Projekt 27836/01

Ressourcenschonung durch Einsatz neuartiger Wärmezufuhrmechanismen bei der Herstellung beschichteter Formteile

Projektträger

SOTEX Sondermaschinen GmbH
Am Jahnsbacher Berg 5
09392 Auerbach
Telefon: 03721/2682-11

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Beschichtungsanlagen für textile Formteile besitzen derzeit einen offenen Kanal mit ungeregelter elektrischer Luftheizung. Neuartige Wärmezufuhrmechanismen zur Vernetzung von PVC-Plastisolen dienen zur Vermeidung nachteiliger Energiebilanzierung im Bereich des Heizkanals. Unkontrolliert ablaufende Vorgänge bei Lufterwärmung und Bewegungen sollen deutlich reduziert werden. Weiterhin erhöhen diese Maßnahmen die Prozesssicherheit. Anforderungsparameter hinsichtlich Taktzeit und Qualität können dadurch eingehalten werden. Zielstellung des Projektes ist es ein kompatibles Heizsystem für bisherige und künftige Beschichtungsanlagen zu entwickeln, welches neuartige Wärmezufuhrmechanismen z. B. Mikrowelle verwendet. Die rechnerisch ermittelte Leistung zur Trocknung des PVC-Plastisols beträgt ca. 9 kW, wobei derzeitige Anlagen bei ca. 36kW liegen. Durch die geplante Neuentwicklung lässt sich die eingesetzte Energie um ca. 20% - 40% reduzieren, d. h. die Anschlussleistung für derartige Beschichtungsanlagen liegt zwischen 21 kW und 28 kW. Dies ist im Wirkungsgrad der Mikrowelle begründet, der bei 40% - 50% liegt. Die Jahresproduktion an beschichteten textilen Formteilen liegt im Bereich 80 Mio. Paar.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDurch die Verwendung neuer Wärmezufuhrmechanismen z. B. Mikrowelle beim Beschichtungsprozess im Bereich textiler Formteile kann der Energieverbrauch reduziert werden. Dies hat einen positiven Effekt im Bereich Energie- und Rohstoffeinsparung. Weiterhin wird durch eine Verringerung des Energiebedarfs das Gesamtergebnis des jeweiligen Produktionsstandortes deutlich verbessert. Allein im Bereich der eingesparten Energie während des Prozesses sind Einsparungen möglich. Durch eine Anregung von Dipolschwingungen im Dispersionsmittel werden keine Wärmeverluste (Erwärmung von Maschinenteilen) erreicht. Es sind Untersuchungen zum Einfluss der Viskosität durch Variation der Menge an Dispersionsmittel, die Moleküle mit polarer Struktur aufweisen, durchzuführen. Weiterhin ist eine Analyse des Temperaturverhaltens während des Trocknungsprozesses durch Mikrowellenstrahlung erforderlich. Die Temperaturführung dient der Vermeidung von gesundheitsschädlichen thermischen Zersetzungsprodukten von PVC-Plastisol ab einer Temperatur oberhalb 180°C. Ziel ist die Entwicklung eines nachrüstbaren Systems an bereits bestehende Anlagen.


Ergebnisse und Diskussion

Ausgehend von der Recherche des Standes der Technik werden Komponentenlieferanten kontaktiert. Lieferant von Einzelkomponenten ist die Firma Mügge. Im Rahmen von Untersuchungen zur Mikrowellentrocknung wurden hinsichtlich Wellenausbreitung und Temperaturverlauf während des Trocknungsprozesses Versuche durchgeführt. Das PVC-Plastisol zur Beschichtung von textilen Formteilen wie Handschuhe bzw. Strümpfe und Socken besitzt eine polare Molekülstruktur. Dies ist Voraussetzung zur Erwärmung des Materials.

Die Untersuchungen des Absorptionsvermögens der Mikrowellenstrahlung ins Beschichtungsmaterial wurden mittels eines Versuchsstandes durchgeführt. Weiterhin wurden unterschiedliche Antennenformen (Hohlleiter, Schlitzhohlwellenleiter, Hornantenne) betrachtet und auf ihre homogene Verteilung hin bewertet. Die Hornantenne ist für die Aufgabe am besten geeignet. Weiterhin wurde PVC-Plastisol in unterschiedlichen Abständen vom Hornstrahler getrocknet. Dabei zeigten sich Bereiche mit Minima und Maxima. Ein homogener Energieeintrag ins Material wird durch eine Bewegungskinematik zwischen Hornstrahler und Formteil realisiert.

Ergebnis der ersten Phase ist, dass zur Erreichung einer Industrietauglichkeit noch weitere über den Rahmen des Laborexperiments hinausgehende industrienahe Untersuchungen einschließlich Versuchsaufbauten erforderlich sind. Dies betrifft die Anpassung der Mikrowellenkomponenten an die Abläufe und Geometrie der Beschichtungsstrecken, die Anpassung der Warenträger an die Mikrowellenumgebung und die Konfiguration der reduzierten Infrarottechnik als mögliche Nachtrocknung, da sich eine reine Mikrowellentrocknung bis zur Endfeuchte wegen der erhöhten Gefahr einer Materialschädigung nicht empfiehlt. Mit zunehmender Temperatur wird das Absorptionsvermögen des PVC-Plastisols größer, was zu einer partiellen thermischen Schädigung des Materials führt.

Im Rahmen der zweiten Phase wurde ein Demonstrator entwickelt, welcher in die bestehenden Be-schichtungsanlagen integriert werden kann. Eine besondere Herausforderung ist dabei die Einbindung in den diskontinuierlichen Beschichtungsprozess, wobei entsprechende Abschirmungstechnik realisiert wurde. Weiterhin wurde das PVC-Plastisol auf eine entsprechende Temperatur erwärmt, wobei eine Vortrocknung erfolgt. Anschließend erfolgt eine Nachtrocknung mittels Konvektion, wobei hier 50% der herkömmlichen Trocknungszeit benötigt wird.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Ziel ist die Veröffentlichung in Fachzeitschriften wie beispielsweise Der Konstrukteur, Kunststoffe bzw. Der Bereichsleiter. Weiterhin ist eine Patent bzw. Gebrauchsmusteranmeldung geplant.


Fazit

Mit dem im Projekt realisierten Demonstrator konnte gezeigt werden, dass eine Energiebedarfsreduzierung von ca. 28% erreicht werden konnte. Gleichzeitig konnte auch die Integration des Mikrowellenmoduls in bestehende Anlagen verwirklicht werden. Bereits bei der Konstruktion wurde darauf geachtet, dass der Bauraum und Schnittstellen bezüglich Produktformen, welchen bisherige Heizanlagen an der Fertigungsstrecke einnehmen, nicht überschritten werden.
Mit Hilfe des Demonstrators wurde ein voll substitutionsfähiges Heizkonzept entwickelt, welches eine deutliche Energieeinsparung gegenüber den herkömmlichen Heizstrategien erreicht. Bei einem Zweischichtbetrieb ist das für eine Anlage der üblichen Größe eine Einsparung von 36800 kWh, welches einer Jahresproduktion an beschichteten textilen Formteilen von 1,3 Mio. Paar pro Anlage bedeutet. Somit ergibt sich eine Reduzierung des CO2 -Austoßes von 23,7 t pro Anlage.