Projekt 22891/01

Entwicklung und Erprobung einer berührungslosen Restfeuchtemessung von Filamentgarnen und textilen Flächen für Trocknungsprozesse

Projektträger

Dr. Weiß GmbH
Dossenheimer Weg
69198 Schriesheim
Telefon: (0 62 03) 69 87-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel des Projektes war es, zwei neuartige Messverfahren auf ihre prinzipielle Eignung zur Messung der Restfeuchte beim Schlichten von Filamentgarnen hin zu untersuchen sowie die Zusammenhänge der Verfahrensparameter zu bestimmen. Bei den beiden Messverfahren handelt es sich zum einen um eine kapazitive Messung und zum anderen um die Messung eines Entladestromes über das Garn.
Hintergrund ist, dass die Trocknungsvorgänge an modernen, feinen Filamentgarnen bislang nicht praxisgerecht gesteuert werden können, da eine entsprechende Messung der Restfeuchte während der Produktion nicht möglich ist. Ein unnötig hoher Energieverbrauch muss hier akzeptiert werden, um ein Verkleben der feinen Filamente auf den Kettbäumen für die Weberei zu vermeiden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAufbau eines Einzelfadenprüfstandes, an dem die Messanordnungen installiert werden können.
Installation des Kapazitivsensors in der anfangs vorliegenden Form als Einzelfadenmessgerät.
Messungen mit dem Kapazitivsensor am Einzelfaden.
Installation der Anordnung zur Messung der Restfeuchte durch den Entladestrom über das Garn.
Messungen mit dieser Anordnung und Variation der Parameter des Garnes.
Variation der Geometrie der Anordnung zur Messung der Restfeuchte durch den Entladestrom.
Entwicklung eines offenen kapazitiven Sensors.
Entwicklung einer Referenzmessung zur Kalibrierung der Messverfahren.
Durchführung der Referenzmessung und Kalibrierung der Messanordnungen.
Detaillierte Messungen der Abhängigkeiten des Messsignals von den Parametern des Garns.
Integration und Messung an der Filamentschlichtmaschine.
Messung mit verschiedenen Garnen und Einstellungen.
Auswertung der Messungen und Bewertung Messverfahren und der Messanordnungen.


Ergebnisse und Diskussion

Ein Einzelfadenprüfstand für die Analyse der Restfeuchtesensorik wurde aufgebaut und die Messanordnungen integriert. Allerdings stellte sich bei den Messungen mit dem kapazitiven Sensor heraus, dass der Auftrag an Schlichtemittel und Feuchte sehr ungleichmäßig war. Außerdem ist das Messsignal bei der Messung des Entladestroms an einem Faden zu schwach und zu instabil, so dass es weder reproduzierbar noch sinnvoll auswertbar war. An der Fadenschar der Filamentschlichtmaschine konnten wesentlich stabilere Signale gemessen werden. Die Abhängigkeit des Messsignals bei beiden Messverfahren von der Feuchtigkeit des Garns war deutlich zu erkennen. Nachdem die Ergebnisse der Messungen an der Schlichtmaschine wesentlich aussagekräftiger waren als diejenigen des Einzelfadenprüfstandes, wurde beschlossen, dass beide Messverfahren weiterhin untersucht und entwickelt werden. Daraufhin wurde eine Aufstellung der Vor- und Nachteile beider Verfahren erstellt. Dabei wurde auch der spätere Einsatz an Industriemaschinen berücksichtigt.
Zu Beginn des Projektes stand ein kapazitiver Sensor zur Verfügung, der am Einzelfaden den Auftrag an Präparation beim Spinnprozess bestimmen konnte. Dieser Sensor ist aber zur Messung an einer Fadenschar nicht geeignet. Deshalb wurde im Rahmen des Projektes ein neuer, offener Sensor entwickelt, bei dem die beiden Kondensatorplatten nebeneinander liegen und die Fadenschar daran vorbeiläuft.
Parallel zur Entwicklung des offenen Sensors musste die Datenerfassungssoftware und das Programm zur Auswertung der Messsignale aktualisiert werden.
Ferner wurde ein Messverfahren entwickelt, das als Referenz zur Kalibrierung eingesetzt werden kann. Dabei wird die Feuchte des Garnes über die Luftfeuchte in einem Klimaschrank variiert. Eine Garnprobe wird so aufgewickelt, dass sie möglichst viel Kontakt zur umgebenden Luft hat. Diese Probe steht auf einer Waage, so dass der Feuchtegehalt des Garns gravimetrisch bestimmt werden kann. Gleichzeitig misst der kapazitive Sensor ebenfalls die Garnfeuchte im Klimaschrank.
Durch Vergleich der beiden Messungen kann der kapazitive Sensor kalibriert werden. Allerdings kann durch die Messungen mit dem Referenzverfahren keine Aussage darüber getroffen werden, ob der kapazitive Sensor sensibel genug ist, um die eigentliche Messaufgabe an der Schlichtmaschine zu erfüllen. Dies kann nur an der Schlichtmaschine bestimmt werden. Das Messverfahren über den Entladestrom konnte wegen der Hochspannung an der Elektrode nicht im Klimaschrank kalibriert werden. Dies muss an der Schlichtmaschine durch Vergleich mit dem kapazitiven Sensor geschehen.
Nach der Integration des kalibrierten kapazitiven Sensors an der Schlichtmaschine stellte sich heraus, dass das Ausgangssignal des Sensors nicht ausreicht, um ein Verkleben der Garne auf dem Kettbaum vollständig zu verhindern. Die Zielgröße Verkleben lässt sich nicht einfach nur durch die Restfeuchte des Garnes beschreiben. Es spielen auch nichtlineare Oberflächeneffekte eine Rolle, die dazu führen, dass die Wassermoleküle sehr fest in die Oberfläche eingebunden sind. Das Messverfahren beruht aber gerade auf der Beweglichkeit der Moleküle. Das Verkleben der Garne wurde durch Aufschneiden des Kettbaumes am Tag nach dem Schlichten geprüft. Das Messverfahren mit dem Entladestrom war noch unsensibler. Die Praxistests an den Produktionsmaschinen des Textilpartners wurden aufgrund dieses Ergebnisses nicht durchgeführt. Der Gesamtarbeitsaufwand im Projekt war aber mindestens so groß wie der geplante, da die Untersuchungen im Technikum - bis das Ergebnis abgesichert war - umfangreicher waren als geplant. Die Versuche, die ursprünglich an den Produktionsmaschinen des Textilspartners durchgeführt werden sollten, wurden quasi im Technikum des ITV durchgeführt.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Der Sensor wurde auf der ITMA 2008 in München ausgestellt. Dazu wurde ein kleiner Demonstrationsstand zur Messung der Feuchte mit entsprechender Visualisierung und dazu passender Präsentation gefertigt und aufgebaut.


Fazit

Die beiden untersuchten Messverfahren, das kapazitive und das zur Messung des Entladestroms, sind nach den Ergebnissen des Projektes nicht sensibel genug, um die Feuchtigkeit von Filamentgarnen nach dem Schlichten empfindlich genug messen zu können und um ein Verkleben der Garne zu verhindern.
Sie eigenen sich jedoch für höhere Restfeuchten. Insbesondere kann das kapazitive System zusätzlich den Produktionsauftrag bestimmen. Die Firma Dr. Weiss GmbH arbeitet nun an einer Weiterentwicklung des Sensors, die auch eine Erhöhung der Empfindlichkeit des Sensors mit sich bringen soll. In diese Entwicklung fließen die Ergebnisse aus diesem Projekt sowie aus anderen Anwendungen des Sensors mit ein.