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Rapid Prototyping Textiltechnikkomponenten mittels Rapid Prototyping entwickeln

| Autor / Redakteur: Eric Schulte Südhoff, Yves-Simon Gloy, Thomas Gries* / Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Zur zeit- und kosteneffizienten Entwicklung von Faserleitelementen sind Serienfertigungsverfahren wie Spritzgießen nicht geeignet. Es wird eine Methode vorgestellt, wie mittels 3D Rapid Prototyping die Technologieparameter von Faserleitelementen kosten- und zeiteffizient bestimmt werden können.

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CAD-Modell eines Faserleitelementes
CAD-Modell eines Faserleitelementes
(Bild: RWTH Aachen)

Faserleitelemente werden bei der Verarbeitung von Textilfasern wie Baumwolle, Polyester oder Viskose eingesetzt. Vorrangig werden diese Elemente im Streckwerksbereich benötigt, um beim Verstrecken ein Breitlaufen von ungedrehten und somit nicht vorverfestigten Faserbändern zu verhindern. Streckwerke werden genutzt, um grobe Faserbänder (0,5 bis 6 ktex, 1 ktex = 1 kg/1000 m) bestehend aus einer Vielzahl endlich langer Fasern (10 – 50 mm im Kurzstapelbereich) zu verfeinern (10 bis 300 tex, 1 tex = 1 g/1000 m). Dafür werden die Faserbänder bis zu 300-fach verzogen. Das aus dem Streckwerk auslaufende Faserband wird einer Spinnvorrichtung zugeführt, die das Faserband durch eine Drehungserteilung Festigkeit verleiht und somit zu einem Garn gewünschter Feinheit ausspinnt. Ein Streckwerk ist prinzipiell aus hintereinandergeschalteten Walzenpaaren aufgebaut, die eine sukzessiv höher werdende Umfangsgeschwindigkeit aufweisen. Eine mögliche Streckwerksanordnung ist in Abbildung 1 dargestellt. Die Walzenpaare bestehen jeweils aus einer angetriebenen Stahlunterwalze (I – IV) und auf die Unterwalze gedrückten, mit Kautschuk beschichteten Oberwalzen (1 – 4). Es besteht die Möglichkeit, wie bei Walzenpaar 2/II, die Führung von Fasern durch den Einsatz von Riemchen zu unterstützen.

Zur Positionierung des Faserbandes im und vor dem Streckwerk werden Faserleitelemente eingesetzt. Faserleitelemente gewährleisten zum einen, dass das Faserband mittig in dem Klemmkontakt zwischen Ober- und Unterwalze positioniert wird. Zum anderen verdichten sie das Faserband, um ein zu starkes Breitlaufen der Fasern unter der Klemmung in den einzelnen Walzenkontakten zu verhindern. In Abbildung 2 ist der prinzipielle Faserverlauf ohne und mit Faserleitelementen dargestellt. Durch die hohe Klemmkraft von bis zu 250 N verteilt auf eine Klemmlinie von 30 mm wird das Faserband breit gedrückt, sodass trotz querschnittsbezogener Massenabnahme die Breite des Faserbands zunimmt. Das hat technologisch zwei Nachteile. Zum einen werden Randfasern möglicherweise so weit nach außen laufen, dass sie am Klemmkontakt vorbeilaufen und somit nicht mehr verzogen werden. Zum anderen ist ein dicht gepacktes Faserband mit einer hohen Faser-Faser-Reibung vorteilhaft für einen gleichmäßigen Verzugsprozess. Eine zu hohe Verdichtung führt jedoch zu überhöhter Reibung und somit zu Verzugsstörungen. Eine weitere wichtige technologische Größe ist die Breite des aus dem Streckwerk auslaufenden Faserbandes. Je nach Spinnprinzip und Anwendungsbereich für das Garn ist die Breite des auslaufenden Faserbandes ein qualitätsrelevanter Parameter, der sich im ausgesponnen Garn widerspiegelt.

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