ZEROROLL

Problemstellung

Maschinen und Anlagen für die Herstellung von Bahnwaren bei Textilien, Kunststofffolien und Papier unterliegen dem Trend zu größeren Arbeitsbreiten und -geschwindigkeiten.
Bei der Herstellung von Vliesstoffen stagnierte die maximal mögliche Maschinenarbeitsbreite weltweit bei reichlich 4m. Grund hierfür waren die begrenzten technisch-physikalischen Eigenschaften der verwendeten Werkstoffe zur Erzielung der notwendigen Biegesteifigkeit und die Herstellungstechnologie der daraus gefertigten sehr schlanken Walzen bei gegebenen technologischen Anforderungen an die Geometrie und Einstellmaße der Walzensätze.

Projektziele und erreichte Ergebnisse

Mit dem Projekt wurde die "magische" Begrenzung der Arbeitsbreite bei Vliesstoffmaschinen durchbrochen und die reproduzierbare Herstellung schlanker Arbeits- und Umlenkwalzen aus mit Kohlenstofffasern verstärktem Kunststoff (CFK) mit einer effektiven Arbeitsbreite von 6 m ermöglicht.
Hierzu waren mehrere Teilaufgaben zu lösen:
- Weiterentwicklung und Optimierung der CFK-Walzen einschließlich deren Produktionstechnologie sowie der CFK-Matrix zur Erzielung höchster E-Module für die Werkstoffmatrix bei wettbewerbsfähigen Kosten
- praxistaugliche Anwendung von Maßnahmen zur Biegekompensation,
- Einsatz einer aktiven Schwingungsunterdrückung,
- Entwicklung und Bau eines Prüfstandes zum Nachweis der Wirksamkeit jedes einzelnen Entwicklungsschrittes und zur Kurz- und Langzeiterprobung der weiterentwickelten Walzen unter verschärften Erprobungs- und praxisnahen Produktionsbedingungen bei höchster Reproduzierbarkeit der geforderten Eigenschaften.
Die Arbeitswalzen wurden durch den Einsatz von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen, durch Veränderungen der Wickellagen, durch mehrfache Lagen sowie durch modifizierte Verhältnisse des Anteils von Fasern und Matrix in Verbindung mit konstruktiven Gestaltungsmöglichkeiten so verbessert, dass sie nicht nur hohe Biegeelastizitätsmodule, sondern auch zusätzlich hohe Schubmodule erreichen.
Durch Veränderungen der Rohrquerschnitte und Wahl unterschiedlicher Wickellagen wurde das Verhalten unter Bahnspannungen und dynamischer Beanspruchung untersucht und optimiert.
Wegen der erhöhten Anforderungen mussten die leichten Bauteile aus CFK unter werkstofflichen und konstruktiven Aspekten untersucht werden. Die Fertigung der Bauteile hat erheblichen Einfluss, insbesondere wegen möglicher Delaminationen.
Eine wesentliche Aufgabe bestand in der aktiven Schwingungsberuhigung besonders schnell laufender Walzen unter Einhaltung technologisch engster Spaltmaße und Einstelltoleranzen zu benachbarten Bauteilen bei gleichzeitig nicht auszuschließenden dynamischen Störeinflüssen aus der Produktionsumgebung.
Alle Ergebnisse (Rechenmodell für Arbeitswalzen, prototypische Arbeitswalzen, ein aktives System zur Biegeschwingreduktion) wurden unter praxisnahen Bedingungen erprobt, damit sie in Anlagen der Bahnware herstellenden Industrie Einzug finden können.
Das Projekt wurde begleitet von einem Industriearbeitskreis, dem verschiedene Vertreter von Bahnware herstellenden Unternehmen der Textil-, Papier- und Druckindustrie angehörten.

Anwendungspotenzial

Die Bremer Spinnbau GmbH kann nun Maschinen mit 6 Metern Arbeitsbreite herstellen und noch längere Walzen befinden sich bereits in der Entwicklung.
Mit diesem Forschungsergebnis hat sich die Wettbewerbsposition deutscher Unternehmen auf dem hart umkämpften Textilmaschinen-Weltmarkt deutlich verbessert. Allein im direkte
n Umfeld des Projektkoordinators entstanden im Gefolge von ZEROROLL bis heute rund 25 Arbeitsplätze.
Mit dem Walzenprüfstand ist es möglich, Walzen bis zu Ø 1500 x 8000 mm Länge umfassend zu untersuchen und hochpräzise dynamische Messungen unter verschiedenen Einflussfaktoren durchzuführen. Dieser Walzenprüfstand kann auch von anderen Unternehmen für ihre Entwicklungsarbeiten bei ähnlich gelagerten Problemstellungen genutzt werden. Folgende Dienstleistungen werden angeboten:
- Ermittlung des dynamischen Verhaltens von Walzen im Arbeits- und Grenzbereich
- Bestimmung der Belastungsgrenzen einer Walze zur Ausschöpfung aller Leistungsreserven
- Verkürzung von Entwicklungszeiten durch praxisnahe Kurz- und Langzeitversuche
- Gewährleistung der Reproduzierbarkeit zugesicherter Eigenschaften
- Qualitätskontrollen zur Früherkennung von Ausfällen und Erhöhung der Zuverlässigkeit
- Analyse des Einflusses realer Lagersteifigkeiten auf das dynamische Verhalten einer Walze
- Vermessung dynamischer Verformungen bei verschiedenen Belastungssituationen
- Nachweis des einzelnen Einflusses gezielter Entwicklungsmaßnahmen an Walzen
- Durchführung von Langzeittests unter verschärften Betriebsbedingungen bis zur Grenze der Dauerfestigkeit (20 Mio. Lastwechsel)

Gemeinsamer F & E - Abschlussbericht des Verbundvorhabens ZEROROLL

Autor: Freund, H.; et.al.

Verlag: Eigenverlag: Spinnbau GmbH, Bremen

Erscheinungsjahr: 2004

Beschreibung: Dargestellt werden die Forschungsergebnisse des Verbundprojektes ZEROROLL - Arbeits- und Umlenkwalzen mit stark reduzierter Durchbiegung und aktiver Schwingungsunterdrückung für hohe Geschwindigkeiten und große Arbeitsbreiten.