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Untersuchung spinninduzierter
Streifigkeit durch Online
Messungen eines Spinnprozesses
Der Technischen Fakultät der
Universität Erlangen-Nürnberg
zur Erlangung des Grades
D O K T O R – I N G E N I E U R
vorgelegt von
Christoph Moritz
Erlangen - 2009

Als Dissertation genehmigt von
der Technischen Fakultät der
Universität Erlangen-Nürnberg
Tag der Einreichung: 16. 04. 2007
Tag der Promotion: 04. 05. 2009
Dekan: Prof. Dr.-Ing. habil. Johannes Huber
Berichterstatter: Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Gottfried W.Ehrenstein
Prof. Dr.-Ing. Igor Emri
Dr.-Ing habil. Edith Mäder

Kurzfassung – Abstract I
Kurzfassung
In der Verarbeitung von Polyamid zu synthetischen Garnen gibt es oft
Probleme mit der Anfärbung, speziell bei Verwendung von Säure- bzw.
Metallkomplexfarbstoffen. Häufig tritt eine unregelmäßige Anfärbung in Form
von Streifigkeit des Gewebes auf. In der vorliegenden Arbeit werden die
Einflüsse der Spinnbedingungen auf das Problem der Streifigkeit untersucht.
Eine textile Hochgeschwindigkeitsspinnanlage wird mit Hilfe von Sensoren
und einer Auswertesoftware in verschiedenen Betriebszuständen und mit
verschiedenen Polyamiden gefahren und analysiert. Es werden die Haupteinflußgrößen
auf die Streifigkeit herausgearbeitet und bezüglich ihrer Auswirkung
abgeschätzt. Die Haupteinflußgröße „Blasluftfeuchte“ wird mit Hilfe von
mathematischen Methoden analysiert und mit gemessenen Geschwindigkeitsverläufen
des Fadens während der Verfestigung korreliert. Anhand von Untersuchungen
der Fadenstruktur und seiner physikalischen Eigenschaften können
auftretende Anfärbeunterschiede erklärt und belegt werden. Für ausgewählte
Polyamide wird ein Prognosediagramm zur Abschätzung der Streifigkeitsneigung
eingeführt.
Abstract
In the processing of polyamide to synthetic fibers frequently problems occur
in uniform dyeing, especially when using acid- or metal complex dyes. Often
the inhomogeneity of dyeing appears as streakiness of the fabric. In this paper
the impact of the spinning conditions on the streakiness is investigated. A
textile high speed spinning line equipped with sensors and a software module
is operated and analyzed under different processing conditions with different
types of polyamide. The main influencing factors on the streakiness are
identified and evaluated with regard to their impact. The main factor
„quenching air humidity“ is analyzed by means of mathematical methods and
correlated to measured velocity profiles of the yarn during solidification.
Investigation of fiber structure and physical properties can explain and prove
the occurrence of dyeing differences. For selected polyamides a diagram to
predict the probability of streakiness is introduced.

II Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung........................................................................................1
2 Grundlagen..................................................................................... 3
2.1 Allgemeine Ursachen der Streifigkeit............................................... 3
2.2 Chemische Ursachen.......................................................................9
2.3 Physikalische Ursachen................................................................... 11
2.4 Strukturelle Ursachen..................................................................... 19
2.5 Fehler in der Vorbehandlung und/oder Färberei.............................. 20
3 Untersuchte Werkstoffe................................................................ 21
3.1 Klassifizierung der untersuchten Polyamide.................................... 21
3.2 Werkstoffkennwerte der untersuchten Polyamide........................... 21
4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung................ 22
4.1 Die Schnellspinnanlage EMS Inventa H4S..................................... 22
4.2 Das Grundkonzept der Meßtechnik................................................. 29
4.3 Die Hardware................................................................................... 29
4.4 Die Software.................................................................................... 35
4.4.1 Bestandteile des Programms............................................. 35
4.4.2 Die Datenerfassung........................................................... 37
4.4.3 Die Datendarstellung und –analyse................................... 41
4.5 Die Versuchsdurchführung.............................................................. 45
4.6 Versuchsplan................................................................................... 48
4.7 Die Methode der Fourier Transformation......................................... 51
4.8 Laser Doppler Anemometrie (LDA)..................................................52
4.9 Unitens ® Fadenspannungsmessung............................................... 55
4.10 Die Untersuchungsmethode der Doppelbrechung........................... 55
4.11 Die Untersuchungsmethode der Röntgenbeugung..........................58
5 Versuchsergebnisse......................................................................61
5.1 Untersuchte Meßkanäle ohne Streifigkeitsrelevanz.........................61
5.2 Streifigkeitsrelevante Resultate....................................................... 62
5.2.1 Untersuchung der Blasluft................................................. 63
5.2.1.1 Temperatur der Blasluft...................................................... 64
5.2.1.2 Geschwindigkeit der Blasluft.............................................. 68
5.2.1.3 Feuchte der Blasluft........................................................... 70
5.2.1.4 Nähere Untersuchung der Blasluftfeuchte......................... 80
5.2.2 Der Einfluß von Galettenschwankungen............................ 85
5.3 Untersuchung an Polyamid 6.6........................................................ 87
5.4 Untersuchungen an asiatischem Polyamid 6................................... 92
5.4.1 Messungen einer ruhigen Phase der Blasluftfeuchte......... 93
5.4.2 Messungen einer turbulenten Phase der Blasluftfeuchte... 96
5.4.3 Verifizierung der Daten mittels Offline-Röntgenstreuung... 99

Inhaltsverzeichnis III
5.4.4 Zusammenfassung der Vergleichsmessung...................... 105
6 Bewertung der Versuchsergebnisse........................................... 106
6.1 Einführung grafischer Prognosediagramme.................................... 106
6.1.1 Ruhiger Verlauf der Blasluftfeuchte ohne Auswirkungen... 107
6.1.2 Unruhiger werdender Verlauf der Blasluftfeuchte ohne
Auswirkungen.................................................................... 108
6.1.3 Unruhiger werdender Verlauf der Blasluftfeuchte mit
leichten Auswirkungen....................................................... 109
6.1.4 Unruhiger Verlauf der Blasluftfeuchte mit Auswirkungen... 110
6.1.5 Stark unruhiger Verlauf der Blasluftfeuchte mit Auswirk-
ungen..................................................................................111
6.1.6 Sonderfall: Verschobenes Frequenzspektrum hin zu
Störungen mit längerer Wellenlänge.................................. 112
6.1.7 Modell eines Prognosediagramms..................................... 114
6.2 Das Prognosediagramm für BASF PA 6.......................................... 114
6.2.1 Keine Streifigkeit.................................................................115
6.2.2 Keine Streifigkeit, Tendenz zu erhöhter optischer
Unruhe im Gewebe............................................................ 115
6.2.3 Streifigkeit ansatzweise erkennbar.................................... 116
6.2.4 Deutliche Streifigkeit.......................................................... 116
6.3 Das Prognosediagramm für asiatisches PA 6 (Vergl.produkt A)..... 117
6.3.1 Keine Streifigkeit................................................................ 117
6.3.2 Schwache Streifigkeit mit optischer Unruhe....................... 118
6.3.3 Ausgeprägte Streifigkeit..................................................... 119
6.4 Das Prognosediagramm für asiatisches PA 6 (Vergl.produkt B)..... 120
6.4.1 Keine Streifigkeit................................................................ 120
6.4.2 Erhöhte optische Unruhe, teilweise streifig (I)................... 121
6.4.3 Erhöhte optische Unruhe, teilweise streifig (II).................. 121
6.4.4 Ausgeprägte Streifigkeit..................................................... 122
7 Zusammenfassung........................................................................ 123
8 Literatur.......................................................................................... 125
9 Liste der Formelzeichen und Abkürzungen............................... 134

1 1 Einleitung
1. Einleitung
Streifigkeit (englisch: „streakiness“ oder seltener verwendet: „barriness“ oder
„stripiness“) ist eines der Hauptprobleme bei der Verarbeitung von textilen
Polyamidwaren. Der Begriff „Streifigkeit“ wird in Anlehnung an einen Vortrag
von Dr. Hans Wilsing während der Tagung des Vereins der Textilchemiker
und Coloristen e.V. am 28.05.1970 in Baden-Baden [8] wie folgt definiert:
Definition Streifigkeit:
Unbeabsichtigte optische Störung eines textilen Flächengebildes, meist
als hell/dunkel Symptom nach dem Anfärbevorgang
Beim Auftreten der Streifigkeit hat die Textilie bereits den vollständigen
Prozeß der Produktionskette durchlaufen, bevor beim letzten Schritt – der
Anfärbung – der Fehler zutage tritt. Die möglichen Ursachen können jedoch
bereits im Frühstadium der Prozeßkette erfolgt sein, im Extremfall bereits
durch Unregelmäßigkeiten bei der Polymerherstellung.
Auf die physikalischen Eigenschaften des eigentlichen Polyamid-Vorlagegarns
wie z.B. die Festigkeit haben die Ursachen, die zur Streifigkeit führen
können, in der Regel keine Auswirkungen. So gesehen ist die Streifigkeit
lediglich in der textilen Welt für Polyamid ein ernstes Problem; in anderen
wichtigen Anwendungsgebieten dieses Polymers wie zum Beispiel im Bereich
der technischen Faseranwendungen (Reifencord, Fischnetze, etc.) oder im
Werkstoffbereich sind optische Eindrücke zweitrangig. Das menschliche Auge
bzw. der Kunde stellt an Flächengebilde, die aus synthetischen Garnen hergestellt
wurden, hohe Anforderungen an die optische Gleichmäßigkeit. Bei
Stoffen und textilen Konstruktionen, die aus reinen Naturfasern wie Baumwolle
oder Wolle bzw. Mischungen von Naturfasern mit synthetischen Komponenten
hergestellt wurden, werden Unregelmäßigkeiten als Begleiterscheinung
eines Naturprodukts akzeptiert und toleriert.
Betroffen vom Phänomen der Streifigkeit sind beide Polyamidtypen, die
größere Bedeutung erlangt haben; PA 6 als auch PA 66. Die geschätzten
Schäden der Polyamid Textilindustrie durch Reklamationen wegen Streifigkeit
belaufen sich auf jährlich ca. 50 Mio USD. Aufgrund der großen Bedeutung
des Problems für die Hersteller von Polyamid als auch für die Garnproduzenten,
Weiterverarbeiter, Färber, Veredler und sonstige involvierte Zwischenstufen
sind eine Vielzahl von Publikationen veröffentlicht worden, die die theoretischen
Ursachen der Streifigkeit in ihrer ganzen Komplexität behandeln und
die im folgenden Kapitel 2 zusammengefaßt wiedergegeben werden.
Die hier vorgestellte Arbeit verfolgt den Ansatz, das Auftreten der Streifigkeit
durch Online Analyse des Spinnprozesses qualitativ und wenn möglich
quantitativ abzuschätzen.

1 Einleitung 2
Daß mit diesem Ansatz nur ein Teilbereich des Streifigkeitsaspektes behandelt
werden kann, ergibt sich aus der bereits erwähnten und im folgenden
näher beschriebenen Komplexität des Gesamtthemas „Streifigkeit“.
Es ergeben sich folgende Fragestellungen:
• gibt es signifikante Abweichungen einzelner Betriebsparameter während
des Spinnprozesses?
• können diese Abweichungen in Bezug zur Streifigkeit gesetzt werden?
• welche physikalischen Größen sind entscheidend?
• welche Größenordnung von Störungen sind relevant?
• beeinflussen sich verschiedenartige Störgrößen untereinander?
• wie reagieren verschiedene Polymere auf unterschiedliche Störgrößen?
• ist es möglich, anhand gemessener Daten der Spinnlinie eine Prognose
bezüglich der Streifigkeitsneigung des hergestellten Produkts abzugeben?
Durch eine umfangreiche Online-Instrumentierung einer Hochgeschwindigkeits-Spinnanlage
sowie dem Einsatz einer dazu passend entwickelten Erfassungs-
und Auswertesoftware sollen typische Betriebszustände erfaßt und
analysiert werden. Durch statistische Funktionen werden systematisch
Fehlerquellen lokalisiert und in ihren Auswirkungen abgeschätzt.

3 2 Grundlagen
2. Grundlagen
2.1 Allgemeine Ursachen der Streifigkeit
Eine Literaturrecherche zum Thema Streifigkeit bei Polyamidfaserherstellung
ergibt folgende Sachlage:
• Streifigkeit von Polyamiden ist ein rein „textiles“ Thema und entsprechende
Beiträge sind nur in textilen, fasertechnischen und textilchemischen
Publikationen veröffentlicht.
• Veröffentlichungen zum Thema „Streifigkeit“ beziehen sich überwiegend
auf den färberischen und chemischen Teilaspekt des Problems.
• Morphologische und physikalische Ansätze zur Analyse des Streifigkeitsproblems
beziehen sich in der Regel auf offline-Messungen von
Garnen.
• Meßtechnische Online-Ansätze werden in der Literatur beschrieben [70],
[71], [72], [85], [86], [87], [88], [90]. Aufgrund der dominierenden Stellung
von Polyester auf dem Weltmarkt für Synthesefasern ist dieses Polymer
überwiegend Gegenstand der Untersuchungen. Veröffentlichungen von
Online-Messungen an Polyamidfasern zur Aufklärung von Streifigkeitsphänomenen
wurden nicht gefunden.
Die folgenden Seiten geben den derzeitigen Wissenstand zum Thema
„Streifigkeit bei Polyamid Fasern“ wider.
Textile Flächengebilde werden, von Vliesstoffen abgesehen, nach verschiedenen
Methoden aus einer Vielzahl von endlosen Fäden oder Garnen so hergestellt,
daß ein geometrisch gleichmäßiger Aufbau entsteht, in dem jedes
einzelne Filament eine definierte Lage einnimmt. Die Vorzugsrichtungen
dieser Fäden sind fast immer senkrecht und waagerecht; zum Beispiel bei
einem Gewebe (Bild 2.1) die Richtungen von Kette und Schuß, bei einer Wirkware
(Bild 2.2) die der Stäbchen und Maschenreihen.
Bild 2.1: Typisches PA Gewebe (78 dtex) mit einem Flächengewicht von 110 g/m2 und
einer Maschendichte von 28/cm

2 Grundlagen 4
Bild 2.2: Typische PA Wirkware (78 dtex) mit einem Flächengewicht von 105 g/m2 und
einer Maschendichte von 23/cm
Es ist verständlich, daß bei einem so regelmäßigen Aufbau jede Abweichung
in der Geometrie der Fläche sofort vom Auge als Streifigkeit in Längs- oder
Querrichtung erkannt wird. Wenn eines der am Aufbau beteiligten Elemente in
seiner Dicke oder Querschnittsform abweicht, die Anzahl der Fäden pro cm
unterschiedlich ist, ferner die Abstände von Faden zu Faden variieren, so äußert
sich der Fehler als Streifigkeit [9]. Eine weitere Ursache liegt darin, daß
einzelne Elemente, aus denen die Fläche aufgebaut ist, in der Remission von
den anderen abweichen.
Im Gegensatz zu einer glatten Papier- oder Folienbahn setzt sich die
Remission einer textilen Oberfläche aus einer Vielzahl von partiellen Lichtströmen
zusammen, die von den feinen Einzelkapillaren der Fäden oder
Garne in alle Richtungen des Raumes reflektiert werden. Das menschliche
Auge summiert diese punktförmigen Lichtströme, so daß bezüglich Helligkeit,
Farbe, Glanz usw. ein einheitlicher Gesamteindruck der ganzen Fläche entsteht.
Auch die Farbstreifen setzen sich aus einzelnen Punkten zusammen,
denn sowohl bei Geweben als auch bei Gewirken kommen von einem Faden
immer nur kurze Stücke an die Oberfläche und werden dann wieder von einem
anderen verdeckt. Das Auge kann jedoch diese Punktfolge nicht auflösen
und offeriert dem Betrachter deshalb durchgehende Streifen. Aus diesem
Grunde sieht man die Streifigkeit einer Ware meistens viel deutlicher, wenn
man sie von einer gewissen Entfernung über ein größeres Stück hin betrachtet.
Je näher man mit dem Auge herangeht, um so undeutlicher werden die
Streifen und gewöhnlich sind sie schon bei einer kleinen Vergrößerung, zum
Beispiel bei Betrachtung mit einer Lupe völlig verschwunden. Die beiden folgenden
Bilder 2.3 und 2.4 sollen diesen Sachverhalt verdeutlichen. Dargestellt
ist das gleiche Gewebe im Abstand von ca. 30 cm sowie in 10-facher
Vergrößerung.

5 2 Grundlagen
dunkle
Streifen
Bild 2.3: Ausgeprägte Streifigkeit eines PA-Gewebes (44 dtex)mit einem Flächengewicht
von 330 g/m2 und einer Maschendichte von 25/cm.
Bild 2.4 zeigt das gleiche Gewebe an einer besonders stark ausgeprägten
Streifigkeitsstelle in 10-facher Vergrößerung. Die Streifigkeit kann vom
menschlichen Auge nicht mehr aufgelöst werden.
Bild 2.4: Gleiches Gewebe in 10-facher Vergrößerung
helle
Streifen

2 Grundlagen 6
Unterschiede in der Remission können nun entweder auf einer unterschiedlichen
Lichtabsorption K oder Lichtstreuung S beruhen. Nach Kubelka und
Munk [10] besteht zwischen der monochromatischen Remission R sowie K
und S folgende Beziehung:
K
S
( 1 − R)
2R
2
= Gl. (2.1)
Die Lichtabsorption K wird in Textilien überwiegend von der aufgenommenen
Farbmenge bestimmt; je größer K ist, um so kleiner ist die Remission R. Bei
der Lichtstreuung S ist es umgekehrt: Mit zunehmender Lichtstreuung S wird
die Remission R größer, die Fläche wird heller.
Generell ist wiederum anzumerken, daß es viele weitere Ansätze zur „objektiven“
Beurteilung von Streifigkeit gibt. Kaufmann [11], [79] unterscheidet
zwischen der visuellen und der objektiven Beurteilung. Die Grundlage der
visuellen Beurteilung ist das Erscheinungsbild. Das zu untersuchende
Flächengebilde wird zu diesem Zweck auf eine um etwa 45° geneigte Unterlage
(Reflexionsgrad etwa 3%) gelegt und bei Tageslicht (Nordhimmel) visuell
beurteilt, indem die Häufigkeit und Farbunterschiede der hellen und dunklen
Streifen zu einer Farbstreifigkeitsnote zusammengefaßt werden. Der
Graumaßstab wird zum Bewerten der Änderung der Farbe herangezogen.
Für eine objektive Beurteilung der Farbstreifigkeit schlägt der Autor ein optisches
Meßgerät, welches nach dem Helligkeitsverfahren oder nach einem
modifizierten Spektralverfahren arbeitet (zum Beispiel Elrepho 3880, Texflash,
Vibrochrom oder Leukometer). Physikalische Grundlagen sind die CIELAB
bzw. die ANLAB Formeln [12] sowie die Weber-Fechnerschen Gesetze [13],
[14]. Wegen der komplexen Theorie, die den optischen Meßprinzipien zugrunde
liegt, soll an dieser Stelle die Abhandlung nicht weiter vertieft werden.
Aufgrund vorliegender Erfahrungen läßt sich die subjektive Streifigkeitsbeurteilung
durch das menschliche Auge nicht komplett ersetzen. Langjährige
Reklamationsbearbeitungen zeigen ebenfalls stark unterschiedlich ausgeprägte
Toleranzgrenzen verschiedener Gutachter gegenüber der Streifigkeit.
Was bei Anlegen strenger Maßstäbe bereits zu einer Reklamation führen
kann wird bei weniger kritischen Anwendungen oft gar nicht wahrgenommen.
Aus diesen Gründen wird auch in dieser Arbeit die Streifigkeit hauptsächlich
visuell beurteilt.
In der Literatur finden sich seit den frühen 50er Jahren, als Polyamid sich
weltweit als synthetische Faser durchsetzte, eine Vielzahl von Beiträgen zum
Thema „Streifigkeit“, die in der Regel das Problem aus einer spezifischen
Sicht, zum Beispiel des Färbers, analysieren [1], [67], [81], [82], [83], [84].
Arbeiten dieser Art versuchen häufig das auftretende Phänomen der
Streifigkeit durch färbetechnisches Know How ohne genaue Kenntnis der
eigentlichen Ursache zu überwinden, z.B. durch Entwicklung einfacher
Verfahrenstechniken im Kontinueverfahren. Die Verwendung von Textilhilfs-
mitteln spielt bei Lösungsansätzen dieser Art eine große Rolle [3], [4], [5], [6],
[81], [82], [83].

7 2 Grundlagen
Es gibt Arbeiten über den Einfluß des Farbstoffdiffusionskoeffizienten auf die
Überdeckung von strukturbedingter (Dehnungsunterschiede im Garn) Streifigkeit
im Gewebe [7], [80]. Solche Ansätze sind durchaus geeignet, mehr oder
weniger stark ausgeprägte Streifigkeit zu überdecken, lösen jedoch das prinzipielle
Problem nicht. Zudem ist beim stark ausgeprägtem Preisdruck in der
Synthesefaserindustrie die Hauptforderung auch an die Veredlungsstufen
eine einfache Handhabung sowie möglichst effiziente und kostengünstige
Färbung.
Bild 2.5 auf der folgenden Seite [15], [4] gibt einen Überblick über die
mögliche Ursache einer Streifigkeit in einer Baumstruktur dargestellt. Die
Ursachen der Streifigkeit werden im wesentlichen in zwei Teilaspekte
aufgeschlüsselt:
• Färbbarkeit
Ein oder mehrere Fäden unterscheiden sich in der Farbstoffaffinität von
den anderen mitverarbeiteten Fäden
• Geometrie
Ein oder mehrere Fäden zeigen eine abweichende Kräuselung, Dicke
oder Querschnittsform als die anderen Fäden

2 Grundlagen 8
Rohgarnherstellung
chemische
Unregelmäßigkeiten
(z.B.
Aminoendgr.)
Polymerunregelmäßigkeiten
Präparation der
Garne
physikalische
Unregelmäßigkei
ten (z.B.Uster)
Verstreckungsunterschiede
Kristallinität
Farbungleichmäßigkeit
Färbbarkeit Geometrie
Texturierbedingungen
Temperaturunterschiede
beim
Heat-Setten
Fadenspannungs
unterschiede
Spulölauftrag
Färbemethode
Farbstoffauswahl
Hilfsmittel
Auswaschvorgang
Weiterverarbeit
-ung zum
Flächengebilde
Rohgarnherstellung
Bild 2.5: Schematische Darstellung von Streifigkeitsursachen
Titerdifferenzen
Mattierung
Querschnitt
Textur
Kräuselung
Spulfehler
Wirkfehler
Maschendichte
Wirkspannung
Fadenlauflängen
Weiterverarbeit
-ung zum
Flächengebilde

9 2 Grundlagen
Ein differenzierterer Ansatz wird im folgenden verfolgt [16]. Dazu werden
mögliche streifigkeitsverursachende Faktoren in Anlehnung an Truslow [17] in
vier Ursachengruppen eingeteilt:
1. chemische Ursachen
2. physikalische Ursachen
3. strukturelle Ursachen
4. unsachgemäße Arbeiten in der Vorbehandlung und/oder in der
Färberei
2.2 Chemische Ursachen
Unter chemischen Ursachen versteht man im wesentlichen Schwankungen im
Aminoendgruppengehalt von Polyamiden. Der Aminoendgruppengehalt ist
eine entscheidende Größe für das Färbeverhalten dieser Polymere, da die
überwiegend verwendeten Säurefarbstoffe bzw. Metallkomplexfarbstoffe sich
chemisch an die Aminoendgruppen binden und somit deren Zahl den Färbevorgang
entscheidend beeinflußt [18], [19], [20], [21], [22], [23], [24], [80], [81],
[82], [83], [84].
Dabei sprechen die Säurefarbstoffe – zahlenmäßig die größte Klasse der Polyamidfarbstoffe
[27], [43] – auf Unterschiede im Aminoendgruppengehalt an,
wobei das Aufziehen von Farbstoffen mit weniger Sulfonsäuregruppen im
Molekül auch weniger vom Aminoendgruppengehalt abhängig ist als die Aufnahme
der gleichen Farbstoffe mit höherer Sulfonsäuregruppenzahl [25].
Große Unterschiede in der Farbtiefe zeigen die Säurefarbstoffe bei physikalischen
Faserunregelmäßigkeiten. Je höher der Diffusionskoeffizient des Farbstoffes,
desto größer ist seine Neigung, physikalische Unterschiede auszugleichen
[7].
Metallkomplexfarbstoffe, die allgemein die besten Echtheitseigenschaften
aufweisen, reagieren sehr empfindlich auf chemische und physikalische Unregelmäßigkeiten,
vor allem die stark sauer färbenden Typen. Aus diesem
Grunde wurde in dieser Arbeit auch ein Vertreter dieser Farbstoffklasse gewählt:
ACIDOL®-Schwarz. Bei der Färbung mit Dispersionsfarbstoffen, die
weltweit bei Polyamid vor allem aufgrund ihrer geringeren Echtheiten gegenüber
den Säure- und Metallkomplexfarbstoffen nur eine untergeordnete Rolle
spielen, haben die Aminoendgruppen und deren Zugänglichkeit keinen Einfluß
auf die Färbung. Die Einlagerung des Farbstoffes ins Polyamid geschieht
auf anderem Wege: es handelt sich um einen Lösungsvorgang des Farbstoffes
in die Trägermatrix des Polymers [39], [40], [41], [42]. Aus diesem
Grunde sind Dispersionsfarbstoffe für chemisch verursachte Streifigkeitsuntersuchungen
ungeeignet [25], [26], [27], [28]. Generell gilt für die drei oben
erwähnten Farbstoffklassen, daß höhere Naßechtheiten mit zunehmender
Streifigkeitsneigung einhergehen. Andere Farbstoffe wie zum Beispiel
- Reaktivfarbstoffe
- Schwefelfarbstoffe
- Küpenfarbstoffe
- Pigmentfarbstoffe

2 Grundlagen 10
spielen für das Polyamidfärben keine nennenswerte Rolle.
Für die Konstanz der Aminoendgruppen im Polyamid ist primär der Polymerhersteller
verantwortlich. Unterschiedliche Polymerisationstechniken sowie
Verwendung verschiedenster Kettenregler haben darauf Einfluß. Die in dieser
Arbeit untersuchten textilen Standard Polyamide der Viskositätsklasse 2.4
(= relative Viskosität 2.4 in 96%iger Schwefelsäure) haben für den Gehalt an
Aminoendgruppen eine sehr enge Spezifikation festgelegt. Ein Schwanken
der Aminoendgruppen als Ursache für Streifigkeit kann bei spezifikationsgerechten
Produkten somit ausgeschlossen werden. Dies wird auch von
anderen Autoren so gesehen [27], [28], [29], [30], [31].
Ein weiterer Aspekt ist die Reduzierung der Aminoendgruppen im gesponnenen
Faden, hervorgerufen durch ungünstige Herstell- und Weiterverarbeitungsbedingungen.
In der Literatur wird als Beispiel der Vorgang der Heißluftfixierung
genannt, der eine Abnahme der Aminoendgruppen im Faden bewirken
kann. Im ungünstigsten Fall schwankt der Grad der Reduzierung und
liefert somit beste Voraussetzungen für Streifigkeit [32], [33]. Die Reduktion
hängt von den Fixierbedingungen ab. Bei einer Fixierung über 200 °C tritt die
Abnahme recht schnell ein, bei Fixierbedingungen unter 200 °C erst nach
längerer Hitzeeinwirkung. Erklärt wird dieser Vorgang mit einem oxidativen
Abbau des Polyamids, wobei Kettenspaltung und daher eine Zunahme der
Carboxylgruppen verbunden mit einer Abnahme der Aminoendgruppen
eintritt. Andere Theorien [34], [35] gehen zusätzlich davon aus, daß durch die
steigende Kristallinität der Faser bei der Heißluftfixierung Aminoendgruppen
in die kristallinen Bereiche eingebaut und damit unzugänglich bzw. schwerer
zugänglich werden, was zu einer verringerten Aufnahme von Säurefarbstoffen
führen kann. Als Größenordnung werden 20-30 % der Aminoendgruppen
genannt, die im kristallinen Bereich der Faser eingebaut und damit teilweise
unzugänglich werden. Fasern mit gleichem Aminoendgruppengehalt können
daher auch verschieden stark anfärben [36]. Dieser Effekt der unterschiedlichen
Anfärbung trotz gleicher Aminoendgruppenzahlen kann ebenfalls auf
dem Vorhandensein sekundärer und primärer Aminoendgruppen beruhen,
was auf die Polymerisationstechnologie zurückzuführen sein kann (Art und
Funktion des Kettenreglers).
Nicht nur bei der Heißluftfixierung [66] als klassischem „Downstream“-Prozeß
sondern auch im Spinnvorgang werden Aminoendgruppengehalte durch
Hitzeeinflüsse reduziert. An erster Stelle ist dabei die Verweilzeit der heißen
Schmelze im Spinnsystem zu nennen. Vom ersten Aufschmelzen der Chips
im Extruder bis zum Austritt der Filamente aus den Spinndüsen vergehen
typischerweise ca. 15-25 Minuten. In dieser Zeit findet bereits eine signifikante
Reduktion der Aminoendgruppen statt, wie chemische Untersuchen am
Gewölle (Garn, das direkt nach dem Austritt aus der Spinndüse entnommen
wird) belegen. Bei ungünstiger Auslegung der Spinnanlage – unterschiedliche
Verweilzeiten der einzelnen Positionen – kann somit durchaus ein Einfluß auf
die Aminoendgruppengehalte der einzelnen Fäden unterstellt werden. In der
Praxis legen allerdings alle namhaften Maschinenhersteller großen Wert auf
kurze und homogene Anordnung der Schmelzeleitungen.

11 2 Grundlagen
Ein weiterer thermobedingter Einfluß auf die Fadeneigenschaften kommt bei
der Heiß-Relaxierung des Garns während des Spinnprozesses hinzu. Bei
modernen Hochgeschwindigkeitsanlagen, wie z. B. der hier untersuchten
EMS Inventa H4S Anlage werden die Garne in einem Verstreckvorgang zu
einer für die textile Weiterverarbeitung ausreichenden Fadenfestigkeit
gedehnt. Aufgrund des dadurch auftretenden hohen Schrumpfpotentials ist
Relaxieren des Garnes bereits während des Spinnprozesses üblich. Diese
Relaxation, die entweder durch Verweilzeit des Fadens auf heißen Galetten
(ca. 160 °C) oder aber durch einen Dampfstoß auf de n durchlaufenden Faden
in einer speziellen Dampfkammer (ca. 3 bar Überdruck, ca. 140 °C) erfolgt, ist
ein integraler Bestandteil dieses FDY (Fully Drawn Yarn) – Prozesses. Bei
beiden Relaxiermethoden können Aminoendgruppen des Garns thermisch
abgebaut werden.
Allerdings greift die rein chemische Betrachtungsweise, die lediglich die
Menge an Aminoendgruppen im Garn als Kennzahl berücksichtigt, zu kurz.
Sie muß im Zusammenhang mit den physikalischen Eigenschaften gesehen
werden, die weitere Aspekte wie z.B. die Färbegeschwindigkeit und das Farbstoffaufnahmevermögen
berücksichtigt. [34], [35], [37], [38], [80], [81], [82]
2.3 Physikalische Ursachen
Physikalische Eigenschaften des Garnes spielen auch im Zusammenspiel mit
anderen Faktoren eine wichtige Rolle. Die unterschiedliche Orientierung des
Garns – hauptsächlich beeinflußt durch den Abkühl- und Verfestigungsvorgang
– kann bei gleicher Aminoendgruppenzahl durchaus unterschiedliche
Anfärbeeffekte erzielen. Dies kann mit der Zugänglichkeit der Aminoendgruppen
erklärt werden kann [36]. Färbegeschwindigkeit und Gleichgewichtswerte
der Farbstoffaufnahme hängen auch von der physikalischen Struktur der
Faser ab, für die die Einflüsse im Spinnschacht entscheidend sind:
Die flüssige Schmelze (übliche Temperaturen 260°C-2 75°C für PA6, 290°C-
305 °C für PA 66) wird mittels Zahnradpumpen unter hohem Druck (typischer
Druck nach Spinnpumpe: 140 bar) durch ein in der Regel aus Metall- oder
Sandpulver bestehendes Filterpaket gepreßt. Am unteren Ende des Filterpakets
befinden sich die Spinndüsenplatten, aus denen der Austritt der Schmelze
in den Blasschacht erfolgt. Dabei tritt das flüssige Polymer mit einer Austrittsgeschwindigkeit
v0 unter Freistrahlbedingungen in den Blasschacht ein.
Die Austrittsgeschwindigkeit v0 hängt von zwei Faktoren ab:
• der Durchsatzmenge an Polymer
• der Querschnittsfläche der einzelnen Düsenbohrung
Bei Multifilamenten, die im textilen Bereich üblich sind, kann jedes Filament
vom anderen bezüglich seiner Eigenschaften abweichen. So ergaben Lasermessungen
(mit LDA Meßsystem wie in Kapitel 4.8 beschrieben) der Geschwindigkeit
der einzelnen Filamente signifikante Geschwindigkeitsunterschiede
bei gleichem Abstand von der Spinndüse. So können z.B. lokal
unterschiedliche Abkühlbedingungen im Blasschacht je nach Geschwindigkeitsniveau
mehr als 100 m/min Geschwindigkeitsdifferenz zwischen einzelnen
Filamenten ausmachen. Eine gute Gestaltung der Düsengeometrie und

2 Grundlagen 12
der geometrisch optimalen Anordnung der Düsenbohrungen sorgt für
möglichst gleiche Abkühlbedingungen für jedes Filament und kann solche
Effekte minimieren.
Werden die Einzelfilamente mit einem bestimmten Profil erzeugt, zum Beispiel
dem klassischen trilobalen Profil, der für bestimmte Textil- aber auch
Teppichanwendungen charakteristisch ist, so können neben physikalischen
Unterschieden auch Abweichungen in Form und Regelmäßigkeit der Querschnittsprofile
hinzukommen. Diese Unterschiede im Querschnittsprofil der
einzelnen Filamente verursachen Unterschiede im Reflexions- und Brechungsverhalten
und sind klassische Fälle von „Lehrbuchstreifigkeit“. Das
trilobale Profil wird aus zwei Gründen verwendet:
• Im Teppichsektor sind neben optischen Effekten die höheren Biege-
und Torsionssteifigkeiten eines solchen Profils gegenüber einem
Rundprofil gefragt.
• Darüber hinaus erzeugt ein trilobales Profil gewisse Reflexionseffekte,
die vor allem im textilen Bereich erwünscht sein können. Diese
Reflexionseigenschaften sind von der Profilform sowie dem
verwendeten Polymer abhängig.
Je nach Form des Querschnitts (vgl. Bild 2.6) wird das Licht unterschiedlich
reflektiert, was entsprechende optische Konsequenzen hat [68].
rund triangular trilobal
Bild 2.6: Lichtreflexion in Abhängigkeit des Faserquerschnitts
Das folgende Bild 2.7 zeigt eine vergrößerte Querschnittsaufnahme eines
stark ausgeprägten trilobalen Profils:
Die Form des Profils wird als Modification Ratio (MR) angegeben, wobei einfach
für jedes einzelne Filament der Durchmesser des äußeren Kreises (hier:
gelb) durch den des inneren Kreises (hier: rot) geteilt und das Verhältnis MR
gebildet wird.

13 2 Grundlagen
Bild 2.7: Garnquerschnitt und Modification Ration (MR)
In dem gezeigten Beispiel liegt der MR-Wert deutlich über 2. Weichen Garne
in ihren MR Werten signifikant (z.B. ΔMR > 0.03) voneinander ab, so kann
sich durch unterschiedliche Lichtreflexion Streifigkeit im Gewebe bilden. Für
die Form des Querschnittes sind neben der Viskositätsklasse des Polymers
auch die Spinnbedingungen verantwortlich (z.B. der Grad der Abkühlung
und/oder die Höhe der Schmelzetemperatur).
Nach dem Austritt aus den Bohrungen ist die Polymerschmelze verschiedenen
äußeren Einflüssen ausgesetzt, die sich auf die späteren Eigenschaften
des fertigen Garns auswirken:
• Abkühlung durch befeuchtete Blasluft
• Feuchtigkeitsaufnahme
• starke Spannungszunahme
• ausgeprägte Verjüngung des Filamentquerschnitts, evtl. „Necking“-
Effekte
• starke Beschleunigung des Fadens und damit verbunden eine
Orientierung der Molekülketten
• spannungsinduzierte Kristallisation
• Turbulenzen und aerodynamische Effekte
• eventuelle gegenseitige Filamentberührungen
• Kontakt mit fadenführenden Elementen (Öler)
Unregelmäßigkeiten, die in diesem Prozeßschritt der Fadenverfestigung und
Abkühlung auftreten, können die Ursache für spätere Streifigkeit sein, da das
Polymer hier besonders sensibel auf äußere Einflüsse reagiert. Zur Verdeutlichung
der extremen Eigenschaftsänderungen der gesponnenen Filamente

2 Grundlagen 14
zeigen die beiden nächsten Abbildungen den Geschwindigkeitsverlauf sowie
die Abnahme des Filamentradius aufgetragen über dem Abstand zur
Spinndüse.
Fadengeschwindigkeit [m/min]
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0 20 40 60 80 100 120 140
Bild 2.8: Gemessener Geschwindigkeitsverlauf des Filaments in Abhängigkeit des Abstandes
zur Spinndüse bei 5000 m/min Abzug und 0.4 m/s Blasluftgeschwindigkeit
Filamentdurchmesser [µm]
Abstand zur Spinndüse [cm]
0 20 40 60 80 100 120 140
Abstand zur Spinndüse [cm]
Bild 2.9: Verjüngung des Filamentdurchmessers bei gleichen Bedingungen
Der Fadenbildungsprozeß im Blasschacht findet auf einer textilen Spinnanlage
üblicherweise auf einer Strecke von 1,5 – 2 m Länge statt, über einen
Zeitraum von etwa 0,03 – 0,05 sec (beim Hochgeschwindigkeitsprozeß von
5000 m/min Wickelgeschwindigkeit).

15 2 Grundlagen
Das folgende Bild 2.10 zeigt den Fadenbildungsprozeß exemplarisch für eine
Spinndüsenöffnung [68].
kurze
Moleküle (rot)
orientierte kristalline
Phasen
Bild 2.10: Fadenbildung und kristalline Struktur
langkettige Moleküle (blau)
Kristallisation
nichtorientierte
(isotrope) amorphe
Phasen
orientierte amorphe
Phasen
Man geht dabei von einem 3-Phasen Modell des Polyamids aus. Je nach
Spinnbedingungen und Polymerzusammensetzung bildet sich eine Fadenstruktur,
die gekennzeichnet ist durch:
• kristalline Teilblöcke
• amorphe isotrope Bereiche
• orientierte amorphe Phasen, die sich teilweise über mehrere kristalline
Blöcke erstrecken und dabei auch partiell in das Kristallgitter
eingebunden sind.
Das folgende Bild 2.11 zeigt die Aufnahme eines Farbmoleküls durch die
amorphe Phase einer Polyamid Faser:

2 Grundlagen 16
kristallin
orientiert
amorph
Bild 2.11: 3-Phasen Modell (Farbmolekül-Aufnahme):
isotrop
amorph
Farbmolekül
Eine einfache und praxisgerechte Bestimmung der Orientierung einer Faser
geschieht mittels Doppelbrechung (s. Kap. 4.10). Die oben beschriebene
Faserstruktur hat Einfluß auf die Anfärbeeigenschaften. Während die Farbstoffaufnahme
überwiegend im amorphen Bereich der Faser geschieht wird
der Farbstoff im orientiert amorphen Bereich stark abgebremst, was die
Färbekinetik ändert. Der kristalline Teil ist für das Farbstoffmolekül undurchdringlich.
Im weiteren Spinnprozeß kommt den Galettenpaaren (s. Kap 4.1) eine
wichtige Rolle zu. Die Abzugsgeschwindigkeit der ersten Galette ist ein Prozeßparameter
für die Fadenbildung. Auch die Oberflächenbeschaffenheit der
Galette - damit verbunden Reibung, Fadenspannungsunterschiede, Geschwindigkeitsunterschiede
durch Schlupf - kann den Spinnprozeß und damit
die physikalischen Fadeneigenschaften beeinflussen. Bei der folgenden Verstreckung
des Garns zwischen 2 oder 3 Streckgalettenpaaren wird der Faden
zeitgleich relaxiert, um die bei der Verstreckung entstandenen Spannungen
abzubauen und den Schrumpf in der Weiterverarbeitung zu minimieren. Dies
geschieht entweder durch heiße Galetten oder durch eine Dampfkammer.
Somit kommt im Falle der heißen Galetten neben der Oberflächenbeschaffenheit
noch der Faktor Oberflächentemperatur als weitere Einflußgröße auf
die Streifigkeitsneigung hinzu.
Bei der hier untersuchten EMS Inventa Pilotspinnanlage wird der Faden durch
eine Dampfkammer relaxiert. Die Dampfkammer sowie ihre Prozeßgleich-

17 2 Grundlagen
mäßigkeit wird in dieser Untersuchung ebenfalls online überwacht. Nach dem
heißen Verstreckvorgang wird der Faden dann, nach eventuellem Durchlaufen
einer mit Druckluft betriebenen Verwirbelung, mittels eines Hochgeschwindigkeitswicklers
auf Spulen gewickelt. Auch an diesen Stellen sind mechanische
Einflüsse in wechselnder Intensität vorhanden, z.B. Einflüsse auf
Fadenspannung im Prozeß durch Druckluftverwirbelung und ebenso eine
mögliche mechanische Schädigung des Garns, die sich als Festigkeitsverlust
manifestiert. Beim eigentlichen Wickelprozeß muß der Faden, um einen
brauchbaren Spulenaufbau zu erzielen, changiert werden; auch hier sind
starke mechanische Einflüsse auf das Garn vorhanden.
Diese genannten Punkte sind in der eigentlichen Spinnerei potentielle Störgrößen
und damit streifigkeitsrelevant. Weitere Aspekte der physikalischen
Einflußnahme des Weiterverarbeitungsprozesses (Downstream) auf die Faser
werden im folgenden der Vollständigkeit halber erwähnt, ohne daß diese
Gegenstand der Untersuchung sind [16].
Der mehrfach genannte mechanische Einfluß einer Verstreckung bzw. von
Spannungsunterschieden im Garn tritt nicht nur im eigentlichen Spinnprozeß
auf, sondern auch in den anschließenden Weiterverarbeitungsschritten. Die
meisten dieser textilen Weiterverarbeitungsschritte laufen unter Spannung ab.
Besonders wenn zu dieser Spannung noch der Einfluß von Hitze – wie zum
Beispiel bei einem Fixiervorgang- hinzukommt, kann die Faser, obwohl im
Spinnprozeß bereits ausreichend verstreckt, sehr empfindlich reagieren.
Physikalisch kann man diese Spannungsdifferenzen unter Wärmeeinfluß als
„Mini-Verstreckungen“ interpretieren.
Der Fixiervorgang, eine Nachbehandlung nach der Verstreckung [44], wird im
allgemeinen mit Heißwasser oder Sattdampf durchgeführt, um zusätzlich zur
Fixierung des Fadens gleichzeitig die niedermolekularen Bestandteile zu
entfernen. Daran kann sich zum Beispiel eine Texturierung anschließen. Erst
dann kann das Polyamidmaterial in die Garn-, Gewebe- oder Gewirkeverarbeitung
gehen. Die fertige Textilie wird zur Form- bzw. Dimensionsstabilisierung
vor oder nach der Färbung erneut fixiert. Auf dem gesamten Wege
von der Verstreckung bis zum fertigen Artikel gibt es viele Möglichkeiten, das
Material ungewollt unterschiedlichen Spannungen auszusetzen, je heißer der
Prozeßschritt desto stärker die Auswirkungen.
Zu nennen sind Schritte wie Umspulen, Zwirnen, Weben und Wirken. In der
Literatur [45] werden als Obergrenze für PA 66 Garne 0,2 g/den genannt, um
die Anfärbbarkeit nicht zu beeinflussen. Andere Autoren [46], [47] machen
Allgemeinaussagen, wonach alle feuchtwarmen Arbeitsgänge, bei denen die
Fäden auf harten Spulen behandelt werden, von großem Einfluß auf Ungleichmäßigkeiten
im Material sind. Clarke [48] sieht die Spannungsschwankungen
bei der Kettbaumbewicklung als potentielle Streifigkeitsverursacher.
Auch das Schären wird als als Ursache genannt, wenn aufgrund
von defekten Fadenleitorganen oder Verklebungen einzelner Fäden
Spannungsspitzen auftreten [49]. Ähnliche Fehlerursachen sind auch in der
Weberei anzutreffen: Spannungschwankungen als Folge verschmutzter
Litzen und Riete oder bei Überdehnungen durch zu starke Fadenauslenkung
bzw. zu starken Spulspannungen [49], [50]. Diese Überdehnungen, die

2 Grundlagen 18
sich meist in einem streifigen Warenbild äußern, können meist im Labor als
Dehnungsunterschiede der Fäden nachgewiesen werden.
Auch die, neben Wirken und Weben, dritte Methode der textilen Flächenbildung,
die Strickerei bietet Fehlerpotential: Unterschiede in den Einlaufspannungen
oder Spannungsschwankungen -verursacht durch unterschiedlich
eingestellte Fadenbremsen- sind oftmals Ursache für Streifigkeit [51]. Derartige
Differenzen wirken sich besonders stark bei der Verarbeitung von elastischen
Garnen (Polyurethan-basierende Garne mit hohen Dehnungen und
Elastizitäten „Spandex“, „Elasthan“, „Dorlastan ® “, „Lycra ® “) aus, da diese
noch empfindlicher auf die erwähnten Spannungsunterschiede beim Verarbeiten
reagieren. Der weiter anhaltende Trend zu elasthanhaltigen Textilien
aufgrund verbesserter Formstabilität verschärft damit das Problem der Streifigkeit.
Abschließend soll nochmals der Einfluß des Fixiervorganges auf die Streifigkeitsanfälligkeit
des Polyamids eingegangen werden. Beim Fixierprozeß muß
zunächst differenziert werden, mit welchem Medium der Prozeß erfolgt (Heißluft,
Heißwasser, Sattdampf) und in welchem Zustand sich das Garn dabei
befindet (spannungslos oder gespannt). Alle drei Behandlungsmedien erhöhen
die Dichte und die Kristallinität des Polyamids, wobei die Behandlung
unter Feuchtigkeitszugabe wesentlich wirksamer ist als die reine Heißluftfixierung
[52], [34].
Durch eine Heißluftfixierung wird die Färbegeschwindigkeit mit steigender
Fixiertemperatur zunächst herabgesetzt, durchläuft ein Minimum und steigt
dann wieder an [52], [53], [54]. Der Wiederanstieg der Farbstoffaufnahme
bzw. der Färbegeschwindigkeit bei höheren Fixiertemperaturen wird mit
einem Ansteigen des inneren Volumens erklärt [55]. Für die Lage des
Minimums existieren in der Literatur unterschiedliche Angaben.
Bei Heißwasserfixierung bis ca. 130 °C zeigt sich e in ähnliches Bild [52]. Im
Gegensatz hierzu erhöht die Sattdampffixierung die Färbegeschwindigkeit
erheblich. Zusätzlich zum rein thermischen Einfluß der Fixierung muß die
bereits erwähnte verstärkte Sensibilität des Materials auf Spannungsunterschiede
berücksichtigt werden. Die Fixierung unter Spannung verstärkt die
Orientierung der Kristallite bei gleichbleibender Gesamtkristallinität [35].
Zum Abschluß dieses Kapitels sollte auch der Texturierprozeß noch genannt
werden, der ebenfalls unter einer kurzfristigen, starken Erhitzung des Garnes
abläuft. Ziel des Prozesses ist eine Bauschung des Fadens, der in der Regel
durch eine „Falschdrahttexturierung“ erreicht wird. Auch in diesem Falle
reagiert das Garn extrem sensitiv auf Spannungsunterschiede.
Einzelne Elemente der Weiterverarbeitungsschritte sind des öfteren Gegenstand
umfangreicher Untersuchungen gewesen. Hauptaugenmerk solcher
Untersuchungen war fast immer die Fadenspannung während des Prozesses.
Viele Hersteller bieten bereits in die Maschinen integrierte Online-Spannungsmeßsensoren
an. Damit kann zumindest eine vernünftige Prozeßüberwachung
gesichert werden.

19 2 Grundlagen
2.4 Strukturelle Ursachen
Unter strukturellen Ursachen versteht man Unregelmäßigkeiten im Aufbau
des textilen Flächengebildes, welches beim Auge des Beobachters den Eindruck
der Unruhe oder Streifigkeit verursacht. Unterschiede in der Fadenstärke
der verwendeten Materialien können im fertigen Gewebe ungewünschte
Effekte erzeugen. Das nachfolgende Beispiel verdeutlicht eine
solche Strukturstreifigkeit [68]:
dunkle Streifen
helle Streifen
Bild 2.12: Strukturunregelmäßigkeit einer PA Strickware (78 dtex) mit einem Flächengewicht
von 101 g/m 2
Im folgenden sollen einige typische Beispiele genannt werden. Die eventuell
zugrundeliegenden physikalischen Ursachen werden im Rahmen dieser Arbeit
untersucht, sofern sie auf Unregelmäßigkeiten des Spinnprozesses zurückzuführen
sind.
• unterschiedliche Schrumpfwerte von Schußfäden im Gewebe führen zu
einer unregelmäßigen Oberflächenstruktur. Stärker geschrumpfte Anteile
führen im Gewebe aufgrund geringerer Streulichtanteile zu dunkleren
Stellen [8].
• Verzerrungen im Maschenbild einer Strickware aufgrund falsch eingestellter
oder schlecht gewarteter Strickmaschinen [55], [56].
• Unterschiede im Bauschcharakter eines Fadens (z.B. „tight spots“) aufgrund
nicht optimaler Texturierung.
• unregelmäßig eingestellte Maschenreihen aufgrund fehlerhafter Nadeleinstellung
an einer Flachstrickmaschine. [57]
Die strukturellen Fehlermöglichkeiten umfassen den gesamten Prozeß der
textilen Flächenbildung. Der anhaltende Trend zur Verarbeitung von Elasthan-

2 Grundlagen 20
garnen als formgebendes Medium erhöht die Anfälligkeit von Flächengebilden
gegenüber der strukturellen Streifigkeit sicherlich nochmals. Bei Verwendung
von Elasthanen, sei es als Umwindegarn (Kern Elasthan, Mantel
Polyamid) oder einfach als mitlaufender Faden kommt es aufgrund unterschiedlicher
Elastizitätseigenschaften immer wieder zu unerwünschten
Nebeneffekten bei Downstream- und Veredlungsprozessen. Unterschiedliches
Färbeverhalten zwischen Elasthanen und Polyamid können die Sache
zusätzlich erschweren.
Strukturelle Ursachen können bei Untersuchungen im Textillabor häufig durch
einen Hitzeabdruck festgestellt werden. Dazu wird ein Flächengebilde mit
einer empfindlichen Wachsfolie unter Temperatur mit einem bestimmten
Druck zusammen gepreßt. Die Strukturstreifigkeit kann anschließend auf dem
Wachsabdruck wiedererkannt werden. Struktur und Form der Streifigkeit
sollten zwischen Abdruck und dem optischen Eindruck im Gewebe übereinstimmen.
Anschließend erfolgt dann die physikalische und chemische
Untersuchung der hellen und dunklen Stellen, evtl. unter Herauslösen des
Elasthananteils. Mikroskopaufnahmen vervollständigen die Untersuchung.
2.5 Fehler in der Vorbehandlung und/oder Färberei
Auch hier werden - der Vollständigkeit halber – Aspekte der Streifigkeit erwähnt,
die für die Praxis durchaus von Belang sind, aber nicht Gegenstand
dieser Untersuchung. Gemeint sind alle Prozeßschritte, die im Rahmen der
Vorbehandlung und der eigentlichen Färberei potentiell Streifigkeit oder Wolkigkeit
[Def. Wolkigkeit: großflächige Farbunterschiede in einem Textil] auslösen
können oder zumindest ein vorhandenes Streifigkeitspotential verstärken.
Die Palette der Fehlermöglichkeiten reicht von ungenügender Wäsche über
mangelhaftes Entschlichten bis hin zur Auswahl ungeeigneter Zusätze und
Hilfsmittel in ungeeigneten Konzentrationen. Verweilzeiten, Temperaturen und
mechanische Einflüsse kommen ebenfalls in Betracht. Es sei an dieser Stelle
auf die Literatur hingewiesen, da diese Fehlerquellen nicht Gegenstand der
Untersuchung sind [58], [59], [60], [61], [62], [4].

21 3 Untersuchte Werkstoffe
3. Untersuchte Werkstoffe
3.1 Klassifizierung der untersuchten Polyamide
In Kapitel 3.2 sind die Werkstoffkennwerte der untersuchten Werkstoffe
tabellarisch dargestellt. Es handelt sich um handelsübliche Ultramid ® Spinnpolymere
der BASF SE (PA 6, PA 66) aus aktuellen Produktionschargen
sowie um PA 6 Typen aus asiatischen Quellen. Für die PA 6-Typen der BASF
Marke Ultramid ® wird im folgenden auch der Ausdruck N-Polymere verwendet.
• das verwendete PA 6 gehört zu der Gruppe von Polyamiden, die aus
X-Aminosäuren oder deren Lactamen hergestellt und durch das
Kurzzeichen PA Z gekennzeichnet werden. Die Polymere dieser Typen
haben die Form [NH - (CH2)x - CO]n.
Beispiele sind das Polycaprolactam (PA 6), Poly-11-aminoundecanamid
(PA 11) und das Polylaurinlactam (PA 12). Die Zahl Z gibt
hierbei die Position der CO-Gruppe in der Kohlenstoffkette an, es gilt
folglich x=Z-1, also ist beim PA 6 x=5.
• das verwendete PA 66 gehört zu den aliphatischen Polyamiden (PA Z1
Z2) aus unverzweigten Diaminen und Dicarbonsäuren. Deren Polymere
haben die Form [NH - (CH2)x - NCHO - (CH2)y - CO]n.
Beispiele hierfür sind das Polytetramethylenadipinamid (PA 4.6), das
Polyhexamethylenadipinamid (PA 6.6) und das Polyhexamethylensebacinamid
(PA 6.10). Es gilt x=Z1 und y=Z2-2.
Die Spinnparameter waren für alle PA 6 Typen identisch, für PA 66 wurde
eine 30 °C höhere Spinntemperatur gewählt.
3.2 Werkstoffkennwerte der untersuchten Polyamide
Werkstoff Bezeichnung BASF BS 403 N BASF AS 2503 Chainlon 2.5 Lipolon 2.5 Zisamide 2.5
Werkstoff Typ PA 6 PA 66 PA 6 PA 6 PA 6
Relative Viskosität [96% H2SO4] 2.43 2.51 2.48 2.43 2.43
Aminoendgruppen [mmol/kg] 43 44 53 44 39
Karboxylendgruppen [mmol/kg] 69 80 43 82 72
Relative Schmelzviskosität (15 min) 2.48 (270°C) 2.59 (290°C) 2.58 (270°C) 2.64 (270°C) 2.54 (270°C)
Schmelzviskosität (15 min) [dPas] 900 (270°C) 780 (29 0°C) 1180 (270°C) 1430 (270°C) 1130 (270°C)
Relative Schmelzviskosität (25 min) 2.49 (270°C) 2.59 (290°C) 2.60 (270°C) 2.70 (270°C) 2.57 (270°C)
Schmelzviskosität (25 min) [dPas] 920 (270°C) 780 (29 0°C) 1220 (270°C) 1610 (270°C) 1240 (270°)
Extrakt [%] 0.34 0.3 0.63 0.41 0.89
Wassergehalt [%] 0.034 0.980 0.045 0.053 0.055
TiO2-Gehalt [%] 0.3 0.3 0.29 0.28 0.27
Tabelle 3.1: Werkstoffkennwerte der untersuchten Polyamide

4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung 22
4. Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung
4.1 Die Schnellspinnanlage EMS Inventa H4S
Bei der untersuchten Spinnanlage handelt es sich um eine textile Hochgeschwindigkeitsspinnanlage
vom Typ EMS Inventa, die zur Herstellung vollverstreckter
synthetischer Fasern aus Polyamid 6 und 6.6 verwendet wird. Der
übliche Arbeitsbereich für Polyamid-Garne liegt zwischen 40-100 dtex bei
5000 m/min Spinngeschwindigkeit. Es sind sowohl FDY (Fully Drawn Yarn)
als auch POY/HOY (Partially Oriented Yarn/Highly Oriented Yarn) Prozesse
möglich. Der schematische Aufbau sieht wie folgt aus.
Extruder
Spinnpräparation (Öler)
Spinnbalken
Schmelzestrom
Faden
Einzelne
Filamente
1. Galettenpaar
2. Galettenpaar
Dampfkammer
Bild 4.1: Schematische Darstellung der Spinnanlage
Wickler
Die Hauptbaugruppen der Anlage werden im folgenden beschrieben.

23 4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung
Extruder
Bild 4.2: Extruder
Der Extruder besteht im wesentlichen aus einem Zylinder, in dem eine Welle
mit aufgebrachtem Schraubengewinde läuft. Das Granulat wird über eine
Rohrleitung dieser Schraubenwelle zugeführt. Durch die Schnecke wird das
Granulat axial gefördert und durch außen angebrachte Heizbandagen sowie
durch Scherung und Reibung auf flüssigen Zustand erhitzt (ca. 265–300°C).
Dabei kommt der Scherung und Reibung der größere Anteil beim Aufschmelzen
des Polyamids zu, da der Anteil der Heizbänder nur ca. 10-20% beträgt.
Der übliche Betriebsdruck beträgt 60–120 bar.
Durch das Aufschmelzen des Granulats und der dabei wirkenden Scherkräfte
und Temperaturen kommt es im Polyamid zu einer Umamidierung und eines
Aufbaus der Viskosität bei typischen, niedrigviskosen PA 6 Spinnpolymeren
der Viskositätsklasse 2.4 (relative Viskosität des Polymers gemessen in 96
%iger Schwefelsäure). Damit verbunden wird auch ein Anstieg des Extraktgehalts
sowie ein Abbau der Aminoendgruppen beobachtet. In der folgenden
Tabelle 4.1 sind typische Materialkennwerte für Polyamid 6 bei Verweilzeiten
von 15 und 25 min dargestellt. Diese Verweilzeiten entsprechen der typischen
Durchlaufzeit des Granulats vom Extrudereinzug bis zur Spinndüse:
Granulat
Extrudat
(Verweilzeit 15 min)
Extrudat
(Verweilzeit 25 min)
Rel.Viskosität 2.40 2.46 2.49
Extrakt [%] 0.36 1.48 1.51
Aminoendgruppen [mmol/kg] 41 38 38
Tabelle 4.1: Werkstoffkennwerte für Granulat und extrudiertes Polyamid 6 (Ultramid
BS 403 N) in Abhängigkeit der Verweilzeit

4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung 24
Damit verbunden kommt es auch zu einer Verschiebung der Molmassenverteilung,
wie im folgenden Bild 4.3 zu sehen ist:
Relative Häufigkeit
1,6
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
100 1.000 10.000 100.000 1.000.000
Bild 4.3: Molekulargewichtsverteilung (Brechungsindex) für Granulat (rot), Extrudat nach
15 min (grün) und Extrudat nach 25 min (blau)
Es kommt lediglich zu einer Verschiebung der Kurve nach rechts, die Kurvenform
und das Verhältnis des Zahlenmittels zum Gewichtsmittel bleibt unverändert,
wie in Tabelle 4.2 dargestellt wird. Damit bleibt das Polymer bis auf
einen leichten Viskositätsaufbau in seiner Struktur unverändert.
Zahlenmittel
Mn
Molmasse [Da]
Gewichtsmittel
Mw
Mw/Mn
Extrudat (15 min) 22.000 62.000 2.8
Extrudat (25 min) 22.000 62.000 2.8
Granulat 20.000 56.000 2.8
Tabelle 4.2: Zahlenmittel und Gewichtsmittel
Für das in dieser Arbeit behandelte Problem der Streifigkeit haben die Verweilzeiten
im Extruder bzw. im Gesamtsystem keine Auswirkungen. Der
beobachtete Viskositätsaufbau sowie die Reduzierung der Aminoendgruppen
läuft bei stabilen Extrusionsbedingungen in der Regel sehr gleichmäßig ab
und beeinflußt die Anfärbung nicht. Unterschiedlich lange Verweilzeiten und
unterschiedliche Scherbedingungen (z.B. durch Schwankungen des Extruderdrucks
oder des Spinndüsendrucks) können dagegen sehr wohl Streifigkeit
induzieren. Solche Phänomene wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit an der
beschriebenen Spinnanlage nicht beobachtet.

25 4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung
Spinnbalken
Bild 4.4: Spinnbalken mit 4 Düsenpaketen
Der Spinnbalken (Spinnkopf) ist in einem Außenmantel mit Diphyldampf beheizt.
Im Spinnkopf sind 2 Spinnpumpen angeordnet, die die Polymerschmelze
den Spinndüsenpaketen zuführen. Aus den 4 Düsenpaketen tritt die
Schmelze – durch Zahnradpumpen gefördert – in den Blasschacht und wird
verstreckt und verfestigt.
Blasschacht
Der Blasschacht (Funktion: Anblasung der Filamente mit konditionierter Luft)
befindet sich unterhalb der Spinndüsen und hat eine Länge von 2 m.
Bild 4.5: Blasschacht mit 4 Fäden

4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung 26
Im Blaschacht werden die Filamente befeuchtet sowie abgekühlt. Aufgrund
der gleichzeitig stattfindenen Verfestigung des Fadens durch den starken Verzug
(ausgelöst durch den Geschwindigkeitsunterschied zwischen der Abzugsgalette
und der Geschwindigkeit des Fadens beim Düsenaustritt) findet
parallel auch eine dehninduzierte Kristallisation statt.
Die Befeuchtung des Fadens in diesem Stadium des Prozesses hat signifikante
Auswirkungen auf die physikalischen Eigenschaften des Garnes, wie im
Kapitel 5 zu sehen sein wird. Wasser wirkt hier zusätzlich zu den starken
äußeren Spannungen, die die dehninduzierte Kristallisation auslösen, als
Kristallisationsbeschleuniger. Schwankungen des Feuchtegehaltes der
Blasluft führen somit auch zu veränderten physikalischen Eigenschaften des
Garnes mit Einfluß auf das Anfärbeverhalten und damit auf die Streifigkeit.
Dies wird in Kapitel 5 und 6 ausführlich beschrieben.
Schwankungen der Blasluftfeuchte haben ihre Ursachen häufig in einer
unzureichenden Auslegung bzw. Prozeßsteuerung der Klimaanlage. Eine
typische Klimatisierung einer Anlage ist im folgenden Bild 4.6 zu sehen.
(Quelle: Neumag).
Sensor
Luftdruck
Sensor Lufttemp.
und -feuchte
Kühlluft
Gebläse
Frequenzumwandler
für Gebläse
Dampfbefeuchtung
Befeuchter Heizer
Umwandler für
Luftheizung
Kühler
Bild 4.6: Schemazeichnung eines Blasschachtes für Polyamidanlagen
Abhängig von den äußeren Umständen (z.B. der Konstanz der angesaugten
Luft in Bezug auf Temperatur und Feuchte) kann eine schlecht ausgelegte
Anlage die eingestellten Parameter nicht unter allen Betriebszuständen
gewährleisten.
Filter
Sensor Lufttemp.
und -feuchte
Klappe
Luftzufuhr
außen
Kühler
Luftzufuhr
innen

27 4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung
Es kommen hier die „Reaktionszeit“ der Anlage in Verbindung mit der Qualität
und der Dimensionierung der luftführenden Teile und Sensoren zum Tragen.
Ein zu großes oder zu träges Dampffeuchteventil kann eine Schwankung
ebenso induzieren wie eine zu träge oder zu schnelle Regelung oder ungenaue
und driftende Sensoren. Die Schwankungen der hier untersuchten Anlage
wurden durch das Dampffeuchteventil ausgelöst.
Öler
Bild 4.7: Auftrag der Spinnpräparation durch die Öler
Der Öler sorgt durch gleichmäßiges Aufsprühen einer speziellen Öl-Wasseremulsion
für guten Fadenschluß und optimale Laufeigenschaften des Garnes.
Die aufgetragene Ölmenge schützt den Faden vor mechanischer Beanspruchung
mit Garnschädigung und der enthaltene Wasseranteil in der Spinnpräparation
führt dem Polymer weitere Feuchte zu, um einen möglichst ausgeglichenen
Wassergehalt des Polyamidfadens zu erzielen.
Galetten
Bild 4.8: unbeheiztes Galettenpaar
Die Galetten sind drehende Walzen, jeweils in einem Duo angeordnet. Der
Faden wird ca. 5-6 mal um beide Galetten geschlungen. Um die dazu not-

4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung 28
wendige Fadenverlegung zu erreichen, sind die beiden Galetten in axialer
Richtung nicht parallel. Der Grad dieser „Verschränkung“ bestimmt den Abstand
der Umschlingungen. In der Anlage sind 2 Duo’s angeordnet, wobei das
2. Duo ca. 10% schneller dreht, um durch das Strecken des Fadens eine
Erhöhung seiner Festigkeit zu erreichen.
Dampfkammer
Bild 4.9: Dampfkammer
In der Relaxierungseinheit (Dampfkammer) werden mit Hilfe von Dampf Relaxationsvorgänge
im Garn ausgelöst, die den auftretenden Schrumpf in
späteren Prozeßschritten (z.B. Färben in kochendem Wasser) minimieren
sollen. Typische Werte sind 3 bar Dampfdruck bei ca. 140°C.
Wickler
Bild 4.10: Wickler
Im Wickler werden die hergestellten Fäden aufgewickelt. Um eine gleichbleibende
Wickelgeschwindigkeit zu erreichen, wird die Umfangsgeschwindigkeit
des Wickelkörpers von der Tastwalze abgetastet. Mit Hilfe entsprechender
elektronischer Regelsysteme wird die Drehzahl der Spulen mit zunehmendem
Wickeldurchmesser verlangsamt. Das Faserbündel wird mit Hilfe
einer Changierung in alternierenden Bewegungen als Spule abgelegt.

29 4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung
Übliche Wickelgeschwindigkeiten sind 4500-5500 m/min. Maschinentechnisch
könnten 8000 m/min erreicht werden, was aber nicht praktiziert wird, da die
mechanische Garnbeanspruchung stark ansteigt und der Ausschuß exponentiell
zunimmt.
4.2 Das Grundkonzept der Meßtechnik
Das Grundkonzept von „SLIM“ (Spinning Line Monitoring Expert System)
sieht vor, alle verfügbaren Daten einer Spinnanlage während der Ausspinnung
online und in Echtzeit zu erfassen, die Daten zu speichern und anhand
mathematisch-statistischer Methoden auszuwerten. Die Programmierung von
SLIM entstand am Center for Experimental Mechanics (CEM), Ljubljana in
Zusammenarbeit mit der BASF SE.
Zusätzlich wurden vorhandene „externe“, d.h. nicht ursprünglich in die Spinnanlage
integrierte Sensoren in die Auswertung miteinbezogen. Im Falle der
Fadenspannungsmeßsensoren geschah dies durch Verknüpfung mit dem
SLIM Auswertemodul. Die Laser-Doppler-Geschwindigkeitsmessungen
wurden offline korreliert. Untersuchungsgegenstand war eine moderne
Hochgeschwindigkeitsspinnanlage für textile Garne, wie sie in Kapitel 4.1
beschrieben wird.
Das hier vorgestellte Konzept verbindet eine Erfassung aller verfügbaren Maschinen-
und Garnparameter durch moderne Meßtechnik und eine anschließende
Korrelations- und Auswertemöglichkeit der Daten in beliebiger Reihenfolge
und Kombination, verbunden mit der Möglichkeit, offline generierte
Laborergebnisse zu integrieren.
4.3 Die Hardware
Die Spinnanlage EMS Inventa (A 100) umfaßt in der untersuchten Ausbaustufe
46 Meßstellen, die in der folgenden Tabelle 4.3 aufgelistet werden. Die
vorhandenen Programmbeschreibungen und Anleitungen sowie das eigentliche
„SLIM“ Programm selbst verwenden als Standardsprache Englisch. Aus
diesem Grund werden Meßstellenverzeichnisse und Diagramme, die sich auf
das „SLIM“ Programm beziehen, mit englischen Bezeichnungen wiedergegeben.
Es handelt sich um 46 Meßstellen, von denen 31 permanent im Betrieb sind,
15 weitere können optional aktiviert werden. Die Meßstellen sind mit
Bezeichnung, Sensortyp, Genauigkeit und physikalischem Meßbereich
dargestellt.
Die Genauigkeitsklassen sind wie folgt definiert:
• Genauigkeitsklasse Temperatur: Klasse B = +/- 0.3°C + 0.005 * T
• Genauigkeitsklasse Druck: Klasse 0.6 = Eichfehlergrenze 0.5%

4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung 30
Nr. Meßstelle Sensor Meßgröße Meßbereich Genauigkeit
1 Heizzone 1 - Extruder T130.1e Temperatur 150-350 °C Klasse B
2 Heizzone 2 - Extruder T130.2e Temperatur 150-350 °C Klasse B
3 Heizzone 3 - Extruder T130.3e Temperatur 150-350 °C Klasse B
4 Heizzone 1 - Regler T130.1c Spannung 0 – 100 % 0.2%
5 Heizzone 2 - Regler T130.2c Spannung 0 – 100 % 0.2%
6 Heizzone 3 - Regler T130.3c Spannung 0 – 100 % 0.2%
7 Extruderausgangstemp. T130.4 Temperatur 150-350 °C Klasse B
8 Diphyl - Extruder T150.3e Temperatur 150-350 °C Kla sse B
9 Diphyl Regler T150.3c Spannung 0 – 100 % 0.2%
10 Extruderausgangsdruck P130.1 Druck 50–120 bar Klasse 1
11 Spinndüsendruck P140.1 Druck 50–200 bar Klasse 1
12 Extruderdrehzahl S130.1e Umdrehung 20-120 U/min 0.2%
13 Extruder Motorspannung S130.1c Spannung 0-100 % 0.2%
14 Spinnpumpe S140.1 Umdrehung 10-50 U/min 0.2%
15 Monomerabsaugung P160.1 Druck n.a. n.a.
16 Spinnbalkenschmelze T140.1 Temperatur 150-350 °C Klasse B
17 Blaslufttemperatur T160.1 Temperatur 10-30 °C 0.5 %
18 Blasluftfeuchte Q160.2 Rel. Feuchte 0-100% 0.5%
19 Blasluftdurchsatz Q160.3 Volumenstrom 1000-2000 m 3 /h 0.5%
20 Präparationspumpe S165.1 Umdrehung 0-60 U/min 0.2%
21 Prozessdampf P170.32 Druck 0-5 bar 0.5%
22 Aerosolabscheider P170.34 Druck +-30 mbar 0.5%
23 Öler 1 T165.1 Temperatur 0-100 °C Klasse B
24 Öler 2 T165.2 Temperatur 0-100 °C Klasse B
25 Verwirbelung 1 P1 Druck 0-5 bar 0.5 %
26 Verwirbelung 2 P2 Druck 0-5 bar 0.5%
27 Galettenpaar 1.1 S170.11 Umdrehung 1000-6000 m/min 0.2%
28 Galettenpaar 2.1 S170.13 Umdrehung 1000-6000 m/min 0.2%
29 Unitens 1 X170.1 Fadenspannung 0-40 cN n.a.
33 Unitens 2 X170.2 Fadenspannung 0-40 cN n.a.
31 Unitens 3 X170.3 Fadenspannung 0-40 cN n.a.
32 Unitens 4 X170.4 Fadenspannung 0-40 cN n.a
33 Unitens 5 X170.5 Fadenspannung 0-100 cN n.a
34 Unitens 6 X170.6 Fadenspannung 0-100 cN n.a
35 Unitens 7 X170.7 Fadenspannung 0-100 cN n.a
36 Unitens 8 X170.8 Fadenspannung 0-100 cN n.a
37 Tastwalze Wickler S180.7 Umdrehung 1000-6000m/min 0.2%
38 Dorn A S180.4 Umdrehung 2500-1500m/min 0.2%
39 Dorn B S180.5 Umdrehung 2500-1500m/min 0.2%
40 Kehrgewindewelle
Wickler
S180.6 Umdrehung 0-2000 U/min 0.2%
41 Spinnebene T180.9 Temperatur n.a. n.a.
42 Spinnebene P170.44 Druck n.a. n.a.
43 Spinnebene Q160.12 Rel. Feuchte n.a. n.a.
44 Spulebene T180.10 Temperatur 0-50 °C 0.5%
45 Spulebene P.170.45 Diff.druck Luft -0.2 - 0.2 mmWS 0.5%
46 Spulebene Q160.13 Rel. Feuchte 0-100% 0.5%
Tabelle 4.3: Meßstellen der Spinnanlage A 100

31 4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung
Bild 4.11 zeigt die Anordnung der Meßstellen schematisch in der Anlage.
Heating zone 1
Heating zone 2
Heating zone 3
Extruder motor contr.
Dow therm contr.
T130.1
T130.2
T130.3
S130.1
T150.3
Extruder controller Extruder
Temp
Spinning Floor
Winding Floor
Spinning Floor Temperature
Press Spinning Floor Pressure
Humid Spinning Floor Humidity
Proces steam
P170.32
Chuck A
Chuck B
S130.1
Extruder screw
Godet 2
Steam chamber
Entanglement2
P2
S180.7 Feeler roller
Traverse motion
Bild 4.11: Übersicht der Meßstellen in der Anlage.
Godet 1
Die Auswahl der erforderlichen Meßhardware fiel nach Erwägung aller
relevanten Faktoren auf Produkte der Firma „National Instruments“. Im
einzelnen besteht die Hardware aus folgenden Modulen:
• Prozeßsteuerungseinheit (NI-PXI Serie)
• 8156/233 System Controller, Windows NT
• 6070E and NI-DAQ Software for Windows
• 1000 8-Slot Chassis
• 1000 Rackmount Kit
Next Measurement:
Melt
Heating zone1 Heating zone3 T130.4
Extruder
T130.1 T130.2 T130.3
P130.1
Heating zone2
Dow therm extruder
Melt-Spinning Beam
T140.1 T150.3
Aerosol separator
P170.34
Spin Pump
S140.1 S140.2
Spin Pump1 Spin Pump2
Spin pack
P140.1
S165.1
Spin Finish Pump
Oiler1
T165.1
Entanglement1
P1
Oiler2
T165.2
Temp
Press
Winding Floor Temperature
Godet 2.2
S170.14
Winding Floor Pressure
Godet 1.2
S170.13 S170.12
Godet 2.1
Godet 1.1
S170.11
Humid Winding Floor Humidity
Unitens1 S170.1
Unitens2 S170.2
S180.4
S180.5
S170.3 Unitens3
S170.4 Unitens4
S180.6
P140.1 Monomer suction
T160.1
Q160.2
Q160.3
Quenching Air
preparation
Quenching Air
Temperature
Quenching Air
Humidity
Quenching Air
Quantity

4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung 32
• Signalaufnahmeeinheiten (NI-SCXI Serie)
• 8 Kanäle für TTL Frequenzsignale (1 Modul)
• 16 Kanäle für analoge und TTL Frequenzsignale (2 Module)
• 40 Kanäle für analoge Signale (5 Module)
Die beschriebene Hardware weist folgende technischen Daten auf:
• PCI Bus
• 0.33 – 1.25 MHz Sampling Rate pro Kanal
• 12 bit Auflösung
• bis zu 112 Signale pro PXI Einheit, erweiterbar auf über 2000
Bild 4.12 zeigt die Hardwarekonzeption:
Bild 4.12: Hardwarekonzeption der Spinnanlage A 100

33 4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung
Bild 4.13 zeigt die schematische Zuordnung der Signale:
Bild 4.13: Signalzuordnung der Spinnanlage A 100

4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung 34
Aufgrund der räumlichen Erstreckung einer Spinnanlage über 4 Stockwerke
wurden auch die Signalaufnahmeeinheiten räumlich getrennt. Die überwiegende
Zahl der Meßsignale fallen im ersten Stockwerk an, wo die Extruder-
und Blasschachtebene liegt. Die anderen Signale werden im Erdgeschoß, der
Aufspulebene, erfaßt. Das Hardwarekonzept wurde dieser Tatsache durch die
Verwendung zweier Schaltschränke gerecht, welche im Erdgeschoß und im
ersten Obergeschoß plaziert wurden. Dadurch wurden die Kabellänge und
mögliche Störsignale zwischen Sensor/Umrichter und der Signalaufnahmekarte
reduziert. Alle Signale werden dabei in den Karten auf Meßströme von
4-20 mA transferiert und an die PXI Zentraleinheit übertragen. Das folgende
Bild 4.14 zeigt die beiden Schaltschränke mit den eingebauten Modulen.
Signalerfassungs
einheit PXI 1000
Signalerfassungs
einheit SCXI 1000
Spinnebene
Spulebene
Signalerfassungs
einheit SCXI 1000
Bild 4.14: Schaltschrankkonzept mit Meßeinheiten
Schaltschrank 1
Schaltschrank 2
Verbindungskabel
SH 32-32

35 4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung
Vor dem Einbau in die Spinnanlage wurden alle Hardwaremodule im Labor
des Centers of Experimental Mechanics (CEM) in Ljubljana, Slowenien, getestet.
Dabei wurden mit Hilfe eines HP 8904 A Multifunktions-Signalgenerators
Signale generiert und mit der NI Hardware gemessen. Als Referenz wurde
zusätzlich mit einem HP 35660 A Signalmeßgerät und einem Digital Oszilloskop
HP 54501 A parallel gemessen. Die gemessenen Signale wurden anschließend
abgeglichen.
Die erzeugten Signale waren je nach Signalart unterschiedlich:
• analoge Signale wurden mit unterschiedlicher Amplitude und Form erzeugt
und in die SCXI 1120 Module eingespeist
• die Module vom Typ SCXI 1126 und FRQ 8 wurden mit Sinus- und
Rechteckfunktionen unterschiedlicher Frequenz und Amplitude
beaufschlagt.
Die genauen Daten der Testprozedur können der nachfolgenden Tabelle
entnommen werden.
Signalart Amplitude Frequenz
Analog 0.5 V, 1.5 V, 2 V 100 Hz, 10 kHz, 100 kHz
Sinus 0.5 V, 1.5 V, 2 V 100 Hz, 10 kHz, 100 kHz
Rechteck 0.5 V, 1.5 V, 2 V 100 Hz, 10 kHz, 100 kHz
Tabelle 4.4: Labortestsignale für NI Hardware
Der Abgleich der gemessenen Signale zwischen NI Hardware und den Referenzmessungen
mit dem obengenannten HP Equipment ergab keine signifikanten
Abweichungen außerhalb der Meßgenauigkeit.
4.4 Die Software
4.4.1 Bestandteile des Programms
Das Programm SLIM (Spinning Line Monitoring Expert System) besteht aus
vier Grundbausteinen:
• Grafische Benutzeroberfläche für Windows NT / Windows 95/98
Die grafische Benutzeroberfläche erlaubt zwei Betriebsmodi, den
normalen „User-Status“ sowie den „Administrator-Status“, der weitgreifende
Änderungen in der Benutzerverwaltung und Kanaleinstellung
ermöglicht. Im „User-Status“ bedient der Anwender das SLIM Programm
über Maussteuerung und Dateneingabe in die vorgesehenen
Felder. Die einzelnen Masken werden im folgenden Abschnitt näher
erläutert.
• Meßtechnisches Modul
Im meßtechnischen Modul werden bei jedem neuen Meßvorgang die
Hardwarebausteine des Systems anhand der eingegebenen Parameter
abgeglichen und initialisiert. Die Messungen selbst erfolgen in Echtzeit.

4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung 36
Nach Beendigung der Messung wird das komplette System „resetted“.
• Datenspeicherungs- und Darstellungsmodul
Das Datenspeicherungs- und Darstellungsmodul übernimmt die gemessenen
Daten und schreibt sie in Dateien, wobei für jeden Kanal ein
eigenes Unterverzeichnis vorgesehen ist. Die Daten können bereits
während der Messung dargestellt werden, wobei aufgrund von Programmrestriktionen
(NI Labview Version 5.1) nur drei verschiedene
physikalische Größen gleichzeitig dargestellt werden können. Nach
Beendigung der Messung können beliebig viele Daten in beliebigen
Zeiträumen mit verschiedenen Auflösungen dargestellt werden.
• Analyse- und Auswertemodul
Im Analyse- und Auswertemodul können die gemessenen Daten in frei
wählbaren Intervallen statistisch ausgewertet werden. Die Kurvenverläufe
können durch verschiedene mathematische Methoden geglättet
werden und mittels FFT (Fast Fourier Transformation) von einer zeitlichen
Darstellung in eine frequenzabhängige Form transferiert werden.
Für beide Darstellungsformen besteht die Möglichkeit, zwei gemessene
Signale zu korrelieren und den Korrelationskoeffizienten zu
berechnen.
Die im nachfolgenden Abschnitt beschriebene Funktionalität des Programms
soll keineswegs eine verkürzte Bedienungsanleitung für den Umgang mit
„SLIM“ sein. Vielmehr geht es um eine Darstellung der Möglichkeiten und
Zusammenhänge des gesamten Programmkomplexes, was zu einem besseren
Verständnis der in Abschnitt 5 gezeigten Meßergebnisse und deren
Interpretationen beitragen soll. Die im folgenden benutzten Diagramme und
Beschreibungen sind den Dokumentationen des Center of Experimental
Mechanics (CEM), Ljubljana, Slowenien, entnommen.

37 4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung
4.4.2 Die Datenerfassung
Nach dem Starten des Programmes „SLIM“ erscheint eine User- und
Paßwortabfrage.
Bild 4.15: Paßworteingabe
Bei korrekter Eingabe landet der Anwender im Feld „General Data“, wo die
grundlegenden Daten des gemessenen Spinnversuchs eingegeben werden,
nämlich:
• Nummer des Spinnversuchs
• Name des Sachbearbeiters
• Spulgeschwindigkeit (wichtig für eine Zuordnung der gemessenen
Werte zu einer definierten Garnlänge)
• Verzeichnis des Datenfiles
• Zeit und Datum, welche von der Systemuhr vergeben werden.
Bild 4.16: Maske „General Data“

4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung 38
Nach Eingabe der Basisdaten gelangt man zurück ins Auswahlmenü, wo
zwischen Längen- oder Zeitkriterium gewählt werden muß. Bei Auswahl des
Längenkriteriums wird anhand der eingegebenen Spulgeschwindigkeit eine
Fadenlänge berechnet, um eventuell später gemessene Abweichungen einer
definierten Garnlänge zuordnen zu können.
Es gibt die folgenden Parameter:
• „Scan Region“ (Garnlänge pro Scan-Prozeß)
• „Total monitoring length“ (Gesamtlänge des gemessenen Garns)
• „Length interval between two measurements“ (Länge des Garnstücks
während der Meßpause zwischen zwei Meßintervallen)
• „Total number of measurements“ (vom Programm berechnete Anzahl
der Meßdatensätze)
Das folgende Bild 4.17 zeigt das Längenkriterium-Fenster.
Bild 4.17: Maske „Length Criteria“
Eine zweite Möglichkeit bietet die Maske mit den zeitrelevanten Parametern.
Hier wird direkt die Meßzeit bzw. die Meßunterbrechung eingetragen:
• „Scanning interval“ (Zeitintervall der pro Messzyklus zur Verfügung
steht. Es wird ein Wert ermittelt, der für diesen Zyklus in das Datenfile
geschrieben wird. Der Mittelwert wird aus der Abtastrate (Standardeinstellung
1000 Hz) und der Scan-Zeit berechnet. Im Extremfall, bei
einem gewählten Zeitintervall von 1ms und keiner Meßunterbrechung
werden keine Mittelwerte mehr gebildet.
• „Total Measuring Time“ (gesamte Meßdauer als Summe von Meßintervallen
und Meßunterbrechungen)
• „Intervall between two measurements“ (Dauer der pro Scan-Zyklus gewählten
Meßunterbrechung)
• „Total number of measurements“ (anhand der o.g. eingegebenen
Werte errechnete Datenzahl)

39 4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung
Das Zeitwahlfenster ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Bild 4.18: Maske „Time Criteria“
Nach Eingabe der Meßparameter wird vom Programm die Meßeingangsmaske
dargestellt, in der alle eingegebenen Daten zu sehen sind. Es besteht
nochmals die Möglichkeit einer Änderung. In diesem Fenster kann dann die
eigentliche Messung aktiviert werden, der Menüpunkt „Measurement“ ist
freigegeben.
Bild 4.19: „Measurement module“

4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung 40
Nach Beginn der Messung durch Klicken auf „Measurement“ erscheint das
eigentliche Hauptfenster des Meßprogramms.
Bild 4.20: Hauptfenster des Meßprogrammes
In diesem Programmteil wird die Spinnanlage grafisch dargestellt, wobei alle
Meßstellen als kleine Fenster mit Bezeichnung des Meßpunktes gemäß
Schaltplan integriert sind (z.B. T130.1 für Extruder-Heizzone 1). Die physikalischen
Größen sind farblich unterteilt:
Rot: Temperaturen
Blau: Drücke
Gelb: Drehzahlen/Frequenzen
Braun: Fadenspannungen
Violett: Luftmassenstrom
Grün: Luftfeuchte
Die Hauptdaten des Spinnprozesses werden im grauen Datenfenster auf der
linken Seite dargestellt (im Bild durch die beiden blauen und gelben Diagramme
teilweise verdeckt). Die Wiederholfrequenz der Datendarstellung ist abhängig
von den eingestellten Meßzyklen und Pausenzeiten. Durch Anklicken
einer Meßstelle können bereits während der Messung deren bisher gemessene
Daten in beliebiger Auflösung grafisch dargestellt werden. Aus programmtechnischen
Gründen sind maximal drei Darstellungen verschiedener
physikalischer Größen möglich. Das Hauptmeßfenster bleibt während der
Messung geöffnet, nach Abschluß der Messung springt das Programm wieder
ins „General Data“ Menü. Hier sind neue Messungen möglich.

41 4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung
4.4.3 Die Datendarstellung und –analyse
Dieses Programmodul unterscheidet zwischen der reinen Datendarstellung
und der Analyse der gemessenen Werte. Beide Funktionalitäten können über
die Hauptprogrammaske abgerufen werden; unter dem Menüpunkt „Data“.
Hier können verschiedene Meßdateien aufgerufen werden und einzelne Kanäle
(z.B. Druck des Düsenpaketes) angewählt werden. Es ist möglich, verschiedene
physikalische Größen in einem Diagramm darzustellen oder auch
Werte verschiedener Messungen aus unterschiedlichen Spinnversuchen auszuwählen.
Das folgende Bild 4.21 zeigt das Auswahlfenster:
Bild 4.21: „Data Display“ Maske
Nach Auswahl der darzustellenden Meßkanäle erfolgt das Klicken auf das
Fenster „Display“. Das folgende Bild 4.22 zeigt zwei gemessene Temperaturen
(Extruder-Heizzone 1 und Schmelzetemperatur) des gleichen Spinnversuchs
über einen Meßzeitraum von 4 Stunden.
Bild 4.22: „Datendarstellung“

4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung 42
Die darzustellenden Größen können in jedem beliebigen Zeitraum und jeder
beliebigen Auflösung dargestellt und auch ausgedruckt werden. Nach der
Auswahl von maximal zwei Meßsignalen zur Analyse im Fenster „Measuring
points“ mittels Anklicken, können die gewählten Werte statistisch ausgewertet
werden. Dazu wird das Fenster „Analyze“ gewählt. Die ausgewählten Werte
werden dann in den Analyseteil des Programms transferiert. Sind unterschiedlich
lange Meßintervalle zweier Signale aus verschiedenen Messungen
zu untersuchen, so erscheint zunächst das Fenster „Interpolation dialog box“,
welches im folgenden Bild 4.23 dargestellt ist.
Bild 4.23: Maske „Interpolation dialog box“
Der Benutzer hat die Möglichkeit, die unterschiedlichen Intervalle an die minimal
oder maximal vorhandenen Intervalle anzupassen, alternativ kann er das
Intervall in den genannten Grenzen auch vorgeben. Diese Schritt ist bei unterschiedlichen
Meßintervallen notwendig, um sinnvoll korrelieren zu können. Je
nach Option kann es dabei zum Verlust (Ignorierung) eines Teil der gemessenen
Daten für die Auswertung kommen. Bei Meßsignalen der gleichen
Messung erscheint dieses Feld nicht und der Anwender gelangt direkt in das
Analysemodul, welches im Bild 4.24 dargestellt wird:
Bild 4.24: „Analysis Module Window“ Maske

43 4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung
Hier sind in den beiden Hälften der Maske die beiden ausgewählten Signalverläufe
farblich differenziert zu sehen. In beiden Diagrammfenstern werden
oberhalb der eigentlichen Signalverläufe die wichtigsten Daten des zugrundeliegenden
Spinnversuchs angegeben. In den Fenstern selbst kann mittels
Cursorsteuerung wieder jedes Darstellungsintervall in beliebiger Auflösung
gewählt werden. Aufgrund der Korrelationsfunktionen des Programms muß
der Zeitraum des aufgezeichneten Signals übereinstimmen, um sinnvoll
korrelieren zu können. Von beiden Signalen können allerdings verschiedene
Start-Stop Werte ausgewählt werden, entscheidend ist die gleiche Länge, programmtechnisch
ausgedrückt: die gleiche Anzahl an Datenpunkten.
In der Maske werden zu beiden Signalen folgende statistische Kennzahlen
angegeben:
• „No. of data“ - Anzahl der gewählten Datenpunkte
• „Time start“ - Startzeit des gewählten Meßbereichs
• „Time stop“ - Stopzeit des gewählten Meßbereichs
• „Min“ - Minimumwert
• „Max“ - Maximumwert
• „Mean“ - Mittlerer Wert
• „Mode“ - Funktion liefert den am häufigsten vorkommenden Wert
• „Max/Mean“ – zeigt die maximale Abweichung vom Mittelwert
• „RMS“ – Route Mean Square berechnet die Wurzel der gemittelten
Quadrate gemäß der Formel
rms
1
n
2
( x)
= ∑ X i
Gl. (4.1)
n i=
1
• „Variance“ – die Varianz der Datenreihe definiert als Summe der
quadrierten Abweichungen vom Mittelwert, dividiert durch die Anzahl
der Meßwerte
n
∑
i=
1
(
1
2
var( x)
= xi
− μ )
Gl. (4.2)
n
• „StDev“ – Die Stardardabweichung der Werte, definiert als Wurzel der
Varianz
x
=
n 1
∑ n i=
1
(
i
)
x − μ
2
σ Gl. (4.3)
• „Cross Correlation“ – Der Korrelationskoeffizient „r“ der beiden zeitlich
aufgetragenen Signale, definiert als Kovarianz von Werte X und Y,
geteilt durch das Produkt der Quadratwurzel der Varianz von X und der
Quadratwurzel der Varianz von Y oder, kürzer ausgedrückt: Kovarianz
von X und Y geteilt durch das Produkt der Standardabweichungen von
X und Y.

4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung 44
cov( X , Y )
r =
σ σ
mit:
X
X
Y
∑ ( X − μ)(
Y − μ)
cov( X , Y ) =
n
cov( X , Y )
r =
σ σ
Y
Gl. (4.4)
Gl. (4.5)
Der Korrelationskoeffizient ist eine Indexzahl, die angibt, ob ein Variablenpaar
in einer gegebenen Datenmenge miteinander verknüpft ist, und ob bei dieser
Verknüpfung die Streuung ein großes oder kleines Ausmaß hat [63], [64].
Die Werte des Koeffizienten liegen zwischen -1 und +1. Eine Korrelation in
der Nähe von +1 bedeutet geringe Streuung: hohe Y-Werte treten meistens
zusammen mit hohen X-Werten auf und umgekehrt. Eine Korrelation in der
Nähe von Null bedeutet keinerlei statistischen Zusammenhang. Eine negative
Korrelation in der Nähe von –1 tritt auf, wenn hohe Y-Werte überwiegend mit
niedrigen X-Werten korrelieren.
Korrelationskoeffizienten können eine schnelle Möglichkeit bieten zu zeigen,
ob zwischen zwei physikalischen Größen überhaupt eine Beziehung besteht
oder nicht. Insofern sind sie für die hier bearbeitete Fragestellung der Streifigkeit
in Abhängigkeit gewisser Maschinenparameter durchaus geeignet. Wie
bereits erwähnt spiegeln Korrelationskoeffizienten lediglich das Ausmaß der
Streuung in den Daten wider. Eine detaillierte quantitative Interpretation aus
dem Koeffizienten allein fällt dagegen schwer. Die Beziehung der Daten wird
nicht beschrieben. Die Aussage r=0.9 beispielsweise sagt nicht, um wie viel Y
bei jeder Erhöhung von X um eine Einheit anwächst. Ohne zugehöriges
Schaubild kann nicht erkannt werden, ob die Steigung flach oder steil ist. Man
könnte lediglich erkennen, daß die Streuung um die Gerade, unabhängig von
der Steigung, recht gering ist.
Der Zahlenwert von r hängt von zwei Einflußgrößen ab:
• davon, wie viel X und Y tatsächlich zusammen variieren (Zähler)
• davon, wie viel X und Y selbst variieren (Nenner)
Gl. (4.6)
Dadurch sind Interpretationen immer im Gesamtzusammenhang der Datenmengen
durchzuführen, keinesfalls alleine aufgrund des Koeffizienten.

45 4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung
4.5 Die Versuchsdurchführung
Alle Messungen wurden an einer textilen Hochgeschwindigkeitsanlage des
Fabrikats EMS Inventa durchgeführt. Es wurden typische Spinnparameter
eingestellt, die so oder in ähnlichen Konfigurationen auch in der industriellen
Praxis des textilen Spinnens üblich sind. Das folgende Bild 4.25 zeigt typische
Parameter einer Ausspinnung.
Bild 4.25: Datenblatt Ausspinnung
Neben den im vorherigen Kapitel beschriebenen Kanälen, die hauptsächlich
Maschinenabweichungen erfassen, war es notwendig, auch direkt fadenrelevante
Eigenschaften des Spinnprozesses aufzuzeichnen. Diese fadenrelevanten
Eigenschaften sind in erster Linie
• die Fadengeschwindigkeit
• die Fadenspannung

4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung 46
Beide Eigenschaften können sich auf die Streifigkeit auswirken. Neben den
beiden obengenannten Parametern wären weitere Informationen über den
Faden nützlich, wie zum Beispiel
• die Fadentemperatur
• die morphologische Zusammensetzung des Fadens
Zur Messung der Fadentemperatur wurden in der BASF SE umfangreiche
Vorversuche und Recherchen durchgeführt, unter anderem mit hochauflösenden
Thermokameras verschiedener Fabrikate. Die Versuche wurden
letztendlich eingestellt, da mit vernünftigem Kostenaufwand nicht die erforderliche
Genauigkeit und zeitliche Auflösung zu realisieren war. Die ungünstigen
Rahmenbedingungen der Messungen (sehr kleines Objekt, hohe
Geschwindigkeiten, starke Relativbewegungen, extreme Temperaturgradienten,
störende Hintergrundwärmestrahlung) hätten aufwendige Meßapparaturen
erfordert, die den finanziellen Rahmen des Projektes überschritten
hätten.
Auch zum Thema „Online-Strukturmessungen eines Fadenbildungsprozesses“
wurden umfangreiche Versuche innerhalb der BASF SE unternommen,
die jedoch in diesem Zusammenhang nur bedingt zu verwenden sind. Die
Röntgenstreusignale wurden zwar online erfasst, da jedoch eine Meßzeit von
ca. 15 Minuten erforderlich war und somit lediglich eine Auswertung der
zeitlich kumulierten Daten erfolgen konnte, war eine Echtzeitkorrelation zu
den hier gemessenen Daten nicht möglich.
Aufgrund der Bedeutung des Blasschachtes für die Fadenbildung und die
späteren Garneigenschaften wurde dieser Abschnitt der Spinnanlage besonders
detailliert instrumentiert. Um ein aussagekräftiges Profil der gesamten
Blasluftbedingungen zu ermitteln, wurde eine Matrix von 6 Meßstellen mit
jeweils drei physikalischen Meßgrößen installiert:
• Blasluftgeschwindigkeit
• Blasluftfeuchte
• Blaslufttemperatur
Feuchte und Temperatur wurden in einem Kombisensor gemessen, so daß
insgesamt 12 zusätzliche Sensoren mit 18 Meßkanälen hinzukamen. Die
Sensoren wurden seitlich in den Blasschacht eingeführt, um den Spinnvorgang
möglichst wenig zu beeinflussen. Bild 4.26 zeigt die Anordnung der 12
Sensoren im Blasschacht. Durch die Variabilität des Konzeptes ist jeder Punkt
des Blasschachtes erreichbar.

47 4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung
Bild 4.26: Anordnung der Blasluftsensoren im Blasschacht

4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung 48
Das folgende Bild 4.27 zeigt ein Sensorpaar im Detail, oben der Kombisensor
für Feuchte und Temperatur, unten der Geschwindigkeitssensor. Im Hintergrund
sind Fadenbündel aus 24 Einzelfilamenten zu sehen.
Bild 4.27: Detail Blasluftsensor
Die Meßmethoden der Fadenspannung sowie der Fadengeschwindigkeit sind
in den Kapiteln 4.7 und 4.8 beschrieben.
4.6 Versuchsplan
In diesem Kapitel erfolgt eine schematische Versuchsdarstellung der Abläufe
der (mehrjährigen) Untersuchungen zum Zwecke der besseren Verständlichkeit:
Auswahl der Meßhardware sowie der
geeigneten Spinnanlage
Programmierung der „SLIM“ Software
vgl. 4.1 – 4.3
vgl. 4.4

49 4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung
Ausspinnungen mit Polyamid 6 zur
Identifizierung von
maschinentechnischen Auffälligkeiten
Analyse der einzelnen Meßkanäle
......................
1 2 n
Identifizierung der Blasluftfeuchte als
periodisch schwankendes SIgnal
Analyse der Schwankungen der
Blasluftfeuchte bzgl. Auftreten,
Intensität und Frequenz
Korrelation der gemessenen LDA-
Geschwindigkeitsverläufe des
Polyamidgarnes mit der periodischen
Schwankung der Blasluftfeuchte
Korrelation der Schwankungen der
Garngeschwindigkeit mit der
physikalischen Beschaffenheit des
Garns mittels Doppelbrechung und
dem damit verbundenen Auftreten
von Streifigkeit
Schluß der Beweiskette
vgl. 4.5
vgl. 5.1
vgl. 5.2.1.3
vgl. 5.2.1.3
vgl. 5.2.1.3
vgl. 5.2.1.3

4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung 50
Ausdehnung der Untersuchungen auf
Polyamid 66
Ausdehnung der Untersuchungen auf
Wettbewerbs-Polyamid 6 asiatischer
Herkunft
Verifizierung der Methode der
Bestimmung der physikalischen
Garnstruktur durch Doppelbrechung
mittels offline Röntgenstreuung an
Musterstücken
Erarbeitung eines Analysediagramms
zur Abschätzung der
Streifigkeitsneigung anhand
gemessener SIgnalverläufe
Erstellen des Analysediagramms
Für
Polyamid 6
der BASF
Für
Vergleichs-
polyamid A
Für
Vergleichspolyamid
B
vgl. 5.3
vgl. 5.4
vgl. 5.4.3
vgl. 6.1
vgl. 6.2
vgl. 6.3
vgl. 6.4

51 4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung
4.7 Die Methode der Fourier Transformation
Die Fourier Analyse ermittelt mit Hilfe der Fourier Transformation die in einem
zeitabhängigen Signal enthaltenen Frequenzen und deren Amplituden [69].
Die hinsichtlich ihrer Frequenzinhalte auszuwertenden Signale f(t) stammen
im vorliegenden Falle von den Meßaufnehmern, die im Rahmen der Versuche
an der Spinnanlage montiert wurden (vgl. Kapitel 4.3 „Die Hardware“).
Kann das Meßsignal f(t) in Form eines geschlossenen mathematischen Ausdrucks
angegeben werden, wie z.B. in Bild 4.28, so kann mit Hilfe der Fourier
Transformation die Fourier Transformierte F(jω) berechnet werden aus
+∞
− jωt
= ∫ f ( t e dt
−∞
F(
jω
) )
Bild 4.28: Die transiente Zeitfunktion mit der Dämpfungszeitkonstante T,
zeitlicher Verlauf.
Bild 4.29: Die transiente Zeitfunktion mit der Dämpfungszeitkonstante T,
Abtastsatz
(Gl. 4.7)

4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung 52
Kann das Meßsignal nicht analytisch angegeben werden, wird es abgetastet
und mit Hilfe eines A/D Wandlers digitalisiert. Mit der Abtastfrequenz fa, dem
Abtastintervall Ta = 1/fa und einem Zählparameter n entsteht aus dem kontinuierlichen
Signal f(t) der Abtastansatz, der die zu den diskreten Zeitpunkten
nTa gewonnenen abgetasteten Werte f(nTa) enthält. Dieser Abtastansatz (Bild
4.29) mit insgesamt N Meßwerten wird im Rechner eingelesen, der dann für
diskrete Frequenzen ωk die zugehörigen Amplituden Fd(jωk) mit Hilfe des
Algorithmus der Diskreten Fourier Transformation DFT berechnet:
F
d
k
N −1
∑
( jω
) = f ( nT ) e
n=
0
a
j − ω
k a nT
(Gl. 4.8)
Die diskrete Fourier Transformierte nach Gl. (4.8) unterscheidet sich dabei
von der kontinuierlichen Fourier Transformierten nach Gl. (4.7) hauptsächlich
in den folgenden Punkten:
• bei der DFT werden die Amplituden nur für diskrete Frequenzen ωk
bzw fk berechnet.
• das diskrete Spektrum wiederholt sich periodisch bei den Frequenzen
z*2πfa, bzw. bei z* fa.
• die Amplituden der DFT sind erst nach Multiplikation mit dem
Abtastintervall Ta der Größe und der Einheit nach gleich der Amplitude
der kontinuierlichen Fourier Transformation.
Je größer also die gesamte Meßzeit NTa ist, desto besser ist das Auflösungsvermögen,
desto schärfer lassen sich benachbarte Frequenzen trennen.
4.8 Laser Doppler Anemometrie (LDA)
Die Laser Doppler Anemometrie (LDA) ist eine seit vielen Jahren bewährte
Methode der berührungsfreien Messung, was sie gerade bei den feinen Filamenten
zur Methode der Wahl macht. Die Filamente müssen mit TiO2-Partikeln
versehen sein um genügend Streulichtreflexe zu erzeugen, die den
charakteristischen Laser Doppler „Burst“ verursachen. Das Meßprinzip beruht
auf zwei, sich in einem bestimmten Winkel kreuzenden Laserstrahlen. Im
elliptischen Kreuzungspunkt, dem Meßvolumen, liegt ein Interferenzstreifenmuster
vor, dessen Hell-Dunkel-Abstände „d“ nur von der Wellenlänge des
Lasers und dem Kreuzungswinkel der Strahlen abhängen. Bei gegebenem
Wert „d“ muß nur noch die Zeit ermittelt werden, die ein Objekt – in diesem
Fall ein mit TiO2-Partikeln versehener Polyamidfaden – zum Passieren des
Abstandes „d“ benötigt. Durch das Interferenzstreifenmuster erzeugt jedes
Objekt beim Passieren ein Burst Signal, dessen Spitzen die benötigte Zeit „t“
ergeben. Damit kann die Geschwindigkeit des Objekts ermittelt werden.
Das folgende Bild 4.30 der Firma TSI verdeutlicht die Zusammenhänge:

53 4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung
Bild 4.30: Laser Doppler Grundlagen
Schwierigkeiten ergeben sich vor allem durch starkes Schwanken des Fadens,
der dadurch häufig aus dem Meßvolumen heraustritt und entsprechend
schlechte Datenraten nach sich zieht. Dennoch ist selbst bei ungünstigen Bedingungen
in der Regel eine zuverlässige Messung möglich. Das in dieser
Untersuchung verwendete System ist ein kommerziell erhältliches LDA mit
Rückwärtstreu-Anordnung. Im Laserkopf ist ein Sensor integriert, der die
rückgestreuten Signale empfängt. Dies hat den Vorteil einer kompakten
Meßanordnung, allerdings zu Lasten einer schlechteren Signalqualität, da die
rückwärts gestreuten Signale (Bursts) lediglich ein Zehntel der Intensität der
nach vorne gestreuten Signale aufweisen.
Bild 4.31 zeigt das System der Firma TSI, wie es bei BASF SE verwendet
wird (Modell LS 50 M Laserspeed).
Bild 4.31: LDA System bei BASF Aktiengesellschaft

4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung 54
Die technischen Details sind in Tabelle 4.5 beschrieben:
Laserleistung: 30 mW
Laserwellenlänge: 780 nm
Größe des Meßvolumens: 1.5 x 3 mm
Abstand Meßvolumen - Laserkopf: 300 mm
Lasertemperaturkonstanz: +/- 0.1°C
Umgebungstemperaturbereich: 5 - 45°C
Abmessung Laserkopf: 175 x 125 x 62 mm
meßbarer Geschwindigkeitsbereich: 0.08 - 120 m/sec
Meßauflösung: 0.1%
Meßreproduzierbarkeit: +/- 0.1%
Meßgenauigkeit: +/- 0.1%
Anzahl Datenkanäle: 16
Scanintervall pro Kanal: 1 msec - 15 min
Tabelle 4.5: Technische Daten des LDA Systems
Bild 4.32 zeigt das Meßprinzip im Detail. Der Fadenlauf muß in den
Kreuzungspunkt der Laserstrahlen (Meßvolumen) gebracht werden oder
umgekehrt.
Bild 4.32: Lasermessung der Fadengeschwindigkeit
Die Ergebnisse der Lasermessungen werden unter Punkt 5 „Versuchsergebnisse“
diskutiert.

55 4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung
4.9 Unitens ® Fadenspannungsmessung
Das Unitens Fadenspannungsmeßsystem der Firma Barmag ist ein mechanisches
System, welches die Fadenspannung des Garns im Spinnverlauf online
erfaßt und in elektrische Signale konvertiert. Üblicherweise sitzen die Sensoren
vor der Aufspulung, sie können aber auch an jeder sonstigen Stelle des
Spinnverlaufs angebracht werden. Das SLIM System sieht 8 Kanäle für derartige
Messungen vor. Das kommerziell erhältliche Barmag Auswertesystem
wurde hier nicht benutzt, da die Daten isoliert generiert werden und nicht mit
anderen gemessenen Werten korreliert werden können. Aus diesem Grund
wurden die von den Unitens Sensoren gelieferten Meßsignale direkt ins SLIM
Programm eingespeist.
4.10 Die Untersuchungsmethode der Doppelbrechung
Eine Möglichkeit, Chemiefasern zu beurteilen, findet man in der polarisationsmikroskopischen
Untersuchung, der Doppelbrechung. Die Doppelbrechung ist
abhängig von dem Durchmesser der (runden) Faser und vom Grad der Orientierung
seiner Kettenmoleküle.
mit
T
n = Gl. (4.9)
d
n = Doppelbrechung
T = Gangunterschied [nm]
d = Fadendurchmesser in [nm]
Es wird dabei mit polarisiertem Licht gearbeitet, welches durch einen im
Strahlengang eingebrachten Polarisationsfilter erzeugt wird.
Beobachtet man die Faser unter polarisiertem Licht, so entsteht eine unterschiedliche
Lichtbrechung im Kristallgitter und an der amorphen Umgebung.
Dadurch entsteht die Doppelbrechung. Diese optische Anisotropie wird also
direkt durch den Orientierungsgrad der Moleküle verursacht. Das polarisierte
Licht wird durch das anisotrope Material in einen ordentlichen und in einen
außerordentlichen Strahl aufgespalten, deren Ebenen senkrecht aufeinander
stehen. Dabei bilden beide einen Winkel von 45° zum Einfallswinkel.
Die Strahlenkomponente, die ungebrochen das Medium durchdringt, ist der
ordentliche Strahl. Der außerordentliche Strahl erfährt dagegen eine
Beugung. Da die Geschwindigkeit des Lichtes in Richtung der einzelnen Kristallachsen
verschieden ist, dreht das Fasermaterial die Polarisationsebene
so, daß hinter dem Analysator erneut ein Lichtstrahl zu sehen ist. Der zwischen
den beiden Schwingungsrichtungen parallel und senkrecht zur Fadenachse
eingetretene Gangunterschied wird nun durch den Kompensator wieder
rückgängig gemacht. Der Gangunterschied kann direkt ermittelt werden.
Die Doppelbrechungsmethode bietet sich vor allem aus zwei Gründen an:

4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung 56
• Änderungen der morphologischen Struktur eines Fadens können
präzise und reproduzierbar bestimmt werden. Über die Auswirkungen
unterschiedlicher Doppelbrechungen eines Garns auf seine
Anfärbetiefe liegen in umfangreiche Untersuchungen vor, die eine
Abschätzung des Streifigkeitsrisikos erlauben.
• Untersuchungen können an kleinsten Teilstücken und Garnfragmenten
durchgeführt werden. Damit ist diese Methode wesentlich
praktikabler als z.B. ein Reißversuch, der über die verbleibende
Restdehnung des Garns ebenfalls Einblicke in die Morphologie
erlaubt. Dazu werden allerdings größere Mengen an Garn benötigt.
Die Einschränkung der Methode bezieht sich auf Profilgarne, bei denen die
oben beschriebene Messung nicht durchführbar ist. Nachfolgend sind
Garnproben verschiedener Doppelbrechungsindizes, die ansonsten völlig
identisch waren (Titerstärke, Material, Titandioxid-Anteil...) im Vergleich zu
sehen. Bei Darstellungen dieser Art ist es immer recht schwierig, Farbtiefenunterschiede,
die auch noch vom Lichteinfall und dem Betrachtungswinkel
abhängen, wiederzugeben. Dennoch verdeutlichen die folgenden Bilder 4.33
und 4.34 den Einfluß des Doppelbrechungsindizes auf die Anfärbung sehr anschaulich.
Je höher der Doppelbrechungsindex (und damit die Orientierung des Garns)
desto niedriger ist die Farbtiefe bei sonst identischen Bedingungen.
Verwendet wurde ein sensitiver Metallkomplexfarbstoff der Farbe ACIDOL-
Schwarz, wie er auch für Streifigkeitsuntersuchungen in den textilen Labors
der BASF SE verwendet wird. Farbänderungen dieser Größenordnungen
führen bei textilen Flächengebilden zu Streifigkeitseffekten.
Um ein objektives Farbtiefenkriterium einzuführen, wurde mit einem optischen
Sensor der Colorflash-Meßapparatur die Farbstärke des intensivsten Abschnitts
auf 100% gesetzt und alle anderen Segmente dazu in Vergleich
gesetzt.

57 4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung
Doppelbrech.
Index
Colorflash-
Farbstärke
0.0428 0.0428 0.0413 0.0403 0.0394 0.0375
70 68 79 82 94 100
Bild 4.33: Abhängigkeit der Farbtiefe von der Doppelbrechung des verwendeten Garns
Das folgende Bild 4.34 verdeutlicht den gleichen Sachverhalt.
Doppel
brechungsindex
Bild 4.34: Farbtiefenunterschiede in Abhängigkeit zur Doppelbrechung
Colorflash
Farbstärke
0.0375 100
0.0394 94
0.0403 82
0.0413 79
0.0428 68
0.0428 70

4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung 58
4.11 Die Untersuchungsmethode der Röntgenbeugung
Bei der Röntgenstreuung handelt es sich um die Streuung von Röntgenstrahlen
an Materie. Sie ist eine der Standardmethoden zur Strukturaufklärung
von teilkristallinen Polymeren.
Eine typische Versuchsanordnung, wie sie u.a.bei der BASF SE verwendet
wird, ist im folgenden Bild 4.35 dargestellt.
Gekreuzte
Göbel Spiegel
Versiegelte
Röntgenröhre
Röntgen
generator
Bild 4.35: Offline Probenmessung mittels Röntgenstreuung
Strahl
begrenzer
HI-STAR 2D
Detektor
Probenkammer
Die Probe wird einem kollimierten, monochromatischen Röntgenstrahl ausgesetzt
und winkelabhängig die transmittierte Intensität gemessen.
Als Ergebnis erhält man typische Bragg Reflexe, die auf die innere Struktur
der Probe zurückschließen lassen. Jeder Reflex ergibt sich aus der konstruktiven
Interferenz von Röntgenlicht, das an einer Schar von parallelen Netzebenen
im Kristall gebeugt wurde (siehe Bragg-Gleichung).
n * λ = 2d * sin (θ) (Gl. 4.10)
mit d = Abstand zwischen parallelen Gitterebenen
λ = Wellenlänge der Röntgenstrahlung
θ = Winkel zwischen Röntgenstrahl und Gitterebene (Bragg Winkel)
n = eine ganze Zahl

59 4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung
Jede Schar paralleler Gitterebenen hat einen charakteristischen Gitterebenenabstand
d und damit auch einen charakteristischen Braggwinkel θ. Eine
Reflexion kann nur dann beobachtet werden, wenn eine Schar paralleler
Gitterebenen so orientiert ist, daß der Röntgenstrahl genau unter dem Braggwinkel
θ einfällt. Für verschiedene Winkel, unter denen Röntgenstrahlung auf
den Kristall trifft, erhält man auf dem Detektor hinter der Probe fast immer
auch verschiedene Bilder, weil sich immer andere Scharen paralleler Gitterebenen
(mit anderen Braggwinkeln und mit anderen Orientierungen im
Kristall) in Reflexionsstellung zum einfallenden Röntgenstrahl befinden.
Bild 4.36 zeigt ein offline gemessenes Beugungsbild eines Polyamid-Faserbündels
mit Interpretation der Reflexe
Kristallitgröße L
II zur Kettenrichtung
Kristallitgröße ΛF
⊥ zur Kettenrichtung
Orientierung ΔΦ
Bild 4.36: Offline Röntgenbeugungsbild eines PA Faserbündels
amorpher Halo
Je nach Streuwinkel und Wellenlänge spricht man von Weitwinkelstreuung
WAXS (Wide Angle X-ray Scattering) und Kleinwinkelstreuung SAXS (Small
Angle X-ray Scattering). Da gemäss der Bragg-Gleichung bei vorgegebener
Wellenlänge größere Strukturen einen kleineren Streuwinkel zur Folge haben
und umgekehrt, können mit beiden Methoden unterschiedliche Informationen
über die teilkristalline Struktur einer Polyamid Faser gewonnen werden. Das

4 Experimenteller Aufbau und Versuchsdurchführung 60
folgende Bild 4.37 verdeutlicht die Zusammenhänge zwischen SAXS und
WAXS bei der Anwendung auf eine teilkristalline Polyamid Faser.
Kleinwinkel-Röntgenstr.
(SAXS) 0,15° < 2 Θ < 5°
Weitwinkel-Röntgenstr.
(WAXS) 2° < 2 Θ < 150°
Bild 4.37: WAXS und SAXS Messung an einer Polyamid Faser
0,15° - 5°
2° - 150°
Mittels der hier dargestellten Methode der offline Röntgenbeugung wurde in
Kap. 5.4.3 die Meßmethode der Doppelbrechung zur Bestimmung der
Orientierung einer Polyamidfaser bestätigt. Die Doppelbrechung ist damit als
schnelle und praxisnahe Bestimmung der Orientierung einer Faser (ohne
nähere Aussage zu der spezifischen Kristallstruktur) für die Beurteilung der
Streifigkeitsneigung aus physikalischen Gründen gut geeignet.

61 5 Versuchsergebnisse
5 Versuchsergebnisse
5.1 Untersuchte Meßkanäle ohne Streifigkeitsrelevanz
Die im folgenden dargestellten Ergebnisse sind stellvertretend für eine ganze
Reihe von Messungen und Analysen, die im Laufe eines Jahres an der Hochgeschwindigkeitsspinnanlage
durchgeführt und ausgewertet wurden. Gemäß
dem Konzept wurden alle Kanäle mit unterschiedlichen Datenraten erfaßt und
sowohl gegenseitig korreliert als auch Fourier-transformiert. Das untersuchte
Produkt war ein niederviskoses PA 6 (N-Polymer) wie in Kapitel 3 beschrieben.
Die Spinnbedingungen entsprachen üblichen Einstellungen wie in Bild
4.25 dargestellt.
Das dargestellte Beispiel der Dampfkammer (Bild 5.1) steht stellvertretend für
alle Meßgrößen ohne Einfluß auf das untersuchte Thema “Streifigkeit“.
Alle anderen nichtrelevanten Meßgrößen wurden ebenfalls dokumentiert, aus
Platzgründen jedoch nicht im Rahmen dieser Arbeit.
Druck [bar]
Druck [bar]
Meßzeit [s]
Frequenz [Hz]
Bild 5.1 oben: Signalverlauf des Dampfkammerdrucks über 25000 s
unten: Frequenzanalyse des Signalverlaufs

5 Versuchsergebnisse 62
Der hier gezeigte typische Verlauf des eingestellten Dampfdrucks der Relaxationskammer
(Sollwert: 3 bar) sowie die Fourier Analyse des Frequenzspektrums
läßt keine fadenrelevante Folgerung zu. Die Dampfkammer hat die Aufgabe,
den hoch verstreckten Faden zu relaxieren, wobei durch den Einfluß
von Wärme und Feuchtigkeit ein Teil des im Faden erzeugten Schrumpfpotentials
gelöst wird und der Faden somit formstabilere Weiterverarbeitungseigenschaften
erhält. Unabhängig vom eingestellten Dampfdruck von 1 - 6
bar (Maximalwert) war im untersuchten Signal keine Auffälligkeit bezüglich
der Streifigkeit des produzierten Garnes erkennbar. Diese Messung ist stellvertretend
für eine Vielzahl anderer Messungen, die nicht im Rahmen dieser
Arbeit aufgeführt werden.
5.2 Streifigkeitsrelevante Resultate
Im Rahmen der Untersuchungen des Spinnprozesses traten Abweichungen
einzelner Parameter der Spinnanlage auf, die hinsichtlich ihrer Relevanz für
Streifigkeitsanfälligkeit untersucht wurden.
Dabei wurde versucht – im Sinne der eigentlichen Aufgabenstellung – das
Auftreten von Abweichungen vom normalen Betriebszustand systematisch zu
erfassen. In einem folgenden Schritt wurden diese Abweichungen Fadenparametern
zugeordnet, die ebenfalls online gemessen wurden, z.B. das
Geschwindigkeitsprofil des Fadens an einer definierten Stelle des Spinnprozesses.
Das Geschwindigkeitsprofil wurde mit Hilfe der bereits beschriebenen
LDA Meßtechnik über definierte Zeiträume aufgezeichnet und anschließend
in das Online-Datenerfassungssystem „SLIM“ integriert. Die
Ergebnisse der Datenanalyse korrelierten mit den festgestellten Abweichungen
des Spinnprozesses.
In einem weiteren Schritt wurde der ersponnene Faden offline im Labor mit
statistischen Methoden untersucht, um Unterschiede im fertigen Faden herauszuarbeiten.
Als Untersuchungsmethode wurde die Doppelbrechung des
Fadens gewählt, die eine bewährte, etablierte Methode zur Feststellung morphologischer
Eigenschaften ist.
Auch dieser Vergleich der Prozeßparameter mit den streifigkeitsrelevanten
Eigenschaften des fertigen Fadens ergab eine Übereinstimmung zwischen
Schwankungen des Spinnprozesses und einer Neigung des produzierten
Garnes zu Streifigkeit.
Damit konnte die Beweiskette
• Deviationen des Spinnprozesses
• Zugeordnete Schwankungen der Fadenparameter
• Auftreten von streifkeitsrelevanten Auf-
fälligkeiten im fertigen Produkt
geschlossen werden und Aussagen zur Streifigkeitsneigung alleine anhand
des Spinnprozesses ermöglichen. Diese Aussagen beziehen sich auf die in

63 5 Versuchsergebnisse
Kapitel 2 beschriebenen physikalischen Ursachen der Streifigkeit, z.B. Unter-
schiede in der Orientierung des Fadens.
5.2.1 Untersuchung der Blasluft
Im Laufe der Messungen wurde der dominierende Einfluß der Abkühlbedingungen
im Blaschacht deutlich. Durch die besonderen Bedingungen beim
Schmelzespinnen (Feinheit der Filamente, Flüssigzustand der Filamente,
Spannungen, Geschwindigkeits- und Temperaturunterschiede) haben die
Vorgänge im Blasschacht besonderen Einfluß auf den Fadenbildungsprozeß.
Die Polymerschmelze tritt mit einer Temperatur von 260°C – 275 °C (bei PA
6) aus der Spinndüse aus und wird von der Abzugsgalette im Millisekundenbereich
auf einer Länge von ca. 1,2 m – 1,6 m auf 4000 –5000 m/min beschleunigt.
Gleichzeitig wird der Faden abgekühlt und befeuchtet. Zu diesem
Zweck wird konditionierte Kühlluft in den Blasschacht eingeblasen. Der sich
bildende Faden ist direkt dem Luftstrom und der Feuchte ausgesetzt. Bei
diesem Prozeß tritt eine spannungsinduzierte Kristallisation des Fadens auf,
der mit thermodynamischen Ungleichgewichtszuständen verbunden ist. Die
amorphe Polymerschmelze verfestigt sich zu einer teilkristallinen hochfesten
Polymerstruktur.
Bei den im Laufe dieser Arbeit durchgeführten Messungen traten Unregelmäßigkeiten
bei den Blasluftparametern auf, die detaillierter untersucht wurden.
In diesem Falle waren die Abweichungen auf eine unzureichende Regelung,
verbunden mit einer Unterdimensionierung der Klimaanlage zurückzuführen.
Aufgrund der Einmaligkeit der Meßanordnung kann zum derzeitigen Stand
kein Schluß auf andere Spinnanlagen gezogen werden. Es ist jedoch wahrscheinlich,
daß in der Praxis durchgeführte Messungen zu noch signifikanteren
Ergebnissen führen könnten, da erfahrungsgemäß der Luftkonditionierung
häufig wenig Beachtung geschenkt wird. Auslegung sowie Wartung
des Systems sind oft mängelbehaftet und auch umgebungsabhängig („Seasonality-Effekt“).
Generell ist der Einfluß der Blasluft auf den Fadenbildungsprozeß qualitativ
bekannt und es wird auch auf eine möglichst hohe Konstanz der Parameter
Luftgeschwindigkeit, Luftfeuchte und Lufttemperatur hingewiesen. Dennoch
werden die genannten Parameter entweder gar nicht oder nur sehr unzulänglich
erfaßt. Messungen einmal am Tag mit einer kommerziellen Meßsonde
sind in der Praxis das Maximum an Aufwand, eine Aufzeichnung und Korrelation
zu Qualitätskriterien des Garnes erfolgt nicht.

5 Versuchsergebnisse 64
5.2.1.1 Temperatur der Blasluft
Eine typische Aufzeichnung der Blasluft-Temperatur ergab folgendes in Bild
5.2 dargestelltes Ergebnis (Langzeitmessung über 24 Stunden):
Temperatur [°C]
Meßzeit [h]
Bild 5.2: Temperaturverlauf der Blasluft über 24 h Meßzeit
Meßpunkt für die Temperatur der Blasluft war die Zuführung zum Blaschacht.
Auffällig sind zunächst die langwelligen, periodischen Schwankungen, deren
Amplitude volle 3 °C ausmacht (vgl. Bereich um 6:00 Stunden). Weiterhin
auffällig ist ein Bereich relativer Ruhe, der sich zwischen 12:00 und 14:00
Stunden erstreckt und länger als eine Stunde dauert.

65 5 Versuchsergebnisse
Eine Fourieranalyse des gesamten Signals ergab folgende Resultate:
Temperatur [°C]
Temperatur [°C]
Meßzeit [s]
Frequenz [Hz]
Bild 5.3 oben: Temperaturverlauf der Blasluft über 24 h
unten: Frequenzanalyse des Temperaturverlaufs
Es zeigt sich ein Peak bei einer sehr niedrigen Frequenz von ca. 0,001 Hz.

5 Versuchsergebnisse 66
Anschließend wurde der Bereich maximaler Schwankung untersucht (Bild 5.4:
Bereich zwischen 12 000 und 20 000 Sekunden, dargestellt zwischen blauer
und gelber Linie im Diagramm).
Temperatur [°C]
Temperatur [°C]
Meßzeit [s]
Frequenz [Hz]
Bild 5.4 oben: Temperaturverlauf der Blasluft im Bereich maximaler Schwankung
unten: Frequenzanalyse des Temperaturverlaufs
Die Peaklage blieb unverändert, lediglich die Amplitude des Peaks nahm zu.

67 5 Versuchsergebnisse
Die Analyse des Bereichs relativer Ruhe (zwischen 45 000 s und 48 000 s)
ergab folgende Resultate (Bild 5.5):
Temperatur [°C]
Temperatur [°C]
Meßzeit [s]
Frequenz [Hz]
Bild 5.5 oben: Temperaturverlauf der Blasluft im Bereich minimaler Schwankung
unten: Frequenzanalyse des Temperaturverlaufs
Es zeigt sich kein aussagekräftiges Frequenzspektrum mehr.
Die oben gezeigte Meßstelle war in die Zuluftführung der Blasluft integriert. Es
stellte sich nun die Frage, ob die Temperaturschwankung der Zuluft im eigentlichen
Blasschacht genauso ausgeprägt vorhanden ist oder abgeschwächt
wird, z. B. durch das vorhandene Filtersieb, welches einen dämpfenden Einfluß
haben könnte. Die Antwort gibt das folgende Bild 5.6 der fünf im Blasschacht
angebrachten Sensoren (einer der 6 Sensoren stellte sich im Laufe
der Messung als defekt heraus, so daß nur die Ergebnisse von 5 Meßstellen
wiedergegeben werden):

5 Versuchsergebnisse 68
Temperatur [°C]
Meßzeit [h]
Bild 5.6: Aufzeichung der Blaslufttemperatur über 24 h mit fünf Sensoren im Blasschacht
Das Ergebnis ist eindeutig. Der Verlauf der Temperatur ist identisch mit dem
Temperaturprofil der Zuluft. Die Schwankungen fallen je nach Position der
Sensoren unterschiedlich stark aus und auch das absolute Temperaturprofil
unterscheidet sich. In der Nähe der heißen Spinndüsen ist eine meßbare
Steigerung der Blaswindtemperatur festzustellen.
5.2.1.2 Geschwindigkeit der Blasluft
Die gleiche Langzeitmessung wie unter Punkt 5.2.1.1 ergab folgenden Sachverhalt
(Bild 5.7)
Geschwindigkeit [m/s]
Meßzeit [h]
Bild 5.7: Geschwindigkeitsverlauf der Blasluft über 24 h mit 5 Sensoren

69 5 Versuchsergebnisse
Die Messung ähnelt vom Verlauf den Temperaturmessungen aus 5.2.1.1.
Wiederum tritt eine Region relativer Ruhe im Bereich zwischen 12 und 14
Stunden auf. Die anderen Bereiche sind stärker schwankend, wobei sich die
Schwankungen in ausgeprägten Peaks nach unten manifestieren. Auffällig ist
auch die starke Abweichung der Meßstellen untereinander. Um zu überprüfen,
ob eventuell vom Fadenbündel verursachte aerodynamische Effekte für
die starken Unterschiede verantwortlich sind, wurde eine Referenzmessung
ohne Verspinnung durchgeführt, das heißt, das Blasluftprofil wurde in Ruhe
gemessen. Das Ergebnis ist wiederum eindeutig (siehe Bild 5.8).
Geschwindigkeit [m/s]
Meßzeit [h]
Bild 5.8: Referenzmessung Blasluftgeschwindigkeit ohne Verspinnung über 60 min
Die Geschwindigkeitsunterschiede werden nicht durch vom Fadenbündel
verursachte aerodynamische Effekte erzielt. Eigentlich sollte das Blasluftprofil
eine Blockform darstellen, also identische Luftgeschwindigkeiten über das
gesamte rechteckige Blasschachtprofil ermöglichen.
Eine exemplarisch an einem Kanal durchgeführte Fourieranalyse der Geschwindigkeitsverläufe
des Blaswindes ergab kein ausgeprägtes Frequenzspektrum
mehr. (Bild 5.9 nächste Seite).

5 Versuchsergebnisse 70
Geschwindigkeit [m/s]
Geschwindigkeit [m/s]
Bild 5.9 oben: Geschwindigkeitsverlauf der Blasluft über 87000 s Meßzeit
unten: Frequenzanalyse des Geschwindigkeitsverlaufs
5.2.1.3 Feuchte der Blasluft
Meßzeit [s]
Frequenz [Hz]
Als wichtigste Einflußgröße für das Auftreten von Schwankungen der Garneigenschaften
während der Verspinnung wurde bei den Online-Messungen
die Feuchte der Blasluft identifiziert.
Analog zu den Schwankungen der Lufttemperatur sowie der Luftgeschwindigkeit
im Blasschacht oszilliert auch die Feuchte im System, was Einflüsse
auf die physikalischen Fadeneigenschaften hat.
Das folgende Bild 5.10 zeigt die Veränderung der Feuchte über eine 24 h
Langzeitmessung. Die Messung fand wiederum in der Zuleitung zum Blasschacht
statt.

71 5 Versuchsergebnisse
Relative Blasluftfeuchte [%]
Relative Blasluftfeuchte [%]
Meßzeit [h]
Bild 5.10: Langzeitmessung der Blasluftfeuchte über 24 h Intervall
Auffällig ist das Ausmaß der Schwankungsbreite: ein eingestellter Sollwert
von 70 % relativer Feuchte führte zu Schwankungen in einer Bandbreite von
61% - 78 %. Um die optische Auflösung zu verbessern ist im folgenden Bild
5.11 ein 2-Stunden-Intervall dargestellt, der aus der stärker schwankenden
zweiten Hälfte der Messung stammt.
Meßzeit [h]
Bild 5.11: Blasluftfeuchte während eines 2stündigen Meßintervalls ausgeprägter Unruhe

5 Versuchsergebnisse 72
In dieser Auflösung zeigen sich Phasen relativer Ruhe, wobei der eingestellte
Feuchtewert fast erreicht und gehalten wird, allerdings nur über einen Zeitraum
von ca. 3-5 Minuten. Viel ausgeprägter sind die periodisch wirkenden
Schwankungen, die sich über einen deutlich längeren Zeitraum von ca. 20-30
Minuten erstrecken.
Um zu klären, ob sich die Schwankungen der Zuluftfeuchte auch im Blasschacht
wiederfinden, wurden die im Blasschacht eingebauten Sensoren
ausgewertet. Das folgende Bild 5.12 zeigt das Ergebnis:
Relative Blasluftfeuchte [%]
Meßzeit [min]
Bild 5.12: Gemessene Blasluftfeuchte im Blaschachtüber 1 h Meßzeit
Alle 6 Sensoren im Blasschacht folgen den Werten in der Zuluft nahezu identisch.
Damit bestätigen sich auch die gleichen Erfahrungen der Lufttemperaturmessungen
im vorherigen Kapitel: Schwankungen in der Zuluft werden von
dem Filtersieb des Blasschachtes nicht mehr reduziert oder homogenisiert.
Der ersponnene Faden ist den oben beschriebenen Schwankungen auch
unmittelbar ausgesetzt, was seine physikalischen Eigenschaften verändern
kann.
Eine Analyse der Schwankung der Blasluftfeuchte ergab folgendes Resultat
(die Auswertung erstreckte sich über die komplette 24-Stunden Messung),
welches im Bild 5.13 dargestellt wird.

73 5 Versuchsergebnisse
Relative Blasluftfeuchte [%]
Relative Blasluftfeuchte [%]
Meßzeit [s]
Frequenz [Hz]
Bild 5.13 oben: Relative Blasluftfeuchte über 87000 s Meßzeit
unten: Frequenzanalyse der Blasluftfeuchte
Es zeigt sich ein stark ausgeprägter Peak, der bei einer Frequenz von ca.
0,01 Hz liegt, was einer Periodendauer von ca. 100 Sekunden entspricht.
Um das Signal genauer zu analysieren, wurde im folgenden Bild 5.14 ein
schwächer schwankender Abschnitt der ersten Meßhälfte untersucht:

5 Versuchsergebnisse 74
Relative Blasluftfeuchte [%]
Relative Blasluftfeuchte [%]
Meßzeit [s]
Frequenz [Hz]
Bild 5.14 oben: Relative Blasluftfeuchte eines ruhigen Segments zwischen 13000 s
und 17000 s
unten: Frequenzanalyse der Blasluftfeuchte dieses Segments
Das Signal ist verrauschter und weniger stark ausgeprägt, dennoch bildet sich
erneut ein Peak bei 0.01 Hz.
Zum Vergleich im nächsten Bild 5.15 eine Analyse eines stark oszillierenden
Abschnittes der zweiten Meßhälfte, gemessen im Bereich zwischen 82000 s
und 85000 s:

75 5 Versuchsergebnisse
Relative Blasluftfeuchte [%]
Relative Blasluftfeuchte [%]
Meßzeit [s]
Frequenz [Hz]
Bild 5.15 oben: Relative Blasluftfeuchte eines stark schwankenden Segments
zwischen 82000 s und 85000 s
unten: Frequenzanalyse der Blasluftfeuchte dieses Segments
Die Lage des Peaks bei 0,01 Hz blieb bestehen, die Amplitude hat sich jedoch
gegenüber der gesamten Messung vervierfacht, gegenüber der ruhigeren
Phase im ersten Meßabschnitt verfünf- bis sechsfacht.
Damit ist über die gesamte Meßzeit von 24 Stunden eine unterschiedlich stark
ausgeprägte periodische Schwankung der Blasluftfeuchte mit einer Frequenz
von ca. 0,01 Hz bzw. einer Periodendauer von ca. 100 Sekunden aufgetreten.
Das folgende Bild 5.16 zeigt mittels Laser LDA Messung der Fadengeschwindigkeit
im Blaschacht die Auswirkungen dieser Oszillation der Blasluftfeuchte.
Gemessen wurde in der Höhe des ersten Blasluftsensors, also relativ nahe an
der Düse, wo ein eher niedriges Geschwindigkeitsniveau (ca. 700 m/min) der
Fadengeschwindigkeit herrscht.

5 Versuchsergebnisse 76
Garngeschwindigkeit [m/min]
Bild 5.16: LDA Messung der Fadengeschwindigkeit im Blasschacht im Abstand von 40 cm zur
Spinndüse
Deutlich sind ausgeprägte „Sprünge“ auf ein höheres/niedrigeres Geschwindigkeitsniveau
und ein Zurückfallen/Zurücksteigen auf das mittlere Geschwindigkeitsniveau.
Die Schwankungsdauer beträgt ca. 100 Sekunden, was mit
der Periode der Blasluftfeuchteschwankung korreliert. Diese Beobachtung
wird durch folgende Messung komplettiert: (Bild 5.17)
Relative Blasluftfeuchte [%]
Meßzeit [s]
Meßzeit [h]
Bild 5.17: Konstante Blasluftfeuchte eines beruhigten Betriebszustandes über 1 h Meßzeit
Bei dem im Bild 5.17 gezeigten relativ stabilen Betriebszustand (die Blasluftfeuchte
wurde durch ein vorgeschaltetes Ventil homogenisiert) ist auch die
Fadengeschwindigkeit deutlich gleichmäßiger, wie in Bild 5.18 dargestellt ist.

Garngeschwindigkeit [m/min]
77 5 Versuchsergebnisse
Garngeschwindigkeit [m/min]
Meßzeit [s]
Bild 5.18: Fadengeschwindigkeit im Abstand von 40 cm zur Spinndüse bei „beruhigter“
Blasluftfeuchte
Es herrscht ein konstantes Geschwindigkeitsniveau vor, das bis auf das
Grundrauschen der LDA Methode konstant beibehalten wird. Damit kann
erneut der Zusammenhang zwischen Störgröße (Blasluftfeuchte) und direkter
Auswirkung (Geschwindigkeitsniveau des Fadens) hergeleitet werden: bei
ruhiger Blasluft zeigt sich auch ein ruhiges Geschwindigkeitsniveau. Bei oszillierender
Blasluftfeuchte springt auch die Fadengeschwindigkeit im Intervall
der Erregerstörung (hier: 0.01 Hz). Zur Vervollständigung werden in den
folgenden Bildern 5.19 und 5.20 die gemessenen LDA Kurven der anderen
Meßstellen während der Phase der Blasluftfeuchteschwankungen gezeigt..
Meßzeit [s]
Bild 5.19: Fadengeschwindigkeit im Abstand von 80 cm zur Spinndüse bei stark
schwankender Blasluftfeuchte

5 Versuchsergebnisse 78
Garngeschwindigkeit [m/min]
Meßzeit [s]
Bild 5.20: Fadengeschwindigkeit im Abstand von 120 cm zur Spinndüse bei stark
schwankender Blasluftfeuchte
Zwar sind die Meßstellen weiter von der Spinndüse entfernt, was ein entsprechend
erhöhtes Geschwindigkeitsniveau zur Folge hat, dennoch sind die
Schwankungen der Fadengeschwindigkeit vorhanden und korrelieren ebenfalls
mit der Periode der Blasluftfeuchteschwankung.
Geschwindigkeitsmessungen während konstanter Phasen der Blasluftfeuchte,
wie in den Bildern 5.17 und 5.18 exemplarisch wiedergegeben,
zeigen diese Schwankungen nicht, auch nicht bei höherem Geschwindigkeitsniveau.
Um die Auswirkungen dieser Unregelmäßigkeiten auf die Garneigenschaften
zu prüfen, wurden Garne dieser Ausspinnungen im Textilprüflabor
vermessen, vor allem auch hinsichtlich ihrer Doppelbrechung als wichtige
Größe der morphologischen Struktur. Die Einflüsse der Doppelbrechungsindizes
auf die Anfärbung und damit die Streifigkeitsneigung wurden in Kapitel
4.10 beschrieben. Da eine direkte Zuordnung des Garns zu einer definierten
Periode des Prozesses schwierig ist, wurde auf statistische Methoden zurückgegriffen:
Es wurden entsprechende Garnproben präpariert, die in definierten Abständen
(1000 m Intervalle) von der Spule abgeweift wurden. Dann wurden für
eine bestimmte Anzahl dieser Proben die Doppelbrechungsindizes ermittelt.
Das Ergebnis ist im folgenden Bild 5.21 dargestellt.

79 5 Versuchsergebnisse
Doppelbrechungsindex
0,044
0,042
0,04
0,038
0,036
0,034
0,032
0,03
0,03
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Bild 5.21: Doppelbrechungsindizes eines Garns aus stark schwankender Phase der
Blasluftfeuchte
Zum Vergleich dazu im folgenden Bild 5.22 die Doppelbrechungsindizes eines
Garns während einer konstanten Phase der Blasluftfeuchte:
Doppelbrechungsindex
0,044
0,042
0,04
0,038
0,036
0,034
0,032
Anzahl der Messungen
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Anzahl der Messungen
Bild 5.22: Doppelbrechungsindizes eines Garns aus konstanter Phase der Blasluftfeuchte
Damit konnten die Auswirkungen der Schwankungen der Blasluftfeuchte auf
die Garnstruktur auch quantitativ herausgearbeitet werden. Die stark differierenden
Doppelbrechungsindizes aus der schwankenden Phase zeigten
starkes Potential zur Streifigkeit auf. Die relativ homogenen Indizes der kon-

5 Versuchsergebnisse 80
stanten Phase dagegen zeigten eher reduzierte Streifigkeitsneigung. Das gefärbte
Strickstück der schwankenden Phase zeigte analog dazu sowohl deutliche
Farbtiefendifferenzen als auch ausgeprägte Streifigkeit. Das Strickstück
aus dem Herstellungszeitraum der konstanten Phase der Blasluftfeuchte war
nach einhelliger Beurteilung streifenfrei.
Die Beweiskette ist damit geschlossen:
Gemessenen Schwankungen (der Blasluftfeuchte) im Spinnbereich, die exakt
analysiert wurden, konnten ebenfalls gemessenen Abweichungen der Fadeneigenschaften
(Unterschiede in der Garngeschwindigkeit) zugeordnet werden.
Diese wiederum korrelierten mit morphologischen Eigenschaften (Orientierung)
des fertigen Garnes und ließen eine gute Prognose zur Streifigkeitsneigung
der fertigen Textilie zu.
Die Messungen wurden unter verschiedenen Bedingungen wiederholt und
erbrachten ausnahmslos die gleichen Erkenntnisse.
5.2.1.4 Nähere Untersuchung der Blasluftfeuchte
Aufgrund des großen Einflusses der Blasluftbedingungen auf den Spinnprozeß
bzw. die Fadeneigenschaften wurden die Schwankungen, speziell der
Blasluftfeuchte, näher untersucht. Es bleibt allerdings festzuhalten, daß es
nicht primäres Ziel dieser Arbeit war, eine Optimierung der Anlage bzw. der
Hilfsaggregate wie zum Beispiel der Klimaanlage durchzuführen.
Dennoch ist gerade dies auch eine praktikable Verwendung der Online-Meßanordnung
und kann in der Praxis sehr wohl auch zur Qualitätskontrolle
und/oder zur Anlagenoptimierung eingesetzt werden.
Um den Einfluß der eingestellten Blasluftfeuchte-Sollwerte auf die Periodizität
und Intensität der Schwankung zu ermitteln, wurde ein Versuchsprogramm
mit drei Feuchte-Sollwerten gefahren:
- 75 % relative Feuchte
- 65 % relative Feuchte
- 55 % relative Feuchte
Die zeitliche Darstellung des Blasluftfeuchteverlaufs ist im folgenden Bild 5.23
zu sehen.

81 5 Versuchsergebnisse
Relative Blasluftfeuchte [%]
Meßzeit [h]
Bild 5.23: Blasluftfeuchteschwankungen bei verschieden eingestellten Sollwerten über eine
Meßzeit von 4 h
Im oberen Bereich, um 75 % relativer Feuchte, ist der Wert ziemlich konstant,
im Bereich von 65 % sind wieder die stark ausgeprägten Schwankungen zu
erkennen, während der 55 % Bereich eine Mischung aus Phasen der Ruhe
und Schwankung darstellt.
Im Bereich von eingestellten 75% relativer Blasluftfeuchte bildet sich ein sehr
schwach ausgeprägter Peak heraus, der bei etwa 0,014 Hz liegt, was einer
Periodendauer von ca. 70 Sekunden entspricht (Bild 5.24 unten auf der folgenden
Seite).

5 Versuchsergebnisse 82
Relative Blasluftfeuchte [%]
Relative Blasluftfeuchte [%]
Meßzeit [s]
Frequenz [Hz]
Bild 5.24 oben: Analysierter Meßbereich der Blasluftfeuchte im Bereich 75%
unten: Frequenzanalyse der Blasluftfeuchte dieses Segments

83 5 Versuchsergebnisse
Im Bereich von eingestellten 65% relativer Blasluftfeuchte (zwischen 6000 s
und 9000 s) zeigt sich wieder der bereits in früheren Messungen aufgetretene
0,01 Hz Peak mit deutlicher Amplitude von mehr als 4 % relativer Feuchte
(Bild 5.25 unten).
Relative Blasluftfeuchte [%]
Relative Blasluftfeuchte [%]
Meßzeit [s]
Frequenz [Hz]
Bild 5.25 oben: Analysierter Meßbereich der Blasluftfeuchte im Bereich 65%
unten: Frequenzanalyse der Blasluftfeuchte dieses Segments

5 Versuchsergebnisse 84
Der Bereich um 55% eingestellter Blasluftfeuchte (zwischen 9000 s und
13000 s) zeigt das am stärksten verrauschte Signal, wenngleich auch hier
eine Peaklage im Frequenzbereich von 0,01 Hz eindeutig vorliegt (Bild 5.26
unten).
Relative Blasluftfeuchte [%]
Relative Blasluftfeuchte [%]
Meßzeit [s]
Frequenz [Hz]
Bild 5.26 oben: Analysierter Meßbereich der Blasluftfeuchte im Bereich 55%
unten: Frequenzanalyse der Blasluftfeuchte dieses Segments
Zusammenfassend ergab die nähere Untersuchung der Blasluft eine ausgeprägte
Schwankung gerade in dem Wertebereich, der beim Polyamidspinnen
üblicherweise verwendet wird: dem Bereich um 70 % relativer Feuchte. Es
wurden zu diesen eingestellten Feuchten wieder parallel LDA - Messungen
der Fadengeschwindigkeit durchgeführt, wobei wieder die bereits bekannten
Phänomene auftraten: die Geschwindigkeitssprünge erfolgten mit der Fre-
quenz der Störung. Allerdings waren die Einflüsse auf die Garngeschwindigkeiten
im 75 % relativer Feuchte-Bereich, wo die Amplitude der Störung nur
schwach ausgeprägt war, ebenfalls nur ansatzweise zu erkennen. Die Verläufe
der Fadengeschwindigkeiten werden im folgenden unter Einbeziehung
der Ergebnisse für PA 6.6 diskutiert. Der technische Grund für die Schwank-

85 5 Versuchsergebnisse
ungen wurde in einer unpassenden Regelparameterauslegung sowie einer
Unterdimensionierung der Klimaanlage ausgemacht. Hinzu kam ein zu
großes Regelventil. Durch Vorschalten eines Ventils und Änderung der
Regelung konnte bereits in Vorversuchen eine deutliche Verbesserung der
Blasluftwerte in Hinsicht auf Konstanz erzielt werden. Dies soll aber nicht
Thema dieser Arbeit sein.
5.2.2 Der Einfluß von Galettenschwankungen
Neben den im vorigen Kapitel intensiv untersuchten Schwankungen der Blasluft
und deren Auswirkungen trat sporadisch ein weiteres Phänomen auf, bei
dem ebenfalls eine Korrelation zu Fadeneigenschaften während des Spinnprozesses
nachgewiesen werden konnte. Es handelt sich um Schwankungen
der Drehzahl der Abzugsgalette 2. Dieses Galettenpaar verstreckt durch den
Geschwindigkeitsunterschied zu Galettenpaar 1 den Faden zu seiner endgültigen
Festigkeit bzw. endgültigen Durchmesser. Bei einigen wenigen Messungen
trat folgende Unregelmäßigkeit auf (Bild 5.27):
Galettendrehzahl [U/min]
Galettendrehzahl [U/min]
Meßzeit [s]
Frequenz [Hz]
Bild 5.27 oben: Analysierter Meßbereich der Galettendrehzahl über 7200 s Meßzeit
unten: Frequenzanalyse der Galettendrehzahl dieses Segments

5 Versuchsergebnisse 86
Deutlich erkennbar ist eine periodische Störung mit einer Frequenz von 2,25
Hz. Diese Störung schlägt auch auf die Fadeneigenschaften beim Spinnprozeß
durch, wie folgende Messung der Fadenspannung über einen Zeitraum
von 7200 s unmittelbar nach der Galette belegt (Bild 5.28):
Fadenspannung [N] Fadenspannung [cN]
Meßzeit [s]
Frequenz [Hz]
Bild 5.28 oben: Analysierter Meßbereich der Fadenspannung über 7200 s Meßzeit
unten: Frequenzanalyse der Galettendrehzahl dieses Segments
Der Korrelationsfaktor zwischen Ursache (der Galettendrehzahlschwankung)
und Wirkung (Schwankung der Fadenspannung) ist hier bei über 99 %. Allerdings
ist die Amplitude der verursachenden Störung gering, ebenso die dadurch
verursachte Amplitude der Fadenspannungsschwankung. Bei Untersuchungen
von Proben dieser Ausspinnungsphase im Labor konnten im
Rahmen der üblichen Meßgenauigkeit keine Abweichungen physikalischer
Garndaten festgestellt werden. Ebenso konnte die Ursache dieses Phänomens,
welches nur zweimal auftrat, nicht ermittelt werden.

87 5 Versuchsergebnisse
5.3 Untersuchungen an Polyamid 66
Um die Anfälligkeit des untersuchten PA 6 Materials gegen streifigkeitsinduzierende
Spinnbedingungen besser abschätzen zu können, wurde ein textiles
Polyamid 66 einer vergleichbaren Viskositätsklasse untersucht. Dabei wurden
die im vorherigen Abschnitt variierten Feuchte-Sollwerte von 55%, 65%
und 75% relativer Feuchte zugrunde gelegt. Wiederum wurden an den sechs
Sensoren-Positionen die Geschwindigkeitsverläufe mit LDA Meßtechnik aufgezeichnet.
Abschließend erfolgte im Labor die Ermittlung der Doppelbrechungsindizes
nach dem bereits beschriebenen Prozedere. Da die Geschwindigkeitsverläufe
sich an den untersuchten Meßstellen zwar in der Höhe des
absoluten Geschwindigkeitsniveaus, nicht jedoch im grundsätzlichen Verlauf
unterschieden, wird im folgenden jeweils stellvertretend nur ein Geschwindigkeitsverlauf
in Korrelation zur Feuchte dargestellt.
Im Bild 5.29 ist der ruhigere Verlauf der 75%-Feuchte Einstellung dargestellt,
im Bild 5.30 dazu der gemessene Geschwindigkeitsverlauf bei PA 66.
Relative Blasluftfeuchte [%]
Relative Blasluftfeuchte [%]
Meßzeit [s]
Frequenz [Hz]
Bild 5.29 oben: Analysierter Meßbereich der Blasluftfeuchte im Bereich 75%
unten: Frequenzanalyse der Blasluftfeuchte dieses Segments

5 Versuchsergebnisse 88
Garngeschwindigkeit [m/min]
Bild 5.30: Geschwindigkeitsverlauf von PA 66 während dieser Phase leichter Unruhe,
gemessen im Abstand von 120 cm von der Spinndüse
Zwei Dinge sind auffällig:
• die Schwankungen der Garngeschwindigkeit fallen trotz des hohen
absoluten Geschwindigkeitsniveaus von über 4000 m/min sehr
moderat aus und korrelieren damit in der Amplitude qualitativ mit
den moderaten Blaswind-Feuchteschwankungen.
• die Periodizität der Geschwindigkeitsschwankungen folgt der
Frequenz von 0,014 Hz bzw. der ca. 70 Sekunden Periodendauer.
In den Bildern 5.31 und 5.32 sind die Sachverhalte für den stark schwankenden
Abschnitt der Blasluftfeuchte (65% rel. Feuchte) dargestellt:
Relative Blasluftfeuchte [%]
Meßzeit [s]
Meßzeit [s]
Bild 5.31 oben: Analysierter Meßbereich der Blasluftfeuchte im Bereich 65%

89 5 Versuchsergebnisse
Relative Blasluftfeuchte [%]
Bild 5.31 unten: Frequenzanalyse des analysierten Meßbereich der Blasluftfeuchte im
Bereich 65%
Garngeschwindigkeit [m/min]
Frequenz [Hz]
Meßzeit [s]
Bild 5.32: Geschwindigkeitsverlauf von PA 66 während dieser Phase starker Unruhe,
gemessen im Abstand von 120 cm von der Spinndüse
Die Ausschläge der Geschwindigkeitsschwankungen nehmen zu, was in der
Größenordnung auch den heftigeren Schwankungen der Blasluftfeuchte
entspricht. Auch die Periodendauer der Geschwindigkeitsschwankungen folgt
mit ca. 90 Sekunden der Erregerstörung der Blasluftfeuchte von 0,011 Hz.

5 Versuchsergebnisse 90
Die Bilder 5.33 und 5.34 zeigen die Verhältnisse für den 55% r.F. Bereich.
Relative Blasluftfeuchte [%]
Relative Blasluftfeuchte [%]
Meßzeit [s]
Frequenz [Hz]
Bild 5.33 oben: Analysierter Meßbereich der Blasluftfeuchte im Bereich 55%
unten: Frequenzanalyse der Blasluftfeuchte dieses Segments
Garngeschwindigkeit [m/min]
Meßzeit [s]
Bild 5.34: Geschwindigkeitsverlauf von PA 66 während dieser Phase mittlerer Unruhe
gemessen im Abstand von 120 cm von der Spinndüse

91 5 Versuchsergebnisse
Die Schwankungen der Geschwindigkeitsverläufe sind in Bild 5.34 etwas
schwächer ausgeprägt als in Bild 5.32, folgen aber wiederum der Periode der
verursachenden Störung, der Blasluftfeuchte. Die folgenden Bilder 5.35 –
5.37 zeigen die Auswertung der Doppelbrechungsindizes aller drei Abschnitte
der Blasluftfeuchteschwankungen. Es wurden 20 Faserstücke aus der
entsprechenden Periode der Blasluftfeuchteschwankung vermessen.
Doppelbrechungsindex
0,0406
0,0404
0,0402
0,04
0,0398
0,0396
0,0394
0,0392
0,039
0,034
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Anzahl der Messungen
Bild 5.35: Doppelbrechungsindizes von PA 66 Garn des ersten Drittels der Blasluftfeuchte-
schwankung (75% Feuchte, leichte Unruhe)
Doppelbrechungsindex
0,044
0,043
0,042
0,041
0,04
0,039
0,038
0,037
0,036
0,035
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Anzahl der Messungen
Bild 5.36: Doppelbrechungsindizes von PA 66 Garn des zweiten Drittels der Blasluftfeuchte-
schwankung (65% Feuchte, starke Unruhe)

5 Versuchsergebnisse 92
Doppelbrechungsindex
0,041
0,0405
0,04
0,0395
0,039
0,0385
0,038
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Anzahl der Messungen
Bild 5.37: Doppelbrechungsindizes von PA 66 Garn des dritten Drittels der Blasluftfeuchte-
schwankung (55% Feuchte, mittlere Unruhe)
Wiederum tritt eine gute Korrelation zwischen Störgröße (Blasluftfeuchteschwankung)
und Auswirkung (unterschiedliche Doppelbrechungsindizes der
Garne) auf. Tendenziell reagiert das untersuchte PA 66 heftiger auf die
Störgröße, die Anfälligkeit für Streifigkeit nahm gegenüber PA 6 zu. Dies
drückte sich auch im optischen Eindruck der gefertigten Prüflinge aus.
5.4 Untersuchungen an asiatischem Polyamid 6
Um die Datenbasis zu verbreitern und die Aussagefähigkeit der Messungen
zu überprüfen, wurde ein Polyamid 6 asiatischer Herkunft (pigmentiert,
relative Viskosität 2.5) versponnen. Dazu wurden verschiedene Blaslufteinstellungen
verwendet und ruhige sowie stark schwankende Phasen gemessen.
Die Ergebnisse sind auf den folgenden Seiten dargestellt. Analog zu den
bisherigen Ergebnissen werden folgende Daten dargestellt:
• Blasluftfeuchte mit Analyse
• gemessene Garngeschwindigkeitskurven während dieser Phase
• ermittelte Doppelbrechungsindizes dieser Garnstücke

93 5 Versuchsergebnisse
5.4.1 Messungen einer ruhigen Phase der Blasluftfeuchte
Relative Blasluftfeuchte [%] Relative Blasluftfeuchte [%]
Meßzeit [s]
Frequenz [Hz]
Bild 5.38 oben: Analysierter Meßbereich einer ruhigen Phase der Blasluftfeuchte-
schwankung
unten: Frequenzanalyse der Blasluftfeuchte dieses Segments

5 Versuchsergebnisse 94
Garngeschwindigkeit [m/min]
3800
3750
3700
3650
0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960
Meßzeit [s]
Bild 5.39: Geschwindigkeitsverlauf von asiatischem PA 6 während dieser ruhigen Phase
gemessen im Abstand von 90 cm von der Spinndüse
Zum Vergleich dazu (Bild 5.40) das unter ähnlichen Bedingungen (Blasluftfeuchte
konstant und auf gleichem Niveau) aufgezeichnete Geschwindigkeitsprofil
eines PA 6 Polymers der BASF. Zur besseren optischen Vergleichbarkeit
wurde die Skalierung konstant gehalten, auch wenn das Geschwindigkeitsniveau
des BASF Polymers etwas höher lag.
Garngeschwindigkeit [m/min]
3.900
3.850
3.800
3.750
0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960
Meßzeit [s]
Bild 5.40: Geschwindigkeitsverlauf von PA 6 der BASF unter vergleichbaren Bedingungen

95 5 Versuchsergebnisse
Auf den folgenden Bildern 5.41 und 5.42 sind die Doppelbrechungsindizes der
während dieser ruhigen Phase hergestellten Garne abgebildet.
Doppelbrechungsindex
0,046
0,044
0,042
0,04
0,038
0,036
0,034
0,032
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Anzahl der Messungen
Bild 5.40: Doppelbrechungsindizes asiatisches PA6 (ruhige Phase der Blasluft)
Doppelbrechungsindex
0,03
0,046
0,044
0,042
0,04
0,038
0,036
0,034
0,032
0,03
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Anzahl der Messungen
Bild 5.41: Doppelbrechungsindizes für PA6 der BASF (ruhige Phase der Blasluft)

5 Versuchsergebnisse 96
5.4.2 Messungen einer turbulenten Phase der Blasluftfeuchte
Relative Blasluftfeuchte [%]
Relative Blasluftfeuchte [%]
Meßzeit [s]
Frequenz [Hz]
Bild 5.42 oben: Analysierter Meßbereich einer turbulenten Phase der Blasluftfeuchte-
schwankung
unten: Frequenzanalyse der Blasluftfeuchte dieses Segments

97 5 Versuchsergebnisse
Garngeschwindigkeit [m/min]
4000
3950
3900
3850
3800
3750
0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960
Meßzeit [s]
Bild 5.43: Gemessener Geschwindigkeitsverlauf des asiatischen PA 6 im Abstand von 90 cm
zur Spinndüse
Garngeschwindigkeit [m/min]
4.250
4.200
4.150
4.100
4.050
4.000
0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960
Meßzeit [s]
Bild 5.44: Gemessener Geschwindigkeitsverlauf des BASF PA 6 im Abstand von 90 cm
zur Spinndüse

Doppelbrechungsindex
Doppelbrechungsindex
5 Versuchsergebnisse 98
0,044
0,042
0,04
0,038
0,036
0,034
0,032
0,03
Bild 5.45: Doppelbrechungsindizes der Garne aus der stark schwankenden Phase
(asiatisches PA6)
0,046
0,044
0,042
0,04
0,038
0,036
0,034
0,032
0,03
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Anzahl der Messungen
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Anzahl der Messungen
Bild 5.46: Doppelbrechungsindizes der Garne aus der stark schwankenden Phase
(BASF PA6):

99 5 Versuchsergebnisse
5.4.3 Verifizierung der Daten mittels Offline-Röntgenstreung
Um neben den Doppelbrechungsindizes weitere Informationen über die
Struktur der unter verschiedenen Bedingungen versponnenen Garne zu
erhalten wurden Offline-Röntgenmessungen an Faserstücken durchgeführt.
Die Proben wurden längs (äquator) und quer (meridian) zur Streckrichtung
gemessen. Die Messungen in Äquatorrichtung zeigen einen deutlichen
γ−Peak. Die Diffraktogramme wurden auf den γ−Peak normiert.
Insgesamt wurden Proben aus 4 verschiedenen Betriebszuständen gemessen:
Proben A: BASF PA 6 ruhige Spinnphase
Proben B: Asiatisches PA 6 ruhige Spinnphase
Proben C: BASF PA 6 turbulente Spinnphase
Proben D: Asiatisches PA 6 turbulente Spinnphase
In die Tabelle 5.1 wurden die Mittelwerte der Doppelbrechungsergebnisse
eingefügt. Das anschließende Diagramm zeigt die Abhängigkeit der Größe
der kristallinen Domäne (ermittelt aus der Braggpeakbreite gemäß Bild 5.57)
von der Doppelbrechung. Man findet eine interessante Korrelation.
Auf Bild 5.48 ist ein Beispiel für SAXS-Daten - längs (äquator) und quer (meridian)
zur Streckrichtung gemessen - wiedergegeben. Aus der Position des
Langperiodenpeaks, der bei Messung in Faserachsenrichtung beobachtet
wird, lässt sich der mittlere Abstand L zweier benachbarter Kristallite (in
Faserrichtung) ermitteln, wie Bild 5.47 zeigt.
Die entsprechenden Werte sind in Tabelle 5.1 zusammengestellt.
macroscopic
fiber ( filament )
Bild 5.47: Faserstruktur
hierarchy of structures
bundle of
fibrils
Faserstruktur
fibril : stack of
crystalline
lamellae
L
polymer chains
in the crystal
Faser Fibrillen kristalline Lamellen Polymerkette
(Filament) im Kristall
5 μ m 50 nm 5 nm 0.5 nm

5 Versuchsergebnisse 100
Strahlungsintensität [a.u.]
0 ,1
0,01
1 E-3
L an gperiode
D 4 äquator
D 4 meridian
1 E-4
0,1 1
Streuwinkel 2
10
Θ [°]
1 00
Bild 5.48: Ermittlung des mittleren Kristallabstandes „L“ aus gemessenen Intensitäts-
verläufen anhand der Langperiode
Strahlungsintensität [counts per second]
Bild 5.49: Messungen Proben A1 – A 5, Äquatorial
Strahlungsintensität [counts per second]
Streuwinkel 2 Θ [°]
Streuwinkel 2 Θ [°]
Bild 5.50: Messungen Proben A1 – A 5, Meridian

101 5 Versuchsergebnisse
Strahlungsintensität [counts per second]
Bild 5.51: Messungen Proben B1 – B 5, Äquatorial
Strahlungsintensität [counts per second] Strahlungsintensität [counts per second]
Streuwinkel 2 Θ [°]
Streuwinkel 2 Θ [°]
Bild 5.52: Messungen Proben B1 – B 5, Meridian
Streuwinkel 2 Θ [°]
Bild 5.53: Messungen Proben C1 – C 5, Äquatorial

5 Versuchsergebnisse 102
Strahlungsintensität [counts per second] Strahlungsintensität [counts per second]
Streuwinkel 2 Θ [°]
Bild 5.54: Messungen Proben C1 – C 5, Meridian
Bild 5.55: Messungen Proben D1 – D 5, Äquatorial
Strahlungsintensität [counts per second]
Streuwinkel 2 Θ [°]
Streuwinkel 2 Θ [°]
Bild 5.56: Messungen Proben D1 – D 5, Meridian

103 5 Versuchsergebnisse
Aus den gemessenen 2-Θ Verläufen der Intensitätsverteilung konnten gemäß
Bild 5.57 die Halbwertsbreite ermittelt werden, die wiederum ein Maß für den
mittleren Abstand L (in Tabelle 5.1 „Λ1“ genannt) zweier benachbarter Kristallite
in Faserrichtung ist. Auf die Methode der Röntgenstreuung zur Bestimmung
von Werkstoffeigenschaften wurde bereits in Kapitel 4.11 eingegangen.
Strahlungsintensität [counts per second] Λ [nm]
Streuwinkel 2 Θ [°]
Bild 5.57: Bestimmung der Halbwertsbreite aus einem gemessenen Intensitätsverlauf
Eine Korrelation der Kristallabstände Λ zu den Doppelbrechungsindizes für
alle 4 Faserproben (A-D) wird im folgenden Bild 5.58 dargestellt.
6
5
4
3
2
1
0
C1 - 5 D1 - 5
B1 - 5
0,037 0,038 0,039 0,04 0,041 0,042 0,043 0,044 0,045
Doppelbrechungsindex
Bild 5.58: Korrelation der Kristallabstände zur Doppelbrechung
Regressions - Gerade
A1 - 5

5 Versuchsergebnisse 104
Die Proben A1-A5 (BASF PA 6 - ruhige Spinnphase) haben die höchste
Kristallinität sowie die engste Lambda Verteilung gegenüber den Proben B1-
B5 (PA 6 aus Asien - ruhige Spinnphase), was man als Zeichen homogenerer
Faserqualität interpretieren kann. Dieser Vorteil geht allerdings bei unruhigen
Spinnphasen verloren, wie man bei der Beispielen C1-C5 (BASF PA 6 – turbulente
Spinnphase) verglichen mit den Beispielen D1-D5 (PA 6 aus Asien –
turbulente Spinnphase) erkennen kann. Damit bestätigt die Röntgenstreung
die Erkenntnisse der Doppelbrechungsbestimmung.
In Tabelle 5.1 sind alle relevanten Parameter zusammengefasst, insbesondere
die aus der Halbwertsbreite abgeleitete Größe Λ1. Zusätzlich wurden noch
die gemessenen Doppelbrechungsindizes als Vergleichsgröße herangezogen.
2Θ H W B Λ 1 d D op p elb rech un g
[°] [°] [nm ] [nm ]
A1 äquatorial 21,125 4,58 1,96 0,420 0,0432
A1 m eridian 21,240 4,180 2,15 0,417
A2 äquatorial 21,120 3,490 2,57 0,420 0,0439
A2 m eridian 21,650 2,700 3,33 0,410
A3 äquatorial 21,270 4,080 2,20 0,417 0,0429
A3 m eridian 21,430 3,200 2,81 0,414
A4 äquatorial 21,290 3,960 2,27 0,417 0,0441
A4 m eridian 21,490 3,900 2,30 0,413
A5 äquatorial 21,220 3,630 2,47 0,418 0,0435
A5 m eridian 21,390 3,880 2,32 0,415
B1 äquatorial 21,300 1,910 4,70 0,416 0,0398
B1 m eridian 21,390 2,880 3,12 0,415
B2 äquatorial 21,490 3,110 2,89 0,413 0,0400
B2 m eridian 21,590 4,220 2,13 0,411
B3 äquatorial 21,320 2,230 4,03 0,416 0,0399
B3 m eridian 21,470 2,710 3,31 0,413
B4 äquatorial 21,320 2,600 3,45 0,416 0,0396
B4 m eridian 21,390 2,550 3,52 0,415
B5 äquatorial 21,260 2,270 3,96 0,418 0,0391
B5 m eridian 21,430 3,060 2,94 0,414
C 1 äquatorial 21,260 1,570 5,72 0,417 0,0374
C 1 m eridian 21,470 2,200 4,08 0,413
C 2 äquatorial 21,450 2,660 3,38 0,414 0,0375
C 2 m eridian 21,560 2,640 3,40 0,412
C 3 äquatorial 21,310 1,840 4,88 0,416 0,0371
C 3 m eridian 21,620 2,720 3,30 0,410
C 4 äquatorial 21,240 2,610 3,44 0,417 0,0380
C 4 m eridian 21,450 3,210 2,80 0,413
C 5 äquatorial 21,280 2,110 4,26 0,417 0,0380
C 5 m eridian 21,340 3,430 2,62 0,416
D 1 äquatorial 21,350 2,600 3,45 0,415 0,0404
D 1 m eridian 21,440 2,580 3,48 0,414
D 2 äquatorial 21,360 2,360 3,81 0,416 0,0402
D 2 m eridian 21,640 2,960 3,04 0,410
D 3 äquatorial 21,250 2,390 3,76 0,417 0,0410
D 3 m eridian 23,460 2,710 3,33 0,378
D 4 äquatorial 21,150 2,320 3,87 0,420 0,0408
D 4 m eridian 22,330 2,750 3,27 0,398
D 5 äquatorial 21,260 2,010 4,47 0,418 0,0406
D 5 m eridian 21,450 3,500 2,57 0,414
Tabelle 5.1: Gemessene Kenngrößen der Faserproben mittels WAXS und SAXS

105 5 Versuchsergebnisse
5.4.4 Zusammenfassung der Vergleichsmessungen
Eindeutige Unterschiede zwischen beiden Materialien zeigten sich vor allem
in der Phase konstanter Blasluftbedingungen. Der Geschwindigkeitsverlauf
des BASF PA 6 war deutlich gleichmäßiger als der Geschwindigkeitsverlauf
des Referenzproduktes, solange die Blasluft eine konstante Feuchte zeigte.
Entsprechend fallen auch die Doppelbrechungsindizes für das BASF PA 6
deutlich gleichmäßiger aus als die des Vergleichsproduktes aus Asien. Die
Anfälligkeit gegen Streifigkeit ist in diesem Betriebszustand der Spinnanlage
bei BASF PA 6 also geringer. Dieser Vorteil geht bei einem zunehmenden
Schwanken der Blasluftfeuchte verloren. Der Geschwindigkeitsverlauf des
BASF PA 6 in dieser Phase ist unregelmäßiger als der des Vergleichsmaterials
aus Asien. In den Doppelbrechungsindizes ist dieser Unterschied dann
allerdings nicht mehr erkennbar. Beide Polymere zeigen eine ähnliche
Neigung zur Streifigkeitsbildung.

6 Bewertung der Versuchsergebnisse 106
6 Bewertung der Versuchsergebnisse
6.1 Einführung grafischer Prognosediagramme
Eine wichtige Themenstellung der vorliegenden Arbeit ist eine Abschätzbarkeit
der Streifigkeitsneigung anhand gemessener Datenverläufe. Im Rahmen
der Messungen wurden verschieden stark ausgeprägte Unregelmäßigkeiten
analysiert und auf ihre Auswirkungen am fertigen Produkt hin untersucht.
Durch diese Daten ist es möglich, eine Vorhersage bezüglich der Streifigkeitsneigung
des versponnenen Produktes zu machen. Diese Methode hat den
Vorteil, daß bereits im Spinnprozeß selbst eine Vorhersage möglich ist, lange
bevor in der Praxis Schwierigkeiten auftreten.
Die folgenden dargestellten Zusammenhänge beziehen sich nur auf BASF
PA 6 der Viskositätsklasse 2.4. Prinzipiell sind natürlich auch Aussagen für
andere Produkte (höhere Viskositätsklassen, PA 66, Fremdpolymere) möglich,
wenn genügend ausgewertetes Datenmaterial vorliegt.
Bei hinreichender Anzahl von Messungen der Störgröße (mit anschließender
Fourier Transformation) können Bereiche mit geringer und Bereiche mit hoher
Streifigkeitswahrscheinlichkeit definiert werden. Diese Bereiche kann man
auch farblich grafisch darstellen, z.B. grüne, gelbe und rote Bereiche. Hat
man die Bereiche definiert, so genügt es, ein gemessenes und Fourier-transformiertes
Meßsignal in die Grafik zu projizieren, um eine schnelle Abschätzung
der Streifigkeitsneigung durchzuführen.
Im folgenden sind verschiedene zeitliche Verläufe der Blasluftfeuchteschwankungen,
deren Fourier-transformierte Spektren, die dazu per LDA gemessenen
Geschwindigkeitsverläufe sowie die physikalischen Werte (Doppelbrechungsindizes)
der während dieser Phase hergestellten Garne wiedergegeben
(Bilder 6.1 ff.) Damit kann man Bereiche der Streifigkeitswahrscheinlichkeit für
das untersuchte Polymer festlegen.

107 6 Bewertung der Versuchsergebnisse
6.1.1 Ruhiger Verlauf der Blasluftfeuchte ohne Auswirkungen
Relative Blasluftfeuchte [%]
Meßzeit [s]
Frequenz [Hz]
3.800
0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960
Bild 6.1: Fourieranalyse der Blasluft einer Bild 6.2: dazu gemessene Fadenge-
ruhigen Phase schwindigkeit
Doppelbrechungsindex
0,046
0,044
0,042
0,040
0,038
0,036
0,034
0,032
0,030
Bild 6.3: Doppelbrechungsindizes der Garne produziert während der o.g. Bedingungen
Garngeschwindigkeit [m/min]
4.200
4.150
4.100
4.050
4.000
3.950
3.900
3.850
Meßzeit [s]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Anzahl der Messungen

6 Bewertung der Versuchsergebnisse 108
6.1.2 Unruhiger werdender Verlauf der Blasluftfeuchte ohne Auswirkungen
Relative Blasluftfeuchte [%]
0,046
0,044
0,042
0,040
0,038
0,036
0,034
0,032
0,030
Meßzeit [s]
Frequenz [Hz]
Bild 6.4: Fourieranalyse der Blasluft während Bild 6.5: dazu gemessene Fadenge-
des unruhiger werdenden Verlaufs schwindigkeit
Doppelbrechungsindex
3.800
0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Bild 6.6: Doppelbrechungsindizes der Garne produziert während der o.g. Bedingungen
Garngeschwindigkeit [m/min]
4.200
4.150
4.100
4.050
4.000
3.950
3.900
3.850
Anzahl der Messungen
Meßzeit [s]

109 6 Bewertung der Versuchsergebnisse
6.1.3 Unruhiger werdender Verlauf der Blasluftfeuchte mit leichten Auswirkungen
Relative Blasluftfeuchte [%]
0,046
0,044
0,042
0,040
0,038
0,036
0,034
0,032
0,030
Meßzeit [s]
Frequenz [Hz]
Meßzeit [s]
Bild 6.7: Fourieranalyse der Blasluft während des Bild 6.8: dazu gemessene Fadenge-
unruhiger werdenden Verlaufs mit leichten schwindigkeit
Auswirkungen
Doppelbrechungsindex
3.800
0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Bild 6.9: Doppelbrechungsindizes der Garne produziert während der o.g. Bedingungen
Garngeschwindigkeit [m/min]
4.200
4.150
4.100
4.050
4.000
3.950
3.900
3.850
Anzahl der Messungen

6 Bewertung der Versuchsergebnisse 110
6.1.4 Unruhiger Verlauf der Blasluftfeuchte mit Auswirkungen
Relative Blasluftfeuchte [%]
Meßzeit [s]
Frequenz [Hz]
3.800
0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960
Meßzeit [s]
Bild 6.10: Fourieranalyse der Blasluftfeuchte Bild 6.11: dazu gemessene Fadenge-
während des unruhigen Verlaufs mit schwindigkeit
Auswirkungen
Doppelbrechungsindex
0,046
0,044
0,042
0,040
0,038
0,036
0,034
0,032
0,030
Bild 6.12: Doppelbrechungsindizes der Garne produziert während der o.g. Bedingungen
Garngeschwindigkeit [m/min]
4.200
4.150
4.100
4.050
4.000
3.950
3.900
3.850
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Anzahl der Messungen

111 6 Bewertung der Versuchsergebnisse
6.1.5 Stark unruhiger Verlauf der Blasluftfeuchte mit Auswirkungen
Relative Blasluftfeuchte [%]
Meßzeit [s]
Frequenz [Hz]
3.800
0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960
Meßzeit [s]
Bild 6.13: Fourieranalyse der Blasluftfeuchte Bild 6.14: dazu gemessene Fadenge-
während des stark unruhigen Verlaufs schwindigkeit
mit Auswirkungen
Doppelbrechungsindex
0,046
0,044
0,042
0,040
0,038
0,036
0,034
0,032
0,030
Bild 6.15: Doppelbrechungsindizes der Garne produziert während der o.g. Bedingungen
Garngeschwindigkeit [m/min]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
4.200
4.150
4.100
4.050
4.000
3.950
3.900
3.850
Anzahl der Messungen

6 Bewertung der Versuchsergebnisse 112
6.1.6 Sonderfall: Verschobenes Frequenzspektrum hin zu Störungen mit
längerer Wellenlänge
Im Verlauf einer Meßreihe trat eine besonders langwellige Störung auf, die
um den Faktor 10 verschoben war (Peaklage bei 0,001 Hertz statt der üblichen
0,01 Hertz. Die Auswirkungen auf die Streifigkeitsneigung (s. Doppelbrechungsindizes
Bild 6.18) waren deutlich weniger ausgeprägt als bei
Störungen ähnlicher Peak-Höhe, aber höherfrequenter Peak-Lage (s. Kapitel
5.2.2.3).
Relative Blasluftfeuchte [%]
Relative Blasluftfeuchte [%]
Meßzeit [s]
Frequenz [Hz]
Bild 6.16: oben: Sonderfall:Langwellige Störung der Blasluftfeuchte
unten: Frequenzanalyse der Störung

113 6 Bewertung der Versuchsergebnisse
Garngeschwindigkeit [m/min]
4.200,00
4.150,00
4.100,00
4.050,00
4.000,00
3.950,00
3.900,00
3.850,00
3.800,00
0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 960
Meßzeit [s]
Bild 6.17: Der Geschwindigkeitsverlauf des Fadens im Blasschacht während des Sonderfalls
langwellige Störung der Blasluftfeuchte
Doppelbrechungsindex
0,046
0,044
0,042
0,040
0,038
0,036
0,034
0,032
0,030
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Anzahl der Messungen
Bild 6.18: Die Doppelbrechungsindizes des während der langwelligen Störung der
Blasluftfeuchte produzierten Garnes

6 Bewertung der Versuchsergebnisse 114
6.1.7 Modell eines Prognosediagramms
In den vorangegangenen Kapiteln 6.1.1 bis 6.1.6. wurden verschiedene Erregerstörungen
der Blasluftfeuchte analysiert sowie deren Auswirkungen auf
die Garneigenschaften untersucht. Dabei zeigten sich die Einflüsse von
Amplitude und Frequenzlage der Störung und deren Folgen. Diese Einflüsse
kann man bei genügend vorliegendem Datenmaterial auch quantitativ abschätzen
und auch grafisch darzustellen.
Die entscheidende Einflußgröße ist das Fourier-transformierte Störgrößensignal,
die Blasluftfeuchte. Je nach Lage und Amplitude des Signals gibt es
Bereiche niedriger, mittlerer und hoher Streifigkeitsneigung des unter diesen
Bedingungen ersponnenen Garns. Diese Bereiche kann man farblich gemäß
der folgenden Einteilung darstellen (vgl. Bild 6.19):
Relative Blasluftfeuchte [%]
Grün: keine erhöhte Anfälligkeit für Streifigkeit
Gelb: erhöhte Streifigkeitsneigung und unruhigere optische
Eigenschaften
Rot: hohe Wahrscheinlichkeit für das Auftreten
faserinduzierter Streifigkeit
Frequenz [Hz]
Bild 6.19: Beispiel eines Prognosediagrammes mit hinterlegter Störgröße der Fourier-
transformierten Blasluftfeuchte
6.2 Das Prognosediagramm für BASF PA 6
Um die im vorigen Kapitel vorgestellte Methodik unter verschiedenen Betriebszuständen
der Anlage zu überprüfen, wurden die Schwankungen der
Blasluftfeuchte durch Manipulationen an der Klimaanlage variiert und der
Einfluß auf die Streifigkeitsneigung untersucht. Parallel dazu wurden wieder
LDA Messungen der Garngeschwindigkeit , Bestimmung der Doppelbrech-

115 6 Bewertung der Versuchsergebnisse
ungsindizes der gefertigten Garne und SLIM-Auswertungen durchgeführt.
Auch Testmuster (Strickstücke) wurden angefertigt. Im folgenden werden der
Einfachheit halber jedoch lediglich die Zustandsdiagramme mit dem Fouriertransformierten
Störsignal der Blasluftfeuchte dargestellt.
6.2.1 Keine Streifigkeit
Relative Blasluftfeuchte [%]
Bild 6.20: Gemessenes Frequenzspektrum der Blasluftfeuchte ohne Streifigkeitsneigung für
BASF PA 6
6.2.2 Keine Streifigkeit, Tendenz zu erhöhter optischer Unruhe im Gewebe
Relative Blasluftfeuchte [%]
Frequenz [Hz]
Frequenz [Hz]
Bild 6.21: Gemessenes Frequenzspektrum der Blasluftfeuchte mit Tendenz zu erhöhter
optischer Unruhe im Gewebe für BASF PA 6

6 Bewertung der Versuchsergebnisse 116
6.2.3 Streifigkeit ansatzweise erkennbar
Relative Blasluftfeuchte [%]
Bild 6.22: Gemessenes Frequenzspektrum der Blasluftfeuchte mit ansatzweise erkennbarer
Tendenz zu Streifigkeit für BASF PA 6
6.2.4 Deutliche Streifigkeit
Relative Blasluftfeuchte [%]
Frequenz [Hz]
Frequenz [Hz]
Bild 6.23: Gemessenes Frequenzspektrum der Blasluftfeuchte mit Tendenz zu deutlicher
Streifigkeit für BASF PA 6

117 6 Bewertung der Versuchsergebnisse
6.3 Das Prognosediagramm für asiatisches PA 6 (Vergleichsprodukt A)
Im folgenden wurde ein asiatisches PA 6 zum Vergleich vermessen. Die Vorgehensweise
war dabei mit der in Kapitel 6.2 beschriebenen Durchführung
identisch.
6.3.1 Keine Streifigkeit
Relative Blasluftfeuchte [%]
Bild 6.24: Gemessenes Frequenzspektrum der Blasluftfeuchte mit keiner Tendenz zu
Streifigkeit für Vergleichsprodukt A
Relative Blasluftfeuchte [%]
Frequenz [Hz]
Frequenz [Hz]
Bild 6.25: Gemessenes Frequenzspektrum der Blasluftfeuchte mit keiner Tendenz zu
Streifigkeit für Vergleichsprodukt A

Relative Blasluftfeuchte [%]
6 Bewertung der Versuchsergebnisse 118
Relative Blasluftfeuchte [%]
6.3.2 Schwache Streifigkeit mit optischer Unruhe
Frequenz [Hz]
Bild 6.26: Gemessenes Frequenzspektrum der Blasluftfeuchte mit schwacher Tendenz zu
Streifigkeit für Vergleichsprodukt A
Frequenz [Hz]
Bild 6.27: Gemessenes Frequenzspektrum der Blasluftfeuchte mit schwacher Tendenz zu
Streifigkeit für Vergleichsprodukt A

119 6 Bewertung der Versuchsergebnisse
6.3.3 Ausgeprägte Streifigkeit
Relative Blasluftfeuchte [%]
Bild 6.28: Gemessenes Frequenzspektrum der Blasluftfeuchte mit ausgeprägter Tendenz zu
Streifigkeit für Vergleichsprodukt A
Relative Blasluftfeuchte [%]
Frequenz [Hz]
Frequenz [Hz]
Bild 6.29: Gemessenes Frequenzspektrum der Blasluftfeuchte mit ausgeprägter Tendenz zu
Streifigkeit für Vergleichsprodukt A
Das Streifigkeitsverhalten von Vergleichsprodukt A zeichnet sich durch
folgende Unterschiede zum BASF PA6 aus:
• verringerte Streifigkeitsneigung im niederfrequenten Teil
• erhöhte Streifigkeitsneigung im höherfrequenten Teil
• schmalerer Übergangsbereich der Gewebeunruhe (gelb)
• generell erhöhte Streifigkeitsneigung
• Übergangsbereich mit größeren Streuungen zwischen Unruhe und
ausgeprägter Streifigkeit

6 Bewertung der Versuchsergebnisse 120
6.4 Das Prognosediagramm für asiatisches PA 6 (Vergleichsprodukt B)
Zur Komplettierung der Untersuchung wurde zusätzlich ein weiteres
asiatisches PA 6 vermessen. Die Vorgehensweise war dabei ebenfalls mit der
in Kapitel 6.2 beschriebenen Durchführung identisch.
6.4.1 Keine Streifigkeit
Relative Blasluftfeuchte [%]
Frequenz [Hz]
Bild 6.30: Gemessenes Frequenzspektrum der Blasluftfeuchte mit keiner Tendenz zu
Streifigkeit für Vergleichsprodukt B
Relative Blasluftfeuchte [%]
Frequenz [Hz]
Bild 6.31: Gemessenes Frequenzspektrum der Blasluftfeuchte mit keiner Tendenz zu
Streifigkeit für Vergleichsprodukt B

121 6 Bewertung der Versuchsergebnisse
6.4.2 Erhöhte optische Unruhe, teilweise streifig (I)
Relative Blasluftfeuchte [%]
Frequenz [Hz]
Bild 6.32: Gemessenes Frequenzspektrum der Blasluftfeuchte mit erhöhter optischer Unruhe
für Vergleichsprodukt B
6.4.3 Erhöhte optische Unruhe, teilweise streifig (II)
Relative Blasluftfeuchte [%]
Frequenz [Hz]
Bild 6.33: Gemessenes Frequenzspektrum der Blasluftfeuchte mit erhöhter optischer Unruhe
für Vergleichsprodukt B

6 Bewertung der Versuchsergebnisse 122
6.4.4 Stark ausgeprägte Streifigkeit
Relative Blasluftfeuchte [%]
Frequenz [Hz]
Bild 6.34: Gemessenes Frequenzspektrum der Blasluftfeuchte mit stark ausgeprägter
Streifigkeit für Vergleichsprodukt B
Das Streifigkeitsverhalten von Vergleichsprodukt B zeichnet sich durch
folgende Unterschiede zum BASF PA 6 aus:
• erhöhte Streifigkeitsneigung in allen Frequenzbereichen
• größerer Übergangsbereich der Gewebeunruhe (gelb)
• Streifigkeit bei vorhandenen Störgrößen stärker ausgeprägt
Generell gilt für alle vorgestellten Diagramme:
Das Prognosediagramm erlaubt eine schnelle praxisnahe Abschätzung der
Streifigkeitsneigung des produzierten Garnes unter den folgenden Prämissen:
• das Diagramm gilt nur für ein bestimmtes Polymer
• das Diagramm gilt nur für die untersuchte Störungsart (und ist damit
spinnlinienabhängig)
An der grundsätzlichen Vorgehensweise dieses Ansatzes (Vermessung einer
Spinnlinie mittels SLIM Online-Methode – Herausarbeiten von Prozeßauffälligkeiten
– Korrelation zu Garneigenschaften) ändern diese Einschränkungen
jedoch nichts. Der Ansatz ist universell durchführbar.
Nach den Erfahrungen der bisherigen Messungen ist im sehr niederfrequenten
Spektrum jenseits der 0,01 Hertz Marke die Streifigkeitsneigung reduziert.
Aus diesem Grunde zeigt der grüne Bereich eine ansteigende Tendenz zu
niedrigeren Frequenzen. Die Streifigkeitsneigung bei deutlich höheren Frequenzen
als den in den Messungen häufig vorkommenden 0,01 Hertz kann
nur vermutet werden. Es ist aber wahrscheinlich, daß höherfrequente Störungen
die Streifigkeitsanfälligkeit verstärken würden.

123 7 Zusammenfassung
7 Zusammenfassung
In dieser Arbeit wurde ein Hochgeschwindigkeits-Spinnprozeß zur Herstellung
von Polyamidgarnen online vermessen. Das Hauptaugenmerk lag dabei auf
einer Untersuchung von Zusammenhängen zwischen auftretenden Abweichungen
vom normalen Betriebszustand der Spinnanlage und daraus resultierender
Streifigkeit bei den produzierten Garnen.
Eine Pilotspinnanlage der BASF SE wurde dazu mit einem Meß- und Auswertemodul
bestückt, welches in Zusammenarbeit mit dem Center for Experimental
Mechanics, Ljubljana, entwickelt wurde.
Es wurden typische Betriebszustände der Spinnanlage über verschiedene
Zeiträume vermessen, um eventuell vorhandene Auffälligkeiten zu identifizieren.
Als wichtige Einflußgröße stellte sich die Feuchte der Blasluft heraus,
die teilweise periodische Schwankungen aufwies. Diese Schwankungen
konnten mit Hilfe des installierten Meß- und Auswertemoduls analysiert
werden. Mittels Fourier Analyse wurden Amplituden und Frequenz der
Störungen anhand gemessener zeitlicher Signalverläufe ermittelt. Verursacher
der Schwankungen der Blasluftfeuchte war eine unpassende Regelparameterauslegung
sowie die Unterdimensionierung der Klimaanlage
Anschließende Messungen der Garngeschwindigkeit mit LDA Methoden
zeigten Geschwindigkeitssprünge des Garns während der Phasen der Blasluftfeuchteschwankungen.
Diese Geschwindigkeitssprünge korrelierten in der
Intensität sowie der Periode mit den Blasluftfeuchteschwankungen. In Phasen
konstanter Blasluftfeuchte traten sie nicht auf. Dieser Zuammenhang
zwischen Erregerstörung (Blasluftfeuchteschwankungen) und Auswirkung
(periodische Sprünge der Garngeschwindigkeit) wurde in weiteren Messungen
bestätigt.
Die Geschwindigkeitsschwankungen der ersponnenen Garne wirkten sich auf
deren physikalische Eigenschaften aus. Dies zeigte sich in unterschiedlicher
Orientierung der Fasern und wurde durch Doppelbrechungsbestimmung an
Faserstücken gemessen. Die Meßmethode der Doppelbrechung zur Bestim-
mung der Orientierung von Fasern wurde durch Röntgenmessungen an den
gleichen Garnstücken bestätigt. Die Aussagen über die Orientierung der vermessenen
Muster decken sich bei beiden Methoden.
Die Doppelbrechungsindizes von Garnen, welche in Spinnphasen stark
schwankender Blasluftfeuchte gesponnen wurden, zeigten starke Schwankungen.
Garne ruhiger Produktionsphasen hingegen hatten kaum Abweichungen
der Orientierung und wiesen homogene Doppelbrechungsindizes auf.
Dieser Zuammenhang zwischen Schwankungen der Garngeschwindigkeit
und daraus resultierenden Schwankungen des Grads der Orientierung der
Garne wurde ebenfalls in weiteren Messungen bestätigt.
Zum Einfluß der Garnorientierung auf die Anfärbetiefe wurden Untersuchungen
durchgeführt. Es zeigten sich eindeutige und reproduzierbare Zusammenhänge
zwischen Farbtiefe und Grad der Orientierung, wobei höher

7 Zusammenfassung____________ _____ _____ 124
orientierte Fasern tendenziell blasser anfärben. Die Heranziehung der Doppelbrechungsindizes
zur Beurteilung der Farbtiefe (und damit der Streifigkeitsneigung)
ersponnener Garne ist damit bei sonst gleichen Garneigenschaften
ein geeignetes Kriterium.
Die grundlegende Beweiskette war damit geschlossen:
• Identifizierung spinnprozeßbedingter Abweichungen vom normalen
Betriebszustand.
• Korrelation zu daraus resultierenden Abweichungen der Garngeschwindigkeiten
im Spinnprozeß.
• Zuordnung von strukturellen Garneigenschaften (Grad der Orientierung)
zu den Schwankungen im Spinnprozeß und daraus resultierender
Streifigkeitsanfälligkeit.
In weiteren Messungen wurde die Datenbasis verbreitert und als schnelles
und praxisnahes Instrument zur Abschätzung spinninduzierter Streifigkeit das
grafische Prognosefenster eingeführt. Dieses Prognosefenster erlaubt eine
Aussage zur Streifigkeitsneigung bei Betrachtung gemessener und Fourier-
transformierter Störsignale.
Zur weiteren Komplettierung der Arbeit wurden neben dem Standard Polyamid
6 der BASF SE auch Polyamid 66 der BASF SE sowie zwei verschiedene
Polyamid 6 Typen aus asiatischen Quellen als Vergleichsmuster untersucht.
Alle untersuchten Polymere zeigten dabei eine unterschiedlich ausgeprägte
Anfälligkeit für das Auftreten von Streifigkeit
Die hier vorgestellten Untersuchungsergebnisse sind somit von der Art der
Störgröße (hier: Blasluftfeuchteschwankungen) und dem verwendeten Polymertyp
(hier: überwiegend PA 6 der BASF SE) abhängig. Das verwendete
Meß-und Auswertemodul „SLIM“ sowie die vorgestellte grundsätzliche
Methodik sind jedoch universell auf alle Spinnanlagen anwendbar und eignen
sich für generelle Untersuchungen von spinninduzierter Streifigkeit, unabhängig
von Art oder Ausprägung eventuell vorhandener Störgrößen.

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9 Liste der Formelzeichen und Abkürzungen 134
9 Liste der Formelzeichen und Abkürzungen
R Remission (Summe von Absorption und Reflexion
bzw.Transmission)
S Lichtstreuung
K Lichtabsorption
MR Modification Ratio (Verhältnis zwischen äußerem und inneren
Radius eines trilobalen Faserquerschnitts)
Öler Element einer Spinnlinie zur Präparation und Befeuchtung des
gesponnenen Fadens
v0: Austrittsgeschwindigkeit der Polymerschmelze aus der
Düsenbohrung [m/s]
SLIM Spinning Line Monitoring – Auswertesoftware des Spinnprozesse
den Denier – Maß für das längenbezogene Fadengewicht [g/9000 m]
dtex Dezi-Tex – dezimales Maß für das längenbezogene Fadengewicht
[g/10000 m]
RV relative Schmelzviskosität
η Schmelzviskosität [dPas]
FFT Fast Fourier Transformation
CEM Center of Experimental Mechanics, Ljubljana
rms Route Mean Sqare – Wurzel der gemittelten Quadrate
var Varianz
σx
Standardabweichung [Einheit wie ursprünglicher Meßwert]
r Korrelationskoeffizient
cov Kovarianz
n ganze Zahl
r.H. relative Humidity – relative Luftfeuchte [%]
F(jω) Fourier Transformierte
T Dämpfungszeitkonstante [s]
f(t) Signalfunktion (zeitabhängig)

fa
Ta
ωk
Abtastfrequenz [Hz]
Abtastintervall [ms]
diskrete Frequenz [Hz]
DFT Diskrete Fourier Transformation
135 9 Liste der Formelzeichen und Abkürzungen
TiO2
Titandioxid – Mattierungsmittel für Polyamid Garne
n Doppelbrechungsindex
T Gangunterschied [nm]
D Fadendurchmesser [nm]
Titer Fadenstärke – in „dtex“ oder „den“ abgegeben
λ Wellenlänge der Röntgenstrahlung [nm]
d Abstand zwischen parallelen Gitterebenen [nm]
θ Winkel zwischen Röntgenstrahl und Gitterebene, Braggwinkel [°]
L Kristallitgröße parallel zur Kettenrichtung [nm]
ΛF
Kristallitgröße senkrecht zur Kettenrichtung [nm]
WAXS Wide Angle X-Ray Scattering – Röntgenweitwinkelbeugung
SAXS Small Angle X-Ray Scattering – Röntgenkleinwinkelbeugung
γ Polyamid Kristallmodifikation
FDY Fully Drawn Yarn – vollverstrecktes Garn
HOY Highly Oriented Yarn – hochverstrecktes Garn
POY Partially Oriented Yarn – teilverstrecktes Garn
LDA Laser Doppler Anemometrie – berührungslose Meßmethode zur
Bestimmung von Geschwindigkeiten