Maschinentechnologie & Digitalisierung

Forschungsprojekte...

(Projekt in Bearbeitung)

Für Bodenbelagshersteller sind Designinnovationen notwendig, um sich im Markt zu positionieren und sich im Wettbewerb abzuheben. Maschinentechnische Weiterentwicklungen bilden die Basis für grundlegende Designinnovationen.

Ziel des Projektes ist es, die theoretischen und praktischen Voraussetzungen für eine innovative Tuftingkonstruktion mit gestütztem Pol zu schaffen, die für Teppichböden und technische Textilien genutzt werden kann.

Bei der innovativen Tuftingkonstruktion werden auf der Rückseite einer herkömmlichen Tuftingware in Produktionsrichtung mitlaufende Stehfäden integriert. Es entsteht damit eine textile Struktur mit einzigartiger Haptik und Optik. Zudem kann das Produkt durch die Eigenschaften des Stützfadens funktionalisiert werden (z. B. Leitfähigkeit, Heizung, Beleuchtung).

Der Lösungsweg umfasst die technische Entwicklung, die Modellierung von Größen die das Verständnis für den Tuftingprozess verbessern und zudem die Materialauswahl und die Parametrierung an der Tuftingmaschine.

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(Projekt in Bearbeitung)

Böschung

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Erstellung eines Leitfadens, der es den Herstellern von Geotextilien ermöglicht, ihre Produkte mit Hilfe der Tuftingtechnologie zu verbessern und aufzuwerten.

Zur Verifizierung des Leitfadens werden gemäß den Anforderungen eines Erosionsschutztextils unterschiedliche Tuftingkonstruktionen entwickelt. Da die Tuftingtechnologie sehr vielseitig ist, können feine bis grobe und dichte bis offene Strukturen erzeugt werden. Auch die Polhöhe und das Muster können variiert werden. So sind z. B. Hoch-/Tief-Strukturen möglich, die das Abtragen von Bodenteilchen verhindern können. Die Tuftingkonstruktionen werden in  verschiedene Basismaterialien eingearbeitet, sodass ein dreidimensionales Geotextil zum Erosionsschutz mit neuartigen Eigenschaften entsteht. Abschließend werden die Gebrauchseigenschaften dieser Erosionsschutztextilien quantifiziert.

Mit den Ergebnissen aus der Herstellung und Anpassung der Versuchswaren wird eine Verifizierung des Leitfadens zur Herstellung von getufteten Geotextilien vorgenommen. Durch den so entwickelten Leitfaden wird die Tuftingtechnologie für neue Industriezweige abseits der Teppichbodenherstellung zugänglich und nutzbar gemacht.

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(Projekt in Bearbeitung)

In der Textilindustrie erfolgt die Materialdisposition als Kernprozess der Auftragsvorbereitung heute vielfach mithilfe softwarebasierter Lösungen. Systeme wie Enterprise Ressource Planning (ERP) ermöglichen Materialberechnungen für anstehende Produktionsaufträge. Je nach Verfahren für die textile Flächenherstellung müssen auftragsbezogene Mengen für Fasern und Garne berechnet und disponiert werden. Dabei werden nur für ein Produkt bzw. einen Auftrag durchschnittlich benötigte Materialmengen anhand hinterlegter Stammdaten berechnet. Die Berechnungen beinhalten immer Reservemengen, damit Aufträge sicher abgearbeitet bzw. Produktionsstillstände aufgrund zu knapp disponierter Mengen vermieden werden können.

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(Projekt in Bearbeitung) 

Das Ziel dieses Forschungsprojektes war es, ein neues Verfahren zur Musterung im Tuftingprozess zu entwickeln, das einen variablen Nadelversatz zwischen zwei getrennten Nadelsystemen ermöglicht. Dieses Verfahren soll bei der Positionierung der Nadeln die gleiche Präzision ermöglichen wie eine einreihige Nadelbarre. Hierzu werden drei wesentliche Ziele verfolgt:

  • Generierung eines zusätzlichen Freiheitsgrads einer geteilten Nadelbarre (Separieren der Nadelreihen)
  • Reduzierung der bewegten Massen der Nadelbarren und Lagerungen

Entwicklung neuer, flexibler Strukturen für funktionsintegrierte Bauteile, mit denen verschleiß- und spielbehaftete mechanische Lager ersetzt werden können

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(Projekt abgeschlossen) 

Eine wesentliche Voraussetzung für das Wohlbefinden und die Leistungsfähigkeit des Menschen ist ein behagliches Innenraumklima. Ein wesentlicher Einflussfaktor auf das Innenraumklima ist die Temperatur. Um die gewünschte Temperatur zu erreichen, ist in der Heizperiode eine Beheizung notwendig. Dabei werden die Raumnutzer zunehmend anspruchsvoller, bzw. der tolerierte Bereich der thermischen Behaglichkeit wird kleiner. Dies stellt eine große Herausforderung für ein Heizsystem dar, da es schnell auf veränderliche Umgebungsbedingungen reagieren muss. Klassische wasserbasierte Heizungssysteme sind hierzu nicht in der Lage. Das Ziel dieses Projektes war es daher, ein textiles Bodensystem mit einer integrierten Flächenheizung zu entwickeln, welches schnell auf die instationären Klimabedingungen in Innenräumen reagiert und die Behaglichkeit der Nutzer so energieeffizient steigert.

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(Projekt abgeschlossen) 

Steigende Anforderungen an Produkteigenschaften führen in Verbindung mit einer fortschreitenden Technisierung dazu, dass Produktentwicklungen immer komplexer werden. Dieser Umstand stellt auch kleine und mittelständische Unternehmen der Textilbranche vor große Herausforderungen, zumal in vielen Fällen ein steigender Preisdruck die Kapazitäten und zur Verfügung stehenden Ressourcen limitiert.

Ziel des Forschungsvorhabens war es daher, schwerpunkt-mäßig für Unternehmen aus dem Bereich der textilen Innenraumgestaltung einen interaktiven Leitfaden zu entwickeln, der eine konkrete Hilfestellung zur Erhöhung der Erfolgsquote bei zukünftigen Innovationsvorhaben bietet.

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(Projekt abgeschlossen) 

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines antistatischen Tuftingträgers. Ein in dem Projekt zu untersuchender Ansatz ist die Herstellung eines Verbundvliesstoffes. Der Verbundaufbau des Vliesstoffes ermöglicht eine Funktionstrennung, bei der die mechanischen Eigenschaften durch einen herkömmlichen Tuftingträger realisiert werden. Die antistatischen Anforderungen werden durch einen zweiten Vliesstoff erreicht. Innerhalb des Projektes werden die grundsätzlichen Zusammenhänge geklärt, also welche Eigenschaften müssen die Komponenten und die Verbindung des Verbundaufbaus für einen innovativen textilen Bodenbelag mit permanent antistatischen Eigenschaften haben. Hierzu ist es weiterhin erforderlich, das System zur Filament- und Noppeneinbindung mit zu berücksichtigen.

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(Projekt abgeschlossen) 

In Zusammenarbeit mit den Forschungsinstituten ITA und ISF beteiligte sich das TFI an dem Forschungsprojekt „Materialkombination aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK) und Metall mit integrierter Sensorüberwachung“.

In diesem Forschungsvorhaben wurde eine fasergerechtere Fügetechnologie entwickelt, die die Traglast und Bruchenergie erhöht. Zudem wurde ein Schadenssensors integriert, der frühzeitig ein Bauteilversagen anzeigt und in Zukunft Maschinenschäden verhindern kann. Als Beispielanwendung diente im Projekt eine Fügestelle im Antriebsstrang einer Tuftingmaschine, welche komplexen, hochdynamischen Betriebslasten ausgesetzt ist.

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(Projekt abgeschlossen) 

In diesem Forschungsprojekt wurde auf der Basis von piezo-keramischen Aktoren eine Polgarnsteuerung für Einzelgarne zur differenzierten Oberflächenmodulation von Tuftingbelägen entwickelt.

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(Projekt abgeschlossen) 

Das Forschungsprojekt AiF 17503 N „Lagerlose Führung der Greiferbarre in Tuftingmaschinen durch Faserverbundelemente“ zeigt am Beispiel der Greiferbarrenführung das Potenzial auf, das moderne Hochleistungs-Faserverbundwerkstoffe für die Optimierung bestehender Maschinenkonzepte bzw. die Entwicklung neuer, innovativer Prozessabläufe bieten. Im Fokus dieses Projektes stand die Substitution herkömmlicher Lagerlösungen aus Stahl durch flexible Elemente aus Faserverbundwerkstoff.

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(Projekt abgeschlossen) 

Die Fertigung textiler (getufteter) Bodenbelägen durchläuft derzeit einen Wandel. Die Tuftingtechnik als hocheffizientes Fertigungsverfahren wurde ursprünglich für die Produktion von großen Lauflängen entwickelt. Aktuell zeichnet sich ab, dass die produzierten Lauflängen je Artikel rückläufig sind. Gleichzeitig jedoch nimmt die Vielfalt der Artikel zu. Dieses Phänomen stellt die Hersteller vor die Aufgabe, den Tuftingprozess flexibel zu gestalten. Hierzu müssen die Rüstzeiten minimiert und die eigentlichen Prozesse reproduzierbar gestaltet werden.

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(Projekt abgeschlossen) 

Das Ziel des Projektes MEDAT war die Entwicklung und Herstellung eines Messsystems zur Erfassung und Dokumentation der Arbeitsbewegungen von Werkzeugen an der Tuftingmaschine. Die Innovation liegt in der schnellen, exakten und reproduzierbaren Einstellung aller relevanter Prozess und Maschinenparameter.

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(Projekt abgeschlossen) 

Der Tuftingprozess funktioniert bisher nur, wenn hoch elastischer Garne eingesetzt werden. Genau diese Eigenschaft weisen die typischen Polgarntypen wie z.B. BCF- oder Heatset-Garne auf. Beim Einsatz von hochfesten oder dehnungsarmen Garntypen stößt das Tuftingverfahren derzeit an seine Grenzen.

Ziel des Projektes war die Entwicklung einer technischen Lösung zur Behebung der Diskrepanz zwischen der Garnlieferung und dem zeitlich schwankenden Garnbedarf innerhalb eines Tuftzyklusses.

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(Projekt abgeschlossen) 

Eine industrielle Tuftingmaschine benötigt bei einer Arbeitsbreite von 5 m für die Herstellung der textilen Nutzschicht 2000 bis 3100 Garne.

Diese Fadenschar wird von Spulen bereitgestellt, die in einem Gatter aufgesteckt sind. Aus der räumlichen Trennung von Tuftingmaschine und Gatter ergibt sich eine komplizierte Garnführung von den Spulen bis zur Maschine. Ziel des Kooperationsprojektes ist die Entwicklung eines optimierten Gatters, das auch nachträglich an bereits bestehenden Anlagen realisierbar ist. Die Optimierung umfasst sowohl die Entwicklung eines Sensor- und Signalsystems als auch die Garnführung, ausgehend von den Garnspulen bis zum Einlauf in die Tuftingmaschine.

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(Projekt abgeschlossen) 

Die Arbeits- und Führungselemente einer Tuftingmaschine unterliegen im Betrieb hohen dynamischen Belastungen. Die stetigen Bestrebungen der Maschinenbetreiber, die Leistung und somit die Drehzahl der Maschine zu steigern, verstärken diesen Effekt zusätzlich. In Folge von Massenträgheitskäften weicht der Betriebszustand gerade im oberen Leistungsbereich einer Maschine von dem im Ruhezustand ab und die Einstellung bzw. das Zusammenspiel der Tuftwerkzeuge verändert sich. Hinzu kommt, dass insbesondere die Lagerungsart der Stößel, an denen die Nadelbarre geführt und angesteuert wird, in Bezug auf Präzision nicht mehr die heutigen Anforderungen der Maschinenbetreiber erfüllt. Die Folge sind Fehler in der Ware oder Veränderungen im Warenbild. Insbesondere bei hochwertigen Objekt- oder Automobilwaren sind diese Mängel ein Ausschusskriterium.

Aufgrund der Gesamtkonzeption der Tuftingmaschine ist eine Verbesserung der derzeitigen Stößellagerung basierend auf dem Werkstoff Stahl nur in Verbindung mit einer grundlegen-den Überarbeitung des oberen Maschinengehäuses möglich. Der Einsatz von Faserverbundwerkstoffen (FVW) bietet hingegen einen großen Gestaltungsfreiraum, der für die Erarbeitung von neuen Lagerungskonzepten genutzt werden kann.

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(Projekt abgeschlossen) 

Die Jerkerbarre einer Tuftingmaschine fungiert als eine Art Garnspeicher und ist mechanisch mit der Nadelbewegung gekoppelt. Sie wurde konstruiert, um in dem Moment, in dem der Greifer das Garn von der Nadel übernimmt, eine entsprechende Garnmenge freizugeben und so die Übernahme zu erleichtern. Auf Grund der fortschreitenden Entwicklung der Maschinen hinsichtlich der Musterungsmöglichkeiten (z.B. versetzende Nadelbarren, Jute Mover) aber auch bedingt durch das Interesse, verstärkt dehnungsarme Garne für technische Textilien einzusetzen, zeichnet sich die Notwendigkeit ab, während einer Maschinenumdrehung zu mehreren Zeitpunkten die Garnspannung variieren zu können. Die mechanische Kopplung mit der Nadelbewegung limitiert jedoch die Variationsmöglichkeiten für die Amplitude und die Phasenlage für den Zeitpunkt der Beeinflussung des Garns kann nicht verändert werden.

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Verifizierung

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Dipl.-Ing. Dirk Hanuschik

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