Denkende Kleider : Automatisch wärmen oder kühlen

Automatisch wärmen oder kühlen: Ein neues Material revolutioniert die Kleidertechnik.

Gleich wird Rolf Stämpfli schwitzen. Seit zehn Minuten trabt er in der Klimakammer der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) über das Laufband, der Temperatursensor an seiner Hand misst 35 Grad. Mehr darf es nicht werden. Ab jetzt gibt es für den Körper nur noch eine Möglichkeit, die erzeugte Wärme loszuwerden: Wasser verdampfen, Schweiss produzieren.

Heute schwitzt Stämpfli in einem Jogginganzug, letzte Woche war es eine Feuerwehrmontur, übermorgen wird er in Winterjacken über das Laufband traben. Sensoren an neun verschiedenen Stellen des Körpers zeichnen dabei die Hauttemperatur auf. Der zehnte Sensor steckt im After und misst die Innentemperatur. Im Mikroklima zwischen Unterwäsche und Kleidung wird an vier Stellen Temperatur und Feuchtigkeit gemessen. Eine Wärmebildkamera liefert die Gesamtansicht des schwitzenden Joggers.

Die aufwändige Datensammlung über den menschlichen Wärmehaushalt soll fünfzehn Jahre nach Goretex und Sympatex die nächste Revolution in der Kleidertechnik möglich machen: Textilien, die nicht nur trocken und warm halten, sondern Körperwärme speichern und bei Bedarf wieder abgeben. Mikroskopisch kleine Kapseln, gefüllt mit Paraffin, sind dazu in die Fasern oder ins Vlies eingebaut. Bei starker Anstrengung bringt die Wärme der Haut das Paraffin in den Kapseln zum Schmelzen. Kühlt die Haut ab, erstarrt das Paraffin wieder, dabei wird Energie frei – die Kleidung wärmt aktiv den Körper. Diese so genannte Phase-Change-(Zustandsänderungs-)Technologie ist vor allem dort praktisch, wo grosse Temperaturunterschiede zu bewältigen sind.

Wenn beispielsweise ein Bergsteiger auf einem zugigen Gipfel Rast macht, wenn man durchgeschwitzt vor dem Skilift warten muss oder wenn ein Taucher in ein kaltes Gewässer steigt und vorher seine Ausrüstung selbst ausgeladen hat. Zwei US-Firmen namens Outlast und Frisby besitzen die Patente für das Phase-Change-Material (PCM) schon länger, dennoch setzt sich das Verfahren nur langsam durch. Firmen wie Bogner oder Mammut haben in dieser Saison die ersten Produkte im Programm. Die richtige Anwendung ist nicht einfach. «Man muss ganz genau wissen, was am Körper geschieht», erläutert Hans-Jürgen Hübner, Chef der Schweizer Textilfirma Schöller, das Problem. «Es gibt mehrere Sorten der PCM-Kapseln, die bei verschiedenen Temperaturen ansprechen. Wenn man die falschen einsetzt, ist der Inhalt entweder immer flüssig oder immer fest, und es passiert gar nichts.» Damit die Phase-Change-Materialien richtig eingesetzt werden können, muss Rolf Stämpfli auf dem Laufband der Empa schwitzen. Nur so ist herauszufinden, wie gross die Temperaturunterschiede zwischen einzelnen Körperteilen sein können.

«Wenn es dem Probanden kalt wird, zieht sein Körper das Blut aus den Extremitäten zurück», erläutert Markus Weder, der die Versuche durchführt. «Wir haben an den Fingern schon Temperaturen von unter zehn Grad gemessen.» Wenn der Körper erneut Wärme produziert, heizt er Arme und Beine wieder auf. Bei grosser Anstrengung geben sie die überschüssige Wärmemenge wie Heizkörper ab. Erst wenn das nicht mehr ausreicht, beginnt der Mensch zu schwitzen.

Doch die Tests mit menschlichen Probanden sind umständlich. Für ein vernünftiges Ergebnis müssen sechs junge Männer gemessen werden, jeder von ihnen muss dreimal auf das Laufband. Dann werden die Ergebnisse gemittelt. Schneller und besser wäre ein «genormter Schwitzer», eine Art Schwitzmaschine. Und genau so etwas entsteht bereits in den Werkstätten der Empa. «Sam» (Sweating Articulated Manikin) wird die Maschine genannt, die in einem knappen Jahr in Betrieb gehen soll. Die lebensgrosse, am Kopf aufgehängte Puppe wird aus 130 Düsen flüssig und dampfförmig schwitzen können. An 26 Stellen werden Feuchtigkeit und Temperatur gemessen. Auch die Bewegungen beispielsweise eines Bergsteigers wird Sam als einzige Schwitzpuppe der Welt naturgetreu simulieren können. Nur so kann der Effekt der umgewälzten Luft innerhalb der Kleidung richtig ermittelt werden.

Wie wenig bisher über die Eigenschaften von Kleidung bekannt ist, zeigte sich bereits bei den Tests, die mit dem «Schwitztorso» unternommen wurden. Das beheizbare Oberkörpermodell der Empa, ein Vorläufer von «Sam», wurde ursprünglich zum Prüfen von Armeeschlafsäcken entwickelt. Im Sommer nutzte das Fachmagazin «Mountain Bike» den Torso zum Prüfen von Spezialunterhemden, die gut Schweiss ableiten und den Körper kühlen sollten. Erstaunliches Ergebnis: Ausgerechnet ein Netzhemd kühlte am schlechtesten, die beste Wirkung bot ein glattes, besonders dicht gewebtes Hemd. Vier der neun Unterhemden nahmen nur wenig Schwitzwasser auf und hätten den Radler im eigenen Saft stehen lassen. Die Hightech-Sportkleiderfabrikanten hatten Murks gebaut.

Bei der Einführung der PCM-Technologie möchten viele Hersteller lieber keine Fehler machen. Und so lassen sie bei der Empa alle paar Wochen die neuesten Entwürfe in der Klimakammer testen – die Ergebnisse sind fast immer Betriebsgeheimnis.
Während die Techniker und Schneider noch an klimatisch ausgewogenen Winterjacken tüfteln, denkt Firmenchef Hübner schon über die nächste Klimafaser nach. Alle paar Jahre braucht die Stoffindustrie eine neue, grosse Erfindung. Ein Schuppenstoff schwebt Hübner vor, der ähnlich funktioniert wie ein Kiefernzapfen: Bei Feuchtigkeit schliessen die Schuppen wasserdicht ab, bei trockenem Wetter öffnen sie sich und lassen die Luft zirkulieren. Irgendwann wird «Sam» den Stoff testen müssen.