Weitere Pilotanlagen an deutschen Universitäten

Integration neuster Ausrüstungstechnologien am ITM der TU Dresden abgeschlossen

April 2010 - Prof. Dr. Chokri Cherif, Dr. Wolf-Dieter Hund, Dr. Andreas Giessmann

Dem Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstoff-technik der TU Dresden, ITM, einem führenden Institut auf dem Gebiet der technischen Textilien, ist es gelungen durch Investitionen in neue, innovative Anlagen zur Textilbeschichtung, seine Position zu festigen und weiter auszubauen. Die Anforderungen an Beschichtungs- und Trocknungsprozesse sind gerade für Forschungs- und Lehreinrichtungen, aufgrund des breiten Arbeits- und Ausbildungsspektrums, als sehr hoch einzustufen.

Der Markt möglicher Anlagenlieferanten wurde daher genauestens analysiert und ein entsprechendes Anforderungsprofil zusammengestellt. Aufgrund der Expertise, der Anlagentechnik und der verfahrens-technischen Unterstützungsmöglichkeiten hat sich die TUD für die Firma Coatema entschieden.

Weiterhin ausschlaggebend waren sowohl die multifunktional einsetzbaren Anlagen, als auch der effektive, temperatur- und strömungsgenaue Kanal, der eine sehr gleichmäßige Trocknung der Produkte erlaubt. Wesentlich war zudem, dass Beschichtungsprozesse im Technikum der Firma Coatema in Dormagen erprobt werden konnten und dabei auch die Vielzahl der dort vorhandenen unterschiedlichen Auftragssysteme und Trocknungstechnologien experimentell zu testen waren.

Im Ergebnis führte dies zur erfolgreichen Integration eines Basecoaters und einer multifunktionalen Beschichtungs- und Kaschieranlage der Firma Coatema in den Maschinenpark des ITM's. So konnten die Versuchsanlagen des Instituts um die Prozesse der funktionellen Ausrüstung von flexibler Bahnenware (insb. Beschichten, Kaschieren) ergänzend erweitert werden, so dass die textile Prozesskette von der Fadenbildung bis zur Konfektionierung vollständig abgedeckt wird. Die technische Infrastruktur ist hinsichtlich des Maschinenparks für Textil- und Konfektionsmaschinen hervorragend ausgeprägt, eine signifikante Lücke im Bereich der Ausrüstung bzw. Oberflächenmodifikation textiler Flächen konnte durch den Erwerb der multifunktionalen Beschichtungsanlage geschlossen werden.

Die materiell-technische Basis für weitere Forschungsprojekte, die öffentlich gefördert oder direkt in Zusammenarbeit mit der sächsischen Industrie bearbeitet, wurde erweitert. Es entstanden und entstehen an der TU Dresden neue Arbeitsplätze sowohl für Wissenschaftler als auch für technisches Personal. Es wurden ausgezeichnete materiell-technische Voraussetzungen geschaffen, um die Produktentwicklung und Markteinführung neuer Produkte in Kooperation mit den weiteren Instituten der TU Dresden und außeruniversitären Forschungs-einrichtungen sowie in Kooperation mit der sächsischen Wirtschaft wissenschaftlich zu begleiten.

Wissenschaftlich-, technische Arbeitsziele des ITM's:

Die technischen Arbeitsziele sind:

• Schaffen der Voraussetzungen zur anforderungsgerechten Modifizierung hochwertiger textiler Flächengebilde, insbesondere für technische Anwendungen in den Forschungsschwerpunkten der Profillinien der TU Dresden: Materialwissenschaften, Nanotechnologie und -Biomedizin / Biomaterialien,
• Schaffen der technischen Möglichkeiten zur Entwicklung maßgeschneiderter Werkstoffe mit spezifischen und unterschiedlichen Eigenschaften (Generierung innovativer Eigenschaftsprofile),
• ständige zielorientierte Erweiterung der Anlage durch Zusatzmodule im Rahmen von Drittmittelprojekten und insbesondere bilaterale Industrieforschung zur weiteren Erhöhung der Flexibilität der Anlage und
• stetige technische Neu- bzw. Weiterentwicklung der bestehenden Anlage (= Durchführen technischer Modifikationen) incl. der Entwicklung neuer verfahrenstechnischer Methoden und technologischer Empfehlungen entsprechend neuester Anforderungen und Bedürfnisse mit anschließendem Transfer in die sächsische Industrie.

Die wissenschaftlichen Aufgaben und Arbeitsziele basieren auf der Einheit von Forschung und Lehre. Sie beinhalten die Durchführung von Drittmittel- und Industrieforschung unter Einbeziehung studentischer Graduierungsarbeiten (Belege, Master- bzw. Diplomarbeiten) sowie Dissertationen. Das schließt interdisziplinäre Projektarbeiten ein, in die Studierende anderer Fachrichtungen der TU Dresden ebenfalls involviert werden sollen. Hierbei sollen Nachwuchswissenschaftler unterschiedlicher Disziplinen (z. B. Konstrukteure, Materialwissenschaftler, Leichtbauer, Chemiker) in die Forschungsarbeiten integriert werden, die das während des Studiums angeeignete Know-how nach Abschluss ihrer Qualifizierung unter anderem in die sächsische Wirtschaft transferieren können.

Danksagung: Die Anlagen wurden aus Mitteln der europäischen Union und des Freistaates Sachsen durch den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) über die sächsische Aufbaubank (SAB) finanziert. Das ITM dankt den Institutionen für die Bereitstellung der finanziellen Mittel.

Am ITM konnten die bestehenden Forschungsschwerpunkte auf dem Gebiet der Technischen Textilien erweitert und Neue ausgebaut werden, insbesondere zur Unterstützung der vielen regionalen Forschungs-netzwerke auf den Gebieten der Herstellung mehrkomponentiger Konstruktions- und Funktionswerkstoffe mit erweitertem Einsatzspektrum für Hochtechnologieanwendungen (z. B. Leichtbauanwendungen im Fahrzeugbau, Werkstoffe für eine nachhaltige Energie- und Anlagentechnik sowie Bio-Medizintechnik und deren Anwendungen). Somit wird die deutsche Textilindustrie unterstützt, die Umorientierung in das zukunftsträchtige Gebiet Technische Textilien mit neuen Produkten, neuen Verfahren und neuen Anwendungen erfolgreich realisieren zu können.

Der Vorsprung und die Kompetenz der deutschen Textil- und Bekleidungsindustrie sowie der mit ihr in Bezug stehenden Branchen können gesichert und ausgebaut werden. Bei erfolgreicher Überführung der Grundlagenforschung in die angewandte Forschung sind perspektivisch auch Ausgründungen möglich und anzustreben. Damit ist die wissenschaftliche und wirtschaftliche Anschlussfähigkeit für geplante Vorhaben gegeben.

Die an die TU Dresden gelieferten Anlagen dienen zum einem als reine Laboranlage für die reine Materialentwicklung und Ideenfindung und zum anderen als Technikumsanlage für die Herstellung von Prototypen, die Herstellung von Vorserien bis hin zu Kleinstproduktionen.

Die Ziele des Forschungsschwerpunktes liegen in der Schaffung neuartiger Eigenschaften und Erweiterung des Eigenschaftsspektrums durch anforderungs-gerechte Ausrüstung von Textilien.

Dazu zählen folgende Bereiche:

• Beschichtung von textilen Strukturen
• Oberflächenfunktionalisierung von textilen Strukturen
• Applikation von Nanopartikeln

Bei der Beschichtung textiler Strukturen erfolgt eine rein stoffschlüssige Stabilisierung offener textiler Strukturen, wobei die Integration der Beschichtung in den textilen Fertigungsprozess im Vordergrund steht. Hierbei werden die Eigenschaften der textilen Strukturen hinsichtlich ihrer Handhabung, Applikation und Tragwirkung gezielt gestaltet.

Forschungsarbeiten zur Entwicklung von funktionalisierten und dotierten Mikro- und Nanopartikeln und deren Applizierung auf textilen Strukturen werden für verschiedene Produktentwicklungen, z. B. für Medizin- und Schutztextilien sowie für funktionalisierte Leichtbaustrukturen, durchgeführt. Dazu werden enge langjährige bilaterale Kooperationen mit Forschungs- und Industriepartnern genutzt, um Erfahrungen beim Einsatz innovativer Technologien zeitnah und zielführend umzusetzen. Die Funktionalisierung von textilen Strukturen erfordert die Entwicklung von chemisch, physikalisch bzw. biologisch wirksamen Partikeln. Die textilen Strukturen umfassen dabei Fasern, Fäden und Flächengebilde. So kommt als Versuchseinstieg immer die Laboranlage, der Basecoater, zum Einsatz:

Diese Anlage ist die kleinste kontinuierliche Beschichtungsanlage aus dem Hause Coatema. Sie hat eine maximale Arbeitsbreite von 300 mm, so dass Beschichtungen bis zu 280 mm realisierbar sind.

Die Anlage selbst ist ausgestattet mit:

• Gebremster Abwicklung
• Rakelauftragssystem als modularer Wechselkopf
• Foulard
• Quellenabsaugung
• 1 Düsentrockner, elektrisch beheizt
• Kühlung
• Motorische Aufwicklung

Bedingt durch weitere Forschungsaufträge wurde diese Anlage um einen motorischen Antrieb des modularen Beschichtungswerkes und eine Garnbeschichtungs-einheit erweitert. Die Beschichtung von Fäden kann grundsätzlich mit verschiedenen Technologien realisiert werden. Dominierende Systeme sind das Tauchverfahren und die Beschichtung mit Walzenantragssystemen.

Durch den integrierten Foulard und das neue Walzenantragswerk können hier beide Systeme ausgetestet werden. Somit können mit dieser Anlage unter Nutzung eines davorgestellten Gatters nicht nur Flächen, sondern mit der gleichen Anlage auch Filamente und Garne beschichtet werden. Über eine SPS Siemens S7 und ein Touchpanel werden die einzelnen Funktionen der Anlage dargestellt und bedient.

Die uneingeschränkte Nutzung der vor Ort stationierten multifunktionalen Beschichtungs- und Kaschieranlage garantiert, den Transfer vom Labormaßstab in den Technikumsmaßstab.

Diese Technikumsanlage "Linecoater" wird in den Arbeitsbreiten 600 bzw. 1.100 mm geliefert. Um hier auch der Teilefertigung gerecht zu werden, entschied sich das ITM für die 1.100 mm Anlage, die Endproduktbreiten bis zu 1.000 mm ermöglicht.

Die Anlage verfügt über:

• Spannungskontrollierte Abwicklung
• Integrationsmöglichkeit für Corona/Plasma
• Beschichtungsmodule Rakel und Foulard, weitere Auftragsysteme sind problemlos einsetzbar
• Kaschier-Modul
• Vertikalspannrahmen mit Kombikette
• 9 m Düsentrockner
• Kühleinheit
• Kantensteuerung
• Spannungskontrollierte Aufwicklung

Neben den wechselbaren Beschichtungsmodulen wurde als Besonderheit eine Kaschierung entsprechend flexibel gestaltet. So kann die Kaschiereinheit, welche im Druck-, Spalt- oder Luftprinzip arbeitet, wahlweise vor dem Trockner als Nasskaschierung oder hinter dem Trockner als Trockenkaschierung eingesetzt werden.

Die Steuerung erfolgt über ein SPS-System Siemens S7 mit großflächigem Bildschirm und einem von Coatema entwickelten Visualisierungsprogramm, dass es dem Bediener ermöglicht, alle wichtigen Daten über Rezepturen reproduzierbar aufzurufen und Trendings für die Qualitätssicherung aufzuzeichnen und auszudrucken.

Beide Anlagen sind wie generell alle Anlagen von Coatema sehr leicht auf neue Anforderungen umbau- oder erweiterbar, so dass hier unbegrenzte Möglichkeiten für die Forschung und Entwicklung neuer innovativer Produkte zur Verfügung stehen. So konnte eine Plasma Einheit problemlos integriert werden.

Neben den Anlagen wurde auch der Coatema Mischer mitinstalliert, der in seiner Größe mit 20 l Fassungsvermögen als einziger auf dem Markt auch über einen integrierten Randabstreifer verfügt. Der Mischer als Dissolver, ist ausgestattet mit doppelwandigem und temperierbarem Rührbehälter, Atex-Zulassung und Vakuumeinrichtung.

Der Wissens- und Technologietransfer zwischen Universität und Wirtschaft wird durch ein erweitertes Dienstleistungsangebot (z. B. Durchführung von Qualifizierungsmaßnahmen und Schulungen in der Beschichtung bzw. Kaschierung) erheblich verbessert. Das bedeutet auch, dass Fachkräfte entsprechend der aktuellen Marktanforderungen an der Anlage ausgebildet und geschult werden können.

Wissenschaftlich-, technische Arbeitsziele des ITM's:

Die technischen Arbeitsziele sind:

• Schaffen der Voraussetzungen zur anforderungsgerechten Modifizierung hochwertiger textiler Flächengebilde, insbesondere für technische Anwendungen in den Forschungsschwerpunkten der Profillinien der TU Dresden: Materialwissenschaften, Nanotechnologie und -Biomedizin / Biomaterialien,
• Schaffen der technischen Möglichkeiten zur Entwicklung maßgeschneiderter Werkstoffe mit spezifischen und unterschiedlichen Eigenschaften (Generierung innovativer Eigenschaftsprofile),
• ständige zielorientierte Erweiterung der Anlage durch Zusatzmodule im Rahmen von Drittmittelprojekten und insbesondere bilaterale Industrieforschung zur weiteren Erhöhung der Flexibilität der Anlage und
• stetige technische Neu- bzw. Weiterentwicklung der bestehenden Anlage (= Durchführen technischer Modifikationen) incl. der Entwicklung neuer verfahrenstechnischer Methoden und technologischer Empfehlungen entsprechend neuester Anforderungen und Bedürfnisse mit anschließendem Transfer in die sächsische Industrie.

Die wissenschaftlichen Aufgaben und Arbeitsziele basieren auf der Einheit von Forschung und Lehre. Sie beinhalten die Durchführung von Drittmittel- und Industrieforschung unter Einbeziehung studentischer Graduierungsarbeiten (Belege, Master- bzw. Diplomarbeiten) sowie Dissertationen. Das schließt interdisziplinäre Projektarbeiten ein, in die Studierende anderer Fachrichtungen der TU Dresden ebenfalls involviert werden sollen. Hierbei sollen Nachwuchswissenschaftler unterschiedlicher Disziplinen (z. B. Konstrukteure, Materialwissenschaftler, Leichtbauer, Chemiker) in die Forschungsarbeiten integriert werden, die das während des Studiums angeeignete Know-how nach Abschluss ihrer Qualifizierung unter anderem in die sächsische Wirtschaft transferieren können.

Danksagung: Die Anlagen wurden aus Mitteln der europäischen Union und des Freistaates Sachsen durch den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) über die sächsische Aufbaubank (SAB) finanziert. Das ITM dankt den Institutionen für die Bereitstellung der finanziellen Mittel.