thermoregulation<br />

noch nicht voll ausgebildet ist –<br />

der Körper reagiert <strong>des</strong>halb nicht oder nur verzögert<br />

auf sich verändernde Umgebungstemperaturen.<br />

Da zudem noch nicht alle Schweißdrüsen<br />

aktiv sind, ist die Gefahr <strong>des</strong> Auskühlens, aber<br />

auch der Überhitzung <strong>des</strong> Körpers ungleich höher<br />

als be<strong>im</strong> erwachsenen Menschen.<br />

Besonders bei der Konstruktion von Bettwaren<br />

müssen diese physiologischen Unterschiede berücksichtigt<br />

werden. Mit Hilfe der an den Hohenstein<br />

Instituten entwickelten thermischen Gliederpuppe<br />

„Charlene“ (Bild 29) lässt sich seit dem<br />

Jahr 2008 der Schlafkomfort von Kinderbettwaren<br />

unter Berücksichtigung der physiologischen<br />

Besonderheiten von Kindern beurteilen und opt<strong>im</strong>ieren.<br />

Dazu wird bei „Charlene“ die Wärmeproduktion<br />

<strong>des</strong> menschlichen Körpers mit Hilfe<br />

eines computergesteuerten Heizsystems nachgestellt.<br />

Mit einem Gewicht von 20 kg auf 92 cm<br />

Körperhöhe kann „Charlene“ aber deutlich weniger<br />

Körperwärme erzeugen, als der rund 75 kg<br />

schwere und 175 cm große „Charlie 4“ - ganz<br />

so, wie es auch bei ihren menschlichen Vorbildern<br />

der Fall ist. Um unter einer Bettdecke trotzdem<br />

eine angenehme Temperatur zu halten, muss deren<br />

Wärmeisolation entsprechend höher sein.<br />

„Charlene“ besteht anders als „Charlie 4“ nicht<br />

aus Kupfer, sondern aus Kunststoff (Bild 30).<br />

Über ein computergesteuertes Heizsystem lässt<br />

sich die Wärmeproduktion für sechs verschiedene<br />

Körpersektionen getrennt voneinander regeln.<br />

Dabei gilt: Je mehr Wärme an einer Körperregion<br />

abgegeben wird, d. h. je mehr Energie<br />

dort zugeführt werden muss, um die angestrebte<br />

Hauttemperatur zu halten, <strong>des</strong>to schlechter ist<br />

dort die Wärmeisolation der Bettdecke.<br />

Neben der isolierenden Wirkung ist es die Fähigkeit<br />

den Schweiß <strong>des</strong> Schläfers effektiv aufzunehmen<br />

und vom Körper wegzuleiten, die<br />

den Schlafkomfort von Bettwaren definiert. Da<br />

„Charlene“ nicht schwitzen kann, werden die<br />

Untersuchungen an ihr mit Messungen am Hohenstein<br />

Hautmodell kombiniert. Mit diesem<br />

sind Aussagen über den Wasserdampfdurchgangswiderstand<br />

als Maß für die „Atmungsaktivität“<br />

sowie Angaben zum Schweißtransport,<br />

der Schweißpufferung sowie der Trocknungszeit<br />

der verwendeten textilen Materialien möglich.


Der Kampf gegen kalte hände und<br />

schweißfüße<br />

Über die große Oberfläche an Fingern und Zehen<br />

geht dem Körper bei entsprechend kühlen<br />

Umgebungstemperaturen <strong>im</strong> Verhältnis<br />

zur Masse sehr viel mehr Wärme verloren, als<br />

zum Beispiel am Rumpf. Um eine komfortable<br />

Hauttemperatur aufrecht erhalten zu können,<br />

muss die Wärmeisolation von Socken, Schuhen<br />

und Handschuhen <strong>des</strong>halb entsprechend hoch<br />

sein. Gleichzeitig müssen die verarbeiteten textilen<br />

Materialien den insbesondere bei körperlicher<br />

Aktivität entstehenden Schweiß sehr effektiv<br />

aufnehmen und vom Körper wegleiten.<br />

In der „schwitzenden Hand“ (Bild 31) und dem<br />

„schwitzenden Fuß“ (Bild 32) sind die Funktionsprinzipien<br />

<strong>des</strong> Hohenstein Hautmodells<br />

und der thermischen Gliederpuppen miteinander<br />

kombiniert worden. D. h. sie geben sowohl<br />

Feuchtigkeit wie auch Wärme ab. Damit<br />

ist es erstmals möglich, die besonderen<br />

thermischen Bedingungen an den menschlichen<br />

Extremitäten realitätsnah zu s<strong>im</strong>ulieren.<br />

Um zum Beispiel verlässliche Werte zum Tragekomfort<br />

einer Socken-Schuhkombinationen zu<br />

erhalten, mussten bisher alle in den Produkten<br />

verwendeten Materialien mit Hilfe <strong>des</strong> Hautmodells<br />

untersucht werden. Die Hochrechnungsszenarien<br />

aus dem Bereich der Bekleidung ließen<br />

jedoch allenfalls Näherungswerte zu. Mit Hilfe<br />

<strong>des</strong> „schwitzenden Fußes“ sind nun verlässliche<br />

und vor allem auch sehr differenzierte Aussagen<br />

sogar für einzelne Fußzonen möglich.<br />

In ihrem Aufbau unterscheiden sich „schwitzende<br />

Hand“ und „schwitzender Fuß“ gravierend. Be<strong>im</strong><br />

Thermoregulationsmodell der menschlichen Hand<br />

s<strong>im</strong>uliert ein wasserdampfdurchlässiges Membranmaterial<br />

die menschliche Haut und gibt die Feuchtigkeit<br />

vollflächig ab. Der „schwitzende Fuß“ besteht<br />

aus 13 Metallsegmenten – der Schweiß wird<br />

über 32 Einzeldüsen abgegeben. Um den großen<br />

Einfluß von Ventilationseffekten <strong>im</strong> Schuh auf den<br />

thermischen Komfort berücksichtigen zu können,<br />

werden be<strong>im</strong> „schwitzenden Fuß“ motorisch angetrieben<br />

Laufbewegungen s<strong>im</strong>uliert.<br />

Gemein haben alle neuen Messapparaturen <strong>im</strong><br />

Bereich der Bekleidungsphysiologie, dass ein<br />

Großteil der Entwicklungszeit in die Umsetzung<br />

der aufwendigen Steuerungs- und Messtechnik<br />

geflossen ist: Um die abgegebene Schweißmenge<br />

und die zur Aufrechterhaltung komfortabler<br />

Temperaturen an der Haut notwendige Energie<br />

exakt ermitteln zu können, musste das Hohen-<br />

Bild 31 links: Be<strong>im</strong> thermoregulationsmodell<br />

der menschlichen<br />

hand wird sowohl die Feuchte-<br />

wie auch die Wärmeabgabe s<strong>im</strong>uliert,<br />

um den tragekomfort<br />

von handschuhen unter realistischen<br />

Bedingungen untersuchen<br />

zu können.<br />

Bild 32 rechts: um den thermischen<br />

tragekomfort von socken<br />

und schuhen untersuchen<br />

zu können, müssen die besonderen<br />

tragebedingungen am<br />

menschlichen Fuß berücksichtigt<br />

werden.<br />

21


<strong>Bekleidungsphysiologische</strong> <strong>Forschung</strong> <strong>im</strong> <strong>Dienste</strong> <strong>des</strong> <strong>tragekomforts</strong><br />

Bild 33: Das von den hohenstein<br />

Instituten entwickelte hautmodell<br />

besteht aus einer elektrisch<br />

auf hauttemperatur beheizbaren,<br />

porösen sintermetallplatte,<br />

der Wasser zugeführt<br />

wird.<br />

22<br />

steiner Team wie auch schon bei der Entwicklung<br />

der thermischen Gliederpuppe „Charlie 4“ und<br />

<strong>des</strong> Hohenstein Hautmodells technisches und<br />

wissenschaftliches Neuland betreten. Von den<br />

gewonnenen Erkenntnissen können nun aber<br />

Hersteller weltweit profitieren – und letztendlich<br />

auch Verbraucher, die sich über opt<strong>im</strong>ierte Produkte<br />

für Beruf und Freizeit freuen dürfen.<br />

<strong>Bekleidungsphysiologische</strong> Messmethoden<br />

<strong>im</strong> Überblick<br />

Bei den Untersuchungen <strong>des</strong> Tragekomforts von<br />

Textilien wird grundsätzlich zwischen thermophysiologischen<br />

Aspekten, d. h. dem Wärme- und<br />

Feuchtemanagement, und dem Empfinden auf<br />

der Haut (Hautsensorik) unterschieden.<br />

Messmethoden Thermophysiologie<br />

•<br />

Hohenstein Hautmodell<br />

Das Hohenstein Hautmodell s<strong>im</strong>uliert die Wärme-<br />

und Feuchteabgabe der Haut. Es besteht aus einer<br />

elektrisch auf<br />

Hauttemperatur<br />

beheizbaren,<br />

porösen Sintermetallplatte,<br />

der<br />

Wasser zugeführt<br />

wird (Bild 33).<br />

Diese befindet<br />

sich in einem<br />

Kl<strong>im</strong>aschrank,<br />

so dass die verschiedenstenUmgebungsbedingungens<strong>im</strong>uliert<br />

werden können.<br />

Dazu lassen<br />

sich Temperatur,<br />

Luftfeuchtigkeit und Luftbewegung nach Wunsch<br />

einstellen. Die Messungen mit dem Hautmodell<br />

liefern für Stoffe und Gewebe spezifische Kenngrößen<br />

wie z. B. Wärmeisolation, Wasserdampfdurchgangswiderstand<br />

als Maß für die „Atmungsaktivität“,<br />

Schweißtransport und Schweißpufferung,<br />

Trocknungszeit usw. Diese Kenngrößen charakterisieren<br />

die thermophysiologische Qualität<br />

der textilen Materialien.<br />

•<br />

Thermische Gliederpuppen „Charlie 3“,<br />

„Charlie 4“ und „Charlene“<br />

Mit Hilfe der ebenfalls an den Hohenstein Instituten<br />

entwickelten thermischen Gliederpuppen<br />

„Charlie 3“, „Charlie 4“ und „Charlene“ lässt<br />

sich die Wärmeisolation konfektionierter Kleidungsstücke,<br />

Bettwaren und Schlafsäcke ermitteln.<br />

Mit den sogenannten Thermoregulationsmodellen<br />

<strong>des</strong> Menschen wird die Wärmeproduktion<br />

von Erwachsenen und Kindern nachgestellt.<br />

Die Gliederpuppen bestehen aus Kupfer<br />

bzw. Kunststoff und sind mit einem computergesteuerten<br />

Heizsystem versehen, mit dem sich die<br />

Wärmeproduktion für verschiedene Körpersektionen<br />

getrennt voneinander regeln lässt.<br />

Je mehr Wärme z. B. an Armen oder Beinen<br />

abgegeben wird, <strong>des</strong>to schlechter ist dort die<br />

Wärmeisolation <strong>des</strong> Kleidungsstückes. Da<br />

diese ganz gravierend von den Ventilationseffekten<br />

beeinflusst wird, die durch Bewegungen zustande<br />

kommen, werden bei der Untersuchung<br />

von Kleidungsstücken mit „Charlie 4“ Gehbewegungen<br />

s<strong>im</strong>uliert. Dazu werden Arme und Beine<br />

der an einem Gestänge angebrachten Gliederpuppe<br />

entsprechend bewegt. Die Untersuchungen<br />

an den thermischen Gliederpuppen sind<br />

eine wichtige Ergänzung zu denen am Hautmodell,<br />

da sich Einflüsse durch die Konfektion der Kleidungsstücke<br />

(Passform, elastische Bündchen,<br />

Rollkragen usw.) berücksichtigen lassen. Da die<br />

„Charlies“ und „Charlene“ nicht schwitzen, lässt<br />

sich das Feuchtemanagement und damit ein wichtiger<br />

Aspekt <strong>des</strong> thermophysiologischen Tragekomforts<br />

nur beurteilen, wenn als Basis Untersuchungen<br />

am Hautmodell vorliegen.<br />

•<br />

Thermoregulationsmodell „schwitzende<br />

Hand“ und „schwitzender Fuß“<br />

In der „schwitzenden Hand“ und dem „schwitzenden<br />

Fuß“ (Bild 34) sind die Funktionsprinzipien<br />

<strong>des</strong> Hautmodells und der thermischen Gliederpuppen<br />

miteinander kombiniert worden, d. h.<br />

die Wärme- und Feuchtigkeitsabgabe bei kontrollierten<br />

kl<strong>im</strong>atischen Umgebungsbedingungen.<br />

Mit den <strong>im</strong> Jahr 2008 an den Hohenstein Instituten<br />

in Betrieb genommenen Messinstrumenten<br />

lassen sich damit sowohl die Wärmeisolation wie<br />

auch die Atmungsaktivität von Handschuhen sowie<br />

Socken und Schuhen beurteilen.


• Polsterprüfgerät<br />

Sowohl bei ausgekühlten wie auch aufgeheizten<br />

Kfz-Sitzen dauert es einige Zeit, bis sich ein angenehmer<br />

Sitzkomfort eingestellt hat. Mit Hilfe<br />

<strong>des</strong> Polsterprüfgerätes wird der Temperatureindruck<br />

(Initialwärmefluss), den ein Mensch be<strong>im</strong><br />

ersten Kontakt empfindet, ermittelt.<br />

Darüber hinaus wird die effektive Wärmeisolation<br />

von Sitzen während längerer Autofahrten bei<br />

den unterschiedlichsten Umgebungstemperaturen<br />

erfasst.<br />

• Menschliche Probanden<br />

Mit Hilfe <strong>des</strong> Hohenstein Hautmodells und der<br />

thermischen Gliederpuppen „Charlie“ und „Charlene“<br />

lässt sich der thermophysiologische Komfort<br />

objektiv messen und beurteilen. Um diese,<br />

heute weltweit <strong>im</strong> Bereich der Bekleidungsphysiologie<br />

etablierten, Untersuchungsmethoden<br />

und die damit verbundenen Beurteilungsmodelle<br />

entwickeln zu können, waren zahlreiche Messreihen<br />

mit menschlichen Probanden notwendig (Bild<br />

35). Diese kommen bei den Hohenstein Instituten<br />

auch heute noch zum Einsatz wenn es gilt,<br />

ein vollständig neues Produkt zu entwickeln oder<br />

die Ergebnisse der Untersuchungen mit Hautmodell<br />

und thermischer Gliederpuppe zu bestätigen.<br />

• Kl<strong>im</strong>akammern<br />

In den vier Kl<strong>im</strong>akammern der Hohenstein Institute<br />

(Bild 36) lassen sich die verschiedensten<br />

Umgebungsbedingungen nachstellen: Die Temperaturspanne<br />

reicht von - 25 °C bis + 50 °C und<br />

ermöglicht z. B. die Untersuchung von Schlafsäcken<br />

unter extremen Bedingungen.<br />

Mit Hilfe einer Beregnungsanlage lässt sich Niederschlag<br />

in unterschiedlichster Intensität nachstellen<br />

und eine Wärmewand s<strong>im</strong>uliert intensive<br />

Sonneneinstrahlung ebenso realistisch wie offenes<br />

Feuer, wenn es z. B. darum geht den Tragekomfort<br />

von Feuerwehrkleidung zu untersuchen.<br />

Ventilatoren, ein Fahrs<strong>im</strong>ulator für die Untersuchung<br />

von Autositzen mit Probanden und Wasserbassins,<br />

in denen „Charlie 2“ z. B. die Überlebenszeit<br />

für Piloten unter Extrembedingungen<br />

<strong>im</strong> Eiswasser testet, ergänzen die Standardausstattung<br />

der Hohensteiner Kl<strong>im</strong>akammern.<br />

Bild 34: Laufende Messreihe<br />

am thermoregulationsmodell<br />

"schwitzender Fuß".<br />

Bild 35: Zahlreiche versuche mit<br />

Probanden in den vergangenen<br />

Jahrzehnten haben überhaupt<br />

erst die physiologischen vorhersagemodelle<br />

ermöglicht, mit<br />

deren hilfe die Laborergebnisse<br />

heute in menschliches Empfinden<br />

übertragen werden.<br />

Bild 36: In den vier Kl<strong>im</strong>akammern<br />

der hohenstein Institute<br />

lassen sich die verschiedensten<br />

umgebungsbedingungen mit hilfe<br />

von ventilatoren, strahlungswänden<br />

usw. s<strong>im</strong>ulieren.<br />

23


<strong>Bekleidungsphysiologische</strong> <strong>Forschung</strong> <strong>im</strong> <strong>Dienste</strong> <strong>des</strong> <strong>tragekomforts</strong><br />

Bild 37: Mit hilfe der kontinuierlichenKontaktwinkelmessung<br />

an einem Wassertropfen<br />

auf der textiloberfläche wird<br />

ermittelt, wie schnell das Material<br />

flüssigen schweiß aufn<strong>im</strong>mt.<br />

24<br />

Messmethoden Hautsensorik<br />

Die hautsensorischen Eigenschaften gehören<br />

neben dem Wärme- und Feuchtemanagement<br />

von Textilien zu den maßgeblichen Aspekten für<br />

deren Tragekomfort. Hautnahe Kleidung soll nicht<br />

auf der Hautoberfläche „ankleben” und auch größere<br />

Schweißmengen an hautferne Kleidungsschichten<br />

transportieren.<br />

Um die Anforderungen an den hautsensorischen<br />

Komfort zu erfüllen, ist vor allem die Konstruktion<br />

<strong>des</strong> textilen Grundmaterials relevant, aus dem<br />

ein Kleidungsstück besteht.<br />

Um die Oberflächenstruktur von textilen Materialien<br />

und damit deren hautsensorischen Komfort<br />

zu beurteilen, wurden in der Abteilung Bekleidungsphysiologie<br />

an den Hohenstein Instituten<br />

verschiedene Laboruntersuchungen entwickelt:<br />

• Sorptionsindex<br />

Weil die Sensibilität der Haut für mechanische<br />

Irritationen mit zunehmender<br />

Feuchtigkeit größer wird, ist<br />

es für den sensorischen Tragekomfort<br />

von Vorteil, wenn ein textiles Material<br />

den Schweiß möglichst rasch von<br />

der Haut abtransportiert. Der Sorptionsindex<br />

gibt die Geschwindigkeit<br />

an, mit der ein auf das Textil auftreffender<br />

Wassertropfen von diesem absorbiert<br />

wird. Dazu wird ein Wassertropfen<br />

auf die Textilprobe aufgebracht<br />

und über eine Videokamera beobachtet<br />

(Bild 37). Der Kontaktwinkel <strong>des</strong><br />

Wassertropfens auf der Textiloberfläche<br />

wird kontinuierlich ermittelt und<br />

damit festgehalten wie schnell das Material<br />

flüssigen Schweiß aufn<strong>im</strong>mt.<br />

• Klebekraft<br />

Eine poröse gesinterte Glasplatte, der Wasser<br />

mittels einer kalibrierten Motorbürette zugeführt<br />

wird, s<strong>im</strong>uliert die schwitzende Haut. Die Textilprobe,<br />

befestigt an einem Zylinder, wird über die Platte<br />

gezogen. Die dazu notwendige Kraft ergibt den<br />

sogenannten Klebeindex, anhand <strong>des</strong>sen sich beurteilen<br />

lässt, ob das Textil be<strong>im</strong> Schwitzen unangenehm<br />

an der Haut kleben wird (Bild 38).<br />

• Biegesteifigkeit<br />

Zur Ermittlung der Steifigkeit eines textilen Materials<br />

wird in einer Messeinrichtung per Laserstrahl<br />

der Biegewinkel <strong>des</strong> auf einem dünnen Stab aufgelegten<br />

Stoffstreifens gemessen (Bild 39). Die<br />

Hohensteiner Wissenschaftler haben auf Basis<br />

ihrer jahrelangen Erfahrung für verschiedene Produkt-<br />

und Einsatzbereiche Vorgaben definiert, die<br />

einen opt<strong>im</strong>alen Tragekomfort gewährleisten und<br />

mechanische Hautirritationen aufgrund zu hoher<br />

Biegesteifigkeit ausschließen.<br />

• Anzahl der Kontaktpunkte und Oberflächenindex<br />

An einen Oberflächenscanner bzw. ein Mikroskop<br />

angekoppelte Bildanalyse-Systeme zeigen<br />

für Textilien die Anzahl der Kontaktpunkte<br />

sowie einen Oberflächenindex als Maßstab für<br />

die Kontaktfläche <strong>des</strong> textilen Materials mit der<br />

Haut bzw. die Haarigkeit der Oberfläche (Bild<br />

19, Seite 14).<br />

Im Rahmen jahrzehntelanger <strong>Forschung</strong> haben<br />

die Hohensteiner Wissenschaftler Richtwerte für<br />

die opt<strong>im</strong>ale Zahl von Kontaktpunkten und den<br />

Oberflächenindex definiert.<br />

Eine Note für den Tragekomfort<br />

Die Ergebnisse der Untersuchungen am Hautmodell<br />

und den Thermoregulationsmodellen<br />

fließen zusammen mit der Beurteilung der Hautsensorik<br />

in die so genannte Trage- bzw. Schlafkomfortnote<br />

ein.<br />

Dies ist möglich, da <strong>Forschung</strong>sarbeiten gezeigt<br />

haben, dass z. B. bei Alltagskleidung<br />

die Tragekomfortempfindung zu ca. zwei<br />

Dritteln durch die thermophysiologischen<br />

und zu ca. einem Drittel durch die hautsensorischen<br />

Eigenschaften der Textilien verursacht<br />

wird. Die Beurteilung <strong>des</strong> Tragekomforts<br />

erfolgt <strong>im</strong> „Schulnotensystem“ von<br />

1 für „sehr gut“ bis 6 für „ungenügend“.<br />

Die Komfortnoten werden heute von zahlreichen<br />

Herstellern <strong>im</strong> Handel in Form <strong>des</strong> Hohenstein<br />

Qualitätslabels am Produkt aufgeführt<br />

und ermöglichen dem Verbraucher den einfachen<br />

Vergleich zwischen unterschiedlichen<br />

Produkten.


Bild 38: Eine poröse gesinterte<br />

glasplatte, der Wasser mittels<br />

einer kalibrierten Motorbürette<br />

zugeführt wird, s<strong>im</strong>uliert die<br />

schwitzende haut. Die textilprobe,<br />

befestigt an einem Zylinder,<br />

wird über die Platte gezogen.<br />

Die dazu notwendige Kraft ergibt<br />

den sogenannten Klebeindex,<br />

anhand <strong>des</strong>sen sich beurteilen<br />

lässt, ob das textil be<strong>im</strong><br />

schwitzen unangenehm an der<br />

haut kleben wird.<br />

Bild 39: hautsensorische aspekte<br />

von textilien werden <strong>im</strong><br />

rahmen der physiologischen<br />

Prüfung an den hohenstein Instituten<br />

mit einer reihe von<br />

Messmethoden, darunter der<br />

Ermittlung der Biegesteifigkeit,<br />

erfasst und fließen unter anderem<br />

in die tragekomfortnote<br />

ein.<br />

25


<strong>Bekleidungsphysiologische</strong> <strong>Forschung</strong> <strong>im</strong> <strong>Dienste</strong> <strong>des</strong> <strong>tragekomforts</strong><br />

26<br />

Thermoregulations-<br />

modell<br />

„charlie 4“ „charlene“<br />

eines erwachsenen<br />

„Standard“-Mannes<br />

eines vierjährigen<br />

„Standard“-Kin<strong>des</strong><br />

hohenstein<br />

hautmodell<br />

der menschlichen Haut einer menschlichen<br />

Hand<br />

Größe 175 cm, 75 kg 92 cm, 20 kg 20 cm x 20 cm<br />

in einem<br />

Kl<strong>im</strong>aschrank<br />

Messungen Wärmeisolation Wärmeisolation • Wärmeisolation<br />

• Wasserdampfdurchgangswiderstand<br />

(Atmungsaktivität)<br />

• Schweißpufferung<br />

• Schweißtransport<br />

Untersuchte Produkte Konfektionierte<br />

Produkte: Kleidung<br />

aller Art, Bettwaren<br />

und Schlafsäcke<br />

Material und Farbe Kupfer mit schwarzer<br />

Lackierung, um die<br />

physikalische Wärmestrahlung<br />

<strong>des</strong> Körpers<br />

dem menschlichen<br />

Vorbild möglichst<br />

ähnlich zu gestalten<br />

Heizsystem Elektrische Heizleitungen<br />

in 16 Sektionen<br />

einzeln ansteuerbar,<br />

um Wärmeiso-<br />

lation an den verschiedenen<br />

Körperregionen<br />

beurteilen zu können<br />

Konfektionierte Produkte:<br />

Bettwaren und<br />

Schlafbekleidung für<br />

Kinder<br />

Kunststoff mit schwarzer<br />

Beschichtung, um<br />

die physikalische Wärmestrahlung<br />

<strong>des</strong> Körpers<br />

dem menschlichen<br />

Vorbild möglichst<br />

ähnlich zu gestalten<br />

Elektrische Heizleitungen<br />

in 6 Sektionen einzeln<br />

ansteuerbar, um<br />

Wärmeisolation an den<br />

verschiedenen Körperregionen<br />

beurteilen zu<br />

können<br />

Flächengebilde: Textile<br />

Materialien aller Art<br />

Gesinterte Metallplatte<br />

Elektrische Heizleitungen<br />

„schwitzende hand“ „schwitzender Fuß“<br />

eines menschlichen<br />

Fußes<br />

Handschuhgröße 9 Schuhgröße 43<br />

Wasserdampfdurchgangswiderstand<br />

(Atmungsaktivität)<br />

Konfektionierte Produkte:<br />

Handschuhe<br />

Drahtgeflecht überzogen<br />

mit Membranmaterial<br />

Heißwasser-Kreislauf-<br />

system<br />

• Wärmeisolation<br />

• Wasserdampfdurchgangswiderstand<br />

(Atmungsaktivität)<br />

Konfektionierte<br />

Produkte: Socken<br />

und Socken-Schuh-<br />

Kombinationen<br />

Metallsegmente<br />

Elektrische Heizleitungen<br />

in 13 Sektionen<br />

einzeln ansteuerbar,<br />

um Wärmeisolation an<br />

den verschiedenen Regionen<br />

<strong>des</strong> Fußes beurteilen<br />

zu können<br />

Messpunkte In 16 Sektionen In 6 Sektionen In einer Sektion In einer Sektion In 13 Sektionen<br />

Schweißabgabe keine keine • Dampfförmig über<br />

Poren auf der gesamten<br />

Fläche aufgrund<br />

der Wasserdampf-<br />

Partialdruckdifferenz<br />

zwischen Hautmodell<br />

und Umgebung<br />

• Flüssig auf der ganzen<br />

Fläche über<br />

Spritzdüsen<br />

Beweglichkeit Volle Beweglichkeit an<br />

den „menschlichen“<br />

Gelenken. Um die Ventilationseffekte<br />

be<strong>im</strong><br />

Laufen zu berücksichtigen,<br />

werden bei der<br />

Untersuchung von<br />

Kleidung diese Bewegungen<br />

s<strong>im</strong>uliert<br />

Volle Beweglichkeit an<br />

den „menschlichen“<br />

Gelenken. Laufbewegungen<br />

werden aufgrund<br />

der derzeitigen<br />

Untersuchungsobjekte<br />

noch nicht s<strong>im</strong>uliert<br />

Dehnungen sowie<br />

statische und dynamischeDruckbelastungen<br />

auf das Material<br />

(wie z. B bei Autositzen)<br />

können s<strong>im</strong>uliert<br />

werden<br />

Über Membranmaterial<br />

aufgrund der Wasserdampf-Partialdruckdifferenz<br />

zwischen<br />

„schwitzender Hand“<br />

und der Umgebung<br />

Über 32 Schweiß-<br />

drüsen mit Hilfe<br />

einer medizinischen<br />

(Wasser-)Pumpe<br />

keine Laufbewegungen werden<br />

s<strong>im</strong>uliert


Prof. Dr.-Ing. Otto Mecheels<br />

Leiter der Hohenstein Institute 1946 - 1962<br />

1894 geboren in Bönnighe<strong>im</strong> (Deutschland)<br />

1921 - 1929 Färbereileiter bei Fa. Amann & Söhne in Bönnighe<strong>im</strong><br />

1929 Berufung als Professor an das Staatliche Technikum für Textilindustrie in<br />

Reutlingen und Übernahme der textilchemischen Abteilung<br />

1935 Übersiedelung an die Preußische Höhere Schule für Textilindustrie Mönchengladbach<br />

als Schuldirektor<br />

1944 Nach Zerstörung der Schule in Mönchengladbach Rückkehr nach Bönnighe<strong>im</strong> zusammen<br />

mit den Lehrern und Schülern der Abschlussklasse. Die rund 60 Personen nutzen zunächst<br />

die leeren Räume <strong>des</strong> dortigen Schlosses - nach Kriegsende erfolgt der Umzug auf das Schloss<br />

Hohenstein in direkter Nachbarschaft<br />

1946 Gründung <strong>des</strong> <strong>Forschung</strong>sinstituts Hohenstein<br />

1949 Gründung der Lehr- und Versuchsanstalt für Bekleidungsindustrie, die 1954 in Lehranstalt<br />

Hohenstein e.V. umbenannt wird<br />

1961 Gründung <strong>des</strong> <strong>Bekleidungsphysiologische</strong>n Instituts Hohenstein e.V. als Einrichtung einer<br />

von der Öffentlichen Hand geförderten Gemeinschaftsforschung<br />

1962 Übergabe der Institutsleitung an seinen Sohn Prof. Dr. Jürgen Mecheels<br />

1979 verstorben <strong>im</strong> Alter von 85 Jahren auf Schloss Hohenstein<br />

Prof. Dr. rer. nat. Jürgen Mecheels<br />

Leiter der Hohenstein Institute 1962 - 1995<br />

1928 geboren als Sohn von Prof. Dr.-Ing. Otto Mecheels in Stuttgart (Deutschland)<br />

1958 Diplom in Textilchemie an der Universität Heidelberg<br />

1958 - 1961 Promotion und Entwicklung <strong>des</strong> thermoregulatorischen Funktionsmodells der Haut<br />

1958 - 1962 Wissenschaftlicher Mitarbeiter an den Hohenstein Instituten und Dozent an der<br />

Technischen Akademie Hohenstein e.V.<br />

1962 - 1995 Leiter der Hohenstein Institute<br />

1988 Ernennung zum Professor durch den baden-württembergischen<br />

Ministerpräsidenten Dr. Lothar Späth<br />

1996 Auszeichnung mit dem Bun<strong>des</strong>verdienstkreuz am Bande<br />

2006 verstorben <strong>im</strong> Alter von 78 Jahren<br />

Prof. Dr. rer. nat. Karl-Heinz Umbach<br />

Direktor der Abt. Bekleidungsphysiologie an den Hohenstein Instituten (1976 - September 2009)<br />

Stellv. Leiter <strong>des</strong> <strong>Bekleidungsphysiologische</strong>n Instituts Hohenstein e.V. (1995 - September 2009)<br />

1944 geboren in Stetten/Remstal (Deutschland)<br />

1971 Diplom in Physik an der Universität Stuttgart<br />

1971 - 1976 Wissenschaftlicher Assistent am 2. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart<br />

1975 Promotion auf dem Gebiet der Festkörperphysik<br />

seit 1976 Mitarbeiter an den Hohenstein Instituten;<br />

ca.190 Veröffentlichungen auf dem Gebiet der Bekleidungsphysiologie<br />

seit 1982 Obmann von vier und Mitarbeiter in 15 nationalen und internationalen Normenausschüssen<br />

1995 Adjunct Professor an der North Carolina State University, Raleigh NC, USA<br />

1997 Honorarprofessor an der Universität Kassel<br />

Dr. rer. nat. Andreas Schmidt<br />

Direktor der Abteilung Function and Care an den Hohenstein Instituten (seit Oktober 2009)<br />

1974 geboren in Monhe<strong>im</strong> am Rhein<br />

1999 Diplom in Chemie an der Heinrich-Heine-Universität, Düsseldorf<br />

1999 - 2002 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Deutschen Textilforschungszentrum<br />

Nord-West e.V. Institut an der Universität Duisburg<br />

2002 - 2008 Laborleiter bei der Henkel AG & Co. KGaA · Labor: Textile Fibers<br />

2008 - 2009 Diverse Funktionen <strong>im</strong> Bereich Produktentwicklung bei der<br />

Henkel AG & Co. KGaA<br />

seit 2009 Direktor der Abteilung Function and Care an den Hohenstein Instituten<br />

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HOH_FC_09_3000_0,90_D_E

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