Optimal gewickelt
Der Ingenieurwissenschaftler und Mathematiker Yordan Kyosev
This article in English
Yordan Kyosev (Fotos: Uschi Heidel). Klicken Sie hier für ein größeres Bild.  |
Von der Mathematik zum virtuellen Garn zum blauen Pullover. Der Ingenieurwissenschaftler und Mathematiker Yordan Kyosev im Portrait.
Sie stehen in Reih und Glied - Spulen in verschiedenen Größen, alle mit weißem Garn bespannt. Bis unter die Decke ist das Wandregal bestückt. Yordan Kyosev lässt seine Finger über das Material gleiten, hält inne und zieht eine Spule heraus. "Hier ist der Faden schlecht aufgewickelt. Das kann Probleme bei der Verarbeitung geben." Der freundliche junge Mann im dunkelblauen Jackett mit dezent modischer Krawatte ist weder Besitzer eines Textil- oder Nähfachgeschäfts noch arbeitet er für irgendeine Prüfstelle. Seine Stärke ist vielmehr die Mathematik, und den großen Bogen zum Garn schlägt er mit Hilfe des Computers.
Mehr als zehn Stunden täglich sitzt der 34-jährige Bulgare vor dem Bildschirm und feilt an mathematischen Modellen für ein optimales virtuelles Garn. Dabei kann ihn die herrliche Aussicht auf die Aachener Altstadt mit Dom und Rathaus, die sein Arbeitszimmer im achten Stock freigibt, nicht ablenken. Bis zum Jahresende will der Maschineningenieur für Textiltechnik und Textiltechnologien seine Software soweit entwickelt haben, dass sie im Praxistest besteht.
Garn und Mathematik
Computerbasierte Modelle von Garn - die Wissenschaftler sprechen lieber von "Textilfaden" - sind nichts Neues. Es existieren zahlreiche Arbeiten, in denen Garn oder Fasern ähnlich wie Stahldraht betrachtet und folglich mit Computerprogrammen für Metalle berechnet werden. "Das ist bei einigen Anwendungen zwar möglich, hat aber mit den tatsächlichen Gegebenheiten von Garn wenig zu tun", sagt Yordan Kyosev, der schon als Junge den Umgang mit ursprünglichen Textiltechniken wie Handweben und Spinnen bei seiner Großmutter kennen lernte.
Während seines Humboldt-Forschungsstipendiums am Institut für Textiltechnik der Rheinisch-Westfälischen Technischen Universität (RWTH) Aachen will sich der Wissenschaftler der textilen Wirklichkeit mathematisch nähern. Dazu erarbeitet er theoretische und algorithmische Grundlagen, mit denen er die Struktur und die Dynamik von Garn sowie deren Einfluss auf die Anwendungseigenschaften untersuchen kann. Anders ausgedrückt: Yordan Kyosev interessiert sich für das Innenleben von Garn und möchte dieses optimal modellieren. "Ich analysiere die Kräfte und die Wechselwirkung zwischen den einzelnen Fasern und versuche aus dieser eher mechanischen Sicht, ein mathematisches Modell zu entwerfen."
Viele Fragen sind zu klären: Wie müssen die Fasern gedreht sein, um hochqualitatives Garn zu erhalten? Wie kann es gelingen, auch aus qualitativ weniger hochwertigem Rohstoff hervorragendes Garn zu erzeugen? Wie lässt sich verhindern, dass während der Produktion und Verarbeitung von wertvollem Rohmaterial die Qualität leidet? Der Ingenieur und Mathematiker sucht nach mathematisch errechneten Parametern, die später wie Werkzeuge für die Garnproduktion und verschiedene Textilprozesse flexibel einsetzbar sind. Je nach Materialstruktur - ob Baumwolle, Leinen oder Wolle - müssen die Parameter angepasst werden.
Virtuelle Spulen
Yordan Kyosev. Klicken Sie hier für ein größeres Bild.  |
Zunächst dient sein virtuelles Garn für statische und dynamische Simulationen, insbesondere beim Aufwickeln von Spulen, später bei der Konstruktion von textilen Flächen wie Gewebe. Dazu entwirft der Forscher im Computer virtuelle Spulen, die mit Hilfe von Algorithmen bespannt werden. Bildlich gesprochen: Das virtuelle Garn wird um die Spule gewickelt, wobei beispielsweise Dichte, Spannung und innere Stabilität im optimalen Verhältnis zueinander stehen. Eine solche Spule verspricht in der späteren Produktion hohe Qualität und reibungslose Arbeitsprozesse. Der Faden läuft gleichmäßig, die Spule bricht nicht auseinander, das Material wird geschont.
Nehmen wir einen dunkelblauen Pullover. Damit die Farbe überzeugt, muss bei der Einfärbung der Spulen das Garn überall gleichmäßig mit Blau in Berührung kommen. Ob das gelingt, hängt von der Anordnung des Garns auf der Spule ab. Und diese Anordnung wiederum wird durch Eigenschaften des Garns sowie durch Eigenschaften der Spulmaschine bestimmt - ein vielschichtiger Prozess. Auch solche Abläufe will Yordan Kyosev in computergestützten Programmen simulieren und damit steuern.
Noch arbeitet der Mathematiker an den Grundlagen überwiegend theoretisch und zur Verifizierung im Labor. "Ich verarbeite viele Messdaten aus dem Labor auf dem Rechner, denn ohne Laborergebnisse komme ich nicht weiter." Dennoch muss Yordan Kyosev das gesamte Konzept und die komplexen Zusammenhänge im Kopf haben, um sie in Mathematik umsetzen zu können. Die Praxisnähe seiner Forschungen scheint dennoch nicht so meilenweit entfernt zu sein wie es die hohe Abstraktion in seiner Arbeit vermuten lässt. Auf dem Institutsflur vis-à-vis seines Arbeitszimmers schwant dem Laien, dass Textilien nicht nur etwas mit Mode zu tun haben: Dort stehen Leichtbauteile aus Textilfläche, verstärkt mit Klebstoff, textile Gitter zur Isolierung oder textilbewehrter Beton, ein neuer Verbundwerkstoff - allesamt Beispiele aus der breiten Palette der Anwendungsmöglichkeiten. Auch in der Medizin kann Textil bei Implantaten verwendet werden, etwa in Form von mehrdimensionalen Textilstrukturen, die als kleine Röhren dienen. Ein Kollege, der dazu forscht, bat Yordan Kyosev kürzlich um dessen mathematische Modellierungskenntnisse.
Nähe zu Praxis und Industrie
Yordan Kyosev. Klicken Sie hier für ein größeres Bild.  |
Am Aachener Institut findet der bulgarische Ingenieur, was seine Heimathochschule, die Technische Universität Sofia, nicht bieten kann: eine unmittelbare Verbindung von Theorie und Anwendung, unterstützt durch hochmoderne Geräte und die Nähe zur Industrie. Bewusst setzt sein Gastgeber und Institutsleiter Professor Dr. Thomas Gries auf Nachwuchswissenschaftler aus Osteuropa, Iran, Indien und Pakistan. "Die jungen Forscher sind theoretisch hervorragend ausgebildet, in der Mathematik meist besser als deutsche Kollegen, was auch daran liegt, dass an der Heimatuniversität weniger Anwendung möglich war. Gerade deshalb sind sie eine ideale Ergänzung für uns." Gries will gezielt junge Forscher mit profunden mathematischen und ingenieurwissenschaftlichen Kenntnissen zum Aufenthalt in Deutschland ermuntern, "denn vielen ist oft nicht klar, welche Perspektiven sie durch ihr erarbeitetes Know-how für sich eröffnen können." Es gilt, dieses Potential zu nutzen.
Diese Chancen hat Yordan Kyosev schon vor einigen Jahren erkannt, als er an der Hochschule Niederrhein und bei einem führenden Textilmaschinenhersteller die notwendigen Untersuchungen für seine Doktorarbeit durchführen konnte. "In Sofia hätte ich die Promotion in dieser Form nicht geschafft, schon allein deshalb nicht, weil mir Daten und moderne Maschinen fehlten." Inzwischen arbeitete er als Oberassistent am Lehrstuhl Textiltechnik der Technischen Universität Sofia. Mit seinen Aachener Forschungen will er sich bald habilitieren.
| 
