messung

IGF-AiF 19950 BG


Abstract
Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Sensors zur Optimierung bzw. Neueinstellung von Waschprozessen in Industriewäschereien. Der entwickelte impedimetrische Performancesensor besteht aus Schmutz‑ und Referenzareal, einem Mess‑ und RFID-Kommunikationsmodul, einem RFID-Leser und einer Auswerteeinheit. An den Sensor-Arealen wird die Impedanz während des Waschprozesses gemessen, aufgezeichnet und an die Auswerteeinheit übertragen. Die so ermittelten Daten geben Auskunft über den Grad der Schmutzentfernung während des Waschprozesses.

The aim of the project is the development of a sensor for the optimization or readjustment of washing processes in industrial laundries. The developed impedimetric performance sensor consists of a dirt and reference area, a measuring and RFID communication module, a RFID reader and an evaluation unit. The impedance is measured on the sensor areas during the washing process, recorded and transmitted to the evaluation unit. The impedance values determined in this way provide information about the dirt removal level during the washing process.


Aufgabenstellung
Die messtechnische Beurteilung der im Waschprozess erzielten Schmutzentfernung erfolgt bisher auf der Grundlage einer farbmetrischen Bewertung der Textilien nach dem Waschen. Durch die so erhaltenen Ergebnisse können keine direkten Rückschlüsse auf die zu optimierenden Prozessparameter gezogen werden, sodass die Anpassung der Parameter rein iterativ erfolgen muss. Daher ist eine hohe Anzahl an Waschversuchen zur Optimierung der Prozessführung notwendig. Die Waschprozessoptimierungen sind zudem durch den hohen Personaleinsatz zeit‑ und kostenintensiv. Die Industriewäschereien suchen daher nach einem Verfahren, das eine schnelle, kostengünstige und sichere Neueinstellung bzw. Optimierung von Waschprozessen erlaubt. Um die Nachteile zu kompensieren, sind Schmutzentfernungsmessungen mit kontinuierlicher Ergebnisübertragung eine Lösung. Im Projekt wurden eine kontinuierliche In-situ-Erfassung der Schmutzentfernung über Impedanzmessungen an speziellen textilen Monitoren und die Online-Datenübertragung während des laufenden Waschprozesses mittels RFID-Technik entwickelt.

Bei der In-situ-Erfassung können die Auswirkung der Variation von Prozessparametern direkt im laufenden Waschprozess ohne zeitliche Verzögerung verfolgt und funktionale Zusammenhänge zwischen Schmutzentfernung und Prozessparametern ermittelt werden. Derartige funktionale Zusammenhänge waren bisher nicht bekannt und konnten mangels geeigneter Verfahren messtechnisch auch nicht erfasst werden. Durch die neu entwickelte In-situ-Erfassung der Schmutzentfernung wird die Optimierung der Prozessparameter während des laufenden Waschprozesses möglich sein, sodass die Neueinstellung von Waschprozessen wesentlich vereinfacht und der Aufwand deutlich reduziert werden kann. Der komplexe Aufbau des Performancesensors ist in Abbildung 1 dargestellt.

Abb. 1: Aufbau Performancesensor Abb. 1: Aufbau Performancesensor

Lösungsweg
Der Lösungsweg basiert auf der Entwicklung einer textilen Elektrodenstruktur, eines Sensorareals und des impedimetrischen Messverfahrens.

Zur Realisierung der In-situ-Schmutzentfernungserfassung während des laufenden Waschprozesses wurde die Impedanzmessung gewählt. Für die eingesetzten textilen Elektroden ist die Geometrie der Sensorareale des impedimetrischen Performancesensors von essenzieller Bedeutung. Dazu wurden speziell angepasste textile Elektrodenstrukturen entwickelt. Die variablen Parameter sind die Elektrodengeometrie sowie Anzahl, Abstand und Anordnung der textilen Elektroden zueinander. Sie lassen sich durch temperatur‑ und frequenzabhängige Impedanzmessungen unter Variation von Schmutzart und ‑menge (Schmutzfracht) festlegen.

Unter Einsatz eines Simulationsprogramms konnten die Geometrie der textilen Elektroden modelliert und zur Fertigung notwendige Verarbeitungsparameter festgelegt werden.


Ergebnis und Anwendungen
Zur Fertigung der textilen Elektroden erwies sich die Sticktechnologie als am optimalsten geeignet. Damit ist die Elektrodengeometrie sowie Anzahl, Abstand und Anordnung unkompliziert und variabel herstellbar.

Für die Online-Datenübertagung wurden RFID-Module durch induktiv gekoppelte Dipol-Antennen mithilfe leitfähiger Garne realisiert. Das optimale Antennendesign wurde aus der Simulation und den Datenmessungen gewonnen. Die textile, induktiv gekoppelte Dipol-Antenne besteht aus einer Kopplungsschleife von 7,5 cm × 6,5 cm und den Dipolen von jeweils 7,5 cm (Abbildung 3).

Das Sensoraral besteht aus zwei überkreuzt geführten Elektroden (Abbildung 2). Mit dieser angepassten Anordnung der Elektroden wurden optimale Messwerte erzielt. Auf dieser Grundlage wurde erfolgreich ein für den impedimetrischen Performancesensor optimales Sensorareal entwickelt. Aus der gemessenen Impedanz resultiert, wie gewünscht, ein hoher Informationsanteil aus dem verschmutzten oder sauberen Textil. Ein nur geringer Anteil entsteht aus der Umgebung des Monitors der Waschflotte.

Abb. 2: Fertigungsverfahren des Sensorareals Abb. 2: Fertigungsverfahren des Sensorareals Abb. 3: Fertigungsverfahren des SensorarealsAbb. 3: Fertigungsverfahren des Sensorareals

 

 

Forschungsstellen:

FS 1: wfk – Cleaning Technology Institute e. V.
FS 2: Textilforschungsinstitut Thüringen-Vogtland e. V.
FS 3: Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme
 

Ansprechpartner
Manuela Roth
E-Mail: Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!