Gesundheit: Rechnerhilfe für Putzteufel

Der Computer nimmt immer mehr Routinearbeit ab, sogar in der Materialforschung. Jüngstes Beispiel ist ein Verfahren, das die Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik in Kaiserslautern entwickelt haben. Es geht um die präzisere und schnellere Entwicklung von Fasermaterialien, die für ganz verschiedene Einsatzzwecke gebraucht werden.

Putzteufel zum Beispiel verbrauchen viel davon, vorausgesetzt, die Tücher nehmen Staub und Schmutz wirksam auf. Babies schreien geradezu nach Windeln, die sie nicht so einengen, aber dennoch wirklich alles Störende wegsaugen. Filter von Maschinen und Klimaanlagen sollen immer feinere Partikel aufnehmen und dennoch viel Luft hindurch lassen - außerdem dürfen sie dabei auch nicht reißen, wenn mal ein dicker Brocken in den Ansaugtrakt schmettert.

All diese Eigenschaften werden von der Form der verwendeten Fasern bestimmt, also von ihrer Mischung und der Struktur, die sich aus ihnen bildet. Bislang muss eine Entwicklungsreihe viele praktische Versuchsreihen passieren, um das bestmögliche Produkt für den jeweiligen Einsatzzweck zu ermitteln. Nun hilft ein Programm, das aus der Bearbeitung von Fragen der Strömungsdynamik abgeleitet wurde.

Konrad Steiner, der bereits einige Jahre Strömungs-Software für die europäische Raumfahrtindustrie entwickelt hatte, konnte gemeinsam mit zehn weiteren Mitarbeitern seiner Arbeitsgruppe einen Weg finden, wie sich Strömungen eben auch in sehr kompliziert aufgebauten Faserstrukturen am Rechner simulieren lassen.

Mit Hilfe eines Tomografen werden zunächst der geometrische Aufbau des Materials untersucht und daraus für den jeweiligen Werkstoff typische Modelle entwickelt. Aus der anschließenden aufwändigen strömungsdynamischen Berechnung ergeben sich Material-spezifische Daten, die ihrerseits "Futter" für Software zur Produktsimulation darstellen. Das Herausfinden der für das Anwendungsgebiet optimalen Zusammensetzung geht also viel schneller.

Die Forscher holten sich damit nicht nur einen der begehrten Joseph-von-Fraunhofer-Preise, die seit 1978 alljährlich für herausragende Arbeiten von der Forschungsorganisation vergeben werden. Auch bei den Industriebetrieben, die poröse Materialien herstellen, stießen die Wissenschaftler auf großes Interesse - angesichts der zu erwartenden Zeit- und Arbeitsersparnis bei künftigen Entwicklungen ist das auch kein Wunder.

Gideon Heimann