Ziel der Entwicklung
Mittels im STFI e.V. entwickelten Rechts Multiaxial Wirktechnologie ist es möglich, maschenreihengerechte, multiaxiale Profilstrukturen mit kraftliniengerechter Materialanordnung direkt in einem Arbeitsgang zu fertigen. Zur Herstellung maschenreihengerechter, multiaxialer Gewirke auf Rechts Rechts Wirkmaschinen ist die verkreuzungsfreie Fadenzuführung der Diagonalschussfäden essentiell wichtig. Dazu wird eine rotierende Fadenspeichereinrichtung und Zuführeinrichtung benötigt, welche die Fadenspulen aufbewahrt sowie die Diagonalschussfäden bedarfsgerecht, zugkraftgeregelt und verkreuzungsfrei der Wirkstelle, speziell der Diagonalschusseinrichtung, zuführt. Die zu entwickelnde rotierende Fadenzuführeinrichtung wurde auf einem separat stehenden Gestell, welches um die eigentliche Wirkmaschine herum angebaut werden kann, entwickelt. Die Fadenzuführeinrichtung musste darüber hinaus mindestens 94 bis maximal 160 Fadenspulen aufnehmen können. Um die Fadenspannungsunterschiede der Diagonalschussfäden auszugleichen, sollten die Diagonalschussfäden bedarfsgerecht, spannungsgeregelt von der Fadenzuführvorrichtung zur Wirkstelle geleitet werden. Das bedeutet, dass die Fadenspulen passiv oder aktiv entsprechend des benötigten Fadenbedarfs geregelt werden müssen. Wie sich in vorangegangenen Projekten gezeigt hat, sind der Fadenbedarf sowie die benötigte Fadenspannung vom verwendeten Material abhängig und höchst verschieden. Die Fadenzuführvorrichtung musste weiterhin eine rotierende Fadenspeichervorrichtung besitzen und entsprechend der Wirkgeschwindigkeit sowie der Rotationsgeschwindigkeit der Diagonalschusseinrichtung angepasst sein, damit Fadenverkreuzungen der Diagonalschussfäden verhindert werden. Weiterhin wurde in diesem Forschungsvorhaben die Fadenzuführung von der rotierenden Fadenzuführvorrichtung bis hin zur Wirkstelle speziell für die fadenschonende und bedarfsgerechte Zuführung der Diagonalfäden entwickelt. Da die Diagonalschusseinrichtung mit dem Legeschienenpaket mitschwingend gelagert ist, werden die Diagonalschussfäden entsprechend der Schwingbewegung ausgelenkt. Dabei entsteht eine ungewollte Fadenreserve, welche sich nachteilig auf den Maschenbildungsprozess auswirkt. Diese Fadenreserve muss durch entsprechende Vorrichtungen kompensiert werden. Das Zusammenspiel und die Auswirkungen unterschiedlicher Vorrichtungen zur Reduktion der Fadenreserve wurden ebenfalls in diesem Projekt untersucht. Technische Zielstellungen sind die Aufnahmekapazität entsprechend der Größe der Diagonalschusseinrichtung von 94 bis 160 Fadenspulen je Diagonaleinrichtung. Außerdem die Produktionsleistung von zwei Metern pro Minute bei einer Maschenlänge von fünf Millimetern. Ebenso der Durchmesser der rotierenden Spulenaufnahme auf kleiner als drei Meter. Weitere Teilziele sind die Rotationsgeschwindigkeit flexibel an die Produktionsgeschwindigkeit der Grundmaschine speziell der Diagonalschusseinrichtung anzupassen. Gleich so den Fadeneinlauf mit wenig Umlenkstellen von dem rotierenden Fadenspeicher hin zur Diagonalschusseinrichtung an der Wirkstelle zur Vermeidung von Faserschädigungen einzustellen. Ebenso als Teilziele zu nennen sind die Links und rechtsdrehende Rotation, die Gesamthöhe der Anlage auf unter fünf Meter, die Bremskraftregelung für jede Einzelspule oder spannungsgeregelte aktive Zuführung und die Einzelfadenzuführung. Auf Basis der Bewertung einer bestehenden Versuchsmaschine mit einer vorhandenen rotierenden Zuführeinrichtung wurde ein neues Konzept zur bedarfsgerechten, spannungsgeregelten, verkreuzungsfreien Zuführung der Diagonalschussfäden entsprechend den vorher definierten Anforderungen entwickelt. Einen Lösungsansatz zur Reduzierung des Einlaufwinkels der Diagonalfäden zur Wirkstelle, Diagonalschusseinrichtung, sah eine Positionsänderung des rotierenden Zuführgatters oberhalb der Wirkmaschine vor. Dabei musste die Aufnahme des Spulenspeichers sowie die Fadenführung komplett neu entwickelt und konzipiert werden. Darüber hinaus war durch den geringen Bauraum in der Wirkmaschine die Fadenführung der Diagonalschussfäden innerhalb der Wirkmaschine neu zu entwickeln, um ein verkreuztes Zuführen der Diagonalschussfäden sowie die Kollision mit anderen Wirkfäden zu verhindern. Um die technologiebedingte intermittierende Fadenfreigabe und Fadenrückholung im Wirkprozesses unter konstanten Fadenspannungen zu garantieren, müssen zusätzlich Systeme zur Fadenrückholung beziehungsweise Zwischenspeicherung entwickelt werden. Als Lösungsansätze hierzu wurden passive und aktive Antriebsvarianten untersucht, welche entweder direkt an dem Spulenspeicher oder nachgeschaltet wirken sollen. Eine weitere Problemstellung, stellt die Aufnahme der Materialspeichereinheiten wie Spulen, Rollen und weitere dar. Auf Grund der Höhe ist ein Austausch des Materials nur über Kopf und mit einem Podest oder einer Leiter möglich. Hier musste eine solide Lösung geschaffen werden.
Vorteile und Lösungen
Der Vorteil der im Vorhaben entwickelten Multiaxialfertigungstechnologie ist der maschengerechte Fadeneintrag. Dabei wird jeder Filamentroving einzeln bis zu Wirkstelle geführt. Durch die Einzelfadenführung kann jeder Roving genau zwischen die Wirknadeln platziert werden, so dass die Fäden nicht von der Wirknadel beschädigt werden. Bei der maschengerechten Multiaxiallegetechnologie erfolgt ein schonender und definierter Fadeneintrag. Mittels der Rechts Rechts Multiaxial Wirktechnologie ist es möglich, einen solchen maschenreihengerechten Fadeneintrag in einem frei wählbaren Ablagewinkel zu realisieren und komplexe multiaxiale Verstärkungsstrukturen und besonders auch Strukturen aus sensiblen Fadenmaterialien in einem Arbeitsgang zu fertigen. Ein besonderer Vorzug der maschenreihengerechten mehrlagigen Strukturen gegenüber den Nähgewirken ist die gute Drapierbarkeit, da die gestreckt liegenden Verstärkungsfäden nicht angestochen wurden und somit in den Maschen gleiten können. Dies sind gute Voraussetzungen unter anderem für sich im Fertigungsprozess anschließende formgebende Harzinfiltrationsverfahren. Darüber hinaus können mit Hilfe der Rechts Rechts Multiaxialwirkmaschine knotenlose Gitterstrukturen und Netzstrukturen mit gestreckt verlaufenden, lastaufnehmenden Hochleistungsfasern hergestellt werden. Besonders interessant ist diese Technologie jedoch für Materialien, die keinesfalls von der Wirknadel durchstochen werden dürfen, wie zum Beispiel Hohlfilamente, sensiblen Fadenmaterialien und fadenartige Sensoren.
Zielgruppe und Zielmarkt
Als Zielmärkte für die rotierende Fadenzuführung und der maschengerechten Multiaxialtechnik des STFI werden Triaxiale Strukturen mit Effektgarnen, insbesondere Strukturen aus Hohlfilamentmembranen für Oxygenatoren wie Sauerstoffanreicherung und Dialysatoren wie die Blutwäsche, angestrebt. Einige Märkte haben sich erst im Projektverlauf ergeben wie die ursprünglich im Vorhabenantrag genannten Leichtbau Carbonstrukturen oder Glasfaser Profilstrukturen. Auch die neuartig strukturierten Oberflächen für beispielsweise Sportschuhe und Hochfeste Netze für Fischaufzucht, Lastentransport oder Absicherungsnetze im Baubereich oder Transportbereich kamen als neue Märkte erst während der Projektarbit dazu.
