Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung einer kostengünstigen flexiblen Technologie zur Herstellung von Metall-Spinnfasergarnen auf Basis von gehobelten Metall-Spinnfasern

Die Verwendung von Metallfasern für Verbundbauteile bietet eine enorme Vielzahl an Möglichkeiten zur gezielten Einstellung von Halbzeug- und Bauteileigenschaften, z. B. hohe Festigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit, hohe Wärmeleitfähigkeit, hohe elektrische Leitfähigkeit und gute Verformbarkeit. Aktuell sind bereits hochwertige Metallfilamentgarne herstellbar. Mit ihren hervorragenden Materialeigenschaften wären diese Garne für eine Vielzahl von Produkten verwendbar, führen aber aufgrund ihrer sehr hohen Kosten nur ein Nischendasein. Das Ziel dieses Projektes ist daher die Entwicklung einer flexiblen und kostengünstigen Prozesskette zur Herstellung von neuen anforderungsgerechten Metall-Spinnfasergarnen aus gehobelten Metall-Spinnfasern in reproduzierbarer Qualität, von der Faservorbereitung bis zur fertigen metallischen Garnstruktur (Konvertierung, Strecke, Flyer, Spinnen und Spulen). Dafür sollen die besonderen Einflussparameter, wie Faserlängenverteilung, Querschnittsgeometrie, Oberflächentopologie, Faser-Faser-Reibung und deren Auswirkungen auf den Spinnprozess und die Garneigenschaften tiefgreifend untersucht werden. Die damit verbundenen Herausforderungen sollen durch eine gezielte Entwicklung einer Konvertierungseinheit zur Homogenisierung der Faserlängen, Modifikation der Streckwerke an der Strecke, am Flyer und der Ringspinnmaschine im Hinblick auf die gleichmäßige Faserführung und eine sichere verschleißfeste Klemmung zur Fertigung gleichmäßiger Metall-Spinnfasergarne überwunden werden. Für die Charakterisierung der Eigenschaften der metallischen Fasern bzw. metallischen Garne sollen die bestehenden Prüftechniken entsprechend modifiziert werden, insbesondere hinsichtlich einer sicheren Klemmung. Um den Nachweis der Eignung der zu entwickelnden Technologie zu erbringen, werden verschiedene Metall-Spinnfasergarne und Demonstratoren hergestellt. Abschließend wird eine Wirtschaftlichkeitsanalyse durchgeführt und eine Fertigungsrichtlinie für KMU erstellt.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des am ITM erfolgreich abgeschlossenen, von der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) geförderten Vorhabens 19478 BR wurde eine kostengünstige und flexible Prozesskette zur Herstellung von Metall-Spinnfasergarnen auf Basis von gestrehlten Metall-Spinnfasern entwickelt und erfolgreich umgesetzt. Die Prozesskette wurde unter Berücksichtigung der besonderen Eigenschaften der verarbeiteten Fasern, wie deren breiter Faserlängenverteilung, hoher Abrasivität, hoher Sprödigkeit, hoher Biegesteifigkeit, hoher Neigung zur plastischen Verformung und hoher Neigung zur Ausprägung von Haft-Gleit-Wechselbewegungen entwickelt. Dabei wurden eine Konvertierungsvorrichtung zur Konvertierung eines Faserbandes mit definierter Faserlängenverteilung, eine Strecke zur Verstreckung eines Faserbandes mit definierter Feinheit und hoher Gleichmäßigkeit sowie das Flyer- und Ringspinnverfahren zur Verspinnung leistungsfähiger Metall-Spinnfasergarne entwickelt bzw. weiterentwickelt Mit dem direkten Vergleich der beiden Spinnverfahren zeigt sich, dass das Flyerspinnen gegenüber dem Ringspinnen hinsichtlich Prozessstabilität und Garneigenschaften die Vorzugsvariante darstellt. Weiterhin wurden Demonstratoren in Form von Flechtteilen und Geweben realisiert. Durch eine wirtschaftliche Bewertung der Prozesskette und resultierenden Produkte konnten die erheblichen Kostenvorteile gegenüber am Markt verfügbaren vergleichbaren Produkten unterstrichen werden. Das verbunden mit einer industriegerechten Handlungsanweisung ermöglicht den KMU der Bereiche Textilmaschinenbau, Kurz- und Langstapelfaserspinnerei, Strickerei, Weberei, Flechterei, Metallfaserherstellung und den verbundenen Endanwender die Ergebnisse schnell umzusetzen und neue sowie innovative Produkte am Markt anzubieten. Die entwickelten Metall-Spinnfasergarne weisen ein sehr hohes Innovationspotential für die Nutzung in der Textil-, Metall-, Maschinenbau-, Kraftfahrzeugbau-, Chemie- und Bauindustrie auf.