Ziel der Entwicklung

Das Ziel des Forschungsvorhabens bestand in der Entwicklung eines Messsystems zur Bestimmung der Materialfeuchte an bewegten Textil- beziehungsweise Vliesstoffbahnen, das sich insbesondere für den Einsatz im mittleren bis hohen Feuchtebereich eignet. Zur Entwicklung und zum Test des Messsystems fanden Versuche an einer Reicofil®4-Spinnvliesanlage im Technikum des STFI e.V. statt. In der Linie dieser Anlage befindet sich ein Foulard zur Nassausrüstung. Unter Vorlage vorproduzierter Rollen aus mehrlagigem Polypropylen-Spinnvliesstoff mit Flächenmassen von 18 bis 60 g/m² wurden im Geschwindigkeitsbereich zwischen 10 und 275 m/min Versuche durchgeführt. An drei verschiedenen Messstellen wurden mit den im Rahmen des Projektes entwickelten Messköpfen die Materialfeuchten online bestimmt. Um den Feuchtebereich in einem möglichst großen Bereich einstellen zu können, fand die Ausrüstung sowohl mit Wasser als auch mit verschiedenen Chemikalien (hydrophile, hydrophobe bzw. antistatische Ausrüstung) statt.
Getestet wurden Sensoren auf der Basis der Ausgleichsfeuchte-Messung und ein Hochfrequenzsensor mit verschiedenen konstruktiven Ausführungen der Messköpfe. Bei den Sensoren zur Messung der Ausgleichsfeuchte war gleichzeitig auch eine Temperaturmessung integriert. Damit war es möglich, Temperatureinflüsse durch Bestimmung einer normierten Ausgleichsfeuchte, bezogen auf eine konstante Temperatur, zu kompensieren.
Die aus den Versuchsergebnissen abgeleiteten Erkenntnisse führten zur Entwicklung miniaturisierter Stabmessfühler zur Messung der Ausgleichsfeuchte. Des Weiteren wurde ein Messkopf entwickelt, bei dem die Messprinzipien Gleichgewichtsfeuchte und komplexer elektrischer Widerstand kombiniert wurden. Während die Gleichgewichtsfeuchte im niedrigen und mittleren Feuchtebereich erfolgreich eingesetzt werden konnte, ist für hohe Feuchteanteile eine Hochfrequenzmessung besser geeignet. Die Kalibrierkurve ist in Abb. 1 (links) dargestellt.
Weiterhin wurde eine Messanordnung getestet, bei der Trockenluft in definierter Menge zugeführt wurde. Die in einem ölfreien Kompressor erzeugte und in einem nachgeschalteten Membrantrockner entfeuchtete Luft wurde in definierter Menge und Zustand (Temperatur 23°C; Taupunkt -63°C) entgegengesetzt zur Maschinenlaufrichtung zwischen Vliesstoffbahn und Leitblech zugeführt (s. Abb. 2 rechts). Auf diese Weise war es möglich, Einflüsse, die nicht in Korrelation zur Vliesstofffeuchte stehen, zu eliminieren.
Im Ergebnis dieser Versuche konnte damit der Nachweis der praktischen Eignung dieses Messsystems zur Online-Feuchtebestimmung an bewegten Vliesstoffbahnen erbracht werden.

Vorteile und Lösungen

Das im Forschungsprojekt entwickelte Messsystem kann aufgrund seiner erweiterten Nutzbarkeit vom Hochfeuchte- bis zum Restfeuchtebereich an allen Nassausrüstungsanlagen für vorzugsweise schnell bewegte Textil-, Vliesstoff- und Papierbahnen eingesetzt werden. Eine grundsätzliche Eignung des Prinzips der Messung der Ausgleichsfeuchte zur Erfüllung der konkreten Anforderungen für die Feuchtebestimmung an Spinnvliesstoff-Bahnen konnte im Ergebnis der Versuche nachgewiesen werden. Darüber hinaus ist eine gute Kalibrierbarkeit der Sensorik gegeben.
Die Versuchsergebnisse haben gezeigt, dass eine Inline-Feuchtemessung an bewegten Vliesstoffbahnen für unterschiedliche Feuchtebereiche im Prozess der Spinnvliesherstellung nach einer Nassausrüstung und Trocknung realisiert werden konnte. Die sich während des Einsatzes verschiedener Messsensoren gezeigten Erkenntnisse konnten bei der gerätetechnischen Modifikation der Messköpfe berücksichtigt werden. Die einfache Ausführung einer Gleichgewichtsfeuchtesonde wird bereits bei langsam laufenden Produktionsprozessen (zum Beispiel bei der Teppichherstellung) erfolgreich eingesetzt.
Das während des Projektes erweiterte Know-how an Vliesstoffbahnen mit sehr unterschiedlichen Geschwindigkeiten führte zur Weiterentwicklung der gerätetechnischen Lösungen. Da die Bedingungen in den unterschiedlichen textilen Trocknungsanlagen stets verschieden sind, werden einzelne Module angeboten, die untereinander kombinierbar sind:
- Messkopf zur Erfassung der Gleichgewichtsfeuchte und Temperatur mit Gleitblech in herkömmlicher und nunmehr auch in miniaturisierter Ausführung,
- Modul zur Heizung und Ventilation sowie zur gezielten Luftführung zwischen Messkopf und bewegter textiler Bahn unmittelbar an der Messstelle,
- Messmodul in neuer konstruktiver Gestaltung unter Verwendung von Trockenluft,
- Modul zur Messung mit einem kapazitiven Materialfeuchtefühler im Hochfeuchtebereich und in Kombination mit einem Gleichgewichtsfeuchtefühler,
- Steuermodul für die wahlweise Ankopplung mehrerer Module, wobei mit Hilfe einer speziellen Messplatine die Einzelmodule wahlweise so angesteckt werden, ohne dass stets eine Neuentwicklung der Hardware erforderlich ist,
- Software-Tools zur Kombination der Module sowie
- Individuelle kundenorientierte Bedienersoftware.
Die Vermarktung erfolgt zunächst über die bestehenden Vertriebskontakte der Firma dr. wernecke Feuchtemesstechnik GmbH sowie Kunden im Bereich der Textil- und Vliesstoffindustrie. Auf diesem Weg wird das Gerätekonzept potenziellen Kunden vorgestellt und mit Ihnen diskutiert. Erste Prototypen der Geräte können ab IV. Quartal 2013 bei ausgewählten Interessenten erprobt werden.

Zielgruppe und Zielmarkt

Der Bedarf an Vliesstoffen, deren Eigenschaften durch verschiedene Funktionalisierungen (Hydrophobierung, Oleophobierung, Alkoholabweisung, Elektretwirkung, Antistatische und Antibakterielle Eigenschaften) erzeugt beziehungsweise verbessert werden, erhöht sich stetig. Einen wachsenden Anteil haben dabei neben Hygiene- und Kosmetikprodukte Medizintextilien und Filtermedien. Bei Inline-Nassausrüstungen ist es neben der Prozesssteuerung der Trocknung notwendig, die im aktuellen Betriebszustand aufgenommene Feuchtemenge online messen zu können, da die Kenntnis der aufgetragenen Wirkstoffmenge das Erreichen der gewünschten Anforderungen beeinflusst.
In weiterführenden Arbeiten soll diese Messanordnung zur Serienreife entwickelt werden. Ein spezieller Aspekt für die praxistaugliche Nutzbarkeit ist die Entwicklung einer geeigneten Methode zur Kalibration der Messtechnik. Dazu ist die Anwendung eines Referenzverfahrens nötig. Damit kann es ermöglicht werden, für unterschiedliche Textilien materialspezifische Kennlinien zu ermitteln, die eine objektive Beurteilung des Wassergehaltes unabhängig von der verwendeten Messtechnik und von der Spezifik der Produktionsanlage erlauben.