Wirtschaftliche Herstellung textiler Bodenbeläge in kleinen Stückzahlen

Um kleinere Stückmengen, die verstärkt vom Markt gefordert werden, wirtschaftlich produzieren zu können, muss die Technik zunehmend flexibler werden. Das Institut für Bodensysteme (TFI) hat in Kooperation mit dem Institut für Textiltechnik (ITA) – beide an der RWTH Aachen University – eine neuartige Technologie entwickelt, die erlaubt Maschinenparameter für die Herstellung gemusterter Waren (zum Beispiel Bodenbeläge) schnell zu verändern.

Die Tendenz des Markts bei textilen Bodenbelägen geht weg von starrer Serienfertigung hin zu auftrags- beziehungsweise kundenorientierter Produktion mit reduzierter Losgröße. So wie dies ja im übrigen auch Weserland mit seinen maßgeschneiderten Lösungen tagtäglich umsetzt. Die Anforderungen haben sich eben grundsätzlich stark verändert und individualisierte Produkte werden im hohen Maß nachgefragt.

Damit die Produzenten textiler Bodenbeläge mit diesem Trend Schritt halten können, müssen sich die Fertigungsverfahren schnell und reproduzierbar auf die Charakteristika der unterschiedlichen Artikel adaptieren lassen. Eine Veränderung des Musters ist allerdings mit hohem Umrüstaufwand verbunden. Das führt nicht nur zu einem Produktionsausfall, sondern verhindert auch die Möglichkeit, innerhalb des laufenden Prozesses ein Muster regelmäßig oder unregelmäßig zu verändern.

Das TFI entwickelte zusammen mit dem ITA dazu eine Lösung für das Problem der starren Befestigung der Nadeln. Diese hat die Flexibilität des Tufting-Prozesses wesentlich erhöht und so die Zukunftsfähigkeit der Tufting-Technologie gesichert. Ein wichtiger Schritt, denn Tufting ist ein hoch effizienter Prozess zur Herstellung textiler Bodenbelägen mit Polstruktur.

Lagerlose Führung ermöglicht flexible Prozesse

Ein Ansatz zur Lösung der Probleme war schon länger der Einsatz von Nadeln in gekröpfter Ausführung. Es handelt sich dabei um Sonderanfertigungen, bei denen die Nadeln der hinteren und vorderen Barre zueinander gekröpft sind. Die Nadeln sind weiterhin auf einer vorderen und hinteren Barre angeordnet, sind aber in einer Halterung verschiebbar zueinander montiert. Hierdurch kann der Abstand zwischen den Nadelreihen variabel bis hin zu einer geradlinigen Ausrichtung verstellt werden. Diese VSN-Technik zeigte jedoch im industriellen Einsatz nicht die gewünschten Ergebnisse.

Ausgangsbasis für die Entwicklung des neuen Lösungsansatzes war die Analyse der im Tufting-Prozess entstehenden Kräfte und Belastungen. Als finale Variante wurde eine Lösung aus Pleuel und Exzenter gewählt. Das funktionsbestimmende Element bildet ein flexibles Faserverbundkunststoff-Bauteil.

Die Verstellung erfolgt nun stufenlos und ist sogar während des Tufting-Prozesses möglich. So ergeben sich völlig neue Design-Möglichkeiten und eine deutlich dichtere Ware. Diese erhöhte Dichte durch schräge Anordnung ist vor allem in Bereichen hoch relevant, an denen die Ware verformt werden soll (etwa im Automobilsektor).

Die vielen Vorteile von Bauteilen aus Faserverbundkunststoff reichen von individuellen Auslegungsmöglichkeiten bis hin zu einer erheblichen Verringerung des Gewichts im Vergleich zu Stahl. Zudem werden dynamische Belastungen durch die zyklisch bewegten Bauteile reduziert. Das Ergebnis ist eine verbesserte Laufruhe und ein präziserer Tufting-Prozess mit weniger Störungen und Unterbrechungen.

Sicherheit im Vordergrund: Verbesserte Lebensdauer für hochfeste Textilien

Bei allen Textilien wie Netzen, Gurten etc. unterliegen diese einem Abbau in der Funktionalität und damit der Lebensdauer durch die Anwendung selbst. Dabei handelt es sich meist um mechanische Beanspruchung oder klimatische Einflüsse wie Temperatur, Feuchte oder UV-Strahlung. Die Kenntnisse über den Grad der Schädigung für hochfeste Textilien durch die beschriebenen Einflüsse gelten als relativ unzureichend.

Das hier vorgestellte Forschungsvorhaben „ResCoTex" hat sich bei diesem Thema dem Schwerpunkt Ladungssicherung mit Zurrgurten gewidmet. Ziel des Forschungsvorhabens war die Verbesserung des Degradations-verhaltens hochfester Textilien für den Bereich Ladungssicherung unter Verwendung ressourcenschonender Technologien. Vorzugsweise sollten hierfür energie- und wassersparende, UV-härtende Beschichtungssysteme eingesetzt werden, berichten Petra Franitza und Marian Hierhammer vom Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V. (STFI) und Pieter Heyse sowie Frederik Goethals von Centexbel, Gent/Belgien. Darüber hinaus zielten sie auf die Entwicklung geeigneter Labormethoden ab, mit denen das werkstoffbedingte Alterungsverhalten für hochfeste Textilien während ihres Lebenszyklus im Labor simuliert werden können.

Die Wahl Ladungssicherungselemente wie Gurte in den Mittelpunkt zu stellen, hat einen guten Grund: Deutschland ist Transitland Nummer Eins in Europa. Oft kommen hier daher Transportketten verschiedener Verkehrsträger zum Einsatz (kombinierter Verkehr). Zur Vermeidung von Personen- und/oder Sachschäden ist darum auch eine Transportsicherung der Ladung rechtlich vorgeschrieben. Trotz genormter Europaletten und spezieller Verpackungseinheiten stellt die Vielfalt der Ladungsstücke in ihrer Art, Geometrie, Größe und Masse eine Herausforderung für den sicheren Lastentransport dar. Daher nutzt man hier die Vorteile flexibler technischer Textilien in Form von Gurten, Seilen und Netzen.

Labormethoden zur Lebensdauer entwickeln

Um erzielbare Effekte objektiv bewerten zu können, konzentrierte sich das Forschungsvorhaben auf die Entwicklung geeigneter Labormethoden, mit denen das werkstoffbedingte Alterungsverhalten von Sicherheitstextilien während ihres Lebenszyklus geprüft und abgeschätzt werden kann.

Zum besseren Verständnis der Wirkungsweisen in der Praxis galt es eine Prüfmethode zu entwickeln, die eine sehr realitätsnahe Untersuchung mechanischer Kenngrößen von Zurrgurten ermöglicht. Anhand der erzielten Datenbasis sollen Kriterien/Empfehlungen hinsichtlich der Nutzungsdauer, zumindest für Produktvergleiche, erarbeitet werden, um so das Verständnis für die Entwicklung innovativer, sicherer Produkte im Markt zu kreieren.

Als eine weitere Einflussgröße auf das Alterungsverhalten hochfester Textilien muss die Bewitterung eingeschätzt werden. Temperatur, Feuchtigkeit, Beregnung und vor allem UV-Strahlung (opto-chemisch) stellen Parameter dar, die das Leistungsvermögen der Gurtbänder erheblich reduzieren können. Hierzu galt es in der Entwicklung geeignete Methoden, Prüfzyklen und Auslagerungszeiten zu finden, die eine abgestufte Beanspruchung und somit eine Bewertung ermöglichen. Es wurden ein künstliches Alterungsverfahren (Global-UVTester) sowie eine Prozedur für ein natürliches Alterungsverfahren gewählt.

Für die künstliche Alterung kann auf ein Global-UV-Testgerät zurückgegriffen werden. Als Parameter können Temperatur, Feuchte, Regen und UV-Strahlung in Grenzen variiert werden. Für eine zyklische und abgestufte Beanspruchung wurden diese Parameter und die Einlagerungsdauer variiert.

In ihrem Artikel in „melliland Textilberichte 4/19“ resümieren die Forscher, dass sowohl die natürliche als auch die künstliche Bewitterung ihre Vor- und Nachteile haben und dennoch beide ihre Berechtigung. Die natürliche Variante bildet immer wahre Bedingungen ab, bei der künstlichen herrschen dafür immer gleiche Bedingungen vor, was die Vergleichbarkeit von Ergebnissen unterschiedlicher Erzeugnisse erleichtert.

Das entscheidende Argument ist jedoch die Prüfzeit, die für die künstliche

Bewitterung spricht. Verwertbare Ergebnisse erfordern im Freien Zeiten von zwei Jahren und mehr. Hingegen können mit der künstlichen Bewitterung bereits nach etwa 5-10 Wochen Ergebnisse erzielt werden.

 

Exzellente Nachhaltigkeit durch Tropfenabscheider aus Drahtgestrick

Wichtige Bestandteile von Abluftanlagen, wie Pumpen und Ventilatoren, sollten möglichst vor klebrigen, anbackenden oder aggressiven Medien geschützt werden. Mit Tropfenabscheidern kann verhindert werden, dass sich solche unerwünschten Rückstände vermehrt in den Komponenten festsetzen oder diese schädigen. Aufgrund der hohen Abscheidegrade, die von Tropfenabscheidern aus Drahtgestrick erreicht werden, sind deren Einsatzgebiete so breit gefächert wie solche Abscheider feinmaschig sein können. Die Einsatzbereiche reichen von der Petrochemie über den Maschinen- und Anlagenbau bis hin zur Pharmaindustrie.

Und einen Vorteil gibt es auch noch: Abgeschiedene Flüssigkeiten können teilweise wiedergewonnen werden. Bei der horizontalen Anströmung laufen die Tropfen durch das Gestrick nach unten ab. Durch einen am Einsatzort installierten Kondensat-Ablauf kann das abgeschiedene Medium kontrolliert abgeführt werden. Die zurückgewonnene Flüssigkeit lässt sich somit – abhängig vom Verwendungszweck – aufbereiten und dem ursprünglichen Prozess wieder zuführen. Häufiges Neubeschaffen der Prozessflüssigkeiten wird somit stark reduziert. Der Effekt der Nachhaltigkeit und des Umweltschutz ist daher kaum zu unterschätzen.

Drahtgestricke eignen sich im übrigen nicht nur zum Abscheiden von Tropfen, sondern können unter anderem auch als Isolatoren, Flammsperren, Schalldämpfer, Füllkörper und Schutz vor Vandalismus eingesetzt werden. Vor allem kann das Personal durch den Einsatz vor gesundheitsschädlichen Stoffen, die sich in der Abluft befinden, geschützt werden. Darüber hinaus bietet der Einsatz von Tropfenabscheidern eine solide Möglichkeit, gesetzlich festgelegte Normwerte der ausgestoßenen Abluft einzuhalten. Ein weiterer Nachhaltigkeitseffekt ist, dass bei allen Applikationen ist, dass ein Tropfenabscheider keine Energiezufuhr für seine Funktion benötigt.

Was für Tropfenabscheider gibt es?

Die Unterschiede der einzelnen Abscheider definieren sich durch ihre Packungsdichte (also wie dicht der Abscheider gestrickt ist) sowie der Drahtstärke und dem Material, das in der Regel aus Edelstahl oder Kunststoff gefertigt wird. In den meisten Fällen sind die Abscheider rund oder eckig gefertigt – aber selbst andere Formen sind realisierbar. Abscheider werden nämlich dem Prozess angepasst, sodass der höchstmögliche Abscheidegrad erreicht wird. Erst anschließend wird, angepasst an das entsprechende Modell und die kundenseitigen Anschlüsse, ein Gehäuse entworfen und gefertigt.

Ziel ist es in jedem Fall, schreibt Lorenzo Parrinello in der Fachzeitschrift „CAV“, ein strömungsfreundliches Design zu realisieren. Die Komplettlösung wird meist als eine geschlossene Einheit direkt, etwa in einen Abluftkanal, zwischengeflanscht, geschraubt oder -geklemmt. Ob die Anströmrichtung horizontal oder vertikal angelegt ist, spielt bei der Gestaltung der Gehäuse, zumindest aus Sicht der Tropfenabscheider, keine Rolle. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, Gehäuse mit Sprühdüsen auszustatten, die es ermöglichen, die eingebauten Tropfenabscheider zu reinigen, damit sie auch eine hohe Lebensdauer erreichen.

Rationell hergestellt und modern: Nachhaltiger, umweltschonender Baumwoll-Vlies

Mehr als 50 Prozent der Weltvliesstoffproduktion sind Polymere wie Polypropylen und Polyester. Solche PET- und PP-Fasern kommen ebenfalls in Krempel-Vliesen zum Einsatz. Hier sind es vor allem Wischtücher, aber auch Hygieneprodukte und industrielle Anwendungen wie Geo-, Automobil- und Filtertextilien, die in großem Maßstab genutzt werden.

In weniger als 20 Prozent dieser Vliesstoffe sind jedoch Naturfasern bzw. Fasern aus nachwachsenden Rohstoffen wie Viskose der Rohstoff der Wahl. Und auch Baumwolle spielt außer in dem engen Bereich der Wattepads kaum eine Rolle. Die Verbraucher beunruhigt nicht erst seit Neustem die Vorstellung, dass gigantische Plastikinseln im Ausmaß von ganzen Ländern in den Weltmeeren schwimmen. Und die Vorstellung, dass Mikroplastik in vielen Lebensmitteln zu finden ist, ist für niemanden angenehm.

Auf den ersten Blick haben Reinigungstücher und Plastiktüten vielleicht wenig gemeinsam. Doch konventionelle, wasserstrahlverfestigte Einmaltücher beinhalten Polyester- oder Polypropylenfasern. In freier Natur an Land oder im Meer degradieren auch sie langsam in winzige Partikel, das berüchtigte Mikroplastik. Es ist Zeit für die Industrie über ökologische Alternativen nachzudenken, schreibt Bodo Heetderks von der Trützschler Nonwovens GmbH in der Fachzeitschrift „melliland Textilberichte“.

Die besondere Herausforderung bei der Verarbeitung von Naturfasern ist, dass Verbraucher Wischtücher lieben und immer höhere Ansprüche in Bezug auf natürliches Gefühlsempfinden, Weichheit und Hautverträglichkeit formulieren. Die Nachfrage nach „natürlicheren" Produkten steigt dabei zusehends.

Bis auf Länder in Südostasien spielt Baumwolle in wasserstrahlverfestigten Vliesstoffen allerdings bis dato kaum eine Rolle, der Einsatz beschränkt sich auf Beimischungen bis zu 15 Prozent. Gründe hierfür sind geringe Faserlängen sowie die Neigung zu Fasernissen und damit verbundenen Risiken im Kardierprozess.

Nachhaltigkeit durch neuartige Baumwollvliese

Schon Mitte der 1980er Jahre wuchsen die Anforderungen an Durchsatz und Faserorientierung in der Vliesbildung. Hier deutete sich die Nachfrage im frühen 21. Jahrhundert bereits an. Optimierte Vliesstoffkrempeln bilden denn auch heutzutage die Grundlage für den hoch effizienten Einsatz von Baumwollfasern. Asiatische Produzenten verarbeiten auch gerne Rohbaumwolle, die eine Stapellänge von 17-24 mm und einen entsprechend geringen Kurzfasergehalt aufweisen.

Neben der Faserlänge stellen knotenähnliche Gebilde, die sogenannten Nissen, eine weitere Herausforderung dar. Bereits die klassische Baumwollspinnerei unterscheidet zwischen Faser-und Schalennissen. Mechanische Beanspruchungen der Fasern erhöhen die Anzahl der Fasernissen, daher kommt der eingesetzten Kardiertechnologie eine hohe Bedeutung zu. Die Vliesbildung mit konventionellen Walzenkrempeln erhöht grundsätzlich die Anzahl der Nissen aufgrund der hohen Durchmischung. Dieser Prozess ist deshalb nicht geeignet um Baumwolle effizient zu verarbeiten.

Ein Technik mit mechanischer Vliesabnahme und aerodynamischen Airlay-Krempeln sind dagegen optimal auf die Verarbeitung von Baumwolle ausgelegt. Sie zeichnen sich sowohl bei 100 Prozent gebleichter Baumwolle als auch bei Mischungen mit Viskosefasern durch eine hohe Produktionsleistung und einen nur geringen Nissenanstieg aus.

Nachgeschaltete Maschinen für Wasserstrahlverfestigung, sowie Trockner und Wickler arbeiten unabhängig von den Längen der eingesetzten Fasertypen. Und das eingesetzte Filtrationssystem ist darauf ausgelegt, auch Baumwolle mit hohem Kurzfaseranteil zu verarbeiten. Lediglich Anzahl und Typ der Filterstufen müssen bei der Verwendung von Naturfasern angepasst werden.

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