Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Impedimetrische Performancesensoren zur Neueinstellung bzw. Optimierung von Waschprozessen in textilen Dienstleistungsbetrieben

Ziel des Forschungsvorhabens ist die in situ Erfassung der Schmutzentfernung über Impedanz- messungen und die online Datenübertragung während eines laufenden Waschprozesses mittels RFID-Technik, wodurch die Neueinstellung bzw. Optimierung von gewerblichen Waschprozessen enorm vereinfacht und beschleunigt wird: Zur Erreichung dieser Projektziele wird ein impedimetrischer Performancesensor aus einem Sensorareal und einem textilbasierten RFID-Transponder entwickelt. Das Sensorareal basiert auf einer textilen Elektrodenstruktur, die mit einer praxisrelevanten Schmutzart angeschmutzt wird. Bei der zu entwickelnden textilen Elektrodenstruktur handelt es sich um elektrisch leitfähige Garne (textile Elektroden) inkludiert in eine textile Matrix. Der zu entwickelnde aufbereitungsbeständige textilbasierte RFID-Transponder besteht aus einem RFID-Modul und einer textilen Transponderantenne inkludiert in eine textile Matrix. Zur automatischen Auswertung des impedimetrischen Performancesensors wird ein Messverfahren entwickelt, welches die schmutzfrachtabhängige Dielektrizität der textilen Elektrodenstruktur (Restschmutz auf dem Sensorareal des Performancesensors) durch Impedanzmessungen erfasst. Die in situ Erfassung der Schmutzentfernung ermöglicht die Identifikation funktionaler Zusammenhänge zwischen der Schmutzentfernung und den Prozessparametern im laufenden Waschprozess. Anhand der Daten werden Algorithmen entwickelt, die eine gezielte Optimierung der Prozessparameter im laufenden Waschprozess erlauben. Die einzustellenden Prozessparameter und die dazugehörigen Werte werden den textilen Dienstleistern angegeben. Somit kann die zur Optimierung der Prozessführung notwendige Anzahl an Waschprozessen sowie der Zeit- und Personalbedarf deutlich verringert werden.

Das Vorhaben schafft neues Basiswissen für die Entwicklung neuer Produkte, Verfahren und Dienstleistungen. Es kann KMU des Textilservice helfen, die Konformität zu regulativen und gesetzlichen Auflagen darzulegen. Allein durch den Einsatz von drei Forschungsstellen, die jeweils über die Ergebnisse berichten werden, ist schon eine recht breite Streuung in die Wirtschaft zu erwarten. Für die ca. 2.300 textilen Dienstleistungsbetriebe ergeben sich bei Einsatz impedimetrischer Performance- sensoren zur Optimierung von Waschprozessen finanzielle Entlastungen von über 4,2 Mio. €/a.

Ergebniszusammenfassung:

Im Forschungsprojekt wurde ein Funktionsmuster eines Sensors zur Neueinstellung bzw. Optimierung von Waschprozessen in textilen Dienstleistungsbetrieben entwickelt. 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 Auswertungseinheit übertragen. Aus den Impedanzwerten wird schließlich die Schmutzentfernung während des Waschprozess bestimmt.

Die Struktur des Sensorareals wurde durch Anordnung der Elektroden auf beiden Seiten des Textils so optimiert, dass ein maximales Impedanzsignal aus dem Textil und der Verschmutzung erhalten wurde. Für die Fertigung wurde ein Stickverfahren in 3-Fadentechnik entworfen. Bei der Entwicklung der Messmethode wurden die am besten für die Bestimmung der Schmutzentfernung geeignete Frequenz, Amplitude und der Messbereich bestimmt. Anhand der gewonnenen optimalen Parameter wurde eine mikroelektronische Schaltung, bestehend aus hybridem Impedanz-Messhalbleiter, digitalem Mikrokontroller und RFID-Übertragungshalbleiter entwickelt, als Funktionsmuster aufgebaut und überprüft. Für die Datenübertragung wurde eine induktiv an den RFID-Halbleiter gekoppelte textile Dipolantenne entwickelt und gefertigt. Dabei wurden die durch die Bieg- und Knickbarkeit verursachten Änderungen der Übertragungsparameter durch Simulation berücksichtigt. Die Schaltung wurde auf einer Platine integriert, mit Antenne und Sensorarealen zum impedimetrischen Performancesensor vereint und durch Vergießen mit Silikonharz für den Einsatz in der Waschmaschine geschützt. Anhand des gefertigten Funktionsmusters wurde die Schmutzentfernung im laufenden Waschprozess untersucht und Messungen zur Neueinstellung von Waschprozessen durchgeführt. Abschließend wurden Konzepte zur Integration in praxisübliche Waschmaschinen und zur Prozessregelung entwickelt.