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Verbundprojekt "Integrierter Umweltschutz in der Textilindustrie - Erhöhte Faserausnutzung bei nachwachsenden Rohstoffen (Flachs / Hanf) durch Einsatz des neuen Verdichtungsspinnverfahrens" BMBF-Förderkennzeichen 0339964/9 Abschlussbericht Projektleiter: Dipl. Ing. Hans-Ulrich Schneider Hollingsworth GmbH Autor: Dipl. Ing. Hans-Ulrich Schneider Hollingsworth GmbH Hollingsworth GmbH Rosenstr. 7-9 75387 Neubulach Tel.: +49 (0) 7053/68-0 Fax: +49 (0) 7053/7359 Email: [email protected] Internet: www.hollingsworth.de Neubulach im Mai 2003

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Verbundprojekt

"Integrierter Umweltschutz in der Textilindustrie - Erhöhte Faserausnutzung bei nachwachsenden Rohstoffen (Flachs / Hanf)

durch Einsatz des neuen Verdichtungsspinnverfahrens"

BMBF-Förderkennzeichen 0339964/9

Abschlussbericht

Projektleiter: Dipl. Ing. Hans-Ulrich Schneider Hollingsworth GmbH

Autor: Dipl. Ing. Hans-Ulrich Schneider Hollingsworth GmbH

Hollingsworth GmbH Rosenstr. 7-9

75387 Neubulach Tel.: +49 (0) 7053/68-0 Fax: +49 (0) 7053/7359

Email: [email protected] Internet: www.hollingsworth.de

Neubulach im Mai 2003

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Inhaltsverzeichnis

1. Aufgabenstellung

2. Planung Projektabschnitt 1 Projektabschnitt 2

Arbeitspaket 1 Arbeitspaket 2 Arbeitspaket 3 Arbeitspaket 4

3. Zusammenfassung

Verwertbarkeit der Ergebnisse Erfolgte / geplante Veröffentlichungen

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1. Aufgabenstellung

Um Garne im Trockenspinnverfahren aus Flachsschwungwerg herzustellen, ist es u.a. notwendig, Fremdbestandteile wie Staub, Schäben und Holz auszuscheiden.

Überlange Fasern sollten gezielt eingekürzt werden, um optimale

Spinnprozesse zu erreichen. Seit vielen Jahren befassen wir uns mit dem Reinigen und

Öffnen (Kardieren) von textilen Rohstoffen in Verbindung mit der Karde.

Aus diesem Grund wurden wir zusammen mit den Firmen

Temafa (Öffner / Reiniger), Trützschler (Karden), Zinser (Flyer / Ringspinnmaschinen), unter der Projektkoordination vom Institut für Textil- und Verfahrenstechnik Denkendorf, zu diesem Verbundprojekt eingeladen.

Unsere Aufgaben bestanden darin, geeignete Garnituren und

Kardierelemente zu entwickeln, um die in der Einleitung genannten Forderungen zu erfüllen.

Eine Anforderung war, unser MDTA3 Meßgerät zu modifizieren, um Trash, Staub sowie harte Verunreinigungen messen zu können.

Diese Neuentwicklungen wurden beim ITV in Denkendorf

installiert und getestet. Für die Kardierversuche stand eine DK 803 Karde der Fa.

Trützschler, Mönchengladbach, zur Verfügung. Für die Versuchsdurchführung und -auswertung war das ITV in

Denkendorf verantwortlich, d.h. alle Versuchsergebnisse sind im Abschlußbericht vom ITV Denkendorf aufgeführt.

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2. Planung

1. Projektabschnitt 1

Bau und Konstruktion des Staub- und Trashtesters

2. Projektabschnitt 2

2.1. Arbeitspaket 1

2.1.1 Schritt 1 Bau und Fertigung der Zwei-Draht-Deckelsetzmaschine

2.1.2 Schritt 2 Herstellung von Zwei-Draht-Deckelgarnituren

2.2. Arbeitspaket 2

2.2.1 Schritt 1 Werkzeugherstellung Ganzstahlwanderdeckel

2.2.2 Schritt 2 Herstellung von Ganzstahlwanderdeckel

2.3 Arbeitspaket 3

2.3.1 Schritt 1 Werkzeugherstellung für feststehende Segmente

2.3.2 Schritt 2 Feststehende Kardierelemente Konstruktion, Installation, Erprobung, Herstellung

2.4 Arbeitspaket 4

Tambour / Abnehmer / Vorreisser Optimierung Werkzeugherstellung, Montage, Testserien

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1. Projektabschnitt 1 Modifikation Staub- und Trashtester Ein wichtiger Aspekt bei der Verspinnbarkeit des Schwungwergs ist die Sauberkeit des Rohstoffes. Schäben und Riffel können zu erheblichen Störungen des Spinn-prozesses führen. Deshalb wurde von uns unser, für die Baumwoll-Prüfung entwickelter, Staub- und Trashtester (MDTA 3) so modifiziert, dass diese störenden Verunreinigungen erfasst werden konnten. Die Funktionsweise dieses Gerätes ist wie folgt: Auf ein Förderband werden 5 Gramm Prüfgut aufgelegt und über einen Einzugstisch einer Öffnungswalze zugeführt. Durch verschiedene Filtersysteme erfolgt hier exakt die Trennung von Feinstaub, Fragmenten und Trash. Zur Weiterverspinnbarkeit wird das Material anschließend in Bandform gebracht, um es eventuell einem anschließenden Spinnprozeß vorzulegen. Durch das Wiegen der Abgänge kann der Schmutzanteil in Prozent genau berechnet werden.

-MDTA 3 mit Unterbau-

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Durch den Einbau von stufenlosen Antrieben mittels Frequenzumrichter für: - Zuführband - Einzugswalze - Auflösewalze - Rotor für die Bandablage sowie der Einbau eines Kardiersegmentes unterhalb der Öffnungswalze - Anpassung des Unterdruckes - Auswahl der richtigen Auflösegarnitur konnte dieses Gerät so optimiert und eingestellt werden, dass eine zuverlässige Beurteilung des Schwungwergs möglich wurde. Zusätzlich konnte die Fibrillierbarkeit verschiedener Schwungwergtypen nach dem Umbau festgestellt werden.

-MDTA 3-

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-MDTA 3 Staub- und Trashtester-

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2. Projektabschnitt 2

2.1 Arbeitspaket 1

2.1.1 Schritt 1 Bau und Fertigung der Zwei-Draht-Deckelsetzmaschine 2.1.2 Schritt 2 Herstellung von Zwei-Draht-Deckelgarnituren Aufgabe des Kardierprozesses ist:

§ Auflösung zur Einzelfaser § Entstaubung § Parallelisierung § Ausscheidung von Staub und Trash (Schäben, Riffel,

Stengelreste, sehr grobe Faserbündel) § Ausscheidung von Fremdfasern § Auflösen von Fasernissen § Faserquerdurchmischung § Bandbildung

Nachstehende Abbildungen verdeutlichen, wie stark die Deckelgarnituren beansprucht werden. Faserbüschel treffen mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 25 m/min in die Deckel-Vorkardierzone und werden zur Einzelfaser aufgelöst. Besonders an dieser Stelle werden die Deckelgarnituren oft beschädigt; ein genauer Kardierspalt kann auf Grund der Beschädigung nicht mehr eingehalten werden und die Garnituren werden dadurch unbrauchbar. Um diesen starken Kräften entgegenzuwirken, lag der Gedanke nahe, stärkere Kratzendrähte im Einlaufbereich der Deckelgarnituren einzubauen.

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-Deckeleinlaufbereich Karde-

-Deckeleinlaufbereich Karde-

Aufgrund dieser Erkenntnis wurde ein Zwei-Draht-Deckel entwickelt und hergestellt.

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-Zwei-Draht-Deckel-

Dazu war eine absolut neue Konstruktion unserer Deckel-setzmaschinen erforderlich, da während des Setzvorganges zwei Drähte mit unterschiedlichen Abmessungen zum Einsatz kommen mußten.

-Abspuleinheit für Zwei-Draht-Lieferung-

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-Steuereinheit für Zwei-Draht-Deckelsetzmaschine-

-Deckelsetzapparat- Nach Fertigstellung und Montage des Zwei-Draht-Deckelsatzes auf Deckelstäbe wurde dieser Satz auf die Versuchskarde aufgebaut. Nach kurzer Zeit wurde festgestellt, dass diese Ausführung des Zwei-Draht-Deckels den hohen Anforderungen nicht standhielt, trotz des Einsatzes von stabilen Kratzendrähten. Die Häkchen im Einlaufbereich wurden überrissen und somit für den Kardierprozess unbrauchbar.

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2.2 Arbeitspaket 2

2.2.1 Schritt 1 Werkzeugherstellung Ganzstahlwanderdeckel 2.2.2 Schritt 2 Herstellung von Ganzstahlwanderdeckel Auf der Suche nach weiteren stabilen, widerstandsfähigen

Kardierelementen wurde versucht, die flexible Deckelgarnitur in einer starren Ganzstahlversion auszuführen, d.h. die flexiblen Kratzendrahthäkchen wurden durch Ganzstahl ersetzt.

-Garnitur für Ganzstahldeckel-

Hierzu war es zunächst erforderlich, entsprechende Stahlprofile mit einem Walzwerk herzustellen. Für die Bildung der geforderten Zahnformen mussten neue Werkzeuge konstruiert und angefertigt werden. Die dann hergestellten Ganzstahlgarnituren wurden abgelängt, aufgereiht und auf Deckelstäbe montiert. Spitzen-zahlen/Zoll, Winkel, Höhe, Teilung wurden so gewählt, dass der Aufbau ähnlich eines Zwei-Draht-Deckels war.

-Ganzstahldeckel-

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Beim Einsatz haben sich diese Ganzstahldeckelgarnituren als äußerst widerstandfähig erwiesen - es fanden keine Beschädi-gungen der Garnituren im Einlaufbereich (Deckel, Tambour) statt. Jedoch waren die technologischen Ergebnisse leider nicht brauchbar. Die Fasern wurden beschädigt, erhebliche Stapelkür-zungen wurden festgestellt, die Ausscheidung von Schäben, Riffel und Stängelresten war zu gering.

2.3 Arbeitspaket 3

2.3.1 Schritt 1 Werkzeugherstellung für feststehende Segmente 2.3.2 Schritt 2 Feststehende Kardierelemente Konstruktion, Installation, Erprobung, Herstellung

Nachdem die vorgenannten Kardierelemente nicht die ge-wünschten Erfolge brachten, wurde ein weiteres System, das Festdeckelsystem "Cleanmaster", optimiert.

Vorteil dieses Systems:

- Kein Überreißen der Drähte möglich - gezielte Ausscheidung von Staub, Kurzfasern und Trashpartikel

möglich - durch 6-fach erhöhte Kardierfläche intensivere Kardierarbeit - Garnierung der Festdeckel von grob nach fein möglich - abgeschlossenes, staubfreies System

Zunächst wurden neue Aluminium-Grundkörper für die Trützschler DK 803 Karde angefertigt, einschließlich der erforderlichen Montageträger, Schmutzausscheidesysteme, Winkelprofile, Absaugsysteme sowie Ausgleichabdeckbleche.

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-Cleanmaster-

-Cleanmastersystem (ohne D-TAE und Trashmaster)-

Ein wesentlicher Vorteil dieses Systems liegt darin, dass die

Anzahl der Nissenmesser oder Trashmesser, je nach Anfor-derung des zu verarbeitenden Materials variiert werden kann. Sollten sich z.B. noch zu viele Schalenteile im Vlies befinden, können weitere Trashmesser anstatt Nissenmesser eingebaut werden. Mit keinem anderen System ist es möglich, so gezielt die Vliesqualität zu beeinflussen.

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-Untersuchte Ausscheideelemente-

Nach intensiven Versuchen im ITV Denkendorf hat sich folgende Garnierungskombination der einzelnen Festdeckelelemente als optimal erwiesen.

-Optimale Garnierung der einzelnen Festdeckelelemente-

Um die Reinigungsintensität der Karde noch zu erhöhen, wurden weitere Schmutzausscheidesysteme im Ein- und Auslauf der Karde installiert. Es handelt sich hierbei um Segmente, die durch den Einbau von zusätzlichen Kardierplatten eine weitere Öffnung des Fasermaterials gewährleisten und durch anstehende Messer die Schmutzpartikel ausscheiden.

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-Trashmaster D-TAE- -Trashmaster TM 2000-

Die erzielten Versuchsergebnisse in Bezug auf: - Reinheit des Vlieses - Staub- und Trashpartikel - Stapellängen - Parallelität - Laufverhalten - CV-Werte - Nummerhaltung

wurden im Abschlußbericht von ITV Denkendorf, Absatz 2.1.4.2.

aufgeführt.

2.4 Arbeitspaket 4

2.4.1 Tambour / Abnehmer / Vorreisser Optimierung Werkzeugherstellung, Montage, Testserien

Ursprünglich war die Versuchskarde Trützschler DK 803 mit einer Tambourgarnitur mit 860 Spitzen pro Quadratzoll und 30° garniert. Während der ersten Kardierversuche hat sich herausgestellt, dass diese Tambourgarnitur völlig ungeeignet war, da durch die hohen Spitzenzahlen die Fasern geschädigt wurden. Nach Rücksprache mit dem ITV Denkendorf wurde eine Tambourgarnitur mit einer Spitzenzahl von ca. 620 Spitzen pro Quadratzoll und 16° eingesetzt.

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-Tambourgarnitur 065 16F 626-

Erhebliche Probleme ergaben sich an der Abnehmergarnitur die sich mit Holzteilen, Riffel und Schäben vollsetzte. Es mußten neue Abnehmergarnituren eingesetzt werden um das Aufspießen der Fremdteile zu vermeiden. Entwickelt wurde ein Abnehmer mit 300 Spitzen pro Quadratzoll, 30°, mit einer speziell aufgeprägten Spitze (siehe Zeichnung) Außerdem wurde die Garnitur einer speziellen Oberflächenvergütung unterzogen.

-Abnehmergarnitur 100 30H 300XDB-

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Die Deckelgarnituren mussten ebenfalls noch einmal geändert werden, um einerseits Faserschädigungen zu reduzieren und andererseits Fremdpartikel besser auszuscheiden. Für alle Garni-turen mussten entsprechende Walzprofile und Werkzeuge angefertigt werden. Der Einbau erfolgte durch unsere Monteure. Da in der Versuchskarde drei Vorreisser eingebaut waren, lag die Vermutung nahe, daß durch diese drei Walzen evtl. Faserschädi-gungen entstehen können. Es wurden deshalb weitere Unter-suchungen bezüglich des Einsatzes neuer Garnituren für diese Walzen untersucht. Hierfür wurden nach Rücksprache mit dem ITV verschiedenste Arten von Vorreißergarnituren gefertigt, auf die Walzen aufgezogen und zu Versuchszwecken nach Denkendorf geliefert. Folgende Vorreißergarnituren haben sich in Bezug auf Stapel-länge, Schäbenreduzierung und Faserbüschelauflösung am Besten bewährt (siehe ITV-Abschlußbericht 2.1.4.2.2.3):

-1. Vorreißergarnitur C 08 05J 41-

-2. Vorreißergarnitur C16 20J 163-

-3. Vorreißergarnitur C16 20J 210-

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3. Zusammenfassung

Verwertbarkeit der Ergebnisse Erfolgte / geplante Veröffentlichungen

Dieses Verbundvorhaben hat gezeigt, dass ein trocken gesponnenes Flachsschwungwerggarn ähnlich einem Baumwollgarn hergestellt werden kann. Da sich das Schwungwerg im Vergleich zur Baumwolle durch einen hohen Anteil an Verunreinigungen, Staub und unzuläng-lichen Faserlängenverteilungen unterscheidet, mußten neue Maschi-nenkonfigurationen entwickelt werden. Um zunächst aber das Schwungwerg beurteilen zu können, war es zwingend erforderlich, den Staub- und Trashtester zu modifizieren. Dieses Gerät ist heute in bezug auf Prüfung von Schwungwerg, Staub und Verunreinigung Stand der Technik geworden und wird von unseren Kunden als praxisnahes Prüfgerät anerkannt. Was die Entwicklung von stabilen, widerstandsfähigen Kardier-elementen mit hoher Standzeit anbelangt, sind wir heute auf Grund dieses Forschungsprojektes in der Lage, Systeme anzubieten, die bei hohen Produktionen und bei der Verarbeitung von schwierigen Rohstoffen gezielt eingesetzt werden können. Die Ergebnisse dieses Verbundvorhabens haben so eine Resonanz gefunden, dass wir in der Zwischenzeit auch mit anderen Anwendern und Maschinenfabriken weitere intensive Entwicklungen betreiben. Bislang gab es auf dem Markt kein mit dem Cleanmaster vergleich-bares Kardiersystem, mit dem während des Verarbeitungsprozesses so gezielt Verunreinigungen ausgeschieden werden konnten. Alle durchgeführten Versuche mit Zwei-Draht-Deckelgarnituren, Ganzstahl-wanderdeckel, Flachdrahtdeckel haben nicht zu dem gewünschten Erfolg geführt. Auch die in diesem Forschungsprojekt durchgeführten Untersuchungen an den Vorreißergarnituren haben gezeigt, dass Änderungen der Garniturformen auf den Auflösungsgrad des Materials und die Schmutz-ausscheidungen einen wesentlichen Einfluß haben.

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In der Zwischenzeit haben wir mit verschiedenen europäischen flachs-verarbeitenden Betrieben Kontakt aufgenommen und unser neues System vorgestellt. Einige Systeme konnten bereits erfolgreich verkauft werden und arbeiten zur vollsten Zufriedenheit der Kunden, andere befinden sich noch in der Erprobungsphase. Die aus diesem Projekt entwickelten Tambour- und Abnehmergarni-turen für die Verarbeitung von 100% Flachsschwungwerg gehören heute zu unserem Standardprogramm. Das Füllen der Abnehmer-garnituren mit Schäben und Verunreinigungen bei der Verarbeitung von Flachsschwungwerg wurde durch die Weiterentwicklung und Änderung der Oberflächenbeschaffenheit dieser Garnituren beseitigt. Bei unseren regelmäßigen Verkaufstagungen (Messen und Aus-stellungen) im In- und Ausland werden diese neuen Produkte durch unsere Verkaufsingenieure vorgestellt.