Projekt 17292/01

Energieeinsparung und Reduzierung der Trocknerlänge bei Konvektionstrocknern durch Einsatz von Elektrostatik in Textilbetrieben

Projektträger

Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung DITF Denkendorf
Körschtalstr. 26
73770 Denkendorf
Telefon: +49 711 9340 219

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Trocknungsvorgänge in Lufttrocknern werden bei schnelllaufenden Warenbahnen durch eine laminare Strömungs-Grenzschicht limitiert. Daraus resultieren eine geringe Energieausbeute und große Trocknerlängen. Neue Entwicklungen mit elektrostatischen Elektroden bieten hier ein enormes Verbesserungspotenzial. In der Anwendung für Druckmaschinen bei Papier konnte eine Reduzierung des Energieverbrauchs um bis zu 70 % bei einer Reduzierung der Trocknerlänge um 50 % erreicht werden. Ziel des Projektes war es, diese Technologie für die Textilindustrie zu untersuchen und bei Erfolg weiterzuentwickeln, anzupassen und damit nutzbar zu machen. Dabei wurden insbesondere die Trocknungsprozesse beim Schlichten und Beschichten analysiert.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn einem kompetenten Konsortium aus Gerätebauer, 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 verändert. Der Effekt im Trockner wurde hinsichtlich der Strömungsverhältnisse über Nebel und hinsichtlich der Trocknungsleistung mit Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren sichtbar gemacht. In Praxistests wurden die Ergebnisse aus den Technikumsversuchen überprüft.


Ergebnisse und Diskussion

Visualisierung und Messung des Effektes der Elektrostatik
Der Effekt der Elektrostatik wurde mit Nebel eindrucksvoll visualisiert. Die Elektrode wirbelt bei eingeschalteter Hochspannung die mitgeschleppte Luftschicht auf und löst sie von der Warenbahn ab. Dies führt zu einer stärkeren Trocknung der Warenbahn im Bereich der Elektrode. Die stärkere Trocknung wurde durch Messung der Warenbahntemperatur und der Abluftfeuchte über den Elektroden belegt.
Infrarottrockner auf der Beschichtungsanlage
Auf 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 Gründe, die im Vorhaben klar herausgearbeitet werden konnten:
· Der Feuchtegehalt und damit die zu verdunstenden Wassermengen sind beim Beschichten wesentlich höher als beim Drucken. Wenn genügend Energie zur Verfügung steht, ist der Dampfdruck in der Ware so hoch, dass die Lösungsmittelverdunstung von der Grenzschicht nicht behindert wird.
· Die Restfeuchte, die nach dem Trocknen toleriert werden kann, ist ebenfalls wesentlich höher. Sie ist sogar beim Beschichten in der Regel höher als die Anfangsfeuchte beim Drucken.
· Bei Textilien und noch mehr bei beschichteten Textilien befindet sich im Gegensatz zu bedruckten Papieren und Folien das Lösungsmittel im Volumen und in der Struktur der Ware und weniger an der Oberfläche. Grenzschichteffekte spielen also bei dieser Trocknung eine untergeordnete Rolle.
· Die Warenbahngeschwindigkeit ist beim Beschichten bei heutiger Technik in der Regel deutlich niedriger als beim Drucken.
· Bei Beschichtungen kann die lokale sehr starke Trocknung im Bereich der Elektroden zu einer Hautbildung führen, die die Trocknung in den nachfolgenden Bereichen behindert, so dass die Gesamttrocknung schlechter ist als ohne Elektrostatik.
Lufttrockner auf der Schlichtmaschine
Lufttrockner im Bereich der Schlichterei werden in der Regel für Filamentgarne eingesetzt. Da sich Filamentgarne leicht aufladen, müssen vor Einsatz der Elektrostatik alle Maschinenteile, die mit dem Garn in Berührung kommen, sehr sorgfältig geerdet werden. Für den Maschinenbau war die Erkenntnis äußerst interessant, dass die gleichmäßige Aufladung der Garne durch die gegenseitige Abstoßung dazu führt, dass eine Berührung und damit Verklebung der Garne fast unmöglich wird. Die Analysen zur Trocknung ergaben, dass die Elektrostatik die Trocknung entweder nicht beeinflusst oder aber verschlechtern können. Die Elektroden behindern - in der aktuellen Trocknerkonzeption - den Luftstrom der Gegenstromtrocknung. Wird die Hochspannung an den Elektroden eingeschaltet, wird zusätzlich durch einen von den Elektroden erzeugten Querstrom die Luftströmung in dem Spalt zwischen Elektrode und Ware behindert.
Zylindertrockner auf der SchlichtmaschineIm
Projekt wurde der Effekt der Elektrostatik an zwei verschiedenen Maschinenkonzepten untersucht. Zum einen an einer konventionellen Stapelfasermaschine und zu anderen an einer Filamentschlichtmaschine. Während 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. Während die Stapelfasergarne so dicht gefahren werden, dass sich die einzelnen Garne berühren (Garnbelegungen von 50 - 100 %) und auf dem Trockner miteinander verkleben, werden die Filamentgarne mit großem Abstand voneinander durch die Maschine gezogen (Garnbelegung unter 10 %). Dies wird als die Ursache für die unterschiedlichen Ergebnisse angesehen. Jedoch ist bislang die Messung der Restfeuchte bei Filamentgarnen auf Grund der niedrigen Garnbelegung und der feinen Fäden mit Schwierigkeiten und Einschränkungen behaftet.
Ansätze für weitere Untersuchungen
Aus dem Forschungsvorhaben ergeben sich über das eigentliche Thema hinaus zwei Ansätze für weitere Forschungen und Entwicklungen:
· Durch den Einsatz der Elektroden im Lufttrockner konnten die einzelnen Fäden auf gleichmäßigen Abständen gehalten werden. Dies ist im Falle des Filamentschlichtens extrem wichtig.
· Im Rahmen der Arbeiten wurde eine Idee der berührungslosen Feuchtemessung mit Elektrostatik entwickelt und erste Test durchgeführt. Dieser soll in einem weiteren Projekt nachgegangen werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Nebelversuche zur lokalen Wirkung der Elektrostatik wurden beim Symposium der Firma Coatema im Jahre 2002 gezeigt und mit einem Referat erläutert. Die Projektinhalte wurden
· auf dem Denkendorfer Schlichtereisymposium im Jahr 2000 und
· auf dem Internationalen Symposium zu Beschichten und Oberflächenfunktionalisierung von Technischen Textilien im Januar 2003 dem Fachpublikum vorgestellt.
· Im Anschluss daran erfolgte die praktische Demonstration der Messtechnik einem begrenzten Teilnehmerkreis anlässlich des Experimental Days in den Technika der DITF in Denkendorf.
Eine Veröffentlichung über die Ergebnisse des Projektes wird noch folgen.


Fazit

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, abzuführende Feuchte als auch Feuchteverteilung im Substrat sehr stark. Entsprechende Versuchsaufbauten und Analysen an verschiedenen Trocknungsanlagen im Technikumsmaßstab und auf Industrieanlagen zeigten die Möglichkeiten und Grenzen der Technologie mit Elektrostatik klar auf. Aus den Erkenntnissen des Projektes ergaben sich neue Ansätze sowie technische Anwendungen zu Prozessverbesserungen in Trocknungsanlagen.