Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die Trocknungsvorg\u00e4nge in Lufttrocknern werden bei schnelllaufenden Warenbahnen durch eine laminare Str\u00f6mungs-Grenzschicht limitiert. Daraus resultieren eine geringe Energieausbeute und gro\u00dfe Trocknerl\u00e4ngen. Neue Entwicklungen mit elektrostatischen Elektroden bieten hier ein enormes Verbesserungspotenzial. In der Anwendung f\u00fcr Druckmaschinen bei Papier konnte eine Reduzierung des Energieverbrauchs um bis zu 70 % bei einer Reduzierung der Trocknerl\u00e4nge um 50 % erreicht werden. Ziel des Projektes war es, diese Technologie f\u00fcr die Textilindustrie zu untersuchen und bei Erfolg weiterzuentwickeln, anzupassen und damit nutzbar zu machen. Dabei wurden insbesondere die Trocknungsprozesse beim Schlichten und Beschichten analysiert.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn einem kompetenten Konsortium aus Ger\u00e4tebauer, Maschinenbauer, Textilhersteller und anwendungsorientierter Forschung wurden anhand von Technikumsanlagen die Auswirkungen von elektrostatischen Elektroden in Infrarottrocknern, Konvektionstrocknern und Kontakttrocknern hinsichtlich der Trocknerleistung untersucht. Dabei wurden die Maschineneinstellungen und -anordnungen sowie die Materialien systematisch ver\u00e4ndert. Der Effekt im Trockner wurde hinsichtlich der Str\u00f6mungsverh\u00e4ltnisse \u00fcber Nebel und hinsichtlich der Trocknungsleistung mit Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren sichtbar gemacht. In Praxistests wurden die Ergebnisse aus den Technikumsversuchen \u00fcberpr\u00fcft.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Visualisierung und Messung des Effektes der Elektrostatik
\nDer Effekt der Elektrostatik wurde mit Nebel eindrucksvoll visualisiert. Die Elektrode wirbelt bei eingeschalteter Hochspannung die mitgeschleppte Luftschicht auf und l\u00f6st sie von der Warenbahn ab. Dies f\u00fchrt zu einer st\u00e4rkeren Trocknung der Warenbahn im Bereich der Elektrode. Die st\u00e4rkere Trocknung wurde durch Messung der Warenbahntemperatur und der Abluftfeuchte \u00fcber den Elektroden belegt.
\nInfrarottrockner auf der Beschichtungsanlage
\nAuf einer 0,5 m breiten Beschichtungsanlage am ITV wurde eine auf die Trocknung hin gesehen positive, allerdings lokal begrenzte Wirkung der Elektrostatik nachgewiesen. In Bezug auf die gesamte Trocknung im Trockner konnte keine positive Wirkung der Elektrostatik gemessen werden. Die im Antrag zu dem Forschungsprojekt dargestellten Ergebnisse, die im Bereich des Bedruckens von Papier und Folien erzielt wurden, konnten im Bereich Beschichten von textilen Warenbahnen nicht realisiert werden. Dies hat mehrere Gr\u00fcnde, die im Vorhaben klar herausgearbeitet werden konnten:
\n\u00b7\tDer Feuchtegehalt und damit die zu verdunstenden Wassermengen sind beim Beschichten wesentlich h\u00f6her als beim Drucken. Wenn gen\u00fcgend Energie zur Verf\u00fcgung steht, ist der Dampfdruck in der Ware so hoch, dass die L\u00f6sungsmittelverdunstung von der Grenzschicht nicht behindert wird.
\n\u00b7\tDie Restfeuchte, die nach dem Trocknen toleriert werden kann, ist ebenfalls wesentlich h\u00f6her. Sie ist sogar beim Beschichten in der Regel h\u00f6her als die Anfangsfeuchte beim Drucken.
\n\u00b7\tBei Textilien und noch mehr bei beschichteten Textilien befindet sich im Gegensatz zu bedruckten Papieren und Folien das L\u00f6sungsmittel im Volumen und in der Struktur der Ware und weniger an der Oberfl\u00e4che. Grenzschichteffekte spielen also bei dieser Trocknung eine untergeordnete Rolle.
\n\u00b7\tDie Warenbahngeschwindigkeit ist beim Beschichten bei heutiger Technik in der Regel deutlich niedriger als beim Drucken.
\n\u00b7\tBei Beschichtungen kann die lokale sehr starke Trocknung im Bereich der Elektroden zu einer Hautbildung f\u00fchren, die die Trocknung in den nachfolgenden Bereichen behindert, so dass die Gesamttrocknung schlechter ist als ohne Elektrostatik.
\nLufttrockner auf der Schlichtmaschine
\nLufttrockner im Bereich der Schlichterei werden in der Regel f\u00fcr Filamentgarne eingesetzt. Da sich Filamentgarne leicht aufladen, m\u00fcssen vor Einsatz der Elektrostatik alle Maschinenteile, die mit dem Garn in Ber\u00fchrung kommen, sehr sorgf\u00e4ltig geerdet werden. F\u00fcr den Maschinenbau war die Erkenntnis \u00e4u\u00dferst interessant, dass die gleichm\u00e4\u00dfige Aufladung der Garne durch die gegenseitige Absto\u00dfung dazu f\u00fchrt, dass eine Ber\u00fchrung und damit Verklebung der Garne fast unm\u00f6glich wird. Die Analysen zur Trocknung ergaben, dass die Elektrostatik die Trocknung entweder nicht beeinflusst oder aber verschlechtern k\u00f6nnen. Die Elektroden behindern – in der aktuellen Trocknerkonzeption – den Luftstrom der Gegenstromtrocknung. Wird die Hochspannung an den Elektroden eingeschaltet, wird zus\u00e4tzlich durch einen von den Elektroden erzeugten Querstrom die Luftstr\u00f6mung in dem Spalt zwischen Elektrode und Ware behindert.
\nZylindertrockner auf der SchlichtmaschineIm
\nProjekt wurde der Effekt der Elektrostatik an zwei verschiedenen Maschinenkonzepten untersucht. Zum einen an einer konventionellen Stapelfasermaschine und zu anderen an einer Filamentschlichtmaschine. W\u00e4hrend bei der Stapelfasermaschine die Gesamttrocknung und damit die Restfeuchte um 2 – 4 % durch den Einsatz der Elektrostatik verbessert werden konnten, wurde bei der Filamentschlichtmaschine keine Verbesserung nachgewiesen. W\u00e4hrend die Stapelfasergarne so dicht gefahren werden, dass sich die einzelnen Garne ber\u00fchren (Garnbelegungen von 50 – 100 %) und auf dem Trockner miteinander verkleben, werden die Filamentgarne mit gro\u00dfem Abstand voneinander durch die Maschine gezogen (Garnbelegung unter 10 %). Dies wird als die Ursache f\u00fcr die unterschiedlichen Ergebnisse angesehen. Jedoch ist bislang die Messung der Restfeuchte bei Filamentgarnen auf Grund der niedrigen Garnbelegung und der feinen F\u00e4den mit Schwierigkeiten und Einschr\u00e4nkungen behaftet.
\nAns\u00e4tze f\u00fcr weitere Untersuchungen
\nAus dem Forschungsvorhaben ergeben sich \u00fcber das eigentliche Thema hinaus zwei Ans\u00e4tze f\u00fcr weitere Forschungen und Entwicklungen:
\n\u00b7\tDurch den Einsatz der Elektroden im Lufttrockner konnten die einzelnen F\u00e4den auf gleichm\u00e4\u00dfigen Abst\u00e4nden gehalten werden. Dies ist im Falle des Filamentschlichtens extrem wichtig.
\n\u00b7\tIm Rahmen der Arbeiten wurde eine Idee der ber\u00fchrungslosen Feuchtemessung mit Elektrostatik entwickelt und erste Test durchgef\u00fchrt. Dieser soll in einem weiteren Projekt nachgegangen werden.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die Nebelversuche zur lokalen Wirkung der Elektrostatik wurden beim Symposium der Firma Coatema im Jahre 2002 gezeigt und mit einem Referat erl\u00e4utert. Die Projektinhalte wurden
\n\u00b7\tauf dem Denkendorfer Schlichtereisymposium im Jahr 2000 und
\n\u00b7\tauf dem Internationalen Symposium zu Beschichten und Oberfl\u00e4chenfunktionalisierung von Technischen Textilien im Januar 2003 dem Fachpublikum vorgestellt.
\n\u00b7\tIm Anschluss daran erfolgte die praktische Demonstration der Messtechnik einem begrenzten Teilnehmerkreis anl\u00e4sslich des Experimental Days in den Technika der DITF in Denkendorf.
\nEine Ver\u00f6ffentlichung \u00fcber die Ergebnisse des Projektes wird noch folgen.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die im Antrag dargestellten positiven Wirkung der Elektrostatik auf die Trocknung im Bereich des Bedruckens von Papier oder Folien konnten im Bereich Beschichten von Textilien und Schlichten von Garnen nicht erzielt werden. Die beiden Prozesse unterscheiden sich hinsichtlich Warengeschwindigkeit, abzuf\u00fchrende Feuchte als auch Feuchteverteilung im Substrat sehr stark. Entsprechende Versuchsaufbauten und Analysen an verschiedenen Trocknungsanlagen im Technikumsma\u00dfstab und auf Industrieanlagen zeigten die M\u00f6glichkeiten und Grenzen der Technologie mit Elektrostatik klar auf. Aus den Erkenntnissen des Projektes ergaben sich neue Ans\u00e4tze sowie technische Anwendungen zu Prozessverbesserungen in Trocknungsanlagen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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