Magazine März 2013

Aktuelle Informationen aus der textilen Welt

Entwicklung und Herstellung eines textilen Steinbodens

ein Projekt des TFI

Textilien eignen sich nur für Bekleidung? So wie es der Textilindustrie gelungen ist, in vielen Jahren mit Vorurteilen aufzuräumen und immer neue Entwicklungen zu forcieren, ist es nun an der Zeit für neue Fakten im Bereich der Tuftingtechnik. Dem TFI-Institut für Bodensysteme an der RWTH Aachen e.V. ist es gelungen, gemeinsam mit Groz-Beckert einen textilen Steinboden via Tufting herzustellen. Neue Zukunftsaussichten für eine ganze Branche?

Tufting gestern, heute – und morgen

Die Erfindung der Tuftingmaschine geht zurück auf die Idee, ein maschinelles, hochproduktives, gleichzeitig aber auch einfaches Verfahren für die Herstellung von dreidimensionalen textilen Bodenbelägen zu schaffen.

Grundvoraussetzung für einen funktionierenden Tuftprozess ist der Einsatz hochelastischer Garne. Genau diese Eigenschaften weisen die typischen Polgarntypen wie z.B. BCF- oder Heatset-Garne auf. Beim Einsatz von hochfesten oder dehnungsarmen Garntypen stößt das Tuftingverfahren an seine derzeitigen Grenzen. Daher ist bislang der primäre Einsatz die Herstellung von textilen Bodenbelägen.

Die Produktion technischer Textilien – beim Weben oder Wirken gang und gäbe – ist beim Tufting nur bedingt realisierbar. Schon bei der Herstellung von Kunstrasen aus PP/PE-Monofilamenten werden die technischen Möglichkeiten der Tuftingtechnik ausgeschöpft. Diese Situation hat sich jetzt durch eine Neuentwicklung des TFI, dem Institut für Bodenbeläge an der RWTH Aachen, in Verbindung mit Tuftingwerkzeugen von Groz-Beckert grundlegend verändert.

Das TFI und Groz-Beckert – zielgerichtete Partnerschaft

Um das Einsatzgebiet der heutigen Tuftingtechnik auch für andere Anwendungen als den textilen Bodenbelag zu erschließen, hat sich das TFI, als Dienstleister für Prüfung, Forschung und Entwicklung, dieser Problematik angenommen. Unterstützung leisteten diverse Partner – so auch Groz-Beckert! Im Rahmen mehrerer Forschungsprojekte wurde die Garnführung innerhalb der Tuftingmaschine analysiert. Als elementare Probleme bei der Garnführung stellten sich die kontinuierliche Lieferung durch die Garnspeisewalzen und der diskontinuierliche Garnbedarf in der Tuftingzone heraus.

Die Tuftingwerkzeuge benötigen das Polgarn in der Art: „zwei Schritte vor, einen zurück“. Eine derartige Zuführung können die Garnspeisewalzen nicht bereitstellen. Es ergibt sich eine periodisch schwankende Differenzlänge zwischen den Tuftingwerkzeugen und den Garnspeisewalzen. Die typischen Polgarne mit hoher Dehnung können diese Längendifferenz ohne große Fadenzugkräfte kompensieren. Bei dehnungsarmen Garnen, wie sie für technische Textilien benötigt werden, bewirkt die Längendifferenz hingegen extrem hohe Fadenzugkraftspitzen und Phasen, in denen die Fadenspannung bis auf Null einbricht. Diese Zustände treten unregelmäßig auf und verursachen Fehler in der Ware. Im ungünstigsten Fall bricht der gesamte Tuftingprozess zusammen.

E-Jerker – für eine modulierte Garnführung

Für eine kontrollierte und reproduzierbare Garnzuführung innerhalb eines Tuftingzyklus' muss die Garnbewegung moduliert werden. Das TFI hat hierfür ein elektronisch gesteuertes Kompensationselement, den elektrischen Jerker, entwickelt. Benannt: E-Jerker. Dieser nimmt das Garn der Garnspeisewalzen kontinuierlich auf und gibt es mit einer definierten Vor-und-Zurückbewegung wieder in Richtung der Tuftingzone ab. Die Kompensationsbewegung wird durch einen Servomotor gesteuert und kann individuell an das entsprechende Garn oder den Tuftingartikel angepasst werden.

Unverzichtbar – die richtigen Tuftingwerkzeuge

Abgesehen vom E-Jerker, der die Garnspannung auf gewünschtem Niveau hält, werden für die Verarbeitung von technischen Garnen auch die passenden Tuftingwerkzeuge benötigt. Beim Tuften mit einer klassischen Nadeltype mit einem Öhr rollen die Garne bei jeder Abwärtsbewegung in die Garnschutzrinne. Mit fortschreitendem Tuftingprozess erzeugt das Einrollen einen Falschdrahteffekt, der im Garn vor den Nadeln einen Drallstau verursacht.

Infolgedessen entstehen im ursprünglich glatten Garn Unregelmäßigkeiten. Die Bewegung des Garns – insbesondere im Nadelöhr – wird behindert. Das Aufbauen einer ungewünschten Garndrehung kann durch den Einsatz von Groz-Beckert Tuftingnadeln mit erweiterter Garnführung verhindert werden. Die zusätzliche Garnführung befindet sich während des Tuftvorgangs immer oberhalb der Trägerebene. Damit wird sichergestellt, dass das Garn beim Einstechen in das Trägermaterial immer parallel zur Nadel geführt wird. Diese Lösung, eine zusätzlichen Garnführung an der Tuftingnadel, ermöglicht die störungsfreie und reproduzierbare Verarbeitung von technischen, nicht elastischen Garnen.

Sportböden – innovative Technik gegen alte Probleme

Mit Polhöhen von mehr als 60 mm stellen Kunstrasenartikel für Stadien und Sportanlagen die ersten technischen Produkte dar, die mit der Tuftingtechnik gefertigt wurden. Die Zuführung der überwiegend eingesetzten Monofilamente stellt die Maschinenbetreiber vor eine große Herausforderung in Bezug auf eine konstante und reproduzierbare Warenqualität. Mit der derzeitigen Maschinentechnik sind starke Schwingungen der Garne nicht zu vermeiden. Diese Schwingungen verursachen Fadenbrüche und einen unkontrollierten Schlupf auf den Garnspeisewalzen. Im Ergebnis treten Fehler in der Ware auf und die Produktivität sinkt. Die ersten Versuche mit dem E-Jerker an einer Tuftingmaschine für Kunstrasen haben gezeigt, dass sich die Schwankungen in der Fadenspannung deutlich reduzieren lassen. Das Ergebnis ist eine gleichmäßige Zuführung der Polgarne – für reduzierte Fehlerraten und höhere Qualitäten im Endprodukt!

Von Steinböden bis Bewässerung – völlig neue Anwendungen

Die ersten Versuche mit Groz-Beckert Tuftingwerkzeugen im Technikum des TFI haben gezeigt, dass mit dem neuen Ansatz die Verarbeitung von nichtelastischen Garnen auf Schlingenmaschinen möglich ist. Zusätzliche Versuche bei Groz-Beckert – mit besonders abgestimmten Tuftingwerkzeugen für Cut Pile Anwendungen – verdeutlichten, dass auch Schnittwaren störungsfrei und reproduzierbar hergestellt werden können.

Ein Beispiel sind textile Steinböden: Unter anderem wurden spröde Basaltgarne verarbeitet, stellvertretend für Garne aus Glas, Carbon bzw. hoch abrasive Metallfasergarne. Weitere mögliche Einsatzbereiche erstrecken sich von der Hochtemperaturisolation und Dämmung über elektrisch leitfähige Textilien bis zum Filtermaterial oder Geotextilien für Drainagen, Bewässerungen und Böschungsstabilisierungen.

Sie haben Fragen zu den neuen Möglichkeiten der Tuftingtechnik mit E-Jerker? Dann freuen sich Ihre Ansprechpartner auf Ihre Kontaktaufnahme.

Das IGF-Vorhaben „Erweiterung des Anwendungs­gebietes der Tuftingtechnologie durch den Einsatz einer elektronisch gesteuerten Jerkerbarre“ 16678 N / 1 der Forschungs­vereinigung Forschungs­kuratorium Textil e.V., Reinhardtstraße 12 - 14, 10117 Berlin wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Textiler Steinboden – die Kooperationspartner




TFI – Deutsches Forschungsinstitut
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