COMPETENCE IN TEXTILES

Entwicklung eines neuartigen beheizbaren Gestricks sowie dessen Optimierung für den Einsatz im Pflanzenbau

Jürgen Reichart, roma-Strickstoff-Fabrik Rolf Mayer GmbH & Co. KGDr. Anja Gerhardts, Hohenstein Institut für Textilinnovation gGmbHDr. Michael Ernst, Staatsschule für Gartenbau und Landwirtschaft

No. 2

Die Hohenstein Institute

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• Unabhängiges Institut für Prüfung, Beratung und Inspektionen• Gemeinnützige Forschung, industrielle Auftragsforschung• Inhabergeführt in dritter Generation seit der Gründung 1946

No. 3fo

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Fachbereich Hygiene, Umwelt & Medizin

• Life Science Department der Hohenstein Institute

• 23 Mitarbeiter: Mediziner, Humanbiologen, Mikro- und Molekularbiologen, • Biophysiker, Chemiker, Textilwissenschaftler

• Forschung: anwendungsorientierte Produktentwicklungen, • öffentliche und Auftragsforschung

• Akkreditierte - individuelle Versuchsstände - Feldstudien• Arbeitsgebiete

1. Wechselwirkungen von Werkstoffen mit lebenden Systemen (Mensch/Mikroorganismus)

2. Sicherheit und Wirksamkeit von (textilen) Produkten in den Anwendungsbereichen Hygiene, Umwelt und Medizin

• Life Science Department der Hohenstein Institute

• 23 Mitarbeiter: Mediziner, Humanbiologen, Mikro- und Molekularbiologen, • Biophysiker, Chemiker, Textilwissenschaftler

• Forschung: anwendungsorientierte Produktentwicklungen, • öffentliche und Auftragsforschung

• Akkreditierte - individuelle Versuchsstände - Feldstudien• Arbeitsgebiete

1. Wechselwirkungen von Werkstoffen mit lebenden Systemen (Mensch/Mikroorganismus)

2. Sicherheit und Wirksamkeit von (textilen) Produkten in den Anwendungsbereichen Hygiene, Umwelt und Medizin

No. 4fo

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Fachbereich Hygiene, Umwelt & Medizin

ForschenForschenPrüfenPrüfen EntwickelnEntwickeln

Öffentliche Forschung

Auftragsforschung

No. 5fo

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Anwendung:• 2 mal / Woche für ca. 1 h anschalten• Temperatur erreicht >50° C • Niedervolt-Wärmesystem

Anti-Milbenmatratze für Allergiker

No. 6fo

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Textiles Patienten-Wärmesystem

• Konduktives System• Optimale Drapierbarkeit• Bessere Wärmebilanz• Sollwertkontrolle durch textil-

integrierte Thermosensoren

No. 7

roma-Strickstoff-Fabrik Rolf Mayer

• Hochmodische und hoch-qualitative Stoffe für Damenoberbekleidung

• Funktionale elastische Stoffe für Arbeitsbekleidung

• Technische Textilien• Unterhaltungselektronik• Automobilindustrie• Innenarchitektur

No. 8

Ein leitfähiges Garn wird mit einer Rundstrickmaschine zu einem leitfähigen Stoff verstrickt.

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Elektrisch beheizbarer Strickstoff

No. 9

Ein leitfähiges Garn wird mit einer Rundstrickmaschine zu einem leitfähigen Stoff verstrickt.

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Elektrisch beheizbarer Strickstoff

No. 10

Der elektrisch beheizbare Strickstoff verbindet die Vorteile der Rundstricktechnologie mit den Vorteilen der Wärme-erzeugung bereits im Niedrigspannungsbereich:

• Stoffelastizität und Stoffflexibilität

• Vielfältige Gestaltungs-möglichkeiten

• Hohe Flexibilität in der Weiterverarbeitung

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Elektrisch beheizbarer Strickstoff

No. 11

Der elektrisch beheizbare Strickstoff verbindet die Vorteile der Rundstricktechnologie mit den Vorteilen der Wärme-erzeugung bereits im Niedrigspannungsbereich:

• Arbeiten im Niedrig-spannungsbereich mit 24 Volt

• Keine Gefahr eines Stromschlags• Hohe Leistung von 480 Watt• Gleichmäßige, homogene Wärmeverteilung• Genaue Festlegung der Heiztemperaturen durch

sensorgesteuertes Netzgerät.

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Elektrisch beheizbarer Strickstoff

No. 12

Temperaturentwicklung des textilen Heizelements

No. 13fo

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Staatsschule für Gartenbau und Landwirtschaft und Landwirtschaftliche Schule Hohenheim

Fachschulen für Meister und Techniker im GartenbauMeisterschule für Floristik Berufskolleg für Agrar- und Umweltanalytik Berufskolleg für Biotechnologische Assistenten Landesberufsschule für TierwirteBerufs- und Sonderberufsschule für Gartenbau Berufsschule für Floristik

Versuchswesen im Gartenbau

Fachliche Öffentlichkeitsarbeit

No. 14fo

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Staatsschule für Gartenbau und Landwirtschaft

Versuchshäuser:1.) Gewächshaus Nr. 5

- Rolltische - Ebbe-Flut-System (Nährlösung wird angestaut) - Winterbetrieb (Rohrheizung auf 5 °C, Lüftung auf 12 °C)

No. 15fo

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Staatsschule für Gartenbau und Landwirtschaft

Versuchshäuser:2.) Allwetterhaus

- freistehende Tische- manuelles Gießen- keine Heizung (Innentemperatur = Außentemperatur)

No. 16fo

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Landwirtschaft im Wandel

• Weltbevölkerung wächst schnell• Konkurrenz der Anbauflächen (z.B. Baumwolle vs. Nahrung)• hoher Energieverbrauch (z.B. Gewächshaus)

source: wikipedia

No. 17fo

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Vertical farming

Zukunftsstrategien zur Ernährung der Weltbevölkerung

• 2050 leben 80 % der Weltbevölkerung in urbanen Ballungszentren

• Bedarf an urbaner Landwirtschaft

• Nachhaltige Produktion von Nahrung

• Recycling von Wasser und Energie

• Ganzjähriger Pflanzenbau

No. 18fo

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Heiztextilien für Anwendungen im Agrarsektor

• Energiesparpotential in Gewächshäusern > 80 %• Keimung, Pflanzenwachstum und Reife steuerbar• Variable Temperaturprofile in einem Gewächshaus• Frostschutz im Winter

2014 ab 2015

No. 19fo

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ZIM Forschungsprojekt

Ziele:• stabiles Temperaturprofil• variables Heizen von ca. 5 °C bis 40 °C• niedriger Energieverbrauch (10-20 kWh*m-²*Woche-1)• mechanisch belastbar und wasserfest• Antifouling, wird im Boden nicht zersetzt

No. 20fo

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Stoffmuster aus

Silber-galvanisiertem Garn Edelstahl-Einfachgarn Edelstahl-Kreuzgarn

Stoffentwicklung

Leitfähig durch mit Silber galvanisiertes Garn

Leitfähig durch Zwirn mit einem Edelstahlfaden

Leitfähig durch Zwirn mit zwei über Kreuz eingezwirnten Edelstahlfäden

Grundmaterial: Polyester Grundmaterial: Polyester Grundmaterial: Polyester

Leistung/m² (24 V): 680 W Leistung/m² (24 V): 440 W Leistung/m² (24 V): 870 W

Steifigkeit: 66,55 ° Steifigkeit: 55,40 ° Steifigkeit: 97,54 °

No. 21

Die Zuschnittgröße kann an unterschiedliche Spezifikationen angepasst werden.Die Kontaktierung erfolgt über ein dünnes gewebtes Metallband, das mittels einer speziell entwickelten Nähtechnik mit dem Stoff vernäht wird.

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Stoffentwicklung

No. 22fo

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Elektrolyse des Silber-galvanisierten Garns im Wasser

Weitere Arbeiten mit den beiden anderen Garnkonstruktionen:- Edelstahl-Einfachgarn- Edelstahl-Kreuzgarn

Stoffentwicklung

No. 23fo

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• Erste Winterversuche im Winter 2012/2013 zeigten keine Wirkungsunterschiede zwischen Edelstahl-Einfachgarn und Edelstahl-Kreuzgarn

• Edelstahl-Einfachgarn bei gleicher Anwendung geringerer Stromverbrauch

Aus diesen beiden Gründen haben wir uns auf den Stoff aus Edelstahleinfachgarn konzentriert.

Stoffentwicklung

No. 24fo

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Schnelle und gleichmäßige Aufheizunghier: Gebrauchsmuster aus Edelstahl-Einfachgarn, 1 m x 1 m

nach 2 min(9 Volt)

nach 60 min(9 Volt)

Stoffentwicklung

25,3 °C

25,8 °C

No. 25fo

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Textilprüfungen

Messung der DrapierbarkeitMechanische Belastungstests

Mechanische Belastung Neuzustand nach 10.000 Zyklen

No. 26fo

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Textilprüfungen

Stabilität gegen mikrobielle Zersetzung• antimikrobielle Wirksamkeit gegenüber Prüfkeimen

Aspergillus niger und Chaetomium globosum

No. 27fo

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Textilprüfungen

Stabilität gegen mikrobielle Zersetzung• Erdeingrabetest (Freiland)

Elektrische Leitfähigkeit [S/m] Neuzustand Nach 7 Monaten Nach 21 Monaten

Silber-galvanisiertes Garn

längs 1,85-2,17 1,72-2,78 1,43-4,17

quer 5,56-8,33 5,56-8,33 3,33-7,14

Edelstahl Einfachgarn

längs - - -

quer 0,000005 (5e-6) 1,67e-5 – 3,33e-6 3,33e-4 – 5,00e-6

Baum

wolle kom

plett abgebaut

Neuzustand 7 Monate in Erde

21 Monate in Erde

7 Monate in Erde

No. 28fo

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Textilprüfungen

Funktionskontrollen und Keimungsexperimente

Betrieb bei M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M9 M10 Raum

1,5 V, 3,4 A 21,0 22,1 22,1 22,2 24,2 16,7 13,4 14,2 16,9 17,3 8,0 °C

2 V, 4,5 A 22,3 21,4 25,9 22,3 27,0 16,9 13,9 14,7 16,3 17,3 8,4 °C

M3 M6

M1

M5

M2

M4

M7

M8

M9M10

Messpunkte:

Styroporplatte

Kresseschalen

Temperatur:

No. 29fo

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Textilprüfungen

Funktionskontrollen und Keimungsexperimente

Probe 1 und 2 Probe 3 und 4

Kontrolle RT/dunkel

Kontrolle RT/hell

No. 30fo

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Textilprüfungen

Funktionskontrolle im Freiland

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So 23:2

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Mo 06:0

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Tem

pera

turd

iffer

enz

[°C

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In den w armen Mittagsstunden ist die Erw ärmung der Erde

langsamer als die der Luft!

Luft

Erde

No. 31fo

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Feldversuche Winter 2012/2013

Versuchsaufbau

Ebbe-Flut-System(Tag 0, Tag 12)

Allwetterhaus(Tag 22)

No. 32fo

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Feldversuche Winter 2012/2013

Korrosion durch Salzablagerungen im Ebbe-Flut-System

No. 33fo

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Filmbildende Beschichtungen

Beschichtungen zur Vermeidung von Salzablagerungen an den leitenden Fasern

unbeschichtet

Wachsbeschichtung Silikonbeschichtung

Latexbeschichtung

No. 34fo

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Weitere Versuche im GewächshausSi

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Ergebnisse nach 7 Wochen Heizbetrieb

No. 35fo

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Filmbildende Beschichtungen – Teil 2

Korrosionssimulation mit Düngerlösung

unbeschichtet

Impranil DLC-F Impranil DLU:Impranil DL 2007 80:20

Impranil DLU

No. 36

Versuchsaufbau mit beschichteten Heizelementen

AllwetterhausEbbe-Flut-System

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Feldversuche Winter 2013/2014

No. 37

Ebbe-Flut-System

li: beheiztre: unbeheizt

Allwetterhaus

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Feldversuche Winter 2013/2014

No. 38fo

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Feldversuche Winter 2013/2014

Ebbe-Flut-System

Heizbetrieb für ca. 10 Wochen

Heizbetrieb für ca. 12 Wochen

No. 39fo

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Feldversuche Winter 2013/2014

Ebbe-Flut-System, Ergebnisse nach 14 Wochen

li: beheiztre: unbeheizt

No. 40fo

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Feldversuche Winter 2013/2014

Ebbe-Flut-System, Ergebnisse nach 14 Wochen

li: beheiztre: unbeheizt

No. 41fo

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Feldversuche Winter 2013/2014

Allwetterhaus, Ergebnisse nach 14 Wochen

Pelargonien

beheizt, unbeheizt, beheizt beheizt, unbeheizt, beheizt

No. 42fo

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Feldversuche Winter 2013/2014

Allwetterhaus, Ergebnisse nach 14 Wochen

Calibrachoa Cultivars

beheizt, unbeheizt, beheiztbeheizt, unbeheizt, beheizt

No. 43fo

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Feldversuche Winter 2013/2014

Allwetterhaus, Ergebnisse nach 14 Wochen

Convolvulus sabatiusbeheizt, unbeheizt, beheizt

beheizt, unbeheizt, beheizt

No. 44fo

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Feldversuche Winter 2013/2014

Nach 14 Wochen Heizbetrieb zeigten sich Defekte bei allen Heizelementen

Ebbe-Flut

Allwetterhaus

No. 45fo

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Feldversuche Winter 2013/2014

Nach 14 Wochen Heizbetrieb zeigten sich Defekte bei allen Heizelementen

SalzablagerungenVerkrustungen

No. 46fo

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Feldversuche Winter 2013/2014

Messung des Energieverbrauchs

Ebbe-Flut-System: zu überwindende Temperaturdifferenz: ∆T = ca. 10 °Cgemessener Stromverbrauch: ca. 30-55 kWh*m-²*Woche-1

Allwetterhaus: zu überwindende Temperaturdifferenz: ∆T = ca. 20 °Cgemessener Stromverbrauch: ca. 55-80 kWh*m-²*Woche-1

No. 47fo

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Feldversuche Winter 2013/2014

Messung des Energieverbrauchs

Rechenbeispiele zeigen Energieeinsparungen bei partieller Nutzung des Heizsystem• flexibel temperierte Parzellen in der selben Hülle• Parzellen mit Temperaturgradient• Frostschutz

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Zuschnitt einer Haube - Winter 2013/2014

Zitrusbäumchen wurde erfolgreich im Allwetterhaus überwintert (Einstellung frostfrei auf 3 °C, ∆T = 4 °C)

No. 49fo

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Zuschnitt einer Haube

Messung mit PAR-Meter, Berechnung der Lichtminderung

WitterungKontrolle

(Freiland ohne Textil)

Edelstahl Einfachgarn(Art.Nr. 13518)

Edelstahl Einfachgarn(Art.Nr. 13518 L) Vlies P17

P P M [%] P M [%] P M [%]

hell, keine direkte Sonne 169 50 70,41 69 59,17trüb, Hochnebel 76 22 71,05 30 60,53

hell, keine direkte Sonne 620 200 67,74 280 54,84sonnig, wolkenlos, leicht trüb 1350 460 65,93 660 51,11 1100 18,52sonnig, wolkenlos, leicht trüb 1350 470 65,19 620 54,07 1050 22,22trüb, Hochnebel 13 4 69,23 5 61,54 10 23,08trüb, Hochnebel 52 15 71,15 22 57,69 41 21,15trüb, Hochnebel 410 210 48,78 140 65,85 180 56,10direkte Sonne 1550 500 67,74 750 51,61 1150 25,81direkte Sonne 1800 545 69,72 845 53,06 1600 11,11Mittelwert 66,69 56,95 25,43

No. 50

Das Heizelement wird zusätzlich mit einer Spezialfolie laminiert.

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Stoffentwicklung

No. 51

Versuchsaufbau mit laminierten Heizelementen

Ebbe-Flut-System

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Feldversuche Winter 2014/2015

No. 52

Ebbe-Flut-System

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Feldversuche Winter 2014/2015

No. 53

Kondenswasser und erste Korrosionsstellen

Optimierung durch Flachbettlaminierung bzw. Laminierung über Heißklebesystem

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Feldversuche Winter 2014/2015

No. 54fo

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Fazit und Ausblick

Mögliche Einsatzbereiche aus heutiger Sicht:a. Unbeheizte Gewächshäuser können im Winter genutzt

werdenb. In beheizten Gewächshäusern

• Energieeinsparungen bei Teilbelegung• Temperaturdifferenzierung in einem Gewächshaus• Winterschutz von mehrjährigen Solitärpflanzen

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Ausblick

… weitere Anwendungen zur Diskussion

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