Dreidimensionaler Fadenlauf und Lagerdynamik des Hochgeschwindigkeits-Ringspinnprozesses mit einem supraleitenden magnetischen Drallerteilungssystem unter Berücksichtigung transienter Betriebsmodi

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Michael Beitelschmidt; Professor Dr.-Ing. Chokri Cherif; Dr. Ruben Hühne
• Fachliche Zuordnung: Leichtbau, Textiltechnik ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Messsysteme
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 459466327

Der Einsatz eines supraleitenden Magnetlagers (SML) als innovatives Drallerteilungselement ermöglicht es, die Spindeldrehzahl der Ringspinntechnologie bis zu 50.000 U/min zu erhöhen und damit deutlich höhere Drehzahlen im Vergleich zu herkömmlichen Ring-Läufer-Systemen zu erreichen, bei denen maximal 25.000 U/min zur Anwendung kommen. Erste Experimente zeigen, dass für den Hochgeschwindigkeitsringspinnprozess jedoch instationäre Prozesskräfte eine wichtige Rolle spielen, die sowohl aus der ungleichmäßigen Ringbankbewegung, aus komplexen Wechselwirkungen zwischen der Fadendynamik und den Lagereigenschaften als auch aus dem aerodynamischen Verhalten des rotierenden Fadenballons in der Nähe der Schallgeschwindigkeit resultieren. Um das komplexe Verhalten des neuen Systems zu verstehen, sind die modellbasierte Analyse und messtechnische Untersuchungen des SML-Drallerteilungselementes und des gesamten Fadenlaufes notwendig. Das zentrale Ziel des interdisziplinären Gemeinschaftsprojektes besteht deshalb darin, ein neues mathematisches Fadenmechanikmodell für den gesamten Hochgeschwindigkeits-prozess auf der Basis einer detaillierten Analyse der einzelnen Komponenten zu entwickeln und zu validieren. Dieses Modell soll den dreidimensionalen Fadenlauf und die Lagerdynamik für alle Prozesszustände während der Beschleunigung, dem synchronen Spinnen und dem Bremsen beschreiben, wobei die ungleichmäßige Ringbankbewegung, die Aerodynamik des Fadenballons sowie die Änderung der Lagerbelastung aufgrund der Eigenfrequenz beachtet werden. Dies ermöglicht es, das Potenzial des reibungsfreien SML-Systems voll auszuschöpfen. Außerdem werden Konzepte für hocheffiziente Falschdrahtelemente erforscht, um die Spinnstabilität bei der hohen Spindeldrehzahl deutlich zu verbessern. Diese Anstrengungen werden von detaillierten messtechnischen Untersuchungen begleitet, um die 3D-Ballonform, die Drehungsfortpflanzung entlang des Fadenlaufes sowie die Reibung zwischen dem Faden und den Balloneinengungsringen zu identifizieren. Alle messtechnischen Ergebnisse werden sowohl als Eingangsparameter für die Simulation als auch für die Validierung des instationären mathematischen Modells des SML-Spinnprozesses verwendet.Es wird erwartet, dass die Untersuchungen einen wesentlichen Beitrag zur Modellierung moderner Prozesse in der Textiltechnologie sowie zur Anwendung von SML-basierten Komponenten für andere Hochgeschwindigkeitsmaschinen leisten werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen