Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung eines aktiv geregelten Schussfadenbremssystems für Luftdüsenwebmaschinen

Beim Luftdüsenweben wird das Garn mittels Druckluft in das Webfach eingetragen. Dieser Vorgang kann in zwei Schritte, die Fachbildung und den Eintrag des Garns, unterteilt werden. Je nach Eintragssystem und Anwendung ist einer dieser Arbeitsschritte der limitierende Faktor im Webprozess, wobei der Schusseintrag bei heutigen Maschinen der begrenzende Produktivitätsfaktor ist. Dies zeigt sich in der Tatsache, dass der größte Teil innerhalb eines Maschinenzyklus für den Schusseintrag verwendet wird. Der gesamte Maschinenzyklus entspricht 360° Maschinenwinkel für Schusseintrag, Fachwechsel und Rietanschlag. Ziel des Vorhabens ist eine Verkürzung der Stabilisierungszeit des Garns während des Eintrages um 50%, was zu einer Verkürzung des gesamten Schusseintragsfensters bei gleichem oder reduziertem Energieverbrauch führt. Insgesamt verkürzt sich die Zykluszeit für einen Schusseintrag um 10%. Dies führt neben einer Produktivitätssteigerung um 11% zur Senkung des Energieverbrauchs um 10% und zur Steigerung der Gewebequalität durch die Senkung der Schussfadenbelastung um 20%. Bei einer durchschnittlichen Umsatzrendite von ca. 3%, einem Umsatz mit Luftgeweben von ca. 4,4Mrd.€/Jahr resultiert ein volkswirtschaftliches Potenzial von mindestens 14,5Mio.€/Jahr in Deutschland. Dazu wird ein unabhängig von Maschinenwinkel geregeltes Schusseintragssystem zur gezielten Beeinflussung des Garn-Geschwindigkeitsverlaufs während des Schusseintrags entwickelt. Angestrebt wird ein Geschwindigkeitsprofil, das während der gesamten Eintragsphase keine negativen Werte annimmt und somit einen ruckfreien Eintrag gewährleistet. Es entsteht ein Regelungssystem, das den Bremsvorgang durch Echtzeit-Erfassung des Fadenverhaltens regeln kann und so die Zykluszeit des Schusseintrages verringert. Für KMU`s der Maschinen- und Kompenentenherstellern und aus dem Bereich der Sensorik und Aktorik entsteht ein Wettbewerbsvorteil gegenüber internationaler Konkurrenz.

Ergebniszusammenfassung:

Das entwickelte Sensorsystem mittels Bildverarbeitung ist fähig, die Schussfadenposition zur Laufzeit robust zu detektieren. Die modellbasierte prädiktive Regelungsstrategie ist in der Lage, auf das schussindividuelle Verhalten in jedem Maschinenzyklus zu reagieren und optimale Stellgrößen in jedem Schritt auszurechnen. Die konstruierte hochdynamische Fadenbremse kann entsprechend dem Anregungssignal einen Schussfaden im Eintragsprozess abbremsen. Das gesamte System wurde in einer Hardware implementiert und ist mit der Abtastzeit von einer Millisekunde echtzeitfähig lauffähig. Durch den Ansatz des geregelten Schussbremssystems stellt sich ein ruckfreier Geschwindigkeitsverlauf des Schussfadens ein. Somit werden Rückwärtsbewegungen des Schussfadens und Schussfehler vermieden und die Gewebequalität verbessert.

Die Wirtschaftlichkeit des Systems wurde über eine szenariobasierte Gewinnvergleichsrechnung nachgewiesen und zeigt, dass sich das System bereits innerhalb weniger Monate amortisieren kann. Das entwickelte System kann in der Industrie eingesetzt werden, um Schussfaden während des Schusseintrags ohne eine Rückwärtsbewegung abzubremsen. Für die technische Machbarkeit kann das System weiter durch eine Methode zur automatischen Parametereinstellung und -anpassung ergänzt werden.