BMBF PrämiTEX Schlussbericht final pdf...Oerlikon Neumag Zweigniederlassung der Oerlikon Textile...

Denkendorfer Forschungsberichte

INSTITUT FÜR TEXTIL- UND VERFAHRENSTECHNIK DENKENDORF Direktor: Prof. Dr.-Ing. Heinrich Planck

Körschtalstraße 26 D-73770 Denkendorf Telefon +49 (0) 711 / 93 40 – 0 E-Mail [email protected] Fax +49 (0) 711 / 93 40 – 297 Internet www.itv-denkendorf.de

der DEUTSCHEN INSTITUTE FÜR TEXTIL- UND FASERFORSCHUNG D E N K E N D O R F

Entwicklung eines abspritzfreien Präparationsverfahrens für die Spinnpräparation mit integrierter Filamentmigration beim Schmelzspinnen von Chemiefasern

Schlussbericht zum Verbundforschungsvorhaben BMBF FKZ: 0330712 A-D

Kooperationspartner:

Institut für Textil- und Verfahrenstechnik (ITV) der Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF), 73770 Denkendorf

Oerlikon Textile Components GmbH Zweigniederlassung Hammelburg (TEMCO), 97762 Hammelburg

Oerlikon Neumag Zweigniederlassung der Oerlikon Textile GmbH & Co. KG (NEUMAG), 24536 Neumünster

Bearbeitungszeitraum: 01.08.2005 - 31.08.2008

Das diesem Bericht zugrundeliegende Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung, und Forschung unter dem Förderkennzeichen 0330712A-D gefördert. Die Projektbetreuung erfolgte durch das Forschungszentrum Jülich GmbH über den Projektträger Jülich, Berlin. Die Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren.

Gemeinsamer Schlussbericht

für das BMBF-Verbundprojekt

Entwicklung eines abspritzfreien Präparations-

verfahrens für die Spinnpräparation mit integrierter

Filamentmigration beim Schmelzspinnen

von Chemiefasern

im Rahmen des BMBF-Förderprogramms

„Forschung für Nachhaltigkeit und Umweltschutz

in der Textilindustrie“

Kurztitel: „PrämiTEX“

Kooperationspartner und Autoren:

Institut für Textil- und Verfahrenstechnik (ITV) der Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF),

73770 Denkendorf

Dr. Hans-Jürgen Bauder (Projektleitung Teilvorhaben 2, FKZ: 0330712A),

Stefan Schindler

Unterauftragnehmer: Fa. Schill & Seilacher AG, 71032 Böblingen

Oerlikon Textile Components GmbH Zweigniederlassung Hammelburg 97762 Hammelburg (TEMCO)

Jörg Spahlinger (Projektleitung Teilvorhaben 1, FKZ: 0330712D),

Thomas Brandenstein

Oerlikon Neumag Zweigniederlassung der Oerlikon Textile GmbH & Co. KG, 24536 Neumünster (NEUMAG)

Dr. Friedrich Lennemann (Projektleitung Teilvorhaben 3, FKZ: 0330712C)

Denkendorf, 26.01.2009

KURZFASSUNG II

Gemeinsamer Schlussbericht für das BMBF-Verbundprojekt PrämiTEX

Kurzfassung

Das BMBF-Verbundforschungsvorhaben „PrämiTEX“ im Rahmen der Ausschreibung „For-

schung für Nachhaltigkeit und Umweltschutz in der Textilindustrie“ hatte die Entwicklung eines

abspritzfreien Präparationsverfahrens mit integrierter Filamentmigration für das Schmelzspinnen

von Chemiefasern zum Ziel. Eine Vorrichtung zur Applikation der prozesstechnisch unentbehrli-

chen Spinnpräparation sowie ein umweltfreundliches und wirtschaftliches Verfahren zur Rück-

gewinnung der Präparation wurde beispielhaft für die BCF-Garnherstellung entwickelt.

Beim Schmelzspinnen von Filamentgarnen wird sowohl beim Auftragen der Spinnpräparation

als auch bei der auf den Präparationsauftrag folgenden Migrationsverwirbelung nach dem bis-

herigen Stand der Technik ein Großteil der Präparation vom Faden in den freien Raum abge-

geben. Dieser Anteil, der sich auf Maschinenteilen, in der Umgebung und in der Luft verteilt,

beträgt etwa 15 – 20 % der eingesetzten Spinnpräparation.

Durch die Integration der Funktionseinheiten Präparierung und Migrationsverwirbelung in einer

geschlossenen Einheit, ist es mit den Ergebnissen des Vorhabens möglich, die Verschmutzung

der Spinnmaschine und des Arbeitsraums sowie die Vernebelung der Raumluft mit Präparati-

onströpfchen praktisch zu eliminieren. Die hier entwickelte Vorrichtung verfügt über eine Ab-

saugvorrichtung, welche die verunreinigte Prozessabluft erfasst, die Präparation daraus ab-

scheidet und einer direkten Wiederverwendung zuführt. Die Untersuchungen zeigten, dass eine

Rückgewinnung und Wiederverwendung der vom Garn nicht aufgenommenen bzw. mit dem

Absaugsystem erfassten Spinnpräparation möglich und umsetzbar ist.

Pilotanwendung im Rahmen dieses Vorhabens war die Herstellung von BCF-Teppichgarnen

(BCF = bulked continuous filament), denn besonders bei der Herstellung von BCF-Garnen fällt

die Verschmutzung durch Spinnpräparation als Film oder feinen Tropfen in hohem Maße an.

Außerdem werden große Produktionsmengen pro Spinnstelle erzielt. 0,5 bis 2 t Garn entstehen

pro Spinnstelle und Tag, wobei relativ große Mengen an Spinnpräparation verbraucht werden

(ca. 1 % der Garnmasse). Daraus lässt sich ein großes Verbesserungspotenzial bezüglich des

Umweltschutzes, Arbeitsschutzes und der Wirtschaftlichkeit ableiten.

Die im Vorhaben entwickelte Vorrichtung für Präparationsauftrag und Migrationsverwirbelung

„PremiJET®“ für die BCF-Teppichgarnherstellung erfüllt die Anforderungen an ein Präparations-

system in besonders hohem Maß. Im einzelnen sind das:

- hohe Effizienz beim Präparationsauftrag bzw. OPU (= Oil Pick Up),

- Erteilung des nötigen Fadenschlusses,

- ruhiger und stabiler Fadenlauf,

- Reduzierung der Verschmutzung durch abgesprühte Spinnpräparation.

Auf eine verbesserte Gleichmäßigkeit des Präparationsauftrags mit der PremiJET®-Vorrichtung

lassen zwei Beobachtungen schließen:

1. Mit PremiJET® kann eine um bis zu 15 % niedrigere theoretische Präparationsauflage

eingestellt werden als beim Standardpräparationsprozess.

2. Mit PremiJET® kann die Fadenlaufgeschwindigkeit deutlich erhöht werden, ohne dass

negative Veränderungen im Laufverhalten des Garns auftreten. Bei einer Aufspulge-

KURZFASSUNG III


schwindigkeit von 4000 m/min anstatt 2400 m/min wurden kein Spleißen, keine Schlau-

fen, keine Filamentbrüche sowie keine störende Fadenbewegung beobachtet.

Die Verschmutzung der Maschine mit aus der Präpariervorrichtung austretenden Prozessluft mit

Präparationströpfchen wurde besonderes intensiv beobachtet. Bereits erste Varianten der Pre-

miJET® waren in der Lage, den wesentlichen Teil des Präparations-Luftgemischs zurückzuhal-

ten, bzw. abzusaugen. Die zuletzt entwickelte Variante mit besonders kleiner Austrittsöffnung

für das Garn hat die geringste Verschmutzungswirkung aller untersuchten Baumuster. Sie kann

teilweise sogar ohne aktive Absaugung betrieben werden, ohne dass Präparations-Luftgemisch

austritt. Das Ziel des Forschungsvorhabens, eine Vorrichtung zum Präparationsauftrag mit in-

tegrierter Migrationsverwirbelung zu schaffen, die keine Spinnpräparation an die Umgebung

abgibt, wurde erreicht und bezüglich der Anforderungen an den Präparationsauftrag sogar über-

troffen.

Vom ITV Denkendorf wurden Stoffstrom- und Ökobilanzen vergleichend für drei Modellszena-

rien der Präparierung mit Migrationsverwirbelung und Behandlung der abgesprühten Präparati-

on erstellt. Das im Vorhaben entwickelte Präparierverfahren mit „PremiJET®“ und Rückführung

der Präparation stellte sich dabei am günstigsten für die Umwelt und wirtschaftlich am attraktivs-

ten heraus: Ca. 17 % Spinnpräparation können eingespart werden und der Gesamtausstoß an

CO2-Äquivalenten beträgt nur ca. 78 % der Masse, die beim gegenwärtigen Präparierprozesses

mit offener Migrationsverwirbelung anfällt. Dem steht ein Mehraufwand von 1,2 % für elektrische

Energie für die Absaugung gegenüber.

Von der Fa. Oerlikon Neumag ist geplant, neue BCF-Maschinen auf Kundenwunsch mit der

neuen PremiJET®-Vorrichtung mit Präparationsrückführung auszustatten. Bestehende BCF-

Maschinen können mit dem modular ausgelegten System, d.h. maschinenindividuelle Rückfüh-

rung und Aufbereitung der Präparation, ohne großen Aufwand mit dem PremiJET®-System

nachgerüstet werden. Die Möglichkeit der Nachrüstung bestehender Anlagen erschließt die

Verbesserungen bezüglich Arbeits- und Umweltschutz sowie Wirtschaftlichkeit beim Präparati-

onsauftrag kurzfristig für alle Hersteller von BCF-Garnen.

Der wirtschaftliche Nutzen beträgt für eine typische BCF-Maschine mit 9 Fäden (3 x 3 Farben),

bei welcher jeden Tag ohne PremiJET® bis zu 26 l Präparation verloren gehen würden, pro Jahr

eine Einsparung von ca. 18.000,- EUR nur für Spinnpräparation. Die mit dem PremiJET®-

System möglichen Geschwindigkeitssteigerungen bei der BCF-Teppichgarnerzeugung bedeutet

eine zusätzliche Verbesserung der Effizienz der BCF-Maschine.

Für die im Vorhaben entwickelte Einheit zur Präparierung und Migrationsverwirbelung wurde

von der Fa. Oerlikon Textile die Wortmarke „PremiJET®“ eingetragen.

INHALT IV


INHALT

KURZFASSUNG .......................................................................................................................... II

INHALT........................................................................................................................................IV

TEIL I ............................................................................................................................................ 1

1 AUFGABENSTELLUNG....................................................................................................... 1

2 VORAUSSETZUNGEN ZUR DURCHFÜHRUNG DES VORHABENS ................................ 2

3 PLANUNG UND ABLAUF DES VORHABENS.................................................................... 3

4 WISSENSCHAFTLICHER UND TECHNISCHER STAND, AN DEN ANGEKNÜPFT

WURDE ........................................................................................................................................ 5

4.1 Stand der Wissenschaft und Technik ............................................................................ 5 4.1.1 Spinnpräparationen ...................................................................................................................5 4.1.2 Präparieren bei der BCF-Teppichgarnherstellung ....................................................................6 4.1.3 Präparierverfahren.....................................................................................................................8 4.1.4 Limitierungen und Perspektive beim Präparationsauftrag ......................................................10

4.2 Für die Durchführung des Vorhabens benutzte bekannte Konstruktionen,

Verfahren und Schutzrechte.................................................................................................... 11

4.3 Verwendete Fachliteratur, Informations- und Dokumentationsdienste.................... 12

5 ZUSAMMENARBEIT MIT ANDEREN STELLEN ............................................................... 12

TEIL II ......................................................................................................................................... 13

6 DURCHGEFÜHRTE PRAKTISCHE ARBEITEN UND ERZIELTE ERGEBNISSE ............ 13

6.1 Zusammenarbeit und Arbeitsteilung zur Erzielung der Ergebnisse......................... 13

6.2 Entwicklungsstufen der Präparations- und Migrationseinheit „PremiJET®“ ........... 13 6.2.1 Funktionsbeschreibung PremiJET®.........................................................................................14 6.2.2 Abfolge der Entwicklungsstufen ..............................................................................................15

6.3 Angewandte Prüf- und Messverfahren für Garnkennwerte ....................................... 19

6.4 Versuchsanordnung bei ITV Denkendorf (DITF)......................................................... 19 6.4.1 ITV-Versuchsstand und Messtechnik......................................................................................19 6.4.2 Datenerfassung und Auswertung............................................................................................22

INHALT V


6.5 Versuchsdurchführung am ITV-Versuchsstand und Ergebnisse ............................. 22 6.5.1 Einfluss von Präparationsauftrag und Migrationsverwirbelung auf den Fadenschluss...........22 6.5.2 Einflüsse auf den Saugunterdruck in der PremiJET®-Vorrichtung Version V-2A....................24 6.5.3 Einflüsse auf die aufgetragene Präparationsmenge (Ist-OPU)...............................................28 6.5.4 Erprobung eines Abscheidesystems für Präparation (ITV Denkendorf) .................................30

6.6 Versuchsanordnung bei Fa. Oerlikon Neumag........................................................... 31

6.7 Versuchsdurchführung bei Fa. Oerlikon Neumag und Ergebnisse .......................... 32 6.7.1 Praxisnahe Untersuchungen an einer BCF-Maschine ............................................................32 6.7.2 Auslegung und Erprobung eines Abscheiders für abgesaugte Spinnpräparation ..................47 6.7.3 Einflüsse auf die Qualität der Spinnpräparation......................................................................51 6.7.4 Wiederverwendbarkeit abgesaugter Präparation....................................................................52

6.8 Zusammenfassung der Untersuchungsergebnisse ................................................... 53

7 STOFFSTROM- UND ÖKOBILANZ FÜR PRÄPARATIONSAUFTRAG UND

MIGRATIONSVERWIRBELUNG BEIM BCF-PROZESS .......................................................... 55

7.1 Bilanzgrenzen................................................................................................................. 55

7.2 Stoffströme - INPUTS .................................................................................................... 56

7.3 Stoffströme - OUTPUTS ................................................................................................ 57

7.4 Bilanzierungsergebnisse .............................................................................................. 58 7.4.1 Aufwand an frischer Präparation .............................................................................................58 7.4.2 Abgesprühte Präparation und Papiertücher............................................................................59 7.4.3 Ökologische Indikatoren und Bewertung des Treibhauspotenzials ........................................59

7.5 Zusammenfassung der Stoffstrom- und Ökobilanz ................................................... 63

8 VERWERTBARKEIT DES ERGEBNISSES ....................................................................... 64

8.1 Unmittelbare Anwendungsmöglichkeiten der Ergebnisse ........................................ 64

8.2 Über das Projekt hinausgehende Anwendungsmöglichkeiten der Ergebnisse ...... 64

9 FORTSCHRITTE BEI ANDEREN STELLEN...................................................................... 65

10 VERÖFFENTLICHUNG DES ERGEBNISSES ............................................................... 65

11 LITERATUR..................................................................................................................... 66

1 AUFGABENSTELLUNG 1


TEIL I

1 Aufgabenstellung Das Verbundforschungsvorhaben „PrämiTEX“ hatte die Entwicklung eines abspritzfreien Appli-

kationsverfahrens für die Präparation beim Schmelzspinnen von synthetischen Chemiefasern

und die Integration der Filamentmigration in dieses Verfahren zum Ziel. Das Projekt wurde im

Rahmen der Ausschreibung „Forschung für Nachhaltigkeit und Umweltschutz in der Textilin-

dustrie“ des Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) durchgeführt.

Im Gegensatz zu den heute üblichen offenen Präparationsfadenführern wurde ein geschlosse-

nes System zum Aufbringen der Spinnpräparation angestrebt. Ein umweltfreundliches und wirt-

schaftliches Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Applikation der prozesstechnisch unentbehr-

lichen Spinnpräparation beim Erspinnen von Chemiefasern war zu entwickeln. Die unmittelbar

auf den Präparationsauftrag folgende Luftblasverwirbelung, die zur Migration der Einzelfilamen-

te dient und nach dem bisherigen Stand der Technik einen Großteil der Präparation wieder vom

Faden in den freien Raum abbläst, war in das System zu integrieren. Durch die Integration von

Präparationsauftrag und Migrationsverwirbelung in eine geschlossene Einheit soll die Ver-

schmutzung der Spinnmaschine und des Arbeitsraums sowie die Vernebelung der Raumluft mit

feinen Präparations- bzw. Öltröpfchen wirkungsvoll vermieden werden. Eine Rückgewinnung

und Wiederverwendung der vom Garn nicht aufgenommenen bzw. abgeblasenen Spinnpräpa-

ration wird angestrebt.

Pilotanwendung im Rahmen dieses Forschungsvorhabens war die Herstellung von endlosen

BCF-Teppichgarnen (BCF = bulked continuous filament) aus Polypropylen oder Polyamid. Hier

werden große Produktionsmengen pro Spinnstelle erzielt. 0,5 bis 2 Tonnen Garn entstehen pro

Spinnstelle und Tag. Dementsprechend werden relativ große Mengen an Spinnpräparation ver-

braucht (ca. 1 % der Garnmasse), woraus sich ein großes Verbesserungspotenzial bezüglich

des Umweltschutzes, Arbeitsschutzes und der Wirtschaftlichkeit ableiten lässt.

2 VORAUSSETZUNGEN ZUR DURCHFÜHRUNG DES VORHABENS 2


2 Voraussetzungen zur Durchführung des Vorhabens Besonders bei der Herstellung von BCF-Teppichgarnen fällt der hohe Grad der Verschmutzung

von Maschinen, der Umgebung der Maschinen sowie der Raumluft mit Spinnpräparation als

Film oder feine Tropfen auf. Dieser Zustand gab den Anstoß zur Entwicklung einer Einheit, wel-

che die Aufgabe der Präparierung und Migrationsverwirbelung der BCF-Garne erfüllt, ohne

dass Spinnpräparation an die Umgebung abgegeben wird. Die positiven Erfahrungen der Fa.

OTC Temco mit einer Fadenabkühlvorrichtung („Temcooler“), welche zur Abkühlung einen lau-

fenden Faden durch ein Wasserbad leitet, ohne dass Wasser vom Faden mitgenommen wird,

waren eine wichtige Voraussetzung zur Durchführung des Vorhabens. Der „Temcooler“ hat ein

Wasserbad von 10 cm Länge und ist durch luftbeaufschlagte Labyrinthdichtungen abgedichtet.

Die Fa. Oerlikon Textile Components GmbH Zweigniederlassung Hammelburg (ehemals Tem-

co) ist als Textilmaschinenkomponentenhersteller führend bei BCF-Verwirbelungsdüsen. Ver-

wirbelungs- und Migrationsdüsen für die Filamentspinnerei sind gleichfalls Bestandteil ihrer Ent-

wicklungen /1/. In den letzten Jahren wurden von Oerlikon Textile Components GmbH Zweig-

niederlassung Hammelburg (OTC Temco) verschiedene innovative Verwirbelungskomponen-

ten, wie Verwirbelungsdüsen zur kontinuierlichen Verwirbelung ohne Verwirbelungsknoten (CI-

Düsen) und Verwirbelungsdüsen mit Y-förmigem Blaskanal (Patentinhaber: DITF Denkendorf)

in das Programm aufgenommen /2/. Die Erfahrungen aus der Entwicklungsarbeit an dem „Tem-

cooler“ sowie an Luftverwirbelungsdüsen von OTC Temco waren Voraussetzung für die Lösung

der komplexen Aufgabe in diesem Vorhaben. Insbesondere das Problem der Abdichtung der

Präpariervorrichtung, durch die das Garn mit hoher Geschwindigkeit hindurchläuft, wird als gro-

ße Herausforderung betrachtet. Die Verwirbelungsluft muss abgeführt und gefiltert werden. Die

Patentanmeldung „Vorrichtung und ein Verfahren zum Präparationsauftrag auf Fäden“ /3, 4/ der

Fa. OTC Temco schützt die Grundlagen einer vollgekapselten Präparationsvorrichtung recht-

lich.

Die Fa. Oerlikon Neumag Zweigniederlassung der Oerlikon Textile GmbH & Co. KG ist führen-

der Hersteller von BCF-Maschinen und Lieferant vollständiger BCF-Produktionslinien und be-

sitzt wertvolle Erfahrungen bei der Erspinnung von synthetischen Filamentgarnen. In den letz-

ten Jahren wurden durchschnittlich 130 Spinnpositionen BCF pro Jahr ausgeliefert. Die Fa. Oer-

likon Neumag entwickelt in Neumünster als Markt- und Technologieführer hochinnovative Ma-

schinen zur Herstellung von BCF-Teppichgarn und Stapelfasern. Die Fa. Oerlikon Neumag hält

mehrere Patente auf dem Gebiet des Aufbringens von Spinnpräparation auf Garne /5, 6, 7/,

was als Voraussetzung zur Entwicklung von alternativen Auftragsystemen betrachtet wird. Die

Fa. Oerlikon Neumag verfügt über Versuchsspinnanlagen und ein entsprechend ausgestattetes

Textillabor. Beides sind wichtige Voraussetzungen für die Entwicklung der geplanten Präparier-

vorrichtung. Im F&E-Bereich werden auf drei BCF-Pilotmaschinen neue Prozesse und Kompo-

nenten entwickelt. Dies geschieht häufig gemeinsam mit Lieferanten und Kunden. Außerdem

kennt die Fa. Oerlikon Neumag über Kundenkontakte die Marktanforderungen bezüglich der

Garn-Präparation und der gewünschten Garneigenschaften. Zur Verwertung der Projektergeb-

nisse besitzt Oerlikon Neumag durch ihren Kundenkontakt eine Schlüsselposition.

Die DITF Denkendorf, im Vorhaben vertreten durch das Institut für Textil- und Verfahrenstechnik

(ITV) Denkendorf, haben in zahlreichen AiF- und BMBF-Projekten umfangreiches Know-how

auf dem Gebiet der Filamentgarnverarbeitung (Strecken, Texturieren, Verwirbeln und Flächen-

3 PLANUNG UND ABLAUF DES VORHABENS 3


herstellung) erarbeitet. Zahlreiche eigene Entwicklungen führten zu Patentanmeldungen, u.a.

bei Verwirbelungsdüsen. Die Standard-Prüfmethoden zur Analyse von Garneigenschaften (Fes-

tigkeit, Reibungseigenschaften, Verwirbelungscharakteristik, Präparationsauflage, ...) sind im

zentralen Prüflabor des ITV vorhanden. Für die Projektdurchführung steht im Filament-

Technikum ein Streckversuchsstand für Garngeschwindigkeiten von bis zu 2000 m/min zur Ver-

fügung, der für die Entwicklung und Erprobung von Präpariervorrichtungen genutzt wurde. Zum

Aufspulen der Versuchsgarne wurde von der Fa. Oerlikon Neumag ein BCF-Wickler „Camtras“

zur Verfügung gestellt. Auf dem Gebiet der ganzheitlichen Bilanzierung (Ökobilanzen) verfügen

die DITF u.a. durch Zusammenarbeit mit weiteren Instituten der Universität Stuttgart über wert-

volle Erfahrungen. Die im Vorhaben angewendete Bilanzierungssoftware „GABI“, wurde bereits

in der Vergangenheit erfolgreich eingesetzt.

3 Planung und Ablauf des Vorhabens Das Vorhaben wurde im Zeitraum vom 1.08.2005 bis 31.08.2008 durch die drei Kooperations-

partner Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF) mit dem Unterauf-

tragnehmer Firma Schill & Seilacher AG, Firma Oerlikon Textile Components GmbH Zweignie-

derlassung Hammelburg GmbH (OTC Temco) sowie Firma Oerlikon Neumag Zweigniederlas-

sung der Oerlikon Textile GmbH & Co. KG bearbeitet. Der Ablauf des Forschungsvorhabens

erfolgte größtenteils wie ursprünglich geplant. Allerdings führte die Eröffnung des Insolvenzver-

fahrens bei der Firma Temco Textilmaschinenkomponenten GmbH im Herbst 2005 zu einer

zeitlichen Verzögerung im Projektablauf, weshalb die Projektlaufzeit kostenneutral um 7 Monate

verlängert wurde. In der Einteilung der einzelnen Schritte hat sich aber im wesentlichen nichts

geändert und der generelle Arbeitsplan wurde entsprechend der Meilensteinplanung durchge-

führt (Tabelle 1).

Als Resultat der Insolvenz wurde die damals unabhängige Firma Temco Textilmaschinenkom-

ponenten GmbH zum 1.2.2006 von der Saurer-Gruppe übernommen und firmierte ab da als

Temco Components GmbH mit Sitz und Produktionsstätten in Hammelburg. Im Zuge der Integ-

ration in den Oerlikon-Konzern erfolgte Mitte des Jahres 2007 eine Anpassung der Firmierung

von der Fa. Temco an die neuen Gegebenheiten, wodurch sie nun firmiert als Oerlikon Textile

Components GmbH Zweigniederlassung Hammelburg (OTC Temco).

Mehrmals trafen sich die Projektpartner zu gemeinsamen Versuchsreihen bei der Fa. Neumag

in Neumünster zur Erprobung von Baumustern und Prototypen der zu entwickelnden Präparati-

onseinheit „PremiJET®“.

Für die im Vorhaben entwickelte Einheit zur Präparierung und Migrationsverwirbelung wurde im

September 2007 von der Fa. Oerlikon Textile die Wortmarke „PremiJET®“ angemeldet.

3 PLANUNG UND ABLAUF DES VORHABENS 4


Tabelle 1 Meilensteinplanung

Meilensteine

OT

C T

emco

Oe.

Neu

mag

ITV

D

enke

ndor

f

Zeitraum

1 Konzeptstudie

1.1 Lastenhefte; textiltechnologische, maschinenbauliche, ökologische Anforderungen

X X

1.2 Entwicklungsplanung, Literatur- und Patentrecherchen, Ist-Zustand (textiltechnologisch, verfahrenstechnisch, ökologisch)

X X X

1.3 Aufbereitung zur Nachhaltigkeit X

1.4 Maschinenkonzept, Prozessdefinition, Bedienkonzept, Bewertung von Konzeptlösungen

X X X

- Verzögerung durch Insolvenz der Fa. Temco X X X

08.2005 – 11.2006

2 Textiltechnologische Konzeption/Konstruktionsplanung

2.1 Versuchsaufbau, experimentelle Grundsatzuntersuchungen X X

2.2 Konzipierung Prozess, Maschinensteuerung, Präparationsversorgung X X

2.3 Konstruktionsplanung (Fadenlauf, Präparierung, Migrationsverwirbe-lung, Medienzuführung und Medienabführung)

X X

12.2006 – 02.2007

3 Prototypenbau/-test

3.1 Konstruktion und Herstellung von integrierter Präparationseinheit mit Düse und Einhausung

X X

3.2 Auslegung, Konstruktion von Präparations- und Luftversorgung X X

3.3 Adaption der Präpariervorrichtung an BCF-Spinnmaschine X

3.4 Test von Prototypen der Präpariereinheit X X X

03.2007 – 05.2007

4 Auswertung Prototypentests

4.1 Untersuchungen zum Präparationsauftrag und zur Präparationsrück-haltung (Absaugung) mit den Prototypen im Labor des ITV und an der BCF-Maschine bei Oerlikon Neumag

X X

4.2 Auswertung, Bewertung der Ergebnisse X X X

04.2007 – 11.2007

5 Entscheidungen zum Musterbau

5.1 Festlegung Spezifikationen des Funktionsmusters X X

5.2 Textiltechnologische Erkenntnisse X X X

5.3 Notwendige Nachbesserungen X

5.4 Fortschreibung der Lastenhefte, Funktionsbeschreibung X X

5.5 Öko-Bilanz-Abschätzung X

5.6 Fortschreibung Verwertungsplan X X

06.2007 – 11.2007

6 Gesamtergebnis

6.1 Validierung der Untersuchungen Musterbau X X X

6.2 Überarbeitung der Konstruktion, Erstellung der technischen Doku-mentation, Kostenermittlung

X

6.3 Abschließende Prototypentests, Auswertung X X X

6.4 Ganzheitliche Öko-Bilanz X

12.2007 – 06.2008

(7) Projektabschluss

7.1 Gesamtergebnis des Projekts X X X

7.2 Umsetzung der Ergebnisse, Verwertung X X

06.2008 – 08.2008

4 WISSENSCHAFTLICHER UND TECHNISCHER STAND, AN DEN ANGEKNÜPFT WURDE 5 4.1 STAND DER WISSENSCHAFT UND TECHNIK


4 Wissenschaftlicher und technischer Stand, an den angeknüpft wurde

4.1 Stand der Wissenschaft und Technik

Synthetische Endlos-Filamentgarne, die aus vielen einzelnen feinen Filamenten bestehen, wer-

den nach dem Schmelzspinnverfahren hergestellt. Bei diesem Extrusionsverfahren wird die

Schmelzemasse bei hohen Drücken durch Bohrungen einer Spinndüse ausgesponnen. Im

Spinnschacht werden die Filamente durch einen hohen Spinnverzug erheblich verfeinert. Die

Kettenmoleküle werden in Längsrichtung orientiert. Während dieses Verstreckvorgangs im

Spinnschacht werden die Filamente abgekühlt, bevor sie an einem Präparationsfadenführer zu

einem Faden zusammengefasst werden. Unmittelbar beim Zusammenfassen werden sie in der

Regel mit einer Spinnpräparation (auch: Spinfinish) bzw. wässrigen Emulsion behandelt. Insbe-

sondere Polyamid muss unmittelbar nach dem Erspinnen mit Feuchtigkeit gesättigt werden, da

es nach dem Schmelzspinnen wasserfrei vorliegt und ohne Präparierung auf der Spule Feuch-

tigkeit aus der Luft aufnehmen würden, was mit einer Längsquellung verbunden wäre. Wesent-

liche Aufgaben der Präparation sind: „Schmierung“, d.h. Reduzierung der Reibung zwischen

Faden und fadenführenden Elementen aus Metall oder Keramik, antistatische Wirkung und die

Erteilung eines Fadenschlusses zwischen den Einzelfilamenten /8/. Außerdem beeinflusst die

durch die Präparation eingestellte Faser/Faser-Reibung bei BCF-Garnen den Kräuseleffekt und

das Verwirbelungsverhalten. Insgesamt übt die Spinnpräparation einen vorrangigen Einfluss auf

Kosten, Produktivität und Qualität aus /9/. Je nach Anwendungszweck und Präparationsmittel

sind bei dieser chemisch-physikalischen Methode Auftragsmengen von i.a. OPU (Oil Pick Up) =

0,3 bis 1,5 % erforderlich.

Multifilamentgarne werden während ihrer weiteren Verarbeitung (Strecken, Texturieren, Zwir-

nen, Flächenherstellung, ...) stark beansprucht. Es handelt sich dabei um dynamische Zug-,

Biege-, oder Reibungskräfte, die durch Lageverschiebungen zu Verformungen der Filamente

führen. Im Herstellungs- und Verarbeitungsprozess können elektrostatische Aufladungen auftre-

ten, welche zu einem Aufspreizen des Multifilamentgarns führen können. Um das Abspreizen

einzelner Filamente vom Fadenkern zu vermeiden, muss der multifile Faden einen ausreichen-

den Fadenschluss besitzen /10/.

4.1.1 Spinnpräparationen

Textile Präparationen lassen sich in zwei Klassen einteilen /11/:

1. Präparationen für die Faserherstellung (Erspinnen = Primärspinnerei), wobei zwischen Prä-

parationen für glatte Garne, Texturgarne sowie für Spinnfasern unterschieden wird und

2. Avivagen für die Weiterverarbeitung von Garnen (textile Spinnerei = Sekundärspinnerei).

Im vorliegenden Projekt war das Aufbringen von Spinnpräparationen beim Erspinnen Schwer-

punkt der Entwicklungsarbeit. Spinnpräparationen bestehen aus mehreren chemischen Kom-

ponenten; sie können Lösungen oder Emulsionen mit unterschiedlichen Mischungsverhältnis-

sen sein /12/. Beim Erspinnen werden v.a. Emulsionen eingesetzt, die beispielsweise zu 88 %

aus demineralisiertem Wasser und zu 12 % aus Präparationsöl bestehen /13/. Bei der BCF-

Garnherstellung wird v.a. unverdünntes „Neatoil“ mit einem Aktivgehalt von ca. 80 % /14, 15/



eingesetzt. Ein Präparationsauftrag (OPU) von 0,25 bis 1,6 % des trockenen Fadengewichts ist

üblich. Um Verluste, z.B. durch Absprühen, auszugleichen, ist die tatsächlich aufzubringende

Präparationsmenge aber höher.

Chemische Bestandteile von Präparationsmitteln sind Gleitmittel, Emulgatoren und Netzmittel

(anionaktive Stoffe, z.B. Seifen, oder nichtionogene Stoffe, insbesondere Ethylenoxid-

Kondensationsprodukte), Tenside, Antistatika (Ethylenoxid-Kondensationsprodukte, Phosphor-

säure-Abkömmlinge), Fadenschlussmittel (z.B. Vinylpolymere) u.a. Zur Verbesserung der Rei-

bungseigenschaften zwischen Faden/Metall und Faden/Keramik werden z.B. pflanzliche Öle

oder helle Mineralöle wie Paraffinöle, Vaselineöle und Weißöle verwendet /8/.

Von den Präparationsherstellern wurden in den letzten Jahren neue Rezepturen vorgestellt,

welche biologisch abbaubar sind. Hier werden z.B. Kohlensäurepolyester erfolgreich verwendet

/16/. Jedoch treten bei der Verwendung gut abbaubarer thermostabiler Esteröle technische Stö-

rungen durch Verkrackungsreaktionen auf. Alternativ werden als Problemlöser Polyether/Ester

vorgeschlagen, welche wasserlöslich, selbstnetzend und thermostabil sind. Sie weisen

Schmiermittelfunktion, gutes Crackverhalten auf und werden als biologisch abbaubar, ungiftig

und hautverträglich beschrieben. Sie benötigen keine Emulgatoren /17/.

In Europa eingesetzte Spinnpräparationen sind überwiegend biologisch abbaubar. Z.B. die Pro-

duktreihe „Limanol“ für BCF der Fa. Schill & Seilacher weist eine biologische Abbaubarkeit nach

Zahn-Wells innerhalb von 7 Tagen zwischen 70 und 99 % auf. Der Gehalt dieser Produkte an

Aktiv-Substanz liegt zwischen 79 und 97 % /18/.

4.1.2 Präparieren bei der BCF-Teppichgarnherstellung

Gleichmäßigkeit von Bausch und Farbstoffaufnahme der BCF-Garne entscheiden über die Qua-

lität der Endprodukte. Gewünscht sind: „Streifenfreiheit nach dem Fixierprozess, hohe Poldeck-

kraft, klare Schnitte beim Veloursteppich oder ein klares Schlingenbild bei Schlingenware“. Für

das Tuften werden BCF-Garne mit Feinheiten zwischen 600 und 3600 dtex und für die Weberei

von 1100 bis 2600 dtex eingesetzt. Die Spinnpräparation darf beim Spinntexturieren weder an

heißen Galetten ankleben oder die Texturierdüse verschmutzen, noch darf sie eine zu hohe

Flüchtigkeit besitzen, die zu Rauch- und Qualmbelastung führt. Die Präparation ist für eine ein-

wandfreie Verarbeitung während des Verstreckens, Texturierens und insbesondere des Kablie-

rens notwendig. Beim Kablieren (eine Art Zwirnprozess), welches seither die hohen Präparati-

onsaufträge erfordert hat, konnten mit Hilfe eines „Undulators“ (Fa. Volkmann) große Fortschrit-

te hinsichtlich der Reduzierung der Präparationsauflage erzielt werden /19/. Es wird verstärkt

gefordert, leistungsfähigere Systeme zu schaffen, die eine Herstellung und Verarbeitung von

Fasern mit geringerer Präparationsauflage ermöglichen /20/.

Der Fadenlauf einer BCF-Teppichgarnmaschine ist in Abb. 1 skizziert. Kunststoffgranulat (meist

PP oder PA) wird extrudiert und durch eine Spinndüse mit zahlreichen feinen Öffnungen ge-

presst. Dieser Filamentstrang wird abwärts im Blasschacht abgekühlt, verstreckt und verfestigt.

Dann wird auf das Multifilamentgarn Präparation aufgebracht und gleichmäßig verteilt (Migrati-

onsverwirbelung). Anschließend wird das Garn mit einem beheizten Galettenduo verstreckt, in

der Stauchkammer gekräuselt und an der besaugten Kühltrommel abgekühlt. Das gekräuselte

BCF-Garn wird vor dem Aufwickeln noch unter definierter Fadenspannung verwirbelt, um den

Filamenten einen ausreichenden Fadenschluss für die Weiterverarbeitung zu erteilen.



Abb. 1 Fadenlaufschema einer BCF-Teppichgarnmaschine /21/

Die Texturiergeschwindigkeiten moderner BCF-Spinntexturieranlagen können bis zu

5000 m/min betragen /22/. In der BCF Herstellung wird als Präparation meist Neatoil mit einem

Aktivgehalt von 80 % bis 95 % appliziert, seltener Emulsion mit einem Aktivgehalt von 25 % bis

60 %. Für eine optimale Verteilung der Präparation und eine definierte Filamentvermischung

wird das Garn mit Migrationsdüsen behandelt (Abb. 2).

Präparations-fadenführer

Migrationsdüsen

Fadenführer

Einlaufgalette

Abb. 2 Fadeneinlauf mit Präparationsapplikation und Migrationsverwirbelung einer BCF-Maschine Oerlikon Neumag S5 tricolor mit 3 x 3 Fäden /23/

Extruder

Spinndüse

Blasschacht

Präparierung

Migrationsverwirbelung

Galette 1

Haupt-

Verwirbelung

Galettenduo

(Verstreckung)

Stauchkammer

Kühltrommel

Wickler



In der Migrationsdüse (z.B. Typ MigraJetTM, Abb. 3) läuft das Garn durch den Garnkanal (1) und

wird aus dem Blasluftkanal (3) von quer einströmender Druckluft durchströmt. Dabei verkreuzen

sich die Filamente leicht. Die durch das Garn strömende Druckluft verteilt die auf dem unbe-

handelten Garn (2) ungleichmäßig verteilte Spinnpräparation gleichmäßig auf den einzelnen

Filamenten (Abb. 4) /24/.

Abb. 3 Migrationsdüse MigraJetTM Schnitt durch Garn- und Luftkanal 1: Garnkanal, 2: Garn unbehandelt,

3: Luftkanal, 4: Garn behandelt, 5: Düsenplatte, 6: Deckplatte /24/

Abb. 4 Präparationsverteilung am Garnquer-schnitt: ohne Migration (1) mit Migration (2)3: Einzelfilament, 4, 5: Präparationsfilm /24/

Die in Abb. 2 dargestellte Präparationszone ist die Quelle der Verschmutzung von Luft und Ma-

schine mit Präparation, da die Applikation und Migrationsverwirbelung als offene Prozess ohne

Einhausung geführt werden.

4.1.3 Präparierverfahren

Um die Spinnpräparation möglichst gleichmäßig auf ein schnelllaufendes Multifilamentgarn auf-

zutragen, werden seit den Anfängen der Filamentspinnerei rotierende Präparationswalzen ver-

wendet, welche die Präparation aus einem Bad an den die Walze streifenden Faden abgeben.

Gelegentlich werden Sprühapplikationsverfahren angewandt. Modernere Systeme bestehen

aus frequenzgesteuerten Dosierpumpen, meist Zahnradpumpen, welche über Leitungen die

Präparation zu einem Präparationsfadenführer (Abb. 5) fördern. Dort tritt die Präparation aus

einer senkrecht zur Fadenlaufrichtung stehenden Bohrung kontinuierlich aus und benetzt den

Faden. Ergänzt werden diese Vorrichtungen durch Auffangbehälter und Pumpvorrichtungen

zum Rückführen von nicht vom Faden mitgenommener Präparation, z.B. bei Fadenbruch. Der

Präparationsauftrag mit Zahnradpumpe kann heute mit einem gut abgestimmten System Ge-

nauigkeiten von ± 2 % erreichen /25/. Im Bereich dieser Präparationsfadenführer kommt es er-

fahrungsgemäß zu starken Verunreinigungen mit abgespritzter Präparation.

Abb. 5 Offener Präparationsfadenführer einer BCF-Maschine am ITV-Versuchsstand



Neuere Entwicklungen von verbesserten Präpariervorrichtungen gegenüber den einfachen Prä-

parationsfadenführern wurden 1996 von den Firmen Akzo und Rauschert vorgestellt (Abb. 6).

Es wurden Handhabung, Justierung und Präparationsauftragsgleichmäßigkeit verbessert. Ein

gerundeter Fadeneinlaufbereich verhindert den Kontakt des unbenetzten Fadens mit trockenen

Teilen des „Fadenölers“, was die Prozesssicherheit erhöht. Das Absprühen von Präparation, vor

allem bei Fadengeschwindigkeiten über 5000 m/min, soll durch Schrägstellung der Präparier-

düse verringert werden /26/.

Abb. 6„Akzo-Fadenöler“ /26/

Zur Verbesserung und Vergleichmäßigung der Benetzung der Einzelfilamente im Filamentbün-

del bis in den Garnkern hinein werden Migrations- und Vorverwirbelungsdüsen (vgl.: Abb. 2)

eingesetzt, die ca. 300 mm nach der Präpariervorrichtung angeordnet wird. Die Düse wird mit

0,5 bis 1,5 bar Luftdruck betrieben, sie erzeugt Verkreuzungen der Filamente ohne Verwirbe-

lungspunkte. Man erreichte damit eine Präparationsersparnis von ca. 15 %, denn das Absprü-

hen von Präparation an der Garnoberfläche konnte im Vergleich zur Walzen- oder Lippenpräpa-

rierung reduziert werden. Durch die Verkreuzungen der Filamente ist das so behandelte Multifi-

lamentgarn geschlossener und kompakter /27-31/. Nachteil dieser Methode ist das Abblasen

und Vernebeln der Präparation vom Faden.

In /32/ werden von Fa. Heberlein Möglichkeiten aufgezeigt, Präparierung und Vorverwirbelung,

bzw. Migration in einer Baueinheit zu realisieren, jedoch wird auch davon gesprochen, dass

austretender Präparationsnebel abgesaugt werden müsste. Eine Möglichkeit, Präparation

gleichzeitig mit einem Verwirbelungsfluid (Gas, Dampf) in einer Verwirbelungsdüse auf das

Garn zu applizieren, beschreibt Fa. Zimmer /33/, wobei das Präparationsmittel bevorzugt vom

Verwirbelungsfluid zerstäubt wird, indem das strömende Verwirbelungsmedium an einer Injekti-

onsstelle für das Präparationsmittel vorbeiströmt, bevor das so entstandene Gemisch auf den

Faden trifft.

Von der Fa. Neumag wird in /34/ vorgeschlagen, anstatt einer Vorverwirbelung ausschließlich

mit Präparationsauftrag einen Fadenschluss zu erzielen, wobei mindestens eine Präpariervor-

richtung vor der ersten Abzugsgalette und eine zweite nach dieser Galette angeordnet werden,

welche jeweils eine Teilmenge Präparation auf den Faden bringen. Auf diese Art lässt sich der

Präparationsnebel reduzieren. Eine Vorrichtung zum Aufbringen eines Gemischs aus flüssigem

Präpariermedium und Druckluft beschreibt Neumag in /35/, wobei die Medien separat zugeführt

werden und vor dem Auftreffen auf das Filamentbündel zu einem Gemischstrom zusammenge-

führt werden. Auch von der Fa. Neumag /36/ wird vorgeschlagen, Präparation mittels einer Dü-

se als Sprühstrahl auf das mit Abstand zur Düse geführte Filamentbündel aufzutragen. Diese



Sprühvorrichtung ist von einem speziellen Sprühkasten umgeben. Die Art der Abdichtung des

Sprühkastens gegenüber der Umgebung wird nicht erläutert.

Die Fa. Goulston (USA) entwickelte gemeinsam mit der Fa. Slack & Parr (GB) eine sog. Advan-

ced Finishing Nozzle (AFN), welche Präparation und Druckluft in eine gemeinsame Garnbe-

handlungskammer leitet. Die Blasbohrungen für Druckluft (p < 2 bar) stehen in einem Winkel

von 45° zu den Austrittsöffnungen für die Präparation. In Fadenlaufrichtung passiert das zu be-

handelnde Garn nach Eintritt in die Düse zunächst eine Luftblasbohrung, worauf zwei Präpa-

rierbohrungen folgen, vor dem Wiederaustritt passiert des Garn eine weitere Luftblasbohrung.

Abb. 7 Ausschnitt der Präparierdüse „AFN“ der Fa. Goulston/Slack & Parr /37/ (2 = Schlitz zum Einlegen des Garns; 5 = Behandlungskammer, Garnkanal;

7, 8 = Luftblasbohrungen; 9 = Präparationszuleitung; 10, 11 = Präparationsaustritt)

Die Luftblasbohrungen sind exzentrisch zum runden Garnkanal angebracht. Dadurch soll ein

Falschdrall erteilt und der Garnverbund geöffnet werden und im geöffneten Zustand die Spinn-

präparation in den Filamentverbund eindringen. Das System kann alleine oder mit vorgeschalte-

ter Standard-Präparation eingesetzt werden. Resultat der Kombination aus Migrationsdüse und

Präparierung seien verbesserte Gleichmäßigkeit des Auftrags und bessere Stabilität des Faden-

laufs auf Galetten bei der Weiterverarbeitung /37, 38/. In Praxisversuchen hat sich diese Düse

nicht bewährt, da sich der erteilte Drall bis zur Spinndüse fortsetzen und so zum Fadenbruch

führen kann.

Weitere Vorrichtungen zur Präparierung werden in Patentschriften beschrieben, z.B. als Ring-

spalt ausgeführt, welcher die vorbeilaufenden Filamente benetzt /39/. /40/ beschreibt eine Vor-

richtung, bei welcher aus einer Vielzahl von Porenöffnungen Präparation an das Multifilament

abgegeben wird. Zur Vergleichmäßigung des Präparationsstroms zur Präparierstelle schlägt

König /41/ speziell für Streck- und Texturiermaschinen vor, Präparation aus einem dichten mit

konstantem Gasdruck beaufschlagten Behälter zu fördern. Der Druck wird durch Nachliefern

von Präparation in den Behälter konstant gehalten. Eine Kombination aus Präparationsmischer

und Auftragsvorrichtung, welche zur Dosierung der Einzelbestandteile in eine Mischkammer

mehrere Zuströmleitungen aufweist, beschreibt /42/.

4.1.4 Limitierungen und Perspektive beim Präparationsauftrag

Alle oben vorgestellten offen Systeme zum Präparationsauftrag haben einen großen Nachteil:

Der mit hoher Geschwindigkeit vorbeilaufende Faden reißt Präparationsflüssigkeit mit und

spritzt Teile davon z.B. bei der Umlenkung am Präparationsfadenführer selbst in die Umgebung.

Zusätzlich wird bei der Migrationsverwirbelung eine Teilmenge der Präparation vom Faden ab-

geblasen.

4 WISSENSCHAFTLICHER UND TECHNISCHER STAND, AN DEN ANGEKNÜPFT WURDE 11 4.2 FÜR DIE DURCHFÜHRUNG DES VORHABENS BENUTZTE BEKANNTE KONSTRUKTIONEN, VERFAHREN UND SCHUTZRECHTE


Es bedarf daher einer Isolation der Präparationselemente von der Umgebung, z.B. durch eine

Kapselung, wobei der laufende Faden an den Ein- und Auslässen nicht geschädigt werden darf.

Keine der bisher bekannten Lösungen und Konstruktionen zum Präparationsauftrag auf schnell-

laufende Garne weist eine Integration aller Merkmale von Präparationsauftrag, Migrationsver-

wirbelung, Rückführung überschüssiger Präparation (Absaugung) bis zur Kapselung der Vor-

richtung auf. Doch gerade in dieser kombinierten Funktionsweise liegt der Schlüssel zum „sau-

beren Präparationsauftrag“ ohne Präparationstropfen bzw. -nebel in der Luft und auf der BCF-

Maschine. Aufgrund der im Vorfeld zu diesem Vorhaben mit dem Temcooler /43/ und dessen

Labyrinthdichtungen gemachten positiven Erfahrungen erscheint diese komplexe Aufgabe aber

lösbar. Eine Patentanmeldung der Fa. Temco /3/ dient als Grundlage für die Entwicklung einer

vollgekapselten Präparationsvorrichtung.

4.2 Für die Durchführung des Vorhabens benutzte bekannte Konstruktionen,

Verfahren und Schutzrechte

Zur Lösung von Teilaufgaben wurden bekannte Verfahren und Konstruktionen herangezogen

wie Präparationsfadenführer zum Präparieren und Migrationsdüsen zum Vergleichmäßigen der

Präparationsauflage.

Zur Lösung der Aufgabenstellung des Abdichtens der Präparationszone gegenüber der Umge-

bung wurde in Betracht gezogen, Labyrinthdichtungen nach dem Vorbild des Temcoolers als

bekanntes Verfahren einzusetzen.

Verwendete Schutzrechte

Patentanmeldung WO200206575 A1, DE10058543 A1

Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Behandlung von synthetischen Fäden in einer Wärmetauschkammer

Anmelder: Temco Textilmaschinenkomponenten GmbH, Anmeldedatum: 24.11.2000

Patentanmeldung WO2005098104 A1, DE102004017210 A1

Vorrichtung und ein Verfahren zum Präparationsauftrag auf Fäden

Anmelder: Temco Textilmaschinenkomponenten GmbH, Anmeldedatum: 08.04.2005

4.3 VERWENDETE FACHLITERATUR, INFORMATIONS- UND DOKUMENTATIONSDIENSTE 12 5 ZUSAMMENARBEIT MIT ANDEREN STELLEN


4.3 Verwendete Fachliteratur, Informations- und Dokumentationsdienste

Eine Auflistung der verwendeten Literaturstellen gibt Kapitel 11 in Teil II des Berichts wieder.

Informations- und Dokumentationsdienste

Zur Informationsbeschaffung und Recherche wurden hauptsächlich die in Tabelle 2 alphabe-

tisch aufgelisteten Dienste in Anspruch genommen.

Tabelle 2 Informations- und Dokumentationsdienste

Dienstanbieter Internetadresse

Deutsches Patent- und Markenamt

Zweibrückenstr. 12 80331 München

www.dpma.de

https://dpinfo.dpma.de

FIZ Karlsruhe

Hermann-von-Helmholtz-Platz 1 76344 Eggenstein-Leopoldshafen

www.stn-international.de

FIZ Technik e.V./FIZ-Technik-Inform GmbH

Hanauer Landstr. 151-153 60314 Frankfurt a.M.

www.fiz-technik.de

Thomson Scientific

Mainzer Landstrasse 16 D-60325 Frankfurt

www.dialog.com

5 Zusammenarbeit mit anderen Stellen Eine enge Kooperation fand zwischen den Partnern untereinander statt, wobei gemeinsam ge-

plante und durchgeführte Versuche im Technikum der Fa. Oerlikon Neumag ausschlaggebend

zu den Projektergebnissen beitrugen.

Zusätzlich trugen hauptsächlich deutsche Hersteller von Spinnpräparation (DyStar Textilfarben

GmbH & Co., Schill & Seilacher AG, Zschimmer & Schwarz Co. KG) zu den Projektergebnissen

bei, indem sie Versuchsmaterial zur Verfügung stellten und Analysen, z.B. des Präparationsauf-

trags sowie der Zusammensetzung von rückgeführter Präparation (IR-Spektren) durchführten.

Bei der Herstellung von Baumustern und Prototypen der neu entwickelten Präparationseinheit

aus Keramik arbeitete die Fa. OTC Temco eng mit einem deutschen Hersteller von technischer

Keramik (Fa. Rauschert GmbH) zusammen.

6 DURCHGEFÜHRTE PRAKTISCHE ARBEITEN UND ERZIELTE ERGEBNISSE 13 6.1 ZUSAMMENARBEIT UND ARBEITSTEILUNG ZUR ERZIELUNG DER ERGEBNISSE


TEIL II

6 Durchgeführte praktische Arbeiten und erzielte Ergebnisse

6.1 Zusammenarbeit und Arbeitsteilung zur Erzielung der Ergebnisse

Die durchgeführten Arbeiten der Projektpartner hatten sich ergänzende und ineinander greifen-

de Schwerpunkte, insbesondere:

Fa. Oerlikon Textile Components GmbH Zweigniederlassung Hammelburg, ehem. Temco

Entwicklung, Konstruktion und Herstellung sowie Erprobung von Baumustern bzw. Prototypen

des neuen Präparations- und Migrationssystems für BCF-Maschinen („PremiJET®“), Konzept

der Medienver- und entsorgung.

ITV Denkendorf der DITF Denkendorf

Technologische und prozesstechnische Voruntersuchungen an Mustersystemen des Präparati-

ons- und Migrationssystems, textiltechnologische Untersuchungen und wissenschaftliche Auf-

bereitung der Daten bezüglich Ökobilanzierung, Erstellung einer Ökobilanz für den Präparier-

prozess an der BCF-Maschine.

Fa. Oerlikon Neumag Zweigniederlassung der Oerlikon Textile GmbH & Co. KG

Anwendungsnahe Erprobung und Optimierung von Mustersystemen des Präparations- und

Migrationssystems auf industriellen BCF-Spinnstrecktexturieranlagen (Technikum), Entwicklung

sowie Integration der Medienver- und entsorgung sowie eines Rückführungssystems, textiltech-

nologische Untersuchungen.

6.2 Entwicklungsstufen der Präparations- und Migrationseinheit „PremiJET®“

Die zu entwickelnde kombinierte und gekapselte Einheit zur Präparation und Migration von

BCF-Garnen hat folgende Anforderungen zu erfüllen:

- Der Präparationsauftrag muss so gut wie oder besser als der Stand der Technik mit zwei

Präparationsfadenführern sein.

- Eine gleichmäßige Verteilung der Präparation über die Filamente wie z.B. mit Heberlein

MigraJetTM (vgl. Abb. 4) ist sicherzustellen.

- Keine Präparation darf an die Umgebung abgegeben werden.

6 DURCHGEFÜHRTE PRAKTISCHE ARBEITEN UND ERZIELTE ERGEBNISSE 14 6.2 ENTWICKLUNGSSTUFEN DER PRÄPARATIONS- UND MIGRATIONSEINHEIT „PREMIJET®“


- Nicht vom Faden aufgenommene Präparation soll gesammelt und wiederverwendet wer-

den.

- Das Laufverhalten des präparierten Garns auf der BCF-Maschine muss so gut wie oder

besser als der Stand der Technik sein.

- Die Qualitätsmerkmale des fertigen BCF-Garns müssen mit der neuen Prozessführung

so gut wie oder besser als der Stand der Technik sein.

6.2.1 Funktionsbeschreibung PremiJET®

Die Konstruktion der kombinierten Präparier- und Migrationsverwirbelungsdüse wurde so ges-

taltet, dass der Vorgang des Präparierens und der Verwirbelung in einem quasi geschlossenem

Gehäuse erfolgt. Die „PremiJET®“ Präparations- und Migrationseinheit besitzt Anschlüsse für

die Medienversorgung (Druckluft, Präparation) und Entsorgung (Absaugung Präparations-

Luftgemisch) sowie die Funktionselemente für Präparationsauftrag, Migration, Fadenführung,

und Absaugung (Abb. 8). Der Faden tritt am Präparationsschlitz in die Vorrichtung ein und

nimmt Präparation auf. Bei diesem Vorgang abspritzende Tropfen der Präparation werden in

der ersten Absaugkammer aufgefangen und mit der abgesaugten Luft abgeführt. In der Verwir-

belungszone wird eine Vermischung der Filamente sowie eine Verteilung der Präparation auf

den Filamenten durch einen seitlich zuströmenden Luftstrom erzielt. An die Verwirbelungszone

schließt sich die zweite (untere) Absaugung an, welche die Hauptlast der mit Präparation ver-

mischten Verwirbelungsluft abführen muss. Die dargestellte Variante besitzt einen schwenkba-

ren Deckel mit Keramikeinsatz zur Abdichtung der Vorrichtung.

Abb. 8 CAD-Modell der Präparations- und Migrationseinheit „PremiJET®“

Absaugung

Druckluft-

anschluss

Präparations-

zuleitung


Präparations-

auftrag

Absaugung Faden-

führung



6.2.2 Abfolge der Entwicklungsstufen

Eine chronologische Übersicht über die von der Fa. OTC Temco als Baumuster bzw. Prototy-

pen der gekapselten Einheit zur Präparation und Migration hergestellten und zur Erprobung

herangezogenen Varianten gibt Tabelle 3. Kennzeichnende Merkmale einzelner Ausführungen

der Einheit sind in Tabelle 4 dargestellt (Abb. 9 - Abb. 13).

Tabelle 3 Chronologie der Entwicklungsstufen der gekapselten Einheit zur Präparierung und Migrationsverwirbelung von BCF-Garnen

Version/ Datum

Gestaltung der Präparier- und Migrationszone

Vorteile (+)/Nachteile (-) (Anforderungserfüllung)

Projektstart 08/2005

- 2 gegenüberliegende offene Präparationsfadenführer

- offene Migrationsdüse

+ Präparierung OK

+ Migrationsverwirbelung OK

- Abspritzer durch mitgerissene Präparation an Fadenführern

- Aus der Düse tritt Präparation aus

- Verschmutzung der Maschine und Umgebung

V-1

05/2006

Keramische Baueinheit mit

- Präparationsschlitz (oben)

- Migrationsverwirbelung (mittig): Blasbohrung zylindrisch

- Absaugöffnungen oben und unten

(Abb. 9)

+ Präparierung OK

+ keine Abspritzer durch mitgerissene Präparation

+ Maschine und Umgebung sauber

- Migrationsverwirbelung n.i.O.

- Drall des Fadenbündels in Spinnschacht (Filamentabriss)

V-2A

10/2006



- Migrationsverwirbelung (mittig): Blasbohrung elliptisch in Anlehnung an Heberlein „MigraJetTM“


+ Präparierung OK + keine Abspritzer durch mitgerissene Präparation



- Drall des Fadenbündels in Spinnschacht (Filamentabriss)

V-2B

10/2006





- zusätzlich Drallstopper im Deckel

(Abb. 10)



+ kein Drall des Fadenbündels


Umfangreiche Untersuchungsreihe an einer BCF-Maschine u.a. Highspeed-Video-Analysen



V-3

05/2007


- Präparationsschlitz (oben), Präpariereinsätze austauschbar (Schlitzbreiten: 2 mm, 4 mm)



- Drallstopper im Deckel

- neues Gehäuse

- 3-fädige Version

(Abb. 11)





- Bei 3-fädiger Version Einlauf der äußeren Fadenbündel nicht zentrisch

- Herstellkosten für Keramikbauteil zu hoch

V-4

01/2008

REDESIGN der Präparationseinheit zur Kosteneinsparung:

- Neues Gehäuse zur Aufnahme der einzelnen Funktionselemente

- Präpariereinsätze austauschbar (Schlitzbreiten: 2 mm, 4 mm)

- Migrationsverwirbelung mit Original Jet-Packs der Heberlein „MigraJetTM“


(Abb. 12)





- Gehäuse nicht zufriedenstellend dicht, Präparation tritt aus, Öffnung des Auslaufbereichs zu groß (Abb. 13 A)

V-5

05/2008

- Gehäuse zur Aufnahme der einzelnen Funktionselemente

- Präpariereinsätze austauschbar (Schlitzbreiten: 2 mm, 4 mm)

- Migrationsverwirbelung mit Original Jet-Packs der Heberlein „MigraJetTM“

- Absaugöffnung nur am Fadenaustritt


- Neugestaltung des Auslaufbereichs zur Rückhaltung des Präparations- Luftgemischs im System

- 3-fädige Version

(Abb. 13)





+ Gehäuse nach Strömungsopti- mierung am Auslass ausreichend dicht, so dass nahezu keine Präparation an die Umgebung austritt

+ Variante dient als Basis für Serie.



Tabelle 4 Abbildungen zur Chronologie der Entwicklungsstufen der gekapselten Einheit zur Präparierung und Migrationsverwirbelung von BCF-Garnen

Datum Abbildung

Projektstart 08/2005

Siehe Abb. 5

V-1

05/2006

Abb. 9 PremiJET® Variante V-1

V-2B

10/2006

Abb. 10 PremiJET® Variante V-2B Blasdüsengeometrie von MigraJetTM, mit Drallstopper



V-3

05/2007

Abb. 11 PremiJET® Variante V-3 (3-fädig) Blasdüsengeometrie MigraJetTM, Drallstopper,

austauschbare Ölersteine

V-4

01/2008

Abb. 12 PremiJET® Variante V-4 (3-fädig) Gehäusedeckel mit Drallstopper, austauschbare Ölersteine,

Original MigraJetTM-Jetpacks

V-5

05/2008

Abb. 13 PremiJET® Variante V-5 Neukonstruktion des Auslaufbereichs (Abb. B)

(A) (B)

6 DURCHGEFÜHRTE PRAKTISCHE ARBEITEN UND ERZIELTE ERGEBNISSE 19 6.3 ANGEWANDTE PRÜF- UND MESSVERFAHREN


6.3 Angewandte Prüf- und Messverfahren für Garnkennwerte

Bestimmung der Garnfeinheit

Feinheitsbestimmung von Garnen nach DIN EN ISO 2060 – Strangverfahren.

Bestimmung der Höchstzugkraft und Hochzugkraftdehnung

Bestimmung der Höchstzugkraft und -dehnung von Garnabschnitten nach DIN EN ISO 2062.

Bestimmung der Kräuselkontraktion an BCF-Teppichgarnen

Nach DIN 53 840, Messgerät: Texturmat ME (Hersteller: Textechno H. Stein GmbH & Co. KG).

Nach DIN EN 14621 „Prüfverfahren für texturierte und nicht texturierte Multifilamentgarne“

(2006), Messgerät: Texturmat ME (Hersteller: Textechno H. Stein GmbH & Co. KG).

Dynamische Bestimmung von Kräuselung und Schrumpf an BCF-Teppichgarnen (TYT)

Nach US-Vornorm ASTM D-6774-02, Messgerät: TYT - Textured Yarn Tester

(Hersteller: Lawson-Hemphill, MA, USA).

Bestimmung der Präparationsauflage von Garnen

a. DIN 54278 T.1 „Bestimmung der in organischen Lösemitteln löslichen Substanzen“

(Ausgabe Oktober 1995) mit einem Soxhlet-Extraktionsgerät (je 2 Proben à 5 g; Lö-

sungsmittel für PA : Petrolether, für PP: Isopropanol).

b. Methode mit Rotationsverdampfer, nach Werksvorschriften der Firmen Schill & Seilacher

bzw. Oerlikon Neumag, Titel: „Determination of the Oil Application for Carpet Yarn or

Staple Fiber“ (Ausgabe 16.04.2003), Lösemittel entspr. DIN 54278, alternativ Aceton.

6.4 Versuchsanordnung bei ITV Denkendorf (DITF)

6.4.1 ITV-Versuchsstand und Messtechnik

Für die Untersuchungen zum Präparationsauftrag auf unverstreckte LOY-Garne wurden von der

Fa. Oerlikon Neumag spezielle PP-LOY Garne unterschiedlicher Feinheiten hergestellt, welche

nur mit destilliertem Wasser präpariert worden waren. Diese Garne wurden von der Spule ab-

gezogen und am Versuchsstand des ITV Denkendorf verarbeitet. Die Laufzeit einer Spule be-

trägt je nach Garnfeinheit zwischen 4 und 10 Minuten. Der Fadenlauf für diese Untersuchungen

(Abb. 14) geht von der Vorlagespule (LOY ohne Spinnpräparation) über drei Galetten zum Auf-

bau einer Vorspannung und Temperierung des Fadens auf ca. 60 °C zur Präparierzone (Abb.

15), in welcher die unterschiedlichen Anordnungen eingebaut wurden. Auf die Präparierzone

folgt eine Abzugsgalette sowie zwei weitere Galetten, welche die Möglichkeit zur Verstreckung

des LOY-Garns bieten. Die behandelten Garne wurden zur Analyse auf dem nicht dargestellten

Wickler aufgespult. Die definierte Zuführung der Spinnpräparation erfolgte mit einer Dosierpum-

pe mit einem nachgeschaltetem Massenstrommessgerät (Abb. 16).

6 DURCHGEFÜHRTE PRAKTISCHE ARBEITEN UND ERZIELTE ERGEBNISSE 20 6.4 VERSUCHSANORDNUNG BEI ITV DENKENDORF (DITF)


Fadenlauf ohne Verstreckung Verstreckung Präparierzone (vgl.: Abb. 15)

Abb. 14 Fadenlauf zur Präparationsapplikation und Migrationsverwirbelung mit PremiJET®-Einheit und nachfolgender Verstreckung am Versuchsstand des ITV Denkendorf

Abb. 15 Präparierzone: PremiJET®-Einheit, Unterdrucksensoren in den Absaugleitungen Versorgungsleitungen für Präparation und Druckluft

A1

„oben“

A2

„unten“

Premijet

6 DURCHGEFÜHRTE PRAKTISCHE ARBEITEN UND ERZIELTE ERGEBNISSE 21 6.4 VERSUCHSANORDNUNG BEI ITV DENKENDORF (DITF)


Abb. 16 Präparationspumpe und Massenstrom-Messgerät „Coriflow“

Abb. 17 „Airflow“-Messgerät für Über- und Unterdruck

Für die Untersuchungen zum Präparationsauftrag sowie der Migrationsverwirbelung an laufen-

den Fäden wurden im Technikum des ITV der DITF Denkendorf am bestehenden Verstreckver-

suchsstand mit 8 Galetten (Garngeschwindigkeit bis 2000 m/min, Abb. 14) die folgenden Ein-

richtungen bzw. Geräte eingesetzt oder zum Teil speziell beschafft:

1) Migrationsdüsen, offene Bauart (Leihgabe Fa. Oerlikon Heberlein),

2) Dosierpumpe Fabrikat Mahr für Präparation und Wasser (Abb. 16),

3) Steuerrechner in einem Stahlschrank

a. zur Ansteuerung des Versuchsstands (Geschwindigkeiten, Oberflächentempera-

turen der Galetten) und

b. zur Erfassung von Prozessdaten mit Multifunktionskarte und Software „Labview“,

4) BCF-Wickler Modell Camtras (Leihgabe der Fa. Oerlikon Neumag),

5) Sensoren und Verstärker zur Erfassung der Fadenzugkraft,

6) Massendurchflussmessgerät „Coriflow“ (Abb. 16),

7) Drucksensoren für Unterdruck im Saugsystem (Abb. 15),

8) Drucksensor für Überdruck der Migrationsblasluft (Abb. 14),

9) Emulsions-/Ölnebelabscheider Fabrikat Büchel „ENF 500“ (Abb. 14),

4-stufige Filterung bis Filterklasse H 13, Saugleistung 500 m³/h bei Unterdruck 480 Pa

(= 0,48 mbar),

10) Digitale Highspeed-Videokamera Fabrikat Redlake MotionPro,

11) Digitale Industriekamera Fabrikat Basler.

Für Messaufgaben inner- und außerhalb des Technikums des ITV der DITF Denkendorf wurden

beschafft und eingesetzt:

12) Mobiler Messrechner

a. für Messaufgaben mit Multifunktionskarte und Software „Labview“,

b. für Steuerung der Highspeed-Videokamera Redlake MotionPro,

6 DURCHGEFÜHRTE PRAKTISCHE ARBEITEN UND ERZIELTE ERGEBNISSE 22 6.5 VERSUCHSDURCHFÜHRUNG AM ITV-VERSUCHSSTAND UND ERGEBNISSE


13) Hand-held Computer mit Messeinheit (Formfaktor CF) als Basis für ein mobiles Faden-

zugkraftmessgerät,

14) Fadenzugkraftsensor,

15) „Airflow“ Messgerät für Über- und Unterdruck (Abb. 17).

6.4.2 Datenerfassung und Auswertung

Zur Erfassung, Speicherung und Auswertung der Messdaten mit einem PC bzw. mobilem Mess-

rechner wurde in der Programmierumgebung Labview ein Messprogramm erstellt, womit einer-

seits die aktuellen Messwerte angezeigt werden (Abb. 18) und andererseits je Versuch ein

Messdatensatz abgespeichert werden. Als Prozess-Messgrößen wurden dargestellt und aus-

gewertet: Unterdruck in oberer und unterer Saugkammer, Massenstrom Präparation, Blasdruck

der Migrationsdüse, Fadenzugkraft nach der Präparierzone.

Abb. 18 Bildschirmabdruck mit Prozess-Messgrößen (Basissoftware: Labview)

6.5 Versuchsdurchführung am ITV-Versuchsstand und Ergebnisse

Alle Untersuchungen zum Applizieren der Spinnpräparation im Rahmen des vorliegenden Pro-

jekts wurden mit Marken-Spinnpräparationen im unverdünnten Zustand als sog. Neatoil mit ei-

nem Aktivgehalt von ca. 80 % durchgeführt.

6.5.1 Einfluss von Präparationsauftrag und Migrationsverwirbelung auf den Fadenschluss

Mit der PremiJET®-Variante V-2A mit ovaler Blasbohrung (Tabelle 3) wurden zur Untersuchung

der Einflüsse von Migrations- bzw. Vorverwirbelung und der Höhe des Präparationsauftrags auf

den Fadenschluss die Größen Blasdruck und Präparationsmassenstrom variiert (Abb. 19).



Präparierung: OPU = 0 %

Migrationsverw.: 0 bar

Präparierung: OPU = 0 %

Migrationsverw.: 1,0 bar

Präparierung: OPU = 0,5 %


(Filamentwickel durch Filament-brüche vom Spulenabzug)





Abb. 19 Einfluss von Präparationsauftrag und Blasdruck der Migrationsverwirbelung auf den Fadenschluss bei PP-LOY 6500 dtex f 140



Vorlagegarn war das als „Standard“ verwendetes Polypropylen PP LOY 6500 dtex f 140 und als

Spinpräparation kam das Produkt Limanol BF 20 (Hersteller: Schill & Seilacher AG) zum Ein-

satz. Mit einer digitalen Industriekamera (Belichtungszeit: 300 ms) wurden die Filamentbündel

auf der 3. Galette am Ausgang der Streckzone (Abb. 14) fotografiert. Die Fadengeschwindigkeit

betrug in der Präparierzone 700 m/min, die Fadenzugkraft nach der Präparierung 150 – 300 cN

(Werte entsprechen dem BCF-Prozess), die Geschwindigkeit der Galette am Ausgang der

Streckzone war 1200 m/min. Besonders deutlich wird in Abb. 19, dass ohne Präparation kein

Fadenschluss existiert und die Filamente stark vereinzelt nebeneinander auf der Galette liegen.

Die Verwirbelung alleine trägt nicht dazu bei, einen Fadenschluss zu erteilen. Das Filament-

bündel erhält erst mit einer Spinnpräparation einen Fadenschluss. Je mehr Präparation appli-

ziert wird, desto kompakter wird das Garn, desto intensiver ist der für den weiteren Prozess

erforderliche Fadenschluss.

6.5.2 Einflüsse auf den Saugunterdruck in der PremiJET®-Vorrichtung Version V-2A

Einfluss der Migrationsdüsengeometrie

Der Garnkanal des Migrationsverwirbelungsteils der PremiJET®-Variante V-2A (Tabelle 3) weist

eine Erweiterung in Fadenlaufrichtung auf, wodurch der aus der Blasöffnung austretende Luft-

strom in Fadenlaufrichtung geführt wird. Diese Geometrie ruft einen Venturi-Effekt im Garnkanal

hervor, wodurch bei der in Abb. 20 dargestellten Düse zusätzlich Luft aus der Absaugkammer

A2 angesaugt wird. Sie tritt in Fadenlaufrichtung aus der verhältnismäßig großen Austrittsöff-

nung der Düse aus.

Abb. 20 Garnkanal in der Migrationszone der PremiJET® Version V-2B (Längsschnitt schematisch) A1, A2 = Absaugkammern

Der statische Druck in den Absaugöffnungen wurde ohne Faden mit dem „Airflow“-Druckmess-

gerät (Abb. 17) gemessen. Der Versuchsaufbau ist in Abb. 15 dargestellt. Die ermittelte Abhän-

gigkeit des Drucks in den Absaugkammern A1 und A2 vom Blasdruck ist in Abb. 21 dargestellt.

Negative Drücke sind „Unterdruck“ und bedeuten „Saugen“. Durch den Venturi-Effekt sinkt für

den Fall ohne Faden der Druck in der Kammer A2 mit Erhöhung des Blasdrucks ab. D.h. in die-

sem Fall wird Luft aus der Kammer A2 gesaugt. In der Absaugkammer A1 wird der Unterdruck

nur unwesentlich vom Blasdruck beeinflusst, er steigt nur sehr gering an, was darauf hinweist,

dass ein kleiner Volumenstrom der Luft aus der Blasbohrung in den Absaugkanal A1 strömt.

Fadenlaufrichtung

A2 (unten) A1 (oben)

Luftkanal, Blasöffnung



Mit einem Faden (z.B. 1000 dtex), der wie im realen Einsatzfall durch die Präpariervorrichtung

läuft, wird der Luftstrom derart beeinflusst, dass kein Venturi-Effekt mehr nachgewiesen werden

kann. Mit Faden ändert sich der Druck weder in der Absaugkammer A1 noch in der Absaug-

kammer A2 signifikant in Abhängigkeit vom Blasdruck (Abb. 22). Es kann im realen Betrieb der

Vorrichtung von stabilen Druckverhältnissen ausgegangen werden, wobei ein nicht zu vernach-

lässigender Volumenstrom der Blasluft durch die Fadenaustrittsöffnung in die Umgebung ge-

langt.

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500

0 0,5 1 1,5 2Blasdruck (bar)

Dru

ck A

bsau

gung

(P

a)

Absaugung A1 (oben)

Absaugung A2 (unten)

-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500


Dru

ck A

bsau

gung

(P

a)

Absaugung A1 (oben)


Abb. 21 Einfluss des Blasdrucks auf den stati-schen Druck in den Absaugkammern

ohne Faden (PremiJET®-Variante V-2A)

Abb. 22 Einfluss des Blasdrucks auf den stati-schen Druck in den Absaugkammern mit Faden (PremiJET®-Variante V-2A)



Einfluss einer Blende am Fadenaustritt

Mit dem Ziel, die Absaugeffizienz zu verbessern, wurde die Fadenaustrittsöffnung der Premi-

JET®-Düse (Variante V-2) mit einer Blende halb verschlossen, ohne dass der Fadenlauf beein-

flusst oder geändert wurde (Abb. 23). Die Blende bewirkt eine Umlenkung der Luftströmung so,

dass der größte Teil der verunreinigten Blasluft in die Absaugkammer A2 gelenkt wird. Aus Abb.

24 ist ersichtlich, dass der Druck in der Kammer A2 mit zunehmendem Migrationsblasdruck

ansteigt. Bei 1,5 bar Blasdruck erreicht er etwa 750 Pa. Wieder wird festgestellt, dass der Druck

in der Absaugkammer A1 nicht vom Blasdruck beeinflusst wird. Die Ausführung des Düsenaus-

tritts mit Blende bewirkt eine deutlich geringere Verschmutzung des Bereichs in der Umgebung

der PremiJET® mit Präparation, wie visuell bei den Versuchen beobachtet wurde. Die Austritts-

öffnung am Düsenende muss daher so klein wie möglich ausgeführt werden, wobei der Faden-

lauf nicht gestört werden darf.

Blende

Abb. 23 Garnkanal in der Migrationszone der PremiJET® Version V-2B mit Blende am Fadenaustritt des Deckels (Längsschnitt schematisch) A1, A2 = Absaugkammern

-200

-100

0

100

200

300

400

500

600

700

800


Dru

ck A

bsau

gung

(P

a)

Absaugung A1 (oben)


Abb. 24 Einfluss des Blasdrucks auf den statischen Druck in den Ab-saugkammern mit Faden (PremiJET®-Variante V-2A mit Blende)

Fadenlaufrichtung

A2 (unten) A1 (oben)

Luftkanal, Blasöffnung



Praxiswerte für den Unterdruck

Praxis-Messwerte für den Einfluss des Migrationsblasdrucks auf die Saugwirkung der Premi-

JET® Variante V-2A wurden ermittelt. Der Absaugunterdruck wurde im „Stillstand“, d.h. ohne

Migrationsverwirbelung und ohne Faden bei geschlossenem Deckel auf konst. 31 mbar einge-

stellt, da ein Absaugunterdruck in der Höhe von 30 - 40 mbar an der BCF-Maschine ohnehin für

die Besaugung der Kühltrommel zur Verfügung steht. Da die Absaugleistung des Ölnebelab-

scheiders „ENF“ für dieses Unterdruckniveau nicht ausreicht, wurde ein weiteres frequenzge-

steuertes Gebläse in den Versuchsstand integriert (vgl.: Abb. 30). In Abb. 25 ist die Abhängig-

keit des Saugunterdrucks in den Saugkammern A1 (oben) und A2 (unten) der PremiJET® vom

Migrationsblasdruck mit einem Garn PP LOY 6500 dtex f 140 (Geschwindigkeit 700 m/min) dar-

gestellt. Als Soll-OPU wurde 1 % eingestellt. Das Abfallen des Unterdrucks bedeutet, dass ein

Luftstrom in die Absaugung gefördert wird, also mehr Luft durch die Kammer abgesaugt wird.

Es werden die Deckelvarianten ohne (vgl.: Abb. 20) bzw. mit Blende (vgl.: Abb. 23)

gegenübergestellt. Insgesamt liegt das Saugdruckniveau der unteren Absaugkammer A2 beider

Deckel-Varianten etwa gleich auf, während sich die Saugwirkung an der oberen Kammer A1 bei

der Variante mit Blende mit steigenden Blasdrücken günstiger entwickelt. Entscheidenden

Einfluss auf die Saugwirkung hat das Garn, das die Strömung in der Vorrichtung beeinflusst,

wie die Messergebnisse für ein 2300 dtex-BCF-Garn (Abb. 26) im Vergleich zu dem 6500 dtex-

Garn (Abb. 25) zeigen.

0

10

20

30

40

50

60

0,0 0,5 1,0 1,5

Migrationsblasdruck [bar]

Sa

ug

un

terd

ruck

[m

ba

r]

Absaug. A1 (Deckel Standard)


Absaug. A1 (Deckel + Blende)


0

10

20

30

40

50

60

0,0 0,5 1,0 1,5


Sa

ug

un

terd

ruck

[m

ba

r]





Abb. 25 Abhängigkeit des Saugunterdrucks in den Kammern A1 (oben) und A2 (unten)

(Garn: PP LOY 6500 dtex f 140, v = 700 m/min)

Abb. 26 Abhängigkeit des Saugunterdrucks in den Kammern A1 (oben) und A2 (unten)

(Garn: PP BCF 2300 dtex f 140, v = 700 m/min)



6.5.3 Einflüsse auf die aufgetragene Präparationsmenge (Ist-OPU)

Am Versuchsstand des ITV Denkendorf wurden Untersuchungen zum Präparationsauftrag

(OPU) auf unterschiedliche Garne durchgeführt. Aufgrund der erfolgversprechenden Ergebnis-

se bezüglich der nahezu nicht vorhandenen Verschmutzung der Umgebung kam bei den Ver-

suchen die PremiJET® Variante V-2A mit Blende zum Einsatz (vgl.: Abb. 23). Die Geschwindig-

keit des Garns in der Präparations- und Migrationseinheit „PremiJET®“ betrug für alle Versuche

am Versuchsstand 700 m/min, als Präparation kam „Limanol BF 20“ (Hersteller: Schill & Seila-

cher) zum Einsatz. Variiert wurden Vorlagegarn, zugeführter Präparationsmassenstrom (Soll-

OPU) und der Blasdruck für die Migration.

Einfluss des Migrationsblasdrucks

Bei einem fertigen BCF-Garn PP 2300 dtex f 140 mit einem konstant gehaltenen Soll-OPU von

1 % ist der auf dem Garn verbleibende Teil der Präparation bei Migrationsverwirbelungsdrücken

von 0,3 bis 1,3 bar relativ konstant: der OPU beträgt ca. 0,7 % (Abb. 27).

Eine stärkere Abhängigkeit des resultierenden Präparationsauftrags vom Migrationsblasdruck

erkennt man bei dem PP-LOY 6500 dtex f 140 (Abb. 28): bei 0,5 bar verbleibt ca. 85 % der ein-

gesetzten Präparation auf dem Garn, bei 0,7 bis 1,0 bar Migrationsblasdruck etwa 80 %. In der

Praxis sind Migrationsblasdrücke im Bereich von 0,3 bis 0,8 bar üblich, hier liegt ein Optimum

für den Präparationsauftrag.

BCF 2300 dtex (Premijet mit Blende)

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0,3

ba

r |

1,0

%

0,5

ba

r |

1,0

%

0,7

ba

r |

1,0

%

1,0

ba

r |

1,0

%

1,3

ba

r |

1,0

%

OP

U [

%]

LOY 6500 dtex (Premijet mit Blende)

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

0,3

ba

r |

1,0

%

0,5

ba

r |

1,0

%

0,7

ba

r |

1,0

%

1,0

ba

r |

1,0

%

1,3

ba

r |

1,0

%

OP

U [

%]

Abb. 27 Präparationsauftrag (OPU) auf BCF-Garn 2300 dtex f 140 in Abhängigkeit vom Blasdruck der Migrationsdüse,

Soll-OPU = 1,0 %

Abb. 28 Präparationsauftrag (OPU) auf LOY-Garn 6500 dtex f 140 in Abhängigkeit vom Blasdruck der Migrationsdüse,

Soll-OPU = 1,0 %



Einfluss der zugeführten Präparationsmenge (Soll-OPU)

Der Präparationsauftrag mit der PremiJET®-Variante V-2 funktioniert zufriedenstellend, obwohl

im Vergleich zum Stand der Technik nur ein Präparierfadenführer zum Einsatz kommt. Die Ges-

taltung des Deckels mit Blende hat insbesondere bei kleinen Präparationsauftragsmengen ei-

nen positiven Einfluss auf die Effizienz des Präparationsauftrags mit der PremiJET®. Der Ein-

fluss des Präparationsauftrags für eingestellte Soll-OPU von 0,5, 1,0 und 1,5 % auf die gemes-

sene Präparationsauflage (Ist-OPU) ist in Abb. 29 dargestellt. Die Effizienz des Präparationsauf-

trags, d.h. der Quotient aus gemessener „Ist-Präparationsauflage“ zu der entsprechenden „Soll-

Auflage“ beträgt für Soll-Werte von 1 % und 1,5 % im Mittel 76 %. Das ist ein typischer Praxis-

wert.

6500 dtex LOY 700 m/min 0,5 % Präp.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

0,0 0,5 1,0 1,5


Ist

- O

PU

[%

]

Deckel Standard Deckel + Blende


0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

0,0 0,5 1,0 1,5


Ist

- O

PU

[%

]



0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

0,0 0,5 1,0 1,5


Ist

- O

PU

[%

]


Abb. 29 (a), (b), (c) Präparationsauftrag Soll-Ist-Vergleich in Abhängigkeit von Soll-OPU und

Migrationsblasdruck bei PremiJET® V-2, Deckelvarianten mit und ohne Blende,

Garn: PP-LOY 6500 dtex f 140, v = 700 m/min

(a) Soll-OPU = 0,5 % (b) Soll-OPU = 1 %

(c) Soll-OPU = 1,5 %



6.5.4 Erprobung eines Abscheidesystems für Präparation (ITV Denkendorf)

Das in Abb. 30 dargestellte Abscheidesystem aus Rohrleitungen, Grobabscheider, Absaugmo-

tor mit Gebläse und Ölnebelabsaugung (ENF) ist in der Lage die PremiJET®-Vorrichtung in den

Absaugkammern A1 und A2 mit über 50 mbar Druckunterschied zu besaugen. In dem Grobab-

scheider sammeln sich Tropfen und kleinere Tröpfchen der von der Luft mitgerissenen Präpara-

tion. Über die Abscheide-Effizienz des dargestellten Systems kann aufgrund der verhältnismä-

ßig kurzen Betriebszeit während der einzelnen Versuche keine Aussage getroffen werden.

Prinzipiell wurde eine gute Abscheidewirkung des Grobabscheiders beobachtet. Systematische

Untersuchungen zu Abscheidern für Präparation wurden von der Fa. Oerlikon Neumag durch-

geführt (siehe: Kap. 6.7.2).

Premijet

Grobabscheider

Absaugmotor

Ölnebelabsaugung

Premijet

Grobabscheider

Absaugmotor

Ölnebelabsaugung

Abb. 30 Installation zum Absaugen der Prozessluft mit Grobabscheider, Absauggebläse und Ölnebelfilter (ITV Denkendorf)

6 DURCHGEFÜHRTE PRAKTISCHE ARBEITEN UND ERZIELTE ERGEBNISSE 31 6.6 VERSUCHSANORDNUNG BEI FA. OERLIKON NEUMAG


6.6 Versuchsanordnung bei Fa. Oerlikon Neumag

BCF-Maschine im Technikum der Fa. Oerlikon Neumag

Ausgehend vom Stand der Technik wurde zum Ersatz der offenen Präparationsfadenführer so-

wie der offenen Migrationsdüsen an einer BCF- Technikumsmaschine der Fa. Oerlikon Neumag

(Abb. 31) die im folgenden diskutierten Versuche und Erprobungen mit vollgekapselten und mit

Abluftabsaugung ausgestatteten Präpararier- und Migarationseinheiten „PremiJET®“ als Bau-

muster und Prototypen durchgeführt (Abb. 32).

LOY-Multifilamentgarn

von Spinndüse

Offene Präparierung 1

Offene Präparierung 2


Fadenführer

Galette 1

Abb. 31 Fadeneinlauf mit Präparationsapplikation und Migrationsverwirbelung einer BCF-Maschine Neumag Typ 802 241 mit 2 x 1 Fäden

Bei allen Untersuchungen zum Applizieren der Spinnpräparation im Rahmen des vorliegenden

Projekts bei der Fa. Oerlikon Neumag wurden Marken-Spinnpräparationen im unverdünnten

Zustand als sog. Neatoil mit einem Aktivgehalt von ca. 80 % eingesetzt.

6 DURCHGEFÜHRTE PRAKTISCHE ARBEITEN UND ERZIELTE ERGEBNISSE 32 6.7 VERSUCHSDURCHFÜHRUNG BEI FA. OERLIKON NEUMAG UND ERGEBNISSE


6.7 Versuchsdurchführung bei Fa. Oerlikon Neumag und Ergebnisse

6.7.1 Praxisnahe Untersuchungen an einer BCF-Maschine

Erprobung der PremiJET® Variante V-1

Erste Erprobungen der PremiJET® Variante V-1 (runde Blasbohrung, Abb. 9) wurden einem

„moderaten“ Standardteppichgarn BCF Polypropylen 2300 dtex f 140, trilobal bei einer Garnge-

schwindigkeit am Streckgaletten-Duo (vgl.: Abb. 1) von 2500 m/min (Aufspulgeschwindigkeit:

2140 m/min) an der BCF-Maschine Neumag Typ 802 241 (Abb. 32) durchgeführt. In der Präpa-

rierzone liegt das Garn als LOY (low oriented yarn) 6500 dtex f 140 mit einer Geschwindigkeit

von 700 m/min vor.

Einfluss auf die Präparationsauflage (OPU)

Als Referenz dient der Standard-Präparationsprozess mit zwei Präparationsfadenführern und

nachgeschalteter „Migra-Jet“-Verwirbelungsdüse (Abb. 31). Bei einem Soll-OPU von 1 %

verblieb bei dem in der Versuchreihe hergestellten BCF-Garn ein OPU von 0,83 % auf dem

Garn. Der Migrationsblasdruck im Standardprozess beträgt etwa 0,7 bar. Der Präparationsauf-

trag mit der PremiJET® V-1 über einen Präparationsschlitz erfolgt genau so effizient wie mit

zwei Präparationsfadenführern im Standradprozess: Repräsentative Messwerte für den effekti-

ven Präparationsauftrag (Ist-OPU) in Abhängigkeit von der zugeführten Präparationsmenge

(Soll-OPU) sowie des Migrationsblasdrucks (p) sind in Abb. 33 dargestellt. Die Effizienz des

Präparationsauftrags (Verhältnis Ist-OPU/Soll-OPU) beträgt für PremiJET® V-1 ca. 81 % sowie

für die Standard-Anordnung ca. 83 %.

Einfluss des Migrationsblasdrucks auf die Präparationsauflage (OPU)

Eine signifikante Abhängigkeit der auf dem Garn verbleibenden Präparationsauflage (Ist-OPU)

vom Migrationsblasdruck konnte bei der Variante V-1 in der ersten Versuchsreihe nicht festge-

stellt werden. Der maximal einstellbare Druck für die Migrationsverwirbelung betrug 0,25 bar.

Vergleichbare Migrationsdüsen werden in der Praxis mit Drücken zwischen 0,3 und 1 bar betrei-

ben. Bei Blasdrücken über 0,25 bar kommt es bei dieser Version der Präparationseinheit zu

einem den Prozess beeinträchtigenden Drall im Garn, der sich negativ bis zur Spinndüse aus-

wirken kann (Abb. 34). Der Drall nimmt mit steigendem Blasdruck zu.



PremiJET® V-1

Abb. 32 Fadeneinlauf mit geschlossener Präparationseinheit „PremiJET®“ Variante V-1 an der BCF-Maschine Neumag Typ 802 241 mit 1 Faden

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

Soll-OPU [%]

Ist-

OP

U [

%]

Ist-OPU (Referenz) p = 0,7 bar

Ist-OPU p = 0,25 bar

Ist-OPU p = 0,15 bar

Ist = Soll

Abb. 33 Präparationsauftragskennlinie der PremiJET® V-1 über Präparationsschlitz im Vergleich zur Referenz (Garn: BCF 2300 dtex f 140)



Abb. 34 Rückdrall mit Aufspaltung des Garns an PremiJET® V-1 in Richtung Spinnschacht

Einfluss der Absaugung auf die Präparationsauflage (OPU)

Bei einem Blasdruck von 0,25 bar hat der zwischen 31 und 0 mbar variierte Absaugunterdruck

an der PremiJET® keinen signifikanten Einfluss auf die Präparationsauflage bei Soll-OPU = 1 %

(Abb. 35). Ohne Absaugung (Einstellung: 0 mbar) traten allerdings feine Präparationstropfen

aus, die sich auf der Einlaufgalette und umgebenden Teilen niederschlugen.

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

-40 -30 -20 -10 0

Unterdruck Absaugung [mbar]

Ist-

OP

U [

%]

Abb. 35 Einfluss des Absaugunterdrucks auf die Präparationsauflage (Ist-OPU) bei Blasdruck 0,25 bar, Soll-OPU = 1 %, Garn: BCF 2300 dtex f 140

Einfluss der Präparationszuführung über die Blasbohrung

Eine Besonderheit der Düsenversion V-1 ist, dass in die Blasluft für die Migrationsverwirbelung

Präparation zugeführt werden kann. Der Präparationsauftrag über die Blasluftbohrung lässt je-

doch keine Vorteile erkennen, da die Drallwirkung wegen der schnellen Präparationströpfchen

in der Blasluft verstärkt wird (erhöhter Impuls, der das Fadenbündel teilt, vgl.: Abb. 34).



Drei Einstellungen für die Aufteilung des Präparationszuflusses wurden untersucht in Bezug auf

das Laufverhalten des Garns sowie die Effizienz des Präparationsauftrags:

Präparationsauftrag: 50 % über oberen Schlitz, 50 % über Blasluftbohrung

Bei niedrigem Migrationsblasdruck (0,15 bar) traten wenige Schlaufen vor der Präparati-

onseinheit auf (visuell ca. 1 Schlaufe pro 15 s). Bei höheren Blasdrücken traten vermehrt

Schlaufen auf (ca. 1 Schlaufe pro 2 s). Die gleichzeitig zunehmende Drallerteilung ist die

Ursache für das mit steigendem Blasdruck ungleichmäßiger werdende Laufverhalten des

Garns.

Die ermittelten Präparationsauflagen lagen auf dem Niveau der Referenzprobe.


Bei dem Präparationsauftrag nur über den Präparierschlitz traten sehr wenige Schlaufen

vor der Präpariereinheit auf (ca. 1 pro 30 s). Diese Einstellung wies das günstigste Lauf-

verhalten innerhalb der Untersuchungsreihe auf.

Die gemessene Präparationsauflage lag auf dem Niveau der Referenzprobe.


Es traten viele und sehr große Schlaufen auf (ca. 1 Schlaufe pro 5 s). Der Faden wurde

auch bei niedrigem Migrationsblasdruck bis zur Spinndüse zurück verdreht. Offensichtlich

wird der Drall und die Teilungswirkung auf den Faden durch die auf sehr hohe Geschwin-

digkeiten beschleunigten Präparationströpfchen verstärkt.

Die ermittelte Präparationsauflage lag unterhalb des Niveaus der Referenzprobe.

Einflüsse auf die Garneigenschaften

Die Einflüsse durch die o.g. Variationen beim Präparationsauftrag über den Präparierschlitz auf

die Garneigenschaften Höchstzugkraft, Höchstzugkraftdehnung und Reibwert sind gering, die

ermittelten Werte liegen dicht bei den Referenzwerten, so dass hier nicht weiter darauf einge-

gangen wird.

Einflüsse auf das Präparationsabsprühverhalten

Im Standardprozess lassen sich nach den Präparationsfadenführern und nach der Migrations-

verwirbelung z.B. mit einem Stroboskop abspritzende Präparationstropfen beobachten. Im Ge-

gensatz zu solchen Beobachtungen waren bei der Präparationseinheit PremiJET® V-1 keine

abspritzenden Präparationstropfen erkennbar, solange die Absaugung aktiv ist. Ohne Absau-

gung ist abspritzende Präparation zu beobachten.

Zur Untersuchung der Rückhaltung von Präparationsnebel und Tropfen über eine längere Zeit-

spanne wurden alle Komponenten der Maschine zuerst gründlich gereinigt. Anschließend wur-

de der BCF-Prozess ca. 1 h ohne Unterbrechung gefahren. Nach dem Versuch wurde an der

Oberseite des unteren Einfädelbleches der Präparationseinheit ein minimaler Präparationsfilm

festgestellt. Alle anderen Elemente waren unverschmutzt. Dies ist ein deutlicher Fortschritt ge-

genüber der offenen Standardkonfiguration. Das Ergebnis lässt sich gut mit einem Zitat eines



erfahrenen Mitarbeiters der Fa. Oerlikon Neumag belegen: „So sauber habe ich das sonst noch

an keiner Anlage gesehen.“


Die Migrationsverwirbelung der Version V-1 funktionierte nicht zufriedenstellend. Bei Blasdrü-

cken unterhalb 0,18 bar lief der Faden sauber als Fächer in die Präparationseinheit ein. Ein

Fadenschluss auf der Einlaufgalette war allerdings nicht gegeben. Um den Fadenschluss auf

der Einlaufgalette zu verbessern, war ein Druck von mindestens 0,2 bar erforderlich. Der Faden

wurde jedoch ab einem Druck von 0,18 bar sehr stark verdrallt und lief nicht mehr als Fächer,

sondern in 2 geteilten Bündeln in die Präparationseinheit ein (Abb. 34). Teilweise pflanzte sich

der Drall des Fadens bis in den Spinnschacht hinein fort. Es konnte keine zufriedenstellende

Einstellung der Migrationsverwirbelung ermittelt werden. Das Problem der Drallerteilung bei der

Migrationsverwirbelung ist auch von anderen Düsen bekannt. Bei höheren Drücken trat zusätz-

lich eine erhebliche Schlaufenbildung nach der Einheit auf.

Da der Faden im unverstreckten Zustand noch sehr weich und formbar ist, muss die Migrati-

onsverwirbelung sehr sorgfältig ausgelegt werden. Im Gespräch wurde daher angeregt, die sich

bietenden Synergiemöglichkeiten im Oerlikon-Saurer-Konzern zu nutzen und die erprobte

MigraJetTM-Technologie von Heberlein für die Migrationsverwirbelung einzusetzen.

Erprobung der PremiJET® Variante V-2A

Als Resultat der ersten Versuchsreihe wurde für den Migrationsbereich der PremiJET®-Einheit

V-2 die Geometrie der Heberlein-Düse MigraJetTM übernommen (Abb. 10).

Im BCF-Prozess wurde für die weitere Erprobung ein PA6-Garn 1000 dtex f 200 bei einer Ge-

schwindigkeit des Streckduos von 3000 m/min hergestellt. Dieses Garn ist durch die feinen Ein-

zelfilamente sehr anspruchsvoll und verhältnismäßig schwierig zu verarbeiten.

Alle Versuche wurden mit einem theoretischen Präparationsauftrag (Soll-OPU) von 1 % durch-

geführt. Es wurden unterschiedliche Migrationsblasdrücke (0,7; 1,0 und 1,3 bar) eingestellt, so-

wie der Unterdruck der Absaugung variiert.

Bei den Versuchen wurden die Präparationsabspritzer nach der PremiJET®-Einheit beurteilt und

die Filamentbrüche am Streckgaletten-Duo gezählt. Die Fadenspannung vor der PremiJET®

betrug etwa 180 cN, danach im Mittel ca. 250 cN. Das Garn wurde im Garnkanalgrund geführt.

Das Handling der PremiJET® (z.B. Fadeneinlegen) ist einfach und wird positiv beurteilt.

Einflüsse auf die Präparationsauflage

Die OPU-Werte der Versuchsreihe liegen zwischen 0,89 und 0,94 % (Soll-OPU = 1 %). Bemer-

kenswert ist dabei, dass bei allen Versuchsgarnen, die ohne Absaugung hergestellt wurden,

geringere OPU ermittelt wurden (0,89 bis 0,90 %) als bei den Versuchen mit aktiver Absaugung

(Abb. 36). Gerade bei diesen Einstellungen ohne Absaugung traten Abspritzer und eine Trop-

fenbildung unter der Präparationseinheit auf.



Eine Versuchsvariante, die mit Absaugung und sehr hohem Migrationsblasdruck (1,3 bar) her-

gestellt wurde, weist einen etwas geringeren Ölauftrag auf (OPU = 0,89 %).

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

-40 -30 -20 -10 0

Unterdruck Absaugung [mbar]

Ist-

OP

U [%

]

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4


Ist-

OP

U [%

]

Abb. 36 Einfluss des Absaugunterdrucks auf Ist-OPU (Soll-OPU = 1 %, PremiJET® V-2A,

Garn: PA6 1000 dtex f 200)

Abb. 37 Einfluss des Migrationsblasdrucks auf Ist-OPU (Soll-OPU = 1 %,

Absaugunterdruck = 18 mbar, PremiJET® V-2A, Garn: PA6 1000 dtex f 200)


Die Migrationsverwirbelung funktionierte mit der MigraJetTM-Geometrie der Version V-2 ohne

Probleme. Der anwendbare Druckbereich deckt sich etwa mit dem der gebräuchlichen Migra-

JetTM-Düse von 0,5 bis 2 bar [24]. Die Migrationsverwirbelung kann mit der Variante V-2A in

einem Druckbereich bis ca. 1,2 bar betrieben werden ohne dass ein Rückdrall des Garnes in

den Spinnschacht erfolgt. Oberhalb von 1,2 bar beginnt das Filamentbündel leicht zu verdrallen

und teilt sich auf. Bei einem Migrationsblasdruck von unter 0,4 bar steigt die Anzahl der Fila-

mentbrüche am Streckgaletten-Duo stark an. Die Funktion der Filamentmigration wird mit der

Variante V-2A wesentlich besser erfüllt als mit der Variante V-1. In der hier diskutierten Ver-

suchsreihe lief der BCF-Prozess für mehrere Stunden ohne Fadenabriss. In Abb. 37 ist der Ein-

fluss des Migrationsblasdrucks auf den Ist-OPU bei einem Soll-OPU = 1 % und Absaugunter-

druck = 18 mbar dargestellt.

Einflüsse auf das Präparationsabsprühverhalten

Bei der Präparationseinheit PremiJET® V-2A waren bei aktiver Absaugung keine abspritzenden

Öltropfen zu beobachten. Die Maschine blieb über die Dauer der Versuchsreihe insgesamt

sauber. Wird die Absaugung abgeschaltet, ist sofort abspritzende Präparation zu beobachten

und die Filamentbrüche nehmen deutlich zu. Gleiches trifft auf die Migrationsverwirbelung zu.

Wird diese abgeschaltet, treten Filamentbrüche auf und es sind deutliche Abspritzer zu beo-

bachten. Die beste Rückhaltewirkung wurde bei einem Absaugunterdruck von 31 mbar erzielt.



Insgesamt funktioniert die Absaugung des entstehenden Sprühnebels mit der PremiJET® V-2

gut. Die Maschine bleibt sauber. Es ist kein Präparationsnebel und kein Niederschlag mehr zu

beobachten.

Erprobung der PremiJET® Variante V-2B mit Drallstopper

Einfluss eines Drallstoppers

Als Resultat der o.g. Ergebnisse wurde in den Deckel der PremiJET®-Einheit V-2A ein Drall-

stopper integriert. Dieser verhindert durch Umlenken des Garns, dass der von der Migrations-

düse ausgehenden Luftstrom das zulaufende Filamentbündel verdrallt. Ziel des Drallstoppers

ist, übliche Migrationsblasdrücke (0,5 – 2 bar) einzustellen, ohne dass der Prozess gestört wird.

Bei einigen Prozessen bzw. Garntypen ist der Einstellbereich für den Migrationsblasdruck trotz

des eingesetzten Drallstoppers zu klein: Bei der ersten PremiJET®-Version V-2B kann z.B. mit

einem BCF-Garn 1200 dtex f 140 ein Druck bis zu 0,3 bar ohne negative Beeinflussung des

Fadenlaufs eingestellt werden, ab 0,5 bar tritt ein Rückdrall auf. Der hier untersuchte Drallstop-

per musste weiter verbessert werden.

Einfluss auf praktische OPU-Einsatzgrenzen

Die praktischen Einsatzgrenzen werden definiert durch die minimale Präparationsauflage, un-

terhalb derer ein mit einem Stroboskop sichtbares Spleißen der Fäden auf den Galetten auftritt.

Für das Garn 1000 dtex f 68 liegt die so ermittelte mindestens aufzutragende Präparationsmen-

ge OPU mit 0,67 % deutlich unterhalb der Menge, die mit der Standardpräparation nötig ist

(0,8 %). Für ein PP-BCF-Garn 2500 dtex f 68 wurden für beide Präparationssysteme 0,7 %

Minimalauftragsmenge ermittelt.

Vergleichsuntersuchung Standard-Präparationsvorrichtung – PremiJET® V-2B

Zum Vergleich zwischen der Standard-Präparationsvorrichtung (2 nacheinander angebrachte,

gegenüberliegende Präparationsfadenführer mit nachgeschalteter Migrationsverwirbelung He-

berlein MigraJetTM) und PremiJET® V-2B wurde die Präparationsauftragskennlinie (Abb. 38)

sowie das Laufverhalten insgesamt mit einem PP-BCF-Garn 1000 dtex f 68 rohweiß bei einer

Streckgalettengeschwindigkeit vDUO=3220 m/min ermittelt. Als Präparation wurde das Produkt

DyStar/Dr. Böhme 741 (80 % aktiver Anteil) eingesetzt. Eine weitere Präparationsauftragskenn-

linie für BCF-Garn PP 2500 dtex f 68 grün bei vDUO 3000 m/min mit Präparation Zschimmer &

Schwarz CP120 (80 % aktiver Anteil) ist in Abb. 39 dargestellt.

Der Einstellbereich für den Migrationsblasdruck war dank eines stärker eingreifenden Drallstop-

pers für beide Garne ausreichend: Ab 0,6 bar wurde der nötige Fadenschluss auf den Galetten

beobachtet und ein Zurückdrallen trat erst ab 1,1 bar auf.

Die PremiJET® kann im Vergleich zur Standard-Präparationseinheit nach diesen Ergebnissen

mit etwas geringeren oder gleichen theoretischen Präparationsauflagen (Soll-OPU) auf der

BCF-Maschine eingesetzt werden. Die Präpariereffizienz bei dem 2500 dtex-Garn ist für die

PremiJET® im Mittel ca. 90 %, für die Standard-Anordnung beträgt sie im Mittel ca. 71 % ab-

hängig vom eingestellten Soll-OPU.



Ferner lässt die PremiJET® V-2B weit niedrigere theoretische Präparationsauflagen zu, als die

Standardpräparation. Dies lässt auf ein gleichmäßigeres Auftragsverhalten schließen. Die ermit-

telten Präparationsauflagen (Ist-OPU) sind deutlich höher als die der Standardpräparationsein-

heit mit MigraJetTM, was ebenfalls für eine verbesserte Auftragsgleichmäßigkeit spricht.

Das Verschmutzungsverhalten wurde in dieser Versuchreihe im Vergleich zur Standardpräpara-

tionseinheit erneut sehr positiv beurteilt.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 0,5 1 1,5

Soll-OPU [%]

Ist-

OP

U [%

]

Premijet V-2B StandardIst = Soll

dtex 1000 f 68

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 0,5 1 1,5

Soll-OPU [%]

Ist-

OP

U [

%]

Premijet V-2B StandardIst = Soll

dtex 2500 f 140

Abb. 38 Präparationsauftragskennlinie mit PremiJET® V-2B für PP-BCF-Garn 1000 dtex f 68

Abb. 39 Präparationsauftragskennlinie mit PremiJET® V-2B für PP-BCF-Garn 2500 dtex f 68

Highspeed-Videoanalysen des Migrationsvorgangs bei PremiJET® mit Drallstopper

Gemeinsame Untersuchungen mit Highspeed-Videoanalysen des Präparier- und Migrationpro-

zesses mit der Version PremiJET® V-2 wurden im Technikum der Fa. Oerlikon Neumag unter

Beteiligung des ITV Denkendorf sowie der Fa. OTC Temco durchgeführt. Zur Visualisierung der

Vorgänge in der PremiJET®-Einheit wurde ein Acrylglasdeckel (Abb. 40) angefertigt und anstatt

des Keramikdeckels eingesetzt.

Einfluss des Drallstoppers auf den Rückdrall des Garns

Ohne Drallstopper kann die PremiJET®-Einheit V-2 an der BCF-Maschine bei 2500 dtex-BCF-

Garn nur bis 0,2 bar Blasdruck betrieben werden. Bei höheren Drücken wird das Filamentbün-

del im Bereich der Blasbohrung gespalten, ab 0,5 bar stellt sich ein starker Rückdrall nach oben

und unten ein (vgl.: Abb. 41). Der Präparierschlitz ist ab 0,3 bar nicht vollständig abgedeckt,

was die Aufnahme der Präparation beeinträchtigt.

Ein einfacher Drallstopper (Abb. 40), ragt in den oberen Blaskanal hinein und drückt so die Fi-

lamente auf die Einlaufkante des Verwirbelungsteils der Einheit. Bei der Verwendung eines



Drallstoppers DS12 mit 12 mm Abstand von der Einlaufkante der PremiJET®-Einheit kann der

Blasdruck auf 0,5 bar erhöht werden, ohne dass sich das Filamentbündel aufspaltet. Ab 0,7 bar

tritt der Spalteffekt und teilweise ein Rückdrall auf. 0,5 bar scheint für diese Ausführung die obe-

re Druckgrenze für einen ruhigen Fadenlauf zu sein. Das Abdecken des Präparierspaltes war

trotzdem bis 1,3 bar sichergestellt.

Abb. 40 Transparenter Deckel der PremiJET® mit einfachem Drallstopper DS12

Einfluss des Blasdrucks auf den Fadenlauf mit Drallstopper

Speziell untersucht wurde der Einfluss des Migrationsblasdrucks auf das Laufverhalten der Fi-

lamente in der Migrationszone. Hierzu kam die Prallplatte aus Acrylglas mit Drallstopper DS12

mit größerer Eindringtiefe zum Einsatz. Der Saugunterdruck wurde auf ca. 30 mbar eingestellt.

Variiert wurde der Migrationsblasdruck zwischen 0,3 und 1,3 bar. Mit Hilfe dieses Drallstoppers

kann bei dem 2500 dtex BCF-Garn der Rückdrall in die Spinnerei sogar bei Blasdrücken von

1,0 bar unterdrückt werden. Einzelbilder aus den Filmsequenzen zeigen den Aufspaltungseffekt

in Abhängigkeit vom Blasdruck ohne bzw. mit Drallstopper (Abb. 41).

ohne DS 0,3 bar

mit DS 12 0,3 bar

mit DS 12 0,5 bar

mit DS 12 1,0 bar

Fadenlauf: oben Drall Fadenlauf: oben ruhig Fadenlauf: oben ruhig Fadenlauf: oben ruhig

nptv19_001665.tif nptv 20_001486.tif nptv 21_001445.tif nptv 23_002115.tif

Abb. 41 Einzelbilder der Highspeed-Filmaufnahmen: Aufspaltungs- und Verwirbelungseffekt in Abhängigkeit vom Blasdruck ohne bzw. mit Drallstopper DS12 (PremiJET® V-2)

Fadenlaufrichtung

Drallstopper



Einfluss der Position des Drallstoppers

Ein Drallstopper in der von Abb. 40 abweichenden Position mit größerem Abstand von der Ein-

laufkante der PremiJET®-Einheit funktionierte gut bis 0,7 bar Blasdruck. Die Abdeckung des

Präparierspaltes sowie das Verhindern eines Dralls war sogar bei Blasdrücken bis 1,5 bar si-

chergestellt (2500 dtex-BCF-Garn). Der größere Abstand des Drallstoppers von der Einlaufkan-

te der PremiJET® stellte sich als bessere Variante innerhalb dieser Versuchsreihe heraus.

Ergebnis der Highspeed-Videoaufnahmen am Versuchsstand ITV Denkendorf

Bei Versuchen am ITV mit Blasdrücken bis 0,5 bar ohne Drallstopper war der Präparations-

schlitz über zahlreiche Versuchsvarianten vollständig abgedeckt. Der Fadenlauf in der Einheit

war ruhig bei 0,3 bar bis leicht unruhig bei 0,5 bar. Unruhige Laufeigenschaften stellten sich bei

0,7 bis 1,3 bar Blasdruck ein. Verwirbelungsähnliches Verhalten wurde ab 0,7 bar selten, ab

1 bar jedoch systematisch beobachtet.

Das weniger problematische Laufverhalten am Versuchsstand wird auf die in Spitzen höhere

Fadenzugkraft vor, in und nach der PremiJET®-Einheit sowie auf eine geringere Temperatur

und Bewegungsfreiheit der Filamente durch den Abzug des LOY-Garns von der Spule zurück-

geführt.


Einfluss der Ausführung des Drallstoppers

Für Untersuchungen zur Optimierung des Drallstoppers wurde eine Deckplatte mit einem Drall-

stopper zwischen Präparation und Migrationsverwirbelung hergestellt (Abb. 42). Die Variante A

des Drallstoppers greift minimal in den Fadenlauf ein, Variante B verhältnismäßig stark.

Der Arbeitsbereich zwischen Minimaldruck (Fadenschluss auf Einlaufgalette i.O.) und Maximal-

druck (Aufteilung der Fäden in Präparationseinheit) des Drallstoppers Variante A ist deutlich

kleiner als bei Variante B.

Abb. 42 Deckel bzw. Prallplatte der PremiJET® Variante V-3 mit Drallstopper

Einfluss auf die Fadenzugkraft

Die Fadenzugkräfte nach der PremiJET®-Einheit mit Drallstopper Variante B lagen auf dem Ni-

veau der Standard-Präparationseinheit. Die Fadenzugkraft mit dem Drallstopper Variante B war

um 30 - 45 cN höher als bei Variante A. Die Variante B mit starkem Eingriff ist universeller ein-

setzbar, wobei andererseits in der Versuchsreihe festgestellt wurde, dass es bei höheren Fa-

Fadenlaufrichtung

Drallstopper



denspannungen nach der PremiJET® (z.B. über 150 cN) vorteilhafter für die Garnqualität und

den Prozess ist, wenn auf Drallstopper verzichtet wird.

Einfluss sehr hoher Produktionsgeschwindigkeit

Unter Beibehaltung des Massestromes (d.h. Spinnpumpendrehzahl) wurde die Geschwindigkeit

der Einlaufgalette und entsprechend die Geschwindigkeit der nachfolgenden Galetten erhöht.

Mit der PremiJET®-Einheit konnten bei einfädiger Fahrweise in diesem Prozess bisher uner-

reichte Fadengeschwindigkeiten eingestellt werden. Letztendlich war die Wicklergeschwindig-

keit und die Geschwindigkeit des Streckgaletten-Duos begrenzend (vDUO, max = 5000 m/min bzw.

Wickler vmax = 4000 m/min). Die Filamente liefen in der Spinnerei sehr „sauber“ und die Fila-

mente zeigten auf den Galetten G1-G5 ein hervorragendes Laufverhalten. Kein Spleißen, keine

Schlaufen, keine Filamentbrüche, keinerlei Fadenbewegung waren erkennbar. Man konnte in

diesem Fall von einem „perfekten“ Produktionsprozess sprechen.

Einfluss der Oberflächenrauigkeit des Düsenkörpers

Der Einfluss der Oberflächenrauigkeit des Düsenkörpers wurde in Versuchen an einer BCF-

Maschine mit einem BCF-Garn 2500 dtex f 140 mit einer Garngeschwindigkeit von 880 m/min

an der PremiJET® untersucht, wobei drei Werkstoffe bzw. Oberflächenqualitäten erprobt wur-

den. Die Variation der Rauigkeit der Düsenkörper erfolgte in drei Stufen.

Die raueste Oberfläche funktionierte weniger gut als die „glätteren“ Varianten. Durchgehend

zeigte sich bei rauerer Oberfläche ein unruhigeres Laufverhalten des Garns. Bei der Keramik

mit der geringsten Rauigkeit zeigt sich ein starker „Verwirbelungseffekt“ (Abb. 43) im Gegensatz

zu den beiden anderen Varianten erst bei 1,0 bar Blasdruck, wie mit Highspeed-

Videoaufnahmen analysiert wurde. Bei der Düse mit der rauesten Oberfläche tritt bereits bei

0,5 bar Blasdruck eine Aufspaltung des Filamentvorhangs vor der PremiJET® in einzelne ge-

schlossenere Teilstränge auf (Abb. 44). Bei dieser Düse kann bei einem Blasdruck von 0,7 bar

ein Umschlagen des Laufverhaltens innerhalb von Sekundenbruchteilen von „gespalten“ nach

„verwirbelungsartig“ und umgekehrt beobachtet werden.

Abb. 43 Verwirbelungseffekt in der PremiJET®

Abb. 44 Aufspaltung des Filament-vorhangs vor der PremiJET®



Für die PremiJET®-Düse eignet sich die Variante mit der geringsten Rauigkeit bezüglich des

Laufverhalten am besten. Die Düseneinsätze mit raueren Oberflächen verursachten insgesamt

ein unruhigeres Laufverhalten der Fäden.

Erprobung der PremiJET® Variante V-3, dreifädig

Die 3-fädige PremiJET® Variante V-3 (Tabelle 4, Abb. 11) wurde auf einer BCF-Spinnanlage

vom Typ Oerlikon Neumag S5 mit einem Garn PP 1600 dtex f 144 erprobt. Bei der 3-fädigen

BCF–Anlage laufen die beiden äußeren Filamentbündel mit einem Winkel von ca. 4,4° in die

PremiJET® ein, während das mittige Filamentbündel keine Umlenkung erfährt. Dieser Winkel

ergibt sich durch den Abstand der Spinndüsenplatten von 30 cm und der Spinnschachthöhe bei

dieser Anlage von ca. 5 m (Abb. 45).

Abb. 45 Fadenlauf im Spinnschacht der Oerlikon Neumag „S5“ BCF-Anlage

Einfluss des Schrägeinlaufs

Durch den schrägen Einlauf der Filamente in die seitlichen Präparationseinheiten von 4 - 6°

schieben sich vor der Präparationseinheit einzelne Filamente auf und es kommt zu Fila-

mentbrüchen. Das Garn verhält sich auf den Streckduos unruhig, da die Ausrichtung der Premi-

JET® nicht exakt der Richtung des Fadenlaufs entspricht. An der mittleren Position läuft das

Spinndüsen

Fadenwinkel: 4 – 6°

450 – 650 cm

57 cm

Position Präparierschlitz

Pre

mije

t

3-fä

dig



ohne seitliche Umlenkung einlaufende Filamentbündel ohne Störung. Es zeigte sich, dass der

Garnkanal der Düse zum Fadenlauf ausgerichtet werden muss.

Beim Einsatz einer speziellen Spinndüsenplatte mit 3 Spinndüsensegmenten in der mittleren

Spinnposition verringert sich der maximale Einlaufwinkel in die seitlichen Behandlungskammern

der PremiJET® auf annähernd null. Im Versuch liefen die drei Filamentbündel eines BCF-Garns

PP 800 dtex f 68 parallel durch den Spinnschacht und störungsfrei durch die PremiJET®. Bei

dieser Spinngeometrie funktionierte die 3-fädige PremiJET® einwandfrei. Jedoch war die Vertei-

lung der Spinnschmelze durch die drei Düsensegmente sehr ungleichmäßig, was zu unter-

schiedlichen Garnfeinheiten mit einer Spanne von 700 bis 900 dtex an den drei Arbeitspositio-

nen führte. Diese Spinngeometrie ist daher nicht praxisgerecht.

Optimal ist die Einstellung bzw. Anpassung der Orientierung jeder PremiJET®-Einheit für einen

einzelnen Fadenlauf. Die korrekte Ausrichtung der PremiJET® Präparations- und Migrationsein-

heit ist qualitätsentscheidend.


Trotz der vielversprechenden Ergebnisse der bisher untersuchten Versionen PremiJET® V-2

und V-3 stellte sich aus der Problematik des Schrägeinlaufs sowie aus Kostengründen die Auf-

gabe, aufbauend auf den gesammelten Erkenntnissen, eine kompakte Präparier- und Migra-

tionseinheit herzustellen. Diese Einheit soll eine individuelle Ausrichtung auf den einzelnen Fa-

denlauf gestatten und aus möglichst wenigen und einfach herzustellenden Spezialteilen beste-

hen. Der bisher verwendete einteilige Düsenkörper weist für eine wirtschaftliche Serienfertigung

aus Keramik eine zu komplizierte Geometrie und mangelnde Flexibilität auf.

Für die PremiJET® Variante V-4 (Abb. 12) wurden Original-Bauteile der Heberlein MigraJetTM

sowie wenig aufwändige Präparationsfadenführer aus Keramik in einem Aluminiumgehäuse zu

einer Einheit zusammengefügt. Die Drallstopper wurden in den Klappdeckel vor der Migrations-

düse integriert. Die MigraJetTM-Düse (Jetpack) wurde um 90° gedreht eingebaut.

Im Rahmen einer Versuchsreihe mit der Variante PremiJET® V-4 bei Garngeschwindigkeiten

am Streckduo von über 3000 m/min wurden fünf Garnfeinheiten in PP von 1600 dtex f 140 bis

7400 dtex f 280 im einfädigen BCF-Prozess hergestellt. Die Funktion der PremiJET® V-4 für

parallel drei PP-Fäden („tricolor“, Abb. 46) wurde mit sechs Garnfeinheiten von 1000 dtex f 144

(mit 3 Fäden á 333 dtex f 48) bis zu 4250 dtex f 144 untersucht. Der Absaugunterdruck an der

PremiJET® wurde für alle Versuche auf 30 mbar eingestellt.



Abb. 46 PremiJET® V-4 im dreifädigen BCF-Prozess („tricolor“)

Versuchsergebnisse

Insgesamt funktioniert die PremiJET®-Variante V-4 sehr zufriedenstellend. Alle Produkte konn-

ten problemlos hergestellt werden. Allein der Durchsatz von 86 kg/h (Extremversuch 7450 dtex)

war zu groß für die getestet Einheit. Der Präparationsfadenführer war nicht breit genug und das

MigraJetTM- Jetpack M320 war zu klein. Es kam zu einer mittelstarken Schlaufenbildung vor der

PremiJET® und zu einer sehr starken Schlaufenbildung danach. Üblicherweise werden solche

dicken Garne jedoch in Tricolor-Fahrweise hergestellt, d.h. der Garntiter an der PremiJET® ist

nur 1/3 der Gesamtfeinheit.

Einfluss der Gehäusegeometrie auf die Verschmutzung nach der PremiJET®

Als wesentlicher Schwachpunkt der Konstruktion der Variante V-4 stellte sich heraus, dass die

Präparation nicht ausreichend zurückgehalten wird. Im Gegensatz zu den anderen Modellen ist

der Fadenführer am Austritt der tiefste Punkt (Abb. 13 A), wodurch Präparation, die sich dort

sammelt, nicht mehr abgesaugt wird. Sie wird von der Blasluft aus dem Gehäuse hinaus gebla-

sen und verschmutz die Einlaufgalette G1 und den Einlaufbereich der Maschine.

Das Gehäuse wurde auf Grund dieser Erkenntnisse im Bereich des Fadenaustritts neu gestal-

tet, woraus sich die PremiJET® Variante V-5 (Abb. 13 B, Abb. 47) ergibt.

Erprobung der PremiJet® Variante V-5

Ziel der Erprobung der PremiJET® Variante V-5 mit neu gestaltetem Auslaufbereich war die

Überprüfung der „Dichtheit“ der Einheit. Die Abgabe von Präparation und Präparationsnebel an

die Umgebung wurde mit einer einfädigen Variante der PremiJET® V-5, deren Auslauffadenfüh-

rer so abgeändert wurde, dass die Absaugbohrung bei vertikalem Einbau den tiefsten Punkt

bildet, untersucht. Der Fadenführer im Auslaufbereich hat einem im Vergleich zur Vorgängerva-



riante wesentlich schmaleren Einfädelschlitz (Abb. 47), wodurch ein Herauslaufen bzw. ein Her-

ausblasen der überschüssigen Präparation verhindert wird. Durch zusätzliche Ablaufkanäle im

Ausgangsbereich der Einheit läuft die hier gesammelte Präparation in die Absaugbohrung und

wird von der Absaugung erfasst.

Abb. 47 Auslauf der PremiJET® Variante V-5 (vgl.: Abb. 13 B)

Die Erprobung wurde im wesentlichen mit trilobalem BCF-Garnen PP 1600 dtex f 140 (Aufspul-

geschwindigkeit: 2500 m/min) sowie PP 4000 dtex f 140 (Aufspulgeschwindigkeit: 1900 m/min)

unter Variation des eingestellten Präparationsauftrags (Soll-OPU), des Migrationsblasdrucks

und der Absaugung an der PremiJET® durchgeführt.

Die Effizienz des Präparationsauftrags wurde bei konstanten Bedingungen beurteilt: Absaugung

ca. -30 mbar, Migrationsblasdruck bei PP 1600 dtex: 0,8 bar; bei 4000 dtex 1,0 bar. Die theore-

tische Präparationsauflage einer Markenpräparation mit 90 % Aktivgehalt wurde zwischen 0,8

und 1,2 % variiert. Die Präparationsauftragskennlinien sind für PP 1600 dtex in Abb. 48 sowie

für 4000 dtex in Abb. 49 dargestellt.

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

0,6 0,8 1 1,2 1,4

Soll-OPU [%]

Ist-

OP

U [

%]

Ist-OPU 1600 dtex

Ist-OPU 1600 dtex ohne Absaugung

OPU Ist = Soll

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

0,6 0,8 1 1,2 1,4Soll-OPU [%]

Ist-

OP

U [

%]

Ist-OPU 4000 dtex

OPU Ist = Soll

Abb. 48 Präparationsauftragskennlinie PremiJET® V-5 für PP 1600 dtex f 140

Abb. 49 Präparationsauftragskennlinie PremiJET® V-5 für PP 4000 dtex f 140



Versuchsergebnisse

In der Versuchsreihe wurde für die beiden BCF-Garntypen 1600 sowie 4000 dtex eine Präpa-

rier-Effizienz (Verhältnis Ist-OPU/Soll-OPU) von 95 – 100 % ermittelt, was einen Spitzenwert

darstellt. Bei den Versuchen mit der ersten Variante der PremiJET® V-1 wurde eine wesentlich

geringere Effizienz von ca. 81 % ermittelt (vgl.: S. 32 bzw. Abb. 33), für Variante V-2B knapp

90 % (vgl.: S. 39 bzw. Abb. 39). Für die Standard-Anordnung entsprechend der oben beschrie-

benen Vergleichsuntersuchungen wurden Effizienzen zwischen 71 und 83 % ermittelt.

Bei den mit der PremiJET® Variante V-5 durchgeführten Versuchen wurde kein Austritt von

Präparation in die Umgebung festgestellt. Auf Grund dieser Beobachtungen wurde für einen

Versuch die Absaugung der PremiJET®-Einheit abgeschaltet - dabei wurde kein Präparations-

austritt beobachtet. Es zeigte sich, dass die Blasluft durch die Absaugbohrung entweicht und

überschüssige Präparation mitnimmt. Dieses Verhalten wird aber nicht bei allen Garnfeinheiten

erwartet. Aus diesem Grund wird empfohlen, die PremiJET® mit Absaugung zu betrieben.

Die technologischen Garneigenschaften wie Zugfestigkeit, Bruchdehnung und Kräuselkennwer-

te der mit PremiJET® V-5 hergestellten BCF-Garne entsprachen den Anforderungen der Fa.

Oerlikon Neumag bzw. derer Kunden.

Serienreife

Die einfädige Variante V-5 der PremiJET® konnte, wie oben dargelegt, die an sie gestellten An-

forderungen bzw. Erwartungen bezüglich Funktion (Präparationsauftrag, Migrationsverwirbe-

lung, Rückhaltung von Präparationsnebel) und Garnqualität hervorragend erfüllen. Die Variante

V-5 wird als Grundlage für eine spätere Serienversion der Präparier- und Migrationseinheit

PremiJET® herangezogen.

6.7.2 Auslegung und Erprobung eines Abscheiders für abgesaugte Spinnpräparation

Da beim Applizieren der Spinnpräparation mit der PremiJET® trotz aller erzielten Verbesserun-

gen die Präparationsflüssigkeit nicht zu 100 % auf den Faden gebracht wird, muss überschüs-

sige Präparation abgesaugt werden. Bei einer typischen BCF-Maschine mit 9 Fäden (3 x 3 Far-

ben) fallen je Tag bis zu 26 l abzusaugende Präparation an, was bei einem Preis von 2 EUR/l

Präparation auf ein Jahr gerechnet einen Wert von ca. 18.000 EUR darstellt. Daher soll aus

Gründen der Wirtschaftlichkeit sowie des Umweltschutzes die abgesaugte Präparation in einem

Kreislauf zurückgeführt werden. Die Auslegung eines Präparationsabscheiders für diesen

Zweck wurde von der Fa. Oerlikon Neumag durchgeführt.

Auslegung eines Abscheiders

Am ITV Denkendorf wurde für drei Varianten der PremiJET® mit unterschiedlichen Durchmes-

sern der Absaugstutzen der Absaugvolumenstrom für die verunreinigte Luft aus der Behand-

lungseinheit ermittelt. Die Messwerte für die PremiJET® mit je 2 Absaugstutzen mit Durchmes-

sern von 8, 10 und 12 mm liegen zwischen 16 und knapp 18 m³/h (266 - 300 l/min), (Abb. 50).

An einer BCF-Maschine wird für den Betrieb der Kühltrommel ein Unterdruck von bis zu

60 mbar zur Verfügung gestellt. Nach Berücksichtung von Leitungsverlusten kann unmittelbar



vor einem Abscheider mit ca. -50 mbar gerechnet werden. Typische Prozesswerte für den

Saugunterdruck der Kühltrommel liegen z.B. zwischen - 33 und – 38 mbar.

Für die Auslegung eines Abscheiders wird mit einer maximal der PremiJET® zugeführten Präpa-

rationsmenge von 10 cm³/min je Faden gerechnet. Die angenommene Verlustrate beträgt ma-

ximal 20 % der Präparation (Ergebnis der Erprobung), das entspricht 2 cm³/min je Faden.

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Blasdruck Premijet [bar]

Abs

augv

olum

enst

rom

[m

³/h]

D = 13 mm / mit Faden [m³/h] D = 13 mm / ohne Faden [m³/h]D = 10 mm / mit Faden [m³/h] D = 10 mm / ohne Faden [m³/h]D = 8 mm / mit Faden [m³/h] D = 8 mm / ohne Faden [m³/h]

Abb. 50 Absaugvolumenstrom PremiJET® V-3 bei Unterdruck 31 mbar mit Migrationsblasdrücken von 0,1 – 1,0 bar

Mögliche Trennverfahren:

Für die Abscheidung der Präparation aus der abgesaugten Luft kommen folgende Trennverfah-

ren im Betracht:

1) Koaleszenzfilter: Mehrlagige Filterelemente aus feinsten Mikroglasfasern, worin sich

aus der fein verteilten Flüssigkeit größere Tropfen bilden und auf der Sekundärseite des

Filters heruntertropfen. Die Abscheidegrade sind abhängig von der Feinheit, 99,95 %

sind technisch möglich.

2) Massenkraftabscheider, z.B.

- Fliehkraftabscheider (Zyklon) oder

- Trägheitsabscheider („Düse – Prallplatte“).

Beide arbeiten nach dem Prinzip, dass durch scharfe Richtungsänderungen des Luftstro-

mes kleinste Präparationstropfen auf Grund ihrer Massenträgheit abgeschieden und ab-

geleitet werden.



Anlagenkonfigurationen

Eine Anlage zur Abscheidung der Präparation kann zentral oder dezentral aufgebaut werden.

1) Zentrale Abscheidung der Präparation, wobei alle Absaugleitungen von der PremiJET®

an eine Sammelleitung angeschlossen werden, an deren Ende ein zentraler Abscheider

steht. Als Nachteil wird erwartet, dass ein großer Volumenstrom (162 m³/h) mit geringe

Strömungsgeschwindigkeit entsteht, d.h. der Abscheider muss sehr groß dimensioniert

werden. Außerdem müssten zur Wiederverwendung der Präparation alle angeschlosse-

nen PremiJET®-Präpariereinheiten den gleichen Präparationstyp verwenden, um ein Mi-

schen unterschiedlicher Präparationen zu vermeiden. Diese Forderung wird aber in der

Praxis kaum durchsetzbar sein.

2) Dezentrale Abscheidung der Präparation, wobei jede Position einen Abscheider erhält.

Die abgeschiedene Präparation wird positionsweise aufgefangen. Vorteile sind die Aus-

führung als kleine Einheiten und die Möglichkeit, verschiedene Präparationen pro Positi-

on einzusetzen.

Das Prinzip der dezentralen Abscheidung wird weiter verfolgt.

Erprobung von Abscheidern

Mit einer Präparation mit verhältnismäßig hoher dynamischer Viskosität (Filapan 741, dyn. Vis-

kosität ca. 200 mPas) wurde bei einem Migrationsblasdruck an der PremiJET® von 1 bar das

Absaugen und Abschneiden der Präparation untersucht. Dazu wurde die abzusaugende Präpa-

rationsmenge auf 1, 2 und 3 cm³/min eingestellt. PremiJET® (3-fädig) und Abscheider wurden

mit einem 0,7 m langem Schlauch verbunden. Untersucht wurden u.a. folgende Abscheider:

Koaleszenzfilter, Trägheitsabscheider (Düse – Prallplatte), Zyklon (Typ 1), optimierter Zyklon

Typ 1, Zyklon Typ 2.

Koaleszenzfilter

Ein leeres Filtergehäuse wurde mit einem K-Filter (Typ 51-230-70CR), theoretische Abschei-

desrate > 98 %, bestückt und von innen nach außen durchströmt. Der Unterdruck zwischen

PremiJET® und Filter betrug anfänglich ca. - 6 mbar, nach 15 h Betrieb 0 mbar. Der Unterdruck

vor dem Filter war konstant -34 mbar. Die ermittelte Abscheiderate betrug ca. 80 % bei einer

Versuchslaufzeit von 15 h.

Als potenzielle Probleme wurden erkannt: Ein „Überversorgen“ mit Präparation erzeugt bereits

nach kurzer Zeit auf der Außenseite des Filters Schaum, welcher den Filter zusetzt. Flüssigkeit

wird auf der Primärseite mitgerissen. Der Unterdruck vor der PremiJET® nimmt ab, es kommt

dort zur Bildung von Tropfen.

Feine Koaleszenzfilter sind für diesen Einsatzzweck nicht geeignet. Falls jedoch eine besonders

hohe Abscheidewirkung gewünscht wird, ist einem Koaleszenzfilter ein unempfindlicher Vorfilter

vorzuschalten. Ferner können Feststoffe wie Schmutzpartikel oder Farbpigmente in der Präpa-

ration auch zu einer Verstopfung des Filters führen. Diese Variante wird nicht weiter verflogt.



Trägheitsabscheider (Düse – Prallplatte)

Bei der untersuchten Ausführung des Trägheitsabscheiders (Düse – Prallplatte) wird der verun-

reinigte Luftstrom senkrecht auf eine Platte gelenkt, so dass die Flüssigkeit in Auffangrillen zu-

rückbleibt. Der Unterdruck zwischen PremiJET® und Trägheitsabscheider betrug ca. –15 mbar,

vor dem Filter -36 mbar.

Als Abscheideraten wurden ermittelt:

Präparationsvolumenstrom: 1 cm³/min ca. 84 % mit starker Schaumbildung,

Präparationsvolumenstrom: 2 cm³/min: ca. 86 % mit starke Schaumbildung.

Durch das senkrechte Aufprallen des Luftstroms wird bei den vorliegenden Strömungsge-

schwindigkeiten (> 20 m/s) Schaum gebildet. Da der Schaum sich unvorteilhaft bei der Förde-

rung und Wiederverwendung der Präparation auswirkt, wird diese Variante nicht weiter verfolgt.

Zyklon (Typ 1)

Die zu reinigende Luft wird tangential in einen runden Topf eingeleitet. Über Zentrifugalkräfte

werden die Präparationstropfen an die Behälterwand abgeschieden. Die abgeschiedene Präpa-

ration fließt nach unten. Vorteil dieser Bauart ist der einfache Aufbau, hohe mögliche Durchsät-

ze, Unempfindlichkeit gegen Verschmutzung sowie die kompakte Bauform. Dem stehen höhere

Kosten gegenüber. Der Unterdruck zwischen PremiJET® und Zyklon Typ1 war ca. -8 mbar, vor

dem Filter ca. -36 mbar.

Als Abscheideraten wurden ermittelt:

Präparationsvolumenstrom: 1 cm³/min ca. 83 %,

Beobachtung: einzelne feine Tröpfchen nach 2 h aus der PremiJET® ausgetreten,


Beobachtung: einzelne feine Tröpfchen nach 2 h,


Beobachtung: mehrere feine Tröpfchen nach 3 h.

Die Abscheiderate ist gut beurteilt. Der an der PremiJET® verbleibende Unterdruck ist jedoch zu

gering, d.h. der Druckverlust am Zyklon ist zu hoch. Im Hinblick auf Abscheiderate und Be-

triebssicherheit ist der Zyklon den übrigen Varianten überlegen, muss jedoch weiter optimiert

werden.

Optimierter Zyklon Typ 1

Mit einem Käfig aus einem Spinnfilter, welcher um den Austrittsbereich des Zyklons angebracht

wurde, erhöhte sich der Unterdruck zwischen PremiJET® und Zyklon auf – 17 mbar. Die Aus-

kleidung der Innenwand mit einem Spinnfilter erhöhte die Abscheiderate des Zyklons.

Damit ergaben sich folgende Abscheidungsraten:

Präparationsvolumenstrom: 0,7 cm³/min ca. 86 %,


Präparationsvolumenstrom: 2 cm³/min ca. 89 %.



Zyklon Typ 2

Mit einem sich vom Typ 1 unterscheidenden Zyklon wurde untersucht, wie stark sich geometri-

sche Änderungen auf das Abscheideverhalten auswirken. Das beste Ergebnis bezüglich der

Abscheidung wurde mit einem Sieb am Tauchrohr aber ohne Sieb im Gehäuse erzielt. Der Un-

terdruck zwischen PremiJET® und Zyklon war ca. -15 mbar, vor dem Filter -37 mbar.

Als höchste Abscheiderate wurden ermittelt:

Präparationsvolumenstrom 0,7 cm³/min ca. 91 %.

Bei einem Zyklon kann mit geeigneter Geometrie eine Verbesserung der Abscheiderate erzielt

werden. Maßgeblich ist außerdem die Gestaltung des Tauchrohres, im vorliegenden Fall die

Bestückung mit einem Sieb und dessen Position. In weiteren Versuchen wird ein Zyklon vom

Typ 2 (Abb. 51) eingesetzt, um die Präparation aus dem Abluftstrom zu trennen.

Abb. 51 Schnitt durch Abscheider Zyklon Typ 2 (Fa. Oerlikon Neumag)

6.7.3 Einflüsse auf die Qualität der Spinnpräparation

Zur direkten Wiederverwendung, d.h. Beimischung zur frischen Präparation, darf sich die rück-

geführte Präparation nicht wesentlich von der Originalpräparation unterscheiden. Veränderun-

gen der Zusammensetzung, von Stoffkonzentrationen oder Verunreinigungen sind zu vermei-

den.

Ursachen für mögliche Veränderungen von Eigenschaften der Präparation sind im Präparier-

prozess begründet: Die Filamente werden in der Präpariereinheit aus der Spinndüse und dem

Anblasschacht kommend zu einem Garn zusammengefasst, wobei die Filamente noch eine

Temperatur von ca. 60 – 70 °C haben können. Die Filamente erfahren eine Umlenkung an einer

Reibstelle am Präparierfinger. Beim Präparieren werden ca. 80 % der zugeführten Präparation

vom Faden aufgenommen, 20 % werden mit der Absaugvorrichtung in einem Unterdrucksystem



von der PremiJET® weggeführt. Als Veränderungen der Spinnpräparation durch das Präparie-

ren und Absaugen können auftreten:

- Verunreinigung mit Farbpigmenten,

- Verunreinigung mit Faserstücken,

- Verlust von Wasser, das zu ca. 20 % Bestandteil des „Neatoil“ ist,

- Verdunstung leicht flüchtiger Bestandteile im Unterdrucksystem,

- Schaumbildung,

- Eintrübung.

6.7.4 Wiederverwendbarkeit abgesaugter Präparation

Rückgeführte Spinnpräparation ist dann wiederverwendbar, wenn die Zusammensetzung dem

Originalrezept entspricht. Der Vergleich zwischen rückgeführter und Original-Präparation mittels

eines IR-Spektrums von drei unabhängig voneinander untersuchten Präparationen ergab, dass

die rückgeführte Präparation im wesentlichen der Originalpräparation entspricht, einer direkten

Rückführung also nichts entgegensteht. Ein Vergleich von IR-Spektren zwischen Rücklauf und

Original-Präparation ist in Abb. 52 dargestellt.

Abb. 52 IR-Spektren von Rücklauf- und Original-Präparation (Fa. DyStar)

Bei den Untersuchungen wurde beobachtet, dass unter ungünstigen Bedingungen Wasser aus

der Präparation verdunsten kann. Bei geringen Verdunstungsmengen, wie sie bei der unmittel-

baren Rückführung zu erwarten sind, hat das Verdunsten von Wasser eine untergeordnete Be-

deutung für die direkte Zumischung der rückgeführten in die frische Präparation.

Eine direkte Rückführung der aus der PremiJET® abgesaugten Präparation ist nach diesen Er-

gebnissen möglich und soll an BCF-Maschinen prozesstechnisch umgesetzt werden.

Original

Rücklauf

6 DURCHGEFÜHRTE PRAKTISCHE ARBEITEN UND ERZIELTE ERGEBNISSE 53 6.8 ZUSAMMENFASSUNG DER UNTERSUCHUNGSERGEBNISSE


6.8 Zusammenfassung der Untersuchungsergebnisse

Von insgesamt fünf Hauptentwicklungsstufen und zahlreichen Detailvariationen der PremiJET®

Präparier- und Migrationsvorrichtung für die BCF-Garnherstellung wurden von der Fa. OTC

Temco Baumuster hergestellt und bei ITV Denkendorf bzw. bei Fa. Oerlikon Neumag erprobt.

Die Beurteilung der Funktionserfüllung erfolgte anhand der wichtigsten Anforderungen an die

PremiJET®, das sind:

- hohe Effizienz beim Präparationsauftrag bzw. OPU (= Oil Pick Up),

- Erteilung eines ausreichenden Fadenschlusses,

- ruhiger und stabiler Fadenlauf,

- Reduzierung/Vermeidung der Verschmutzung durch abgesprühte Spinnpräparation.

In Versuchen am ITV Denkendorf wurde zunächst bestätigt, dass zur Erteilung eines Faden-

schlusses die Spinnpräparation unverzichtbar ist und die Migrationsverwirbelung alleine nicht

ausreicht, um das Multifilamentgarn zu einem geschlossenen Verband zu vereinigen.

Untersuchungen zu den Druck- und Strömungsverhältnissen in der geschlossenen PremiJET®

zeigten auf, dass die Absaugwirkung für die verschmutzte Prozessluft in der PremiJET® durch

- die Geometrie des diffusorartigen Garnkanals (Venturi-Effekt),

- einen großen Querschnitt der Garnaustrittsöffnung (Auslauffadenführer)

negativ beeinflusst wird, also das Austreten von Präparations-Luftgemisch begünstigt wird.

- Das Vorhandensein eines Garnstrangs in der Düse (Betriebsbedingung) sowie

- ein kleiner Querschnitt der Garnaustrittsöffnung (z.B. mit zusätzlicher Blende)

führen zu einer gesteigerten Absaugwirkung, da die in die PremiJET® eingeblasene Druckluft

für die Migrationsverwirbelung durch diese Maßnahmen wirksam in den Absaugkanal gelenkt

wird.

Der Migrationsblasdruck beeinflusst die Präparier-Effizienz (Verhältnis Ist-OPU/Soll-OPU) der

PremiJET®-Vorrichtung. Als Optimum kann ein Blasdruck für die Migrationsdüse zwischen 0,5

und 1,0 bar je nach Garnfeinheit angegeben werden. Die Effizienz des Präparationsauftrags

kann durch das Verkleinern des Querschnitts der Garnaustrittsöffnung insbesondere bei kleinen

Präparationsauftragsmengen erhöht werden.

Für eine wirksame Absaugung der verschmutzten Prozessluft bei den ersten Varianten der

PremiJET®-Vorrichtung war ein Unterdruck von ca. 30 mbar erforderlich. Bei der letzten Varian-

te, der PremiJET® V-5 mit sehr kleiner Garnaustrittsöffnung, kann teilweise auf die aktive Ab-

saugung verzichtet werden, ohne dass verschmutzte Prozessluft aus der Einheit austritt.

Untersuchungen an BCF-Produktionsmaschinen im Technikum der Fa. Oerlikon Neumag erga-

ben, dass für Migrationsblasdrücke im optimalen Bereich von 0,5 bis 1,0 bar ein Drallstopper in

der Präpariervorrichtung erforderlich ist. Ohne Drallstopper können die Filamente des zu be-

handelnden Garns so stark verdrillt werden, dass ein Abriss einzelner Filament an der Spinndü-

se oberhalb der Präpariervorrichtung droht. Das Einbringen von Spinnpräparation über die Blas-

luft der Migrationsverwirbelung ist aus dem selben Grund nicht vorteilhaft. Durch die höhere

6 DURCHGEFÜHRTE PRAKTISCHE ARBEITEN UND ERZIELTE ERGEBNISSE 54 6.8 ZUSAMMENFASSUNG DER UNTERSUCHUNGSERGEBNISSE


Dichte der Spinnpräparation im Vergleich zu Luft erfolgt eine stärkere Drallerteilung als bei „rei-

ner“ Blasluft, was den vorgelagerten Spinnprozess stört.

Die ermittelte Effizienz des Präparationsauftrags lag bei den ersten Baumustern der PremiJET®

mit ca. 83 % etwas über dem Niveau der bisher verwendeten Vorrichtung, die aus zwei gegen-

überliegenden Präparationsfadenführern mit separater Migrationsverwirbelung besteht. In der

letzten Versuchsreihe mit der Variante PremiJET® V-5 wurden nahezu 100 % Effizienz erreicht.

Dieses Ergebnis stellt einen wesentlichen Fortschritt zum Stand der Technik dar. Darüber hin-

aus konnte mit der PremiJET® in einzelnen Versuchen bisher eine Reduzierung der Präparati-

onsauflage um ca. 15 % (von OPU = 0,8 auf 0,67 % bei 1000 dtex BCF-Garn) erzielt werden.

Das lässt auf ein gleichmäßigeres Applizieren der Präparation schließen.

Die Garneigenschaften wie Festigkeit oder Kräuselung der im Rahmen der Untersuchungen

hergestellten und geprüften BCF-Teppichgarne lagen so dicht bei den Referenzwerten, dass

keine signifikanten Abweichungen von der bisherigen Garnqualität erwartet werden.

Mit Hilfe einer Highspeed-Videokamera des ITV Denkendorf wurde der Präparier- und Migra-

tionsverwirbelungsprozess mit unterschiedlichen Drallstoppern an der Produktionsmaschine

analysiert und der Einfluss unterschiedlicher Keramiktypen bzw. Oberflächenrauheiten unter-

sucht. Die PremiJET®-Variante mit der geringsten Rautiefe zeigte die besten Funktionseigen-

schaften, was z.B. höhere Produktionsgeschwindigkeiten zulässt.

In Tastversuchen konnten mit der PremiJET®-Vorrichtung Fadenlaufgeschwindigkeiten erreicht

werden, die bisher nicht erzielt worden waren. Dabei wurde die Geschwindigkeit letztlich durch

die maximale Aufwickelgeschwindigkeit der Spulmaschine limitiert. Weder das gefürchtete

Spleißen, noch Schlaufenbildung oder Filamentbrüche wurden beobachtet, so dass man von

einem „perfekten“ Laufverhalten sprechen kann. Diese Tatsache dient ebenso als Indiz für eine

sehr homogene Verteilung der Spinnpräparation durch die PremiJET®, wie die mögliche Redu-

zierung der Präparationsauflage.

Über alle Versuche hinweg wurde besonderes Augenmerk auf die Verschmutzung der Maschi-

ne mit aus der Präpariervorrichtung austretenden Prozessluft bzw. Präparation gelegt. Bereits

die erste Variante PremiJET® V-1 war in der Lage, den wesentlichen Teil des Präparations-

Luftgemischs zurückzuhalten, bzw. abzusaugen. Die letzte Variante V-5 mit besonders kleiner

Austrittsöffnung für das Garn hatte die geringste Verschmutzungswirkung aller untersuchten

Baumuster. Diese aktuellste PremiJET®-Variante kann teilweise auch ohne Absaugung betrie-

ben werden. Auf Grundlage der Variante V-5 sollen die späteren Serienversionen der Premi-

JET® ausgelegt werden. Das Ziel des Forschungsvorhabens, eine Vorrichtung zum Präparati-

onsauftrag mit integrierter Migrationsverwirbelung zu schaffen, die keine Spinnpräparation an

die Umgebung mehr abgibt, wurde erreicht.

Die Zusammensetzungen von mit dem PremiJET®-System abgesaugten und rückgeführten

Spinnpräparationen stimmen im wesentlichen mit den Originalprodukten überein. Daher wird

eine direkte Rückführung der abgesaugten Spinnpräparation angestrebt, welche später ma-

schinenbaulich umgesetzt werden soll. Zum Abscheiden der Präparation aus der Prozessabluft

wurden von der Fa. Oerlikon Neumag mehreren Abscheider wie z.B. Filter oder Zyklone aufge-

baut und erprobt. Die höchste Abscheideeffizienz bei geringem Wartungsaufwand fand man bei

einem Zyklon-Abscheider, welcher für die technische Umsetzung des Präparations-Recyclings

eingesetzt werden soll.

7 STOFFSTROM- UND ÖKOBILANZ FÜR PRÄPARATIONSAUFTRAG UND MIGRATIONSVERWIRBELUNG BEIM BCF-PROZESS 55 7.1 BILANZGRENZEN


7 Stoffstrom- und Ökobilanz für Präparationsauftrag und Migrations-verwirbelung beim BCF-Prozess

Die in den oben beschriebenen Arbeiten ermittelten Daten (Präparationseffizienz, Luft-

verbrauch, Unterdruck, Massenströme, Energieströme etc.) bilden die Datenbasis für die im

Projektrahmen erstellte vergleichende Stoffstrom- und Ökobilanz der Präparierverfahren nach

dem Stand der Technik und nach dem PremiJET®-Verfahren mit Kapselung inkl. Absaugung.

Zur Erstellung der Stoffstrom- und Ökobilanz wurde die Software GaBi 4.0 der Fa. PE Interna-

tional /44/ verwendet. Sie dient im wesentlichen der Modellierung und Bilanzrechung von Pro-

zessen, Energie- und Stoffströmen. Im Rahmen des Projekts wurden drei Szenarien modelliert

und berechnet, welche sich durch das Verfahren zum Präparationsauftrag unterscheiden. Die

Möglichkeit einer Geschwindigkeitssteigerung mit der PremiJET®-Vorrichtung wurde nicht be-

rücksichtigt, es werden gleiche Produktionsleistungen zu Grunde gelegt:

1. Offener Präparationsauftrag erfolgt mit Standard-Präparationsfadenführern und offener

Migrationsverwirbelung (MigraJetTM), Entsorgung der Präparationsreste sowie Reinigen

der Maschine geschieht mittels Papiertüchern.

2. Präparationsauftrag mit Migrationsverwirbelung erfolgt in einer geschlossenen Premi-

JET®-Einheit, wobei die aufgefangene Präparation separat in einem Präparationsbehäl-

ter gesammelt wird, Reinigen der Maschine geschieht mittels Papiertüchern.

3. Präparationsauftrag mit Migrationsverwirbelung erfolgt in einer geschlossenen Premi-

JET®-Einheit, wobei die aufgefangene Präparation bereits im Prozess zurückgeführt und

wiederverwendet wird, Reinigen der Maschine geschieht mittels Papiertüchern.

7.1 Bilanzgrenzen

Die Standard-Präpariervorrichtung mit MigraJetTM sowie die PremiJET®-Vorrichtung haben die

Aufgabe, ca. 1 t LOY-Garn (low oriented yarn), das aus der Spinndüse zugeführt wird, mit 0,8 %

Neatoil (Spinnpräparation mit 80 % Aktivanteil) zu präparieren, die Migrationsverwirbelung si-

cherzustellen und das Garn an die Weiterverarbeitung zum Verstrecken und Texturieren zu

liefern. Diese Annahmen gelten für alle drei Modelle und entsprechen einer Produktionsleistung

von 25 kg/h BCF-Garn, was bei einer Garnfeinheit des LOY in der Präparierung von 5200 dtex

eine Geschwindigkeit von 800 m/min bedeutet.

Die hier betrachtete Bilanz erstreckt sich über die Nutzungsphase der Präparier- und Migra-

tionsverwirbelungsvorrichtung an einer BCF-Teppichgarnmaschine. Für den Präparationsauf-

trag und für das Auffangen der dabei abgesprühten Präparation werden in der Bilanz die unter-

schiedlichen Inputs (Aufwendungen) und Outputs (Produkte) berechnet. Die Grenzen der Bilanz

sind eng am Präparierprozess bei der BCF-Teppichgarnherstellung festgelegt (Abb. 53). Die

Präparationsherstellung ist die Grenze auf der „Input“-Seite. Die Rückstände (z.B. mit Präpara-

tion verschmutze Reinigungstücher oder aufgefangene Präparation) des Präparier- und Verwir-

belungsprozesses bilden das Ende der Prozesskette. Prozesse für die Herstellung der Präpara-

tion sowie zur Herstellung der Papiertücher teilweise aus Altpapier sind Bestandteil der Berech-

nungen.

7 STOFFSTROM- UND ÖKOBILANZ FÜR PRÄPARATIONSAUFTRAG UND MIGRATIONSVERWIRBELUNG BEIM BCF-PROZESS 56 7.2 STOFFSTRÖME - INPUTS


Abb. 53 Bilanzgrenze für Präparierprozess bei der BCF-Teppichgarnherstellung (Nutzungsphase)

7.2 Stoffströme - INPUTS

Bei der Betrachtung der zugeführten Stoffströmen, den „Inputs“ ist im wesentlichen ein Mehr-

aufwand an elektrischer Energie zur Absaugung und Rückführung der abgesprühten Präparati-

on einer Ersparnis in der Herstellung von „Schmieröl“ für die nicht benötigte Präparation sowie

einem geringeren Bedarf an Reinigungstüchern aus Papier gegenüberzustellen. Nachfolgend

werden die bilanzierten zugeführten Stoffströme erläutert:

Schmieröl

Ein sehr wichtigster Rohstoff für die vorliegende Bilanz ist Schmieröl. Es wird zur Herstellung

von Spinnpräparation verwendet. 80 % der Präparation im Modell ist Schmieröl. Die Software

stellt für die Herstellung von Schmieröl einen Modellprozess zur Verfügung, in welchem einer-

seits die erforderlichen Rohstoffe und Ressourcen, andererseits auch die entstehenden Emissi-

onen erfasst sind. Das ermöglicht, den verbrauchsabhängigen Einfluss des Schmieröls auf die

Umwelt (CO2–Emissionen etc.) zu beurteilen.

Strom-Mix Deutschland

Ein Prozess mit hohem Umwelteinfluss ist die Stromerzeugung zur Bereitstellung elektrischer

Energie. Das mit der Software gelieferte Prozessmodul „Strom-Mix Deutschland“ erlaubt die

Bilanzierung ökologischer Aspekte in Abhängigkeit des Stromverbrauchs eines Verfahrens.

Bilanzgrenze (Nutzungsphase)

BCF-Maschine

Präparation (Neatoil)

Auffangen/Aufwischenabgesprühter Präparation

Druckluft (7 bar)Druckluft (7 bar)

LOY aus Spinnschacht

LOY präpariertzur Verstreckung

LOY aus Spinnschacht

LOY präpariertzur Verstreckung

ENERGIE

Präparieren + Migrations-

Verwirbelung

Präparieren + Migrations-

Verwirbelung

Altpräparation(rein)

Absaugen


Absaugen


Absaugen

Gebrauchte Wischtücher aus

Papier mit Altpräparation

Wischtücher aus Papier








Roh-stoffe

7 STOFFSTROM- UND ÖKOBILANZ FÜR PRÄPARATIONSAUFTRAG UND MIGRATIONSVERWIRBELUNG BEIM BCF-PROZESS 57 7.3 STOFFSTRÖME - OUTPUTS


Wasser vollentsalzt

Vollentsaltzes (VE-) Wasser ist Bestandteil der fertigen Präparation (Massenanteil: 20 %). Der

Aufwand zur Herstellung des VE-Wassers erfordert Trinkwasser und elektrische Energie für die

Umkehrosmose und Pumpleistung.

LOY-Garn

LOY-Garn (low oriented yarn) soll mit 1 % Spinnpräparation (Auftragsmenge) präpariert werden,

um nach der Migrationsverwirbelung effektiv noch 0,8 % Präparation zu besitzen. LOY-Garn

wird als durchlaufende Bezugsgröße zur Definition der prozentualen Auflagemenge an Präpara-

tion verwendet. Der Massenstrom LOY wird nicht bilanziert, da im Prozess keine Änderungen

an diesem erfolgen.

Papier

Papier in Form von Reinigungstüchern ist erforderlich, um die abgesprühte Präparation von

Maschinenteilen und der Umgebung der BCF-Maschine zu entfernen und zu entsorgen. Im Si-

mulationsmodell mit MigraJetTM wird die gesamte Menge abgesprühter Präparation über Papier-

tücher aufgenommen und entsorgt. Die in der Bilanzierung enthaltene Herstellung des Papiers

erfordert Wasser, Altpapier, elektrische Energie und Wärmeenergie.

Es wird angenommen, dass durchschnittlich 1 kg Papiertücher 0,5 kg Präparation aufnimmt und

dann der Entsorgung zugeführt wird. Papiertücher sind preiswerte Wischtücher, sie kosten we-

niger als die Hälfte als PP-Tücher wie „Kimwipes“.

7.3 Stoffströme - OUTPUTS

Als Output, d.h. Produkt oder Abfall eines Prozesses, betrachtet werden hauptsächlich die un-

terschiedlichen Emissionen und Abfälle der Schmieröl- und Stromerzeugung, verschmutze Pa-

piertücher sowie an die Umwelt abgegebene Präparation für die unterschiedlichen Verfahren.

Nachfolgend werden die bilanzierten abzuführenden Stoffströme erläutert:

Abgesprühte Präparation

Die „abgesprühte Präparation“ wird einerseits mit Papiertüchern aufgenommen und anderer-

seits bei den Varianten mit PremiJET® gesammelt bzw. zur Pumpe zurückgeführt.

Zur Modellierung des unmittelbaren Einflusses der freigesetzten Präparation auf die Umwelt,

z.B. Treibhauspotenzial oder Gesundheitsgefährdung liegen z. Zeit keine Daten vor. Daher er-

folgt keine umweltliche Gewichtung dieser Größe. Allein die Reduzierung des Verbrauchs an

„Schmieröl“ senkt die Umweltbelastung durch den verbesserten Präparationsprozess deutlich

ab.

Verschmutzte Papiertücher

Zusätzlich ergibt sich durch die Einsparung von Papiertüchern zum Aufnehmen der Präparation

ein positiver Effekt auf den Verbrauch von Wasser und Energie zur Papierherstellung, wenn

weniger Präparation in die Umgebung gelangt.

7 STOFFSTROM- UND ÖKOBILANZ FÜR PRÄPARATIONSAUFTRAG UND MIGRATIONSVERWIRBELUNG BEIM BCF-PROZESS 58 7.4 BILANZIERUNGSERGEBNISSE


7.4 Bilanzierungsergebnisse

Wiederverwendung der abgesaugten Präparation

Die Untersuchung von mittels PremiJET® abgesaugter Präparation (vgl.: Kap. 6.7.4) ergab,

dass die abgesaugte Präparation nach einem Reinigungsschritt (z.B. über Filter, Zyklon) der

frischen Präparation beigemischt werden kann.

Für den besonderen Fall, dass diese „Altpräparation“ nicht zur frischen Präparation beigemischt

werden darf, steht das Berechnungsmodell „PremiJET® ohne Rückführung“ mit der Sammlung

der Altpräparation zur Verfügung. Eine Möglichkeit, solche Altpräparation sinnvoll wiederzuver-

wenden, besteht darin, diese einer technisch weniger anspruchsvollen Verwertung zuzuführen.

7.4.1 Aufwand an frischer Präparation

Der Aufwand an frischer Präparation kann nur durch das Rückführen und Wiederverwenden der

aufgefangenen Präparation reduziert werden. In diesem Fall kann ca. 17 % Präparation einge-

spart werden. Die Prozesse MigraJetTM und PremiJET® ohne Rückführung erfordern identische

Mengen an frischer Präparation, die zu 100 % gesetzt wurde (Tabelle 5).

Tabelle 5 Bilanzierungsergebnis Aufwand an frischer Präparation

Migrajet Premijet ohne Rückführung

Premijet mit Rückführung

Bedarf an frischer Präparation

[kg / t BCF-Garn] 9,92 9,92 8,23

Bedarf an frischer Präparation 100 % 100 % 83 %



7.4.2 Abgesprühte Präparation und Papiertücher

Sowohl das Verfahren mit MigraJetTM, als auch das PremiJET®-Verfahren verursachen eine

Emission von Präparation in die Umgebung. Nur beim Verfahren mit MigraJetTM wird 20 % der

Präparation (Öl) beim Auftrag und Migrationsverwirbeln abgesprüht. Die an die Umgebung ab-

gebebene Menge Präparation wird mit Papiertüchern aufgenommen, Output sind „Papiertücher

mit Präparation“ (Tabelle 6).

Die PremiJET® saugt im angenommenen Fall 85 % des Präparationsnebels ab und führt diese

im Fall ohne Rückführung einem Sammelbehälter, im Fall mit Rückführung der Wiederverwen-

dung im Prozess zu.

Daneben wird noch eine kleine Leckagemenge zwischen Pumpe und Präpariervorrichtung von

ca. 0,04 % angenommen, die bei allen Berechnungsmodellen mit Papiertüchern entsorgt wird.

Tabelle 6 Bilanzierungsergebnis Aufwand an frischer Präparation

Migrajet Premijet ohne Rückführung

Premijet mit Rückführung

Summe Papiertücher mit Präparation

[kg / t BCF-Garn] 4,77 0,72 0,72

Summe Papiertücher mit Präparation 100 % 15,2 % 15,2 %

davon Präparation [kg / t BCF-Garn]

1,59 0,24 0,24

davon Papier [kg / t BCF-Garn]

3,18 0,48 0,48

Reine Altpräparation zur Entsorgung [kg / t BCF-Garn]

- 1,35 -

7.4.3 Ökologische Indikatoren und Bewertung des Treibhauspotenzials

Als ökologische Indikatoren wird die Betrachtung des Verbrauchs an Umweltressourcen emp-

fohlen /45/. Am Beispiel von eingesetztem Wasser, erforderlicher elektrischer Energie (Strom)

und den Emissionen von Treibhausgasen lässt sich der Einfluss auf die Umwelt gut darstellen.



Wasserverbrauch (INPUT)

Der Wasserverbrauch für den Präparier- und Verwirbelungsprozess wird als Masse [kg] bilan-

ziert (Tabelle 7). In Abb. 54 ist der Wasserverbrauch für die Prozessstufen mit dem höchsten

Wasserverbrauch dargestellt.

Wasser wird verbraucht in den Prozessen

Papierherstellung (inkl. Altpapierrecycling),

Strom (Stromerzeugung),

Präparation (Herstellung der Präparation aus Schmieröl und Wasser),

Diesel ab Raffinerie (vernachlässigbar),

VE Wasser (vernachlässigbar).

Tabelle 7 Bilanzierungsergebnis Wasserverbrauch

Migrajet Premijet ohne RüF

Premijet mit RüF

Summe Wasserverbrauch

[kg / t BCF-Garn] 399 234 225

Summe Wasserverbrauch 100 % 59 % 57 %

PapierStrom

PräparationPrämijet mit RüF

Prämijet ohne RüF

Migrajet

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Wasserverbrauch in kg / t BFC-Garn

Prämijet mit RüF 29,819 152,933 42,48

Prämijet ohne RüF 29,819 152,936 51,176

Migrajet 196,568 151,126 51,176

Papier Strom Präparation

Abb. 54 Bilanzierungsergebnis Wasserverbrauch [kg / t BCF-Garn]



Verbrauch an elektrischer Energie (INPUT)

Der Energiebedarf (elektrischer Strom) wird für die betrachteten Verfahren bei identischer Pro-

duktionsleistung (25 kg/h BCF-Garn) in MJ (1 kWh = 3,6 MJ) bilanziert (Tabelle 8, Abb. 55). Ein

nennenswerter Strombedarf entsteht bei:

Absaugung PremiJET® (Zusätzliche Saugleistung),

Papier (Papierherstellung für Reinigungstücher),

Druckluft 7 bar (Drucklufterzeugung für Verwirbelung),

Ölnebelabscheider (Ventilatorleistung),

Präparationspumpe (Pumpleistung für Präparation),

VE Wasser (Herstellung VE-Wasser - vernachlässigbar).

Tabelle 8 Bilanzierungsergebnis Verbrauch elektrischer Energie

Migrajet Premijet ohne RüF

Premijet mit RüF

Summe elektrische Energie

[MJ / t BCF-Garn] 14,1 14,2 14,2

Summe elektrische Energie

[kWh/ t BCF-Garn] 3,9 3,95 3,95

Summe elektrische Energie 100 % 101 % 101 %

AbsaugungPrämijet

PapierDruckluft 7

bar

Ölnebelabscheider

Präp.-pumpe

Prämijet mit RüF

Prämijet ohne RüF

Migrajet0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

Stromverbrauch in MJ / t BCF-Garn

Prämijet mit RüF 2,00 0,72 7,86 2,21 1,43

Prämijet ohne RüF 2,00 0,72 7,86 2,21 1,43

Migrajet 0,00 4,77 7,86 0,00 1,43

Absaugung Prämijet Papier Druckluft 7 bar Ölnebelabscheider Präp.-pumpe

Abb. 55 Bilanzierungsergebnis: elektrische Energie nach Verbrauchern [MJ / t BCF-Garn]



Emission CO2-Äquivalent (OUTPUT)

Die Software GaBi 4 beinhaltet unterschiedliche Impact Methoden wie z.B. Ecoindicator 95,

Ecoindicator 99, Umweltbelastungspunkte (UBP), CML 1996 und CML 2001. Im Rahmen der

CML Methode werden Abiotischer Ressourcenverbrauch, Aquat. Frischwasser Ökotoxpotential,

Aquat. Salzwasser Ökotoxpotential, Eutrophierungspotential, Humantoxizitätspotential, Ozon-

abbaupotential, Photochem. Oxidantienbildungspotential, Radioaktive Strahlung, Terrestrisches

Ökotoxizitätspotential, Treibhauspotential (100 Jahre) und Versauerungspotential bereitgestellt

/44/. Zur Beurteilung ökologischer Auswirkungen auf das Treibhauspotenzial (GWP = Global

Warming Potential) wurde im Projekt die Methode CML 2001 ausgewählt und CO2-Äquivalente

(100 Jahre) bestimmt (Tabelle 9). In Abb. 56 ist die Entstehung von CO2-Äquivalenten aufge-

schlüsselt nach Prozessstufen dargestellt.

Einen Beitrag zum Treibhauseffekt durch Ausstoß von CO2 u.ä. leisten in der vorliegenden Be-

trachtung drei „Flüsse“:

Präparation (Herstellung des Schmieröls als Grundstoff, Transport der Präparation),

Strom (gesamte Stromerzeugung),

Papierherstellung (inkl. Altpapierrecycling).

Tabelle 9 Bilanzierungsergebnis Emission CO2-Äquivalent

Migrajet Premijet ohne RüF Premijet mit RüF

Summe CO2-Äquivalent (CML 2001)

[kg / t BCF-Garn] 11,1 9,73 8,6

Summe CO2-Äquivalent (CML 2001) 100 % 88 % 78 %

PapierStrom

PräparationPrämijet mit RüF

Prämijet ohne RüF

Migrajet

0

1

2

3

4

5

6

7

Treibhauspotential (GWP 100 Jahre) / kg CO2-Äqv. / t BFC-Garn

Prämijet mit RüF 0,248 2,856 5,504

Prämijet ohne RüF 0,248 2,856 6,63

Migrajet 1,635 2,822 6,63

Papier Strom Präparation

Abb. 56 Bilanzierungsergebnis Emission CO2-Äquivalent (GWP 100 Jahre) / kg CO2-Äqv.

7 STOFFSTROM- UND ÖKOBILANZ FÜR PRÄPARATIONSAUFTRAG UND MIGRATIONSVERWIRBELUNG BEIM BCF-PROZESS 63 7.5 ZUSAMMENFASSUNG DER STOFFSTROM- UND ÖKOBILANZ


7.5 Zusammenfassung der Stoffstrom- und Ökobilanz

In dem Vergleich von drei Modellszenarien zur Präparierung, Migrationsverwirbelung und Be-

handlung der abgesprühten Präparation erscheint der abgekapselte Präparationsauftrag mit

PremiJET® und Rückführung der Präparation am günstigsten für die Umwelt und wirtschaftlich

am attraktivsten. Ca. 17 % Präparation können eingespart werden und der Gesamtausstoß an

CO2-Äquivalenten beträgt nur ca. 78 % der Masse des aktuellen Prozesses mit MigraJetTM ohne

Kapselung.

Die Prozesse mit PremiJET® und mechanischer Absaugung des Präparationsnebels benötigen

insgesamt nur 1,2 % mehr elektrische Energie als der MigraJetTM-Prozess “ ohne Kapselung.

Zur Aufnahme abgesprühter Präparation werden in den Modellen stellvertretend für Reini-

gungsmaterialien Papiertücher verwendet, deren Herstellung mit in die Bilanz einfließt. Unge-

achtet der Masse Papier, die zur Aufnahme abgesprühter Präparation nötig ist, gelangt bei den

Prozessen mit PremiJET® nur ca. 15 % der Masse Präparation an die Umwelt, die bei dem offe-

nen Prozess (MigraJetTM ohne Kapselung) freigesetzt wird. Neben der Verschmutzung verur-

sacht die Masse von ca. 1,6 kg Präparation je t BCF-Garn eine Gesundheitsgefährdung der

Werker an der BCF-Maschine. Diese Belastung kann durch die PremiJET®-Einheit mit Absau-

gung wirkungsvoll um ca. 85 % vermindert werden.

Leicht umsetzbar ist das Modell „PremiJET® ohne Rückführung“ der Präparation, wobei die ab-

gesaugte Präparation gesammelt wird. Für den Fall der sortenreinen Sammlung der Präparation

mit Hilfe der PremiJET® ergibt sich zwar keine Einsparung an frischer Präparation im Vergleich

zum offenen Prozess mit MigraJetTM, jedoch wird die Gesundheitsgefährdung durch Aerosole

wesentlich reduziert und die Bilanz für CO2-Äquivalente fällt um ca. 12 % günstiger aus, da we-

niger Reinigungsmaterial erforderlich ist.

Die Möglichkeit einer direkten Wiederverwendung der Präparation für den Fall der Rückführung

mit PremiJET® und Absaugung wurde im Vorhaben erfolgreich erprobt. Zukünftige BCF-

Teppichgarnmaschinen der Fa. Oerlikon Neumag mit PremiJET® sollen mit direkter Rückfüh-

rung der Präparation ausgestattet werden. Damit wird bezüglich Umweltschutz und Wirtschaft-

lichkeit das günstigste Ergebnis erzielt.

Vorteile der PremiJET® mit Rückführung

Die Vorteile des Präparationsauftrags und der Migrationsverwirbelung mit einer PremiJET®-

Einheit und Rückführung im Vergleich zu offenem MigraJetTM-Prozess sind:

- 17 % weniger Präparation benötigt,

- 85 % weniger Abfall (Wischtücher, Präparation),

- 85 % weniger Verschmutzung durch abgesprühte Präparation (sauberere Luft!),

- 22 % weniger Emissionen CO2-Äquivalente,

- 43 % weniger Wasserverbrauch.

Dem steht ein Mehraufwand von 1,2 % elektrischer Energie für die Absaugung gegenüber.

8 VERWERTBARKEIT DES ERGEBNISSES 64 8.1 UNMITTELBARE ANWENDUNGSMÖGLICHKEITEN DER ERGEBNISSE


8 Verwertbarkeit des Ergebnisses

8.1 Unmittelbare Anwendungsmöglichkeiten der Ergebnisse

Die „PremiJET®“ Präparations- und Migrationseinheit für das Schmelzspinnen von Chemiefa-

sern hat eine höhere Effizienz beim Präparationsauftrag und ermöglicht höhere Fadenlaufge-

schwindigkeiten bei der Spinnstrecktexturierung für BCF-Teppichgarn. Eine Neuheit in diesem

Bereich ist, dass aus der quasi geschlossenen Vorrichtung nahezu keine Präparation austritt,

sondern abgesaugt wird. Die Möglichkeit einer direkten Wiederverwendung der abgesaugten

Spinnpräparation mittels direkter Rückführung wurde im Vorhaben erfolgreich erprobt. Neue

BCF-Teppichgarnmaschinen der Fa. Oerlikon Neumag mit PremiJET® sollen daher zukünftig

mit direkter Rückführung der Präparation ausgestattet werden. Damit wird bezüglich Umwelt-

schutz und Wirtschaftlichkeit das günstigste Ergebnis erzielt, insbesondere wird etwa 17 % we-

niger Präparation benötigt und es fallen ca. 85 % weniger Abfall in Form von Wischtüchern und

versprühter Präparation an.

Anwender der PremiJET®-Vorrichtung werden zuerst die Hersteller von Teppichgarnen sein.

Zunächst ist von der Fa. Oerlikon Neumag geplant, neue BCF-Maschinen mit der PremiJET®-

Vorrichtung und Präparationsrückführung auszustatten. Bestehende BCF-Maschinen können

mit dem modular ausgelegten System, d.h. maschinenindividuelle Rückführung und Aufberei-

tung der Präparation, ohne großen Aufwand mit dem PremiJET®-System nachgerüstet werden.

Die Möglichkeit der Nachrüstung bestehender Anlagen erschließt die Verbesserungen bezüg-

lich Arbeits- und Umweltschutz sowie Wirtschaftlichkeit beim Präparationsauftrag kurzfristig für

alle Hersteller von BCF-Garnen. Für die Nachrüstung bestehender Anlagen mit PremiJET® wird

eine Amortisationszeit von höchstens einem Jahr erwartet, die sich durch Geschwindigkeitsstei-

gerung, reduzierten Abfall sowie reduzierten Präparationsverbrauch ergibt.

8.2 Über das Projekt hinausgehende Anwendungsmöglichkeiten der Ergebnisse

Die beim BCF-Spinnen gewonnenen Erkenntnisse können auch in die POY-Herstellung transfe-

riert werden. Gegenüber dem BCF-Präparationssystem ist dazu ein vergleichsweise miniaturi-

siertes System erforderlich, denn die Auftragsmengen pro Position sind um Größenordnungen

niedriger, ebenso die Luftmengen der Verwirbelungsdüsen.

Es ergeben sich Synergieeffekte für zahlreiche weitere Prozesse in der Textilindustrie, wo auf

laufende Filamentfäden ein Hilfsmittel appliziert werden muss, z.B.

- Texturierung,

- Streckspulprozesse,

- Herstellung von technischen Garnen wie Nähfäden oder Reifencord.

Auf den im Rahmen des Verbundprojekts gewonnenen Erkenntnissen können weitere Möglich-

keiten der breiten Nachnutzung aufbauen wie gekapselte Spulölapplikatoren für Texturier- oder

Spulmaschinen und gekapselte Verwirbelungseinheiten für Texturier-, Streck- oder Spulma-

schinen. Es wird z.B. daran geforscht, einzelne Fäden mit Funktionsbeschichtungen zu verse-

hen, die flüssig aufgetragen werden. Auch beim Verwirbeln sind neuartige Prozessbedingungen

9 FORTSCHRITTE BEI ANDEREN STELLEN 65 10 VERÖFFENTLICHUNG DES ERGEBNISSES


denkbar, wenn anstatt im trockenen Zustand das Verwirbeln in einer nassen Atmosphäre erfol-

gen kann, ohne dass Wasser oder Aerosole in die Umgebung gelangen.

Als Maßnahme zur Emissions- und Schallreduzierung in vielen Bereichen der produzierenden

Industrie können die im Projekt erarbeiteten Ergebnisse zu Teillösungen führen.

Diese Entwicklungen könnten optimalerweise ebenfalls im Rahmen eines Verbundprojekts

durchgeführt werden, um der komplexen Aufgabenstellung, die den Anforderungen aus mehre-

ren nachgeschalteten Verarbeitungsstufen gerecht werden muss, zu genügen.

9 Fortschritte bei anderen Stellen Während der Durchführung des Vorhabens wurden auf dem Gebiet des Vorhabens keine In-

formationen über relevante Ergebnisse Dritter zu dem Forschungsvorhaben bekannt, die nicht

dem Stand der Technik zu Vorhabensbeginn entsprechen.

10 Veröffentlichung des Ergebnisses

Erfolgte Veröffentlichungen

Gemeinsam von den Projektpartnern wurden Projektergebnisse in führenden Fachzeitschriften

veröffentlicht:

Oerlikon Heberlein Temco to present PremiTEX at ITMA

International Fiber Journal August 2007, S. 50

S. Kalies, M. Rademacher: Sytec One: new BCF machine

Man Made Fiber Yearbook 2007, (Aug. 2007) S. 65-66

"PremiJET®" – Preparation and migration in the BCF spinning process in one device

Man Made Fiber Yearbook 2007, Sonderdruck und Online-Ausgabe (Aug. 2007)

(http://textination.de/de/Textile-Technology)

Kalies, S., Rademacher, M.: Sytec One – Single End Carpet Yarn Production

International Fiber Journal December 2007, S. 46-47

Die Präsentation erster Musterdüsen durch die Verbundpartnerfirmen Oerlikon Neumag und

OTC Temco erfolgte anlässlich der Internationalen Textilmaschinenmesse „ITMA“ im Septem-

ber 2007 in München. Das Interesse der Messebesucher an der PremiJET®-Einheit war groß

und veranlasste Messebesucher, neue Anwendungsfelder der PremiJET® mit den Firmen Oerli-

kon Neumag und OTC Temco zu diskutieren.

Geplante Veröffentlichungen

Im Rahmen einer Kundentagung der Fa. Oerlikon Neumag am 21.1.2009, die im Umfeld der

internationalen Fachmesse Domotex Hannover vom 17. – 20. Januar 2009 stattfinden soll, ist

eine Präsentation der Projektergebnisse geplant. In einem gemeinsamen Vortrag der Projekt-

partner DITF (ITV Denkendorf), OTC Temco und Oerlikon Neumag sollen die Projektergebnisse

den potenziellen Anwendern der Präparier- und Migrationsdüse „PremiJET®“ vorgestellt und

insbesondere die erzielbaren Verbesserungen bei der Wirtschaftlichkeit sowie im Arbeits- und

Umweltschutz bei der BCF-Teppichgarnherstellung präsentiert werden.

11 LITERATUR 66


11 Literatur

1 Scherpf et al.: Advanced air jets to meet higher performance yarn requirements, International Fiber Journal, Feb. 2004

2 Zenses: Y and CI air jets – air interlacing technology for different textile processes, Chemical Fibers Int., Vol. 53 (2003), Feb. 2003, S.46-50

3 Fa. Temco: Patentoffenlegungsschrift DE102004017210 A1, Offenlegungstag: 27.10.2005

4 Fa. Temco: Patentanmeldung WO2005/098104 A1, Vorrichtung und ein Verfahren zum Präparationsauftrag auf Fäden, Anmeldetag: 08.04.2005

5 Fa. Neumag GmbH: Patentanmeldung DE19929817 A1, Anmeldetag: 30.6.1999



8 Falkai (Hrsg): Sythesefasern, Verlag Chemie Weinheim (1981), S.111

9 Ring: Die Bedeutung der Spinnpräparation/Avivage zur Herstellung von und Verarbeitung von Chemiefasern, Vortrag anlässl. Denkendorfer Kolloquium Textile Mess- und Prüftechnik (1999) 9.-10.11.1999, S.1-18

10 Ehrler et al.: Ein Verfahren zur Bestimmung des tensidabhängigen Fadenschlusses glatter Filamentgarne, Chemiefaser/Textilindustrie, 10 (1984) S.729-732

11 Koslowski: Chemiefaserlexikon, 11. Auflage, Onlineversion, Internetzugriff 12.04.2005: www.ivc-ev.de

12 Fournè: Synthetic Fibers, Machines and Equipment, Manufacture, Properties (1999), Hanser Fachbuchverlag S.369

13 N. N., Mitteilung der Fa. Schill & Seilacher

14 N. N., Datenblatt Limanol BF 20, Fa. Schill & Seilacher, 2003

15 N. N., Datenblatt Fasavin 122, Fa. Zschimmer & Schwarz, Jan. 2007

16 Dohrn: Neue emissionsarme, biologisch abbaubare Spinnpräparationen, Spulöle und Aviagen, Vortrag anlässl. 36. Chemiefasertagung Dornbirn (1997)

17 Winck: Ökologische und toxikologische Aspekte bei der Entwicklung umweltverträglicher Fa-serpräparationsmittel, Vortrag anlässl. 31. Chemiefasertagung Dornbirn (1992)

18 Krieger, Ring: Spin finishes for polypropylene BCF/CF yarns, Chemical Fibers International, Vol. 49 Heft 6 (1999), S.524-526

19 Kauffmann, Münker: Maßnahmen zur Verarbeitung von Low-Finish-BCF, Taschenbuch für die Textilindustrie 1999, S.245-251, Verlag Schiele&Schön, Berlin

20 Bialas: Die Funktion der Präparation bei der Garnherstellung bis zum fertigen Teppich, Vortrag anlässl. 38. Chemiefasertagung Dornbirn (1999)

21 N. N.: Grafik: Internetsite www.temco.de, Zugriff: 29.08.2008

22 Schäfer: BCF-Produktion im kommenden Jahrtausend. Anforderungen und wirtschaftliche Implementierung, Vortrag anlässl. 38. Chemiefasertagung Dornbirn (1999)

23 N. N.: Oerlikon Neumag – Improving the Carpet Yarn Production Chain, International Fiber Journal, June 2007, S.26-27

24 N. N.: Luftmigration „MigraJetTM –SP25“ Betriebsanleitung der Fa. Heberlein Fasertechnologie AG, Wattwil, CH (2002)

11 LITERATUR 67


25 N.N., Website Fa. Slack&Parr (GB), Internetzugriff 12.04.2005: www.slackandparr.co.uk/meter_pumps/spinfinish.htm

26 Moeller: Der neue AKZO-Fadenöler mit vielen Vorteilen, Internetzugriff 11.04.2005: www.rauschert.de

27 Whiten: Heberlein’s latest Interlacing technologies, Vortrag anlässl. TYAA Winter conference 26.-27.2.2002, Greenville, S.C.

28 Buchmüller et al.: Effektivitätssteigeung im BCF-Garnherstellungsprozess, Mittex Bd.111 Heft 5 (2004), S.14-15

29 N.N.: Migration Filamentspinnerei Migrajet, Datenblatt Fa. Heberlein, CH-Wattwil (2003)

30 Scherpf et al.: Advanced air jets to meet higher performance yarn requirements, Internati-onal Fiber Journal, Feb. 2004

31 N.N.:TEMCO interlacing jets for spinning processes, Infoschrift TC 12402/1 EA, Fa. Temco, Hammelburg (2005)

32 Fa. Heberlein, Wattwil: Patentanmeldung WO00/52240, Anmeldetag: 3.3.2000

33 Fa. Zimmer AG, Patentanmeldung DE10220508 A1, Anmeldetag: 8.5.2002


35 Fa. Neumag GmbH&Co: Patentanmeldung DE10226291 A1, Anmeldetag: 13.6.2002

36 Fa. Neumag GmbH&Co.: Patentanmeldung DE10205005 A1, Anmeldetag: 7.2.2002

37 Fa. Goulston Technologies, Inc. Monroe, N.C., Patentanmenldung US 6449938 B1, Anmeldetag: 24.05.2000

38 Kutsenko, et.al.: Advances in fiber finish technology for BCF yarns, Chemical Fibers Inter-national, Vol.54, Feb. 2004, S.48-52

39 Fa. EMS-Inventa AG, Zürich: Patentanmeldung DE19800636 C1, Anmeldetag: 9.1.1998

40 Fa. Barmag: Patentanmeldung DE19945699 A1, Anmeldetag: 23.9.1999

41 Fa. Zinser Textilmaschinen: Patentanmeldung EP0445541 B1, Anmeldetag: 7.2.1991

42 Fa. Saurer GmbH & Co KG, Mönchengladbach: Patentanmeldung EP1039011 B1, Anmeldetag: 24.3.2000

43 Atkinson et al.: Temcooler: direct active yarn cooling, Chemical Fibers International, Vol. 54 (2004), Okt. 2004, S.336-340

44 N.N.: GaBi Software, Website Fa. PE International, 70771 Leinfelden-Echterdingen, http://www.gabi-software.com

45 N.N.: Recommended list of impact categories and inventory results (ISO14044), http://www.epic-ict.org/down/publications/EPIC_Environmental_aspects.pdf, Zugriff: 14.01.2008

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