Maschinentechnologie & Digitalisierung

Forschungsprojekte...

Piezo-keramische Aktoren zur Strukturierung getufteter Bodenbeläge

Projektpartner:

Auf Basis der DSGVO bedanken wir uns anonymisiert bei allen Teilnehmern des Projektbegleitenden Ausschusses für die konstruktive Zusammenarbeit, Bereitstellung von Versuchsmaterialien und wertvollen Hinweise im Rahmen des Projektes.

Durch Know-how und fachliche Kompetenz haben diese Firmen wesentlich zum Gelingen des Forschungsvorhabens beigetragen.

Ziel des Forschungsprojektes:

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

Ergebnisse:

Das neue Maschinenkonzept wurde im TFI an einer Labor-Tuftingmaschine für Schlingenware konstruiert und getestet. Das System besteht aus einer horizontal angeordneten, motorisierten Königswelle als Hauptantriebseinheit, die mit Blick auf die teilungsabhängige Anzahl an Tuftingnadeln mit nebeneinander angeordneten ringförmigen Garnführungselementen zur Regulierung der Garnzufuhr bestückt ist. Das Konzept folgt einem maschinentechnischen Grundprinzip, bei dem alle nebeneinander getufteten Polgarne über höhengleiche Umlenkpunkte gleiche Garnspannungen aufweisen. Dadurch können möglichst gleichmäßige und exakte Waren­oberflächen hergestellt werden.

Piezoaktoren sind keramische Biegewandler, die in der Lage sind, bei Anlegung einer elektrischen Spannung durch eine Formänderung eine mechanische Kraft auf ein Bauteil auszuüben. Die Aktoren zeichnen sich durch eine geringe Energieaufnahme und kleine Baugröße aus. In einem iterativen Prozess wurden Piezoaktoren verschiedener Abmessungen und Kapazitäten getestet, um zwei Funktionen der Garnführungselemente sicherzustellen:

Rotation eines ringförmigen Garnführungselementes mittels innen liegender, mitrotierender Piezoaktoren, die im Moment einer elektrischen Aktivierung Kontakt zur Innenwandung des Elementes haben und dieses kraftschlüssig mitnehmen.

Abbremsung eines ringförmigen Garnführungselementes mittels aussen liegender, stationärer Piezoaktoren, die im Moment einer elektrischen Aktivierung Kontakt zur Aussenwandung des Elementes haben und dieses kraftschlüssig anhalten.

Das System ist in der Lage, durch Lichtschranken die Drehzahl der Tuftingmaschine als Bezugs­geschwindigkeit für die notwendige Rotationsgeschwindigkeit der horizontal vor der Tuftingzone positionierten Hauptantriebseinheit zu erfassen. Die orthogonal auf der Hauptantriebseinheit montierten und über eine kugelgelagerte Mimik frei beweglichen Garnführungselemente können über eine Mitnahme durch die innen liegenden Piezoaktoren Garn zu den Tuftingnadeln liefern. Über ein Abbremsen durch die außen liegenden Piezoaktoren wird entsprechend Garn von den Tuftingnadeln zurückgehalten.

 

Schematische Darstellung von Hauptantriebseinheit und Garnführungselementen zur Garnsteuerung

 

Nach diesem Prinzip ist es möglich, die Garnzufuhr für jedes Garnführungeelement individuell zu modulieren, indem hohe oder niedrige Polschlingen ausgebildet werden. Es wurde eine Elektronik zur Ansteuerung der Piezoaktoren entwickelt, die sowohl mit dem System rotierende als auch ortsfeste Steuerplatinen enthält. Dabei regelt die Elektronik die benötigten Versorgungsströme und -spannungen für die Hauptantriebseinheit sowie die Piezoaktoren und stellt die mustermäßig gewünschte Taktung zur Mitnahme oder Abbremsung der Garnführungselemente sicher.

Mithilfe einer einfachen Bedienungssoftware ist es möglich, an einem mit dem System verbundenen PC mustermäßige Anweisungen für ein Einzelgarn einzugeben, sodass über die piezo-gesteuerte Regulierung der Garnzufuhr entsprechende Rapporte getuftet werden können.

Im Rahmen des Forschungsprojektes konnte die Machbarkeit einer piezo-gesteuerten Einzelgarnsteuerung durch die Konstruktion eines Demonstrationsmodells mit drei funktions­fähigen Garnführungselementen aufgezeigt werden.

Projekt:

  • IGF 17589 N
  • Laufzeit: 01.01.2013 bis 30.06.2015

Danksagung:

„Das IGF-Vorhaben „Piezo-keramische Aktoren zur Strukturierung getufteter Bodenbeläge“ 17589 N der Forschungs­vereinigung Forschungs­kuratorium Textil e.V., Reinhardtstraße 14 – 16, 10117 Berlin wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschafts­forschung und -entwicklung (IGF) vom Bundes­ministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundes­tages gefördert.“

 
 

Verifizierung

Ihr Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Dirk Hanuschik

Tel.: +49 (0)241 9679-145
E-Mail an Herrn Hanuschik

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