Effektive und zerstörungsfreie Reinigung von Polymeranhaftungen an gewebten Siebbändern

DIE SITUATION

In Spinnvliesanlagen werden für die Filamentablage gewebte Siebbänder auf Polyesterbasis eingesetzt. Während des Anfahrens der Anlage als auch während der Produktion ist es unvermeidbar, dass Filamente reißen und in Form von Tropfen am Siebband haften bleiben. In Wartungs- und Stillstandszeiten müssen diese Polymertropfen vom Siebband entfernt werden, um die Vliesstoffqualität nicht dauerhaft zu beeinträchtigen.

Gegenwärtig erfolgt dies mit einem hohen manuellen und zeitlichen Aufwand unter Einsatz von Hilfsmitteln, wie Spachtel und Scotch-Brite. Teilweise wird das Polymer mittels Heißluft in einen weichen Zustand versetzt und mit einer Spezialzange entfernt. Dabei kommt es trotz Vorsicht zu Beschädigungen an der Bandstruktur. Häufig werden die Siebbänder, die bis zu 5,40 m breit sein können, ausgebaut, was das Risiko zusätzlicher Beschädigungen und Verschmutzungen erhöht.

DIE AUFGABENSTELLUNG

Das Sächsische Textilforschungsinstitut e.V. (STFI) ist eine gemeinnützige Forschungseinrichtung im Freistaat Sachsen, die sich den langjährigen Traditionen sächsischer Textilforschung verpflichtet fühlt. In seiner verfahrens- und erzeugnisbezogenen FuE-Arbeit spiegeln sich klassische Textiltechnologien sowie innovative, unkonventionelle Lösungen für breiteste Anwendungsgebiete wider. Dabei wird ein reger Austausch mit Firmen und Forschungseinrichtungen des In- und Auslandes gepflegt. Mit dem vorhandenen Know-how und durch einen intensiven Ergebnistransfer werden Unternehmen der Textilindustrie unterstützt.

Es bestand die Aufgabe, eine Reinigungstechnologie zu finden, die es ermöglicht, effektiv und zerstörungsfrei eine Abreinigung der Siebbänder von Polymeranhaftungen zu ermöglichen. Dabei sollten die Siebbänder während des Anlagenbetriebs oder der Wartungszyklen, aber zumindest ohne Ausbau aus der Anlage, gereinigt werden können.

Neben der Suche nach einer gegenüber dem aktuellen Zustand verbesserten Reinigungsmethode, waren neue Siebbänder zu entwickeln, die bewirken, dass die beim Spinnvliesprozess unvermeidbar auftretenden Polymertropfen weniger tief in die Gewebestruktur eindringen. Mit der richtigen Reinigungstechnologie und den neuen Geweben sollte eine längere Einsatzdauer der Siebbänder erzielt werden.

DIE COLD JET LÖSUNG

Das Sächsische Textilforschungsinstitut e.V. (STFI) verfügt über eine Spinnvliesanlage vom Typ Reicofil®4 im Technikumsmaßstab, die sich zum Test der Siebbänder und eines in Betracht kommenden Reinigungssystems eignet.

In einem Forschungsvorhaben wurden durch die Firma Voith Paper Fabric & Co. KG, Heidenheim, neue Gewebestrukturen entwickelt, Siebbänder hergestellt und im STFI getestet. Dabei wurden auch verschiedene Reinigungstechnologien untersucht.

In den Voruntersuchungen zur Siebbandreinigung wurden 3 verschiedene Systeme auf der Basis von Hochdruck- Wasserstrahlen, CO2-Schneestrahlen und verschiedene CO2-Trockeneispelletstrahler getestet.

Hochdruckwasserstrahlen ist dazu geeignet, ein Zusetzen der Gewebestruktur durch Anhaftungen von Fasern oder Monomeren während der Produktion zu vermeiden. Für Polymeranhaftungen sind sie jedoch nicht geeignet.

CO2-Schneestrahler sind in der Lage, kleinere Polymertropfen ohne Beschädigung der Siebbandstruktur zu entfernen. Für größere Polymertropfen fehlt die nötige kinetische Energie. Ein weiterer Nachteil ist der hohe Druckluftbedarf, wozu extra ein mobiler Kompressor aufgestellt werden musste sowie das Erfordernis der Bereitstellung von CO2 in Gasflaschen.

Viele Systeme auf Basis von unzerkleinerten CO2 -Trockeneispellets bringen mit wenig Druckluft nicht genug Energie auf, um die Tropfen aus dem Siebband zu entfernen. Bei einem Druck von 2 bar war die Reinigungsleistung ungenügend, d. h. es konnten bei allen Siebband-Mustern nur sehr kleine Polymertropfen (≤ 3 – 5 mm) entfernt werden. Bei Drücken von ≥ 3 bar wurde die Gewebestruktur sämtlicher Siebbänder bei Einwirkzeiten von mehr als 3 Sekunden verändert und nach wenigen weiteren Sekunden optisch sichtbar zerstört.

Ein Verfahren, das sich von allen anderen unterschied, war das i³ MicroClean DX® System mit der patentierten Technologie der Firma Cold Jet GmbH aus Weinsheim.

„Vorteilhaft war, dass in diesem Fall das Druckluftsystem des Technikums des STFI e.V. genutzt werden konnte, da mit diesem Gerät der maximale Druckluftbedarf bei 1,4 m³/min liegt und auch das vorhandene System mit den ½“-Druckluftanschlüssen und dem Druck bis 7 bar genutzt werden kann.“ sagt Sven Schuffenhauer, der verantwortliche Techniker aus der Abteilung Vliesstoffe/Recycling.

Durch ein rotierendes Messer werden die Trockeneispellets zerkleinert und in einem speziellen Dosiersystem dem Luftstrom zugemischt, von diesem beschleunigt und über Düsen mit verschiedenen Austrittsquerschnitten (Runddüse mit 4,7 mm bzw. Breitstrahldüse mit 11,9 x 2,2 mm) auf die zu reinigende Oberfläche transportiert. Da Eispellets direkt eingesetzt werden, und die Eisrate im Bereich zwischen 9 und 18 kg/h variiert werden kann, entweicht auch nur diese CO2-Menge in die Umgebung. Im Vergleich zu CO2-Schneestrahlen sind das lediglich 10 bis 15 %.

DIE ERGEBNISSE

Zunächst wurden die neu entwickelten Siebbänder der Firma Voith auf der Spinnvliesanlage im STFI auf ihre Eignung zur Spinnvliesherstellung getestet. Die Gewebestruktur hatte im Vergleich zu herkömmlichen Siebbändern ein geringeres offenes Volumen auf der Oberseite. Danach wurde die Anlageneinstellung bewusst so gewählt, dass die Siebbandoberfläche in relativ kurzer Zeit mit Polymertropfen, in diesem Fall aus Polypropylen, verunreinigt wurde.

Nach den in der Tabelle definierten Bewertungskriterien können beim Einsatz des CO2-Schneestrahlsystems bei optimaler Positionierung  Verschmutzung mit Polypropylen bzw. Polylactid) die Ergebnisse für zwei der entwickelten Siebbänder der Note 2 und für die beiden anderen Bänder der Note 3 zugeordnet werden.

Mit dem mobilen Reinigungssystem i³ MicroClean DX® von Cold Jet, konnten sämtliche vorhandenen Polymertropfen einzeln entfernt werden, ohne die Siebbandstruktur dabei zu beschädigen.

Es handelt sich dabei um ein kompaktes, elektrisches Einschlauch-Niederdruck-Strahlsystem mit patentierter Mikropartikel-Abschabe-Technologie. Kleinste, geruchsneutrale Mikropartikel, die im Vergleich zu herkömmlichen Trockeneispellets einen feineren Reinigungsstrahl bilden, werden mit Druckluft auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt. So erfolgt eine wirkungsvolle, aber schonenden Reinigung – auch beschädigungsempfindlicher  Oberflächen. Beim Auftreffen kommt es zu einer Kombination aus kinetischem, Thermoschock- und thermokinetischem Effekt. Letzterer bewirkt, dass das Trockeneis unter Umgebungsbedingungen sublimiert – also von der festen direkt in die gasförmige Phase übergeht. Dabei dehnt es sich innerhalb weniger Millisekunden auf ein bis zu 700-faches Volumen aus. Am Aufprallpunkt kommt es dadurch zu einer Art “Miniexplosion”, die sich über die Oberfläche verteilt. Diese „Explosionswelle” verfügt über eine sehr effiziente Hebekraft, welche die Polymertropfen auf dem Siebband zuverlässig entfernt. Bei den mit Trockeneis behandelten Oberflächen waren keinerlei Veränderungen festzustellen.

“Die Ergebnisse der Reinigungs- und Abrasivitätstests waren sehr überzeugend”, erinnert sich Sven Schuffenhauer. „Das Band bewegte sich dabei mit 6 m/min, was für einen Wartungsbetrieb schon schnell ist.“

Dafür wurde nur eine Menge von 9 bis 12 kg/h CO2-Pellets und eine Druckluftmenge von 0,7 bis 1,0 m³/min benötigt, was ein Drittel bis ein Viertel des Verbrauchs gegenüber anderen Systemen entspricht. Die Eignung dieses Systems für die Siebbandreinigung in Spinnvliesanlagen konnte somit nachgewiesen werden.

Entsprechend der Bewertung nach den in der Tabelle definierten Kriterien war das Ergebnis in beiden Fällen der Note 1 zuzuordnen.

DANKSAGUNG

Wir danken dem Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie für die Förderung des Förderprojektes (Reg.- Nr. MF 150119) innerhalb des Förderprogramms „FuE- Förderung gemeinnütziger externer Industrieforschungseinrichtungen in Ostdeutschland – Innovationskompetenz Ost (INNO-KOM-Ost)- Modul: Marktorientierte Forschung und Entwicklung (MF)“.