messung

IGF-AiF 19850 BG


Forschungsstellen
FS1:  wfk – Cleaning Technology Institute e.V. (wfk)
FS2:  Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme (IMS)
FS3:  Textilforschungsinstitut Thüringen-Vogtland e. V. (TITV)


Abstract
Im Forschungsprojekt wurde ein aufbereitungsbeständiger, verkapselter Monitor mit drei unterschiedlichen Messarealen zur Erfassung der Deformations‑, Reibungs‑ und Durchströmungskräfte entwickelt. Damit lassen sich die drei den Mechanikkomponenten zugeordneten Kräfte auf Basis piezoelektrischer Effekte bzw. elektrischer Leitfähigkeitseffekte erfassen und aufbauend darauf eine quantitative Bewertung der Waschmechanik ermöglicht.

Part of the research project was to develop a reprocessing-resistant, encapsulated monitor with three different measuring areas for recording the deformation, friction and flow forces. This allows the three forces associated with the mechanical components to be recorded on the basis of piezoelectric effects or electrical conductivity effects. This enables a quantitative evaluation of washing mechanics.


Aufgabenstellung
Textil-Leasingbetriebe haben ein hohes Interesse, den Wert der Textilien – also Funktion und optisches Erscheinungsbild – über eine möglichst hohe Anzahl an Gebrauchs‑ und Aufbereitungszyklen hinweg zu erhalten. Voraussetzung für den Werterhalt der Textilien bei der Aufbereitung sind neben den Textileigenschaften zudem

  • die hochwertige Fertigung, z. B. hohe Dimensionsstabilität und hohe Farbechtheit, sowie
  • optimale Aufbereitungsbedingungen, d. h. hohe Schmutzentfernung bei minimierter Textilschädigung.

Ein wesentliches Defizit, wenn es darum geht, Textilien für die Eignung zur gewerblichen Aufbereitung zu prüfen und zu beurteilen und Aufbereitungsverfahren neu einzustellen oder zu optimieren, besteht darin, dass es keine Möglichkeit gibt, die Waschmechanik zu quantifizieren bzw. zu bewerten. Es ist diesbezüglich eine In-situ-Erfassung zu untersuchen. Für die Datenübertragung und Energieversorgung ist ein piezoelektrischer Textilmonitor mit einem RFID-Modul und einer textilen Monitorantenne zum Energie‑ und Datentransfer zu entwickeln.
Das Aufbauprinzip des piezoelektrischen Textilmonitors ist in Abb. 1 dargestellt.

Abb. 1: Piezoelektrischer Textilmonitor (Aufbauprinzip) Abb. 1: Piezoelektrischer Textilmonitor (Aufbauprinzip)

Lösungsweg
Der Lösungsweg umfasst folgende Arbeitsschritte:

  • Herstellung und Charakterisierung piezoelektrischer Polymere
  • Applikation und Polarisation der piezoelektrischen Polymere
  • Ermittlung piezoelektrischer Eigenschaften ausgerüsteter textiler Matrices
  • Verkapselung mit einer Paryleneschicht
  • Entwicklung von piezoelektrisch aktiven Messarealen sowie von Messverfahren
  • Entwicklung eines Verfahrens zur Energie‑ und Datenübertragung
  • Entwicklung des Kommunikations‑ und RFID-Moduls
  • Entwicklung des piezoelektrischen Textilmonitors
  • Entwicklung von Auswertealgorithmen
  • Quantifizierung der Waschmechanik
  • Konzept zur Implementierung in praxisübliche Waschmaschinen


Ergebnis und Anwendungen
Im Rahmen des Projektes wurde die Möglichkeit geschaffen, die Deformations‑, Reibungs‑ und Durchströmungskräfte während des Waschprozesses getrennt zu erfassen.
Zur Erfassung der Mechanikkomponente Deformation wurden Folien aus Polyvinylidenfluorid-Co-Trifluoroethylen (PVDF-TrFE) entwickelt, mit denen Aussagen hinsichtlich der auftretenden Deformation während des Waschens getroffen werden. Zur Erfassung der Komponente Durchströmung wurde die Folie in ein starres Gitter aus 2 Gittersegmenten eingespannt, sodass die Deformation der PVDF-TrFE-Folie unterdrückt wurde. Strömt Flotte gegen die Folie, resultiert ein Pralldruck bzw. eine Piezospannung. Da diese proportional der auftretenden Strömung ohne Folie entspricht, kann die mittlere Piezospannung als Maß für die Durchströmung verwendet werden. Die Erfassung der Reibung erfolgt durch Messung des elektrischen Widerstands einer applizierten Flammrußschicht in Zeitintervallen und Differenzbildung zweier zeitlich benachbarter Werte. Kenngröße ist die momentane, zu diesem Zeitpunkt wirkende Reibarbeit.
Mit den ermittelten Kalibrierkurven können dann die aufbereiteten Daten in Aussagen über die Waschmechanik übersetzt werden.

Durch die Projektergebnisse wird den textilen Dienstleistungsbetrieben (vorwiegend KMU) ein innovatives Verfahren zur Quantifizierung der Waschmechanik zur Verfügung gestellt. Dies ermöglicht es, beispielsweise Arbeitskleidung hinsichtlich ihrer Eignung für eine gewerbliche Aufbereitung in Waschprozessen mit bekannter, quantitativ erfasster Waschmechanik zu prüfen und somit Fehlkäufe zu vermeiden, woraus sich wirtschaftliche Vorteile ergeben. Des Weiteren vereinfacht dies erheblich die Optimierung der Waschmechanik bei Neueinstellung von Aufbereitungsverfahren.


Ansprechpartner

Ronny Bäuml
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