RWTH Aachen University setzt auf Reinigungstechnologie von SCHWING Technologies

Das Institut für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen University nutzt die kompakte thermische Reinigungsanlage VACUCLEAN COMPACT für ihre Forschung im Bereich der thermoplastischen High-Performance-Fasern. Die Anlage befreit Maschinenteile wie Spinndüsen, Düsengehäuse, Spinnpumpen oder Schnecken sicher von thermoplastischen Polymeren.

 

Die Entwicklung von innovativen Hochleistungsfasern und faserbasierten Produkten ist Forschungsschwerpunkt des Instituts für Textiltechnik (ITA) am Lehrstuhl für Textilmaschinenbau der RWTH Aachen University. Das Team um Dr.-Ing. Pavan Kumar Manvi und Dr.-Ing. Franz Pursche forscht im Bereich Spinntechnologien für Multi- und Monofilamente zur Entwicklung innovativer Fasern. Der Fokus richtet sich hierbei auf High-Performance- sowie nachhaltige Fasern mit neuen Eigenschaftsprofilen und breiten Anwendungsoptionen. Dazu zählen Leichtbau, Mobilität, Gesundheit, Bauen und Wohnen, Energie und Information ebenso wie Kommunikation. Getestet wird mit allen Arten von thermoplastischen Polymeren. Sie reichen von konventionellen Kunststoffen bis hin zu biobasierten und recycelten Polymeren. Im Technikum des Instituts setzen die Forscher Schmelzspinnanlagen vom Labor- bis zum Technikumsmaßstab ein, in denen Schnecken, Spinndüsen samt Spinngehäusen und Spinnpumpen zur Anwendung kommen.

Um eine schnelle und zuverlässige Entfernung der thermoplastischen Polymere zu gewährleisten, steht seit einigen Monaten eine kompakte Vakuumpyrolyse-Anlage von SCHWING Technologies für Tests rund um die Spinntechnologie zur Verfügung. Innerhalb weniger Stunden entfernt die VACUCLEAN COMPACT alle Anhaftungen in nur einem Arbeitsgang. Der vollautomatische Prozess reinigt sicher und materialschonend bei maximal 450 Grad Celsius mit Vakuumpyrolyse und Oxidation. Die Beladekapazität liegt bei maximal 50 Kilogramm Teilegewicht. Gereinigte Maschinenteile können nach Reinigung im Ultraschallbad oder durch Sandstrahlen in den Testprozess zurückgeführt werden.

ITA entwickelt neue faserbasierte Materialsysteme

Um neue faserbasierte Materialsysteme herzustellen, laufen die Anlagen im Technikum und im Prüflabor im Industrie- und Labormaßstab. Das Institut forscht zur Entwicklung neuer faserbasierter Materialsysteme anhand aktueller und digitalisierter Maschinentechnik. Die Schwerpunkte reichen von Funktionalisierung, neuen Materialien, Nachhaltigkeit und Recycling über Prozessoptimierung bis hin zum Prozess-Upscaling. Getestet wird vom Labor- bis zum Industriemaßstab – unter anderem für ein aktuelles Projekt aus dem Gesundheitssektor zum Thema „Hochreinigungsfähige Borsten für Zahnbürsten“. Das Team von Dr. Franz Pursche, Head of Monofilament Technologies, untersucht, wie sich die Reinigungsleistung über eine spezielle Filamentgeometrie maximieren lässt. „Zur Herstellung der Filamente sind spezielle Düsen erforderlich“, erklärt Dr. Pursche. “Sie bestehen aus komplexen Kanalgeometrien. In puncto Reinigung verlangen sie nach einer modernen und zuverlässigen Pyrolyseeinheit.“

Thermische Vakuumpyrolyse-Anlage reinigt kleine Maschinenteile

Durchschnittlich drei Mal pro Woche werden die eingesetzten Maschinenteile gewechselt bzw. gereinigt. Dafür gilt es zunächst, die Düsenteile der Spinnanlagen abkühlen zu lassen, zu zerlegen und zur Pyrolyse-Anlage zu transportieren. Pro Reinigungszyklus fallen im Forschungsprojekt rund 10 bis 25 kg Metallteile an. Sind die Düsenteile ordnungsgemäß in der Reinigungsanlage positioniert, wird die Tür geschlossen, das Programm ausgewählt und die vollautomatische Vakuum-Pyrolyse gestartet. Gereinigt wird in einer elektrisch beheizten Vakuum-Reinigungskammer, deren Temperaturmessung direkt an den Maschinenteilen erfolgt. Zunächst heizt die Anlage unter Vakuum langsam und materialschonend auf. Erst bei rund 440 Grad Celsius startet der eigentliche Pyrolyseprozess. Verbliebener Kohlenstoff wird durch eine anschließende Oxidationsphase bei etwa 450 Grad Celsius beseitigt. Dies alles geschieht vollautomatisch, dauert rund fünf bis sechs Stunden und hinterlässt nahezu keine Rückstände. Um Zeit zu sparen, läuft der Reinigungsprozess im ITA meist über Nacht. Danach gilt es, die Düsenteile abkühlen zu lassen, diese zu sandstrahlen, im Ultraschallbad zu reinigen und schließlich unter dem Mikroskop final zu überprüfen.

Zuverlässige Reinigung sichert Projektziele

Aufgrund der hohen ITA-Anlagenauslastung von nahezu 100 Prozent im Jahr müssen die Unterstützungsarbeiten zur Spinnvorbereitung mit sehr hoher Sicherheit durchgeführt werden. Dazu zählt auch die Düsenreinigung. „Eine nicht gereinigte Düse führt im schlimmsten Fall zu Spinnabrissen, wodurch nicht nur Versuchstage, sondern ganze Wochen gefährdet werden“, schildert Peter Rüdiger, Mitarbeiter des Forschungsteams. Ergänzend verweist Spinntechnikumsleiter Dr. Manvi darauf, dass in anderen Fällen sowohl die Filamentbildung als auch die damit einhergehenden Filamenteigenschaften negativ beeinflusst würden. Deshalb könnten die prozessmäßigen Einflussgrößen nur suboptimal untersucht werden. „Zudem unterstützt uns der kurze Reinigungszeitraum auch beim Start neuer Versuche. Das ist insbesondere im Hinblick auf die Entwicklung von neuen Düsengeometrien wichtig. Bei der Reinigung setzen wir dazu auf die umweltfreundliche und emissionsarme Technologie mit sauberen Abgasen ohne Kontamination“, führt Dr. Manvi abschließend aus.

Kompaktes System ideal für Laborsituation

Lediglich rund 750 Kilogramm wiegt die Vakuumpyrolyse-Anlage und ist mit ihren 100 x 125 x 245 cm (B x T x H) nur unwesentlich größer als ein geräumiger Kühlschrank. Alle wesentlichen Komponenten sind raumsparend ins Innere der Anlage integriert: dazu gehören eine Katalysator-Strecke, eine Vakuum-Pumpe, ein Schaltschrank und Armaturen ebenso wie die 50 x 50 x 35 cm (B x T x H) große Reinigungskammer samt Beladeplattform. Über ein Touchpanel ist die Steuerung des Systems komfortabel zu bedienen. Den Reinigungsstatus haben Anwender dank eines außenliegenden Ampelsystems auch aus der Ferne immer gut im Blick. Mit der neuen, elektrisch betriebenen und einfach zu installierenden Anlage reagiert das Ingenieur-Team von SCHWING auf die international gestiegene Nachfrage speziell nach kompakteren Systemen. Neben der kleinformatigen Anlage wird die Vakuumpyrolyse-Technologie von SCHWING bereits bei mehreren Textiltechnik-Instituten eingesetzt. Dazu gehört neben dem Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen auch das Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik der TU Dresden. Weiterer Anwender ist das europäische Zentrum CETI Centre Européen des Textiles Innovants mit Sitz im französischen Lille.

In der Vakuumpyrolyse-Anlage VACUCLEAN COMPACT lassen Dr. Pavan Kumar Manvi (re.) und sein Mitarbeiter Peter Rüdiger (li.) durchschnittlich drei Mal pro Woche kleine Maschinenteile reinigen Bildnachweis: SCHWING Technologies
Um Zeit zu sparen, läuft der automatische Reinigungsprozess im Institut für Textiltechnik ITA meist über Nacht. Peter Rüdiger, Mitarbeiter des Forschungsteams, zeigt die abschließend im Ultraschalbad gereinigten Maschinenteile Bildnachweis: SCHWING Technologies
Maschinenteile des Instituts für Textiltechnik ITA vor der thermischen Reinigung Bildnachweis: SCHWING Technologies
Maschinenteile des Instituts für Textiltechnik ITA nach der thermischen Reinigung Bildnachweis: SCHWING Technologies