Projekt 20628/01

Entwicklung von neuen Fertigungsverfahren zur Herstellung von Spinnspulen

Projektträger

GOEPFERT Werkzeug & Formenbau GmbH & Co. Teilefertigung KG
In der Buttergrube 4
99438 Legefeld
Telefon: 03643-7780-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die zu entwickelnden Spinnspulen sind Materialträger des in der Fa. ENKA GmbH & Co KG in Elsterberg angewendeten Spulenspinnverfahrens für Viskosefeinseide. Hierbei handelt es sich um ein Nassspinnverfahren auf speziellen Galettenspinnmaschinen. Zielstellung des Projektes ist die Entwicklung eines neuen Fertigungsverfahrens zur Herstellung von Spinnspulen aus faserverstärktem Polypropylen als Materialträger. Die bisher eingesetzten Spulen aus Aluminium sind auf Grund umwelt- und qualitätsbelastender Probleme durch Kunststoffspulen abzulösen. Neben der Auswahl eines Materialcompounds unter Berücksichtigung der hohen chemischen und mechanischen Belastungswerte ist ein Fertigungsverfahren einschließlich der dazugehörigen Werkzeugentwicklung vorzunehmen. Im Ergebnis der Entwicklung soll eine neue Spulengeneration mit erhöhten Standzeiten zum Einsatz kommen und die Qualität der Zellulosefaserherstellung soll weniger durch Verunreinigungen beeinflusst wird.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn Folge der hohen mechanischen und chemischen Belastungen innerhalb des Zellulosefaserherstellungsprozesses muss eine entsprechende Werkstoffauswahl und Bauteilkonstruktion erfolgen. Bei der Variantenbewertung sind insbesondere die fertigungstechnische Umsetzbarkeit wie auch die wirtschaftliche Tragfähigkeit zu untersuchen. Innerhalb des Projektes sind mögliche Werkzeugkonzepte zu betrachten. Die technische Anforderungscharakteristik an die Spinnspulen wurde in der Form eines Pflichtenheftes erarbeitet. Dabei sind die tatsächlich bestehenden Belastungen anhand der bestehenden Spulenkonstruktion ermittelt sowie bisherige und neue Spulenkonstruktionen analysiert worden.
Folgende Arbeitsschritte sind zu realisieren:
· Untersuchungen zu möglichen Materialvarianten
· Entwicklung und Dimensionierung geeigneter Versuchswerkzeuge
· Ableitung von Dimensionierungsanforderungen an die Spinnspule
· Nachweis der mechanischen und chemischen Festigkeitswerte
· Testversuche unter Praxisbedingungen
· Nachweis der neuen Produktqualität


Ergebnisse und Diskussion

Die Entscheidung für die Auswahl des Fertigungsverfahrens für die Spinnspulen ist nach der Erprobung einzelner Musterspulen getroffen. Zum Einsatz gelangt das Spritzgießverfahren. Diese Verfahrensvariante hat sich bei den geforderten Stückzahlen (200.000 Stück pro Jahr) als die wirtschaftlichste sowie technisch sinnvollste Herstellungsvariante herauskristallisiert. Bei optimal eingestellten Verarbeitungsparametern sind die Wiederholbarkeitskriterien sichergestellt.
Ein entsprechend konzipiertes Formwerkzeug soll bei dieser Fertigungsvariante als Basis für die Herstellung der glasfaserverstärkten Spinnspulen dienen. Zur Auswertung und zum Vergleich der spritzgegossenen Spinnspulen wurden Versuchsstände an der TU Chemnitz konzipiert und bautechnisch realisiert.
Die Ergebnisse mit einzelnen handgefertigten Musterspulen zeigen, dass es möglich ist, den mechanischen Anforderungen im Produktionsprozess standzuhalten. Dies haben die ersten praktischen Versuche bei der ENKA GmbH bestätigt. Allerdings sind noch materialtechnische sowie konstruktive Mängel bei der Fertigung von Kunststoffspinnspulen vorhanden. Die Sicherstellung der Ergebnisse mit größeren Stückzahlen in Langzeitversuchen und weitere technische Optimierungen sind deshalb zwingend notwendig.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Eine Möglichkeit zur Patentanmeldung ist beabsichtigt, um die schutzrechtliche Absicherung des erreichten Sachstandes zu gewährleisten. Im Anschluss an diese Patentanmeldung ist die Veröffentlichung der Ergebnisse in Fachzeitschriften der Kunststoffbranche wie auch der Textilindustrie vorgesehen.


Fazit

Der innovative Charakter des Projektes ist durch die Entwicklung eines neuen Fertigungsverfahren für Spinnspulen gekennzeichnet. Eine Patentanmeldung ist beabsichtigt.
Allerdings ist es für eine erfolgreiche Substitution der Aluminiumspulen unabdingbar, dass in Fortsetzung des abgeschlossenen DBU-Projektes ein Folgeprojekt beantragt und positiv bewertet werden sollte. Das Hauptziel dieses Folgeprojektes besteht in der Entwicklung eines geeigneten Versuchswerkzeugs für einen Großversuch, der für die Dauer von 1 bis 1,5 Jahren bei der ENKA GmbH in Elsterberg stattfindet. Ohne diesen Großversuch ist eine Umstellung des gesamten Produktionsprozesses unter technisch - wirtschaftlichem Aspekt nicht vertretbar.