Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWMVliesstoffe spielen in vielen Branchen inzwischen eine zentrale Rolle, beispielsweise in der Automobilindustrie, dem Gesundheitswesen, der Medizin, im Bauwesen oder der Filtration. Auch die Nachfrage nach diesen vielseitigen Materialien steigt weiter. In der Produktion helfen Simulationen dabei die wichtige Airlay-Technologie für Stapelfasern weiterzuentwickeln. In der laufenden Kooperation haben sich drei Unternehmen zusammengeschlossen, die Krempelmaschinen in diesem Prozess zu optimieren: bematic®, Siriotek und unser Team des Fraunhofer ITWM aus der Abteilung »Transportvorgänge«. Gemeinsam führen wir Machbarkeitsuntersuchungen zum neuesten Airlay-Design »AioLos« von bematic® durch, um auf Basis dessen weiter zu optimieren.
Produktion von Vliesstoffen und Airlay-Technologie optimieren dank Simulation
© Fraunhofer ITWM
Produktion von Vliesstoffen und Airlay-Technologie optimieren dank Simulation
bematic®, Siriotek und das Fraunhofer ITWM treiben gemeinsam die Technologie der Vliesstoffherstellung voran
Schnellere, sparsamere und effizientere Prozesse
In der gemeinsamen Kooperation werden neuartige Krempelmaschinen entwickelt, die Leistung und Qualität bei der Airlay-Verarbeitung mit Stapelfasern gewährleisten und gleichzeitig weniger Energie, Abfall und Kohlenstoffemissionen erzeugen. Kurz zum Prozess: Airlay-Technologien können ein breites Spektrum von Fasern bis hin zum Recycling zu Vliesstoffen verarbeiten. Hierbei wird das Rohmaterial geöffnet und mit einer Walze in einen Luftstrom eingebracht (siehe Video). Dieses Luft-Faser-Gemisch wird durch Absaugung auf einem Band zu einem Vliesstoff abgelegt, verdichtet und danach thermisch, mechanisch oder chemisch verfestigt. Die Zusammenarbeit der drei Unternhemen bündelt das Fachwissen und die Innovationskraft in ihren jeweiligen Expertise.
Machbarkeitsstudie mit Simulation
Ein Teil der Zusammenarbeit ist die Machbarkeitsuntersuchung zum Airlay-Design »AioLos« von bematic®. Ziel der Studie war es, die Faserdynamik in der Luftschicht zu simulieren, um Erkenntnisse und Daten zu gewinnen, die anschließend zum Optimieren des Produktionsprozesses zum Einsatz kommen.
Im Fokus standen dabei die zwei aufeinanderfolgenden Phasen:
- Die Analyse des Luftstroms
Das Team von Siriotek hat zunächst ein detailliertes CFD-Modell entwickelt, das bewegliche Begrenzungen enthält, um die Rotation der Hauptkardiertrommel sowie die Bewegung der porösen Bänder zu simulieren, die die Vliesbildung und den Transport des Vliesstoffs bewirken. - Die Simulation des Faserabscheidungsprozesses
Die Ergebnisse der CFD-Analyse wurden an unser Team am Fraunhofer ITWM weitergeleitet, das sie mit der etablierten Software FIDYST (FIber DYnamics Simulation Tool) weiter bearbeitete. Anhand der Materialdaten, der Dichte und der Größe der Polyesterfasern konnten die Forschenden am Fraunhofer ITWM die Bewegung der Fasern im Inneren der Airlay-Anlage unter dem Einfluss der turbulenten Luftströmung vorhersagen, die sich aus den bei Siriotek durchgeführten CFD-Analysen ergab. So konnte der Ablagerungsprozess auf porösen, sich bewegenden Bändern effektiv simuliert werden. Eine detaillierte technische Beschreibung der Vorhersagefähigkeiten des dynamischen Modells ist in den Fachartikeln in der Infobox zu finden.
Video: Kooperation Airlay-Prozesse mithilfe von Simulationen optimieren
Video: Kooperation Airlay-Prozesse mithilfe von Simulationen optimieren
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Ausblick: Studie schafft Basis für neue Anlagen
Die Durchführbarkeitsstudie umfasste zudem weitere Untersuchungen zu den Prozessgeschwindigkeiten sowie zur optimalen Auslegung des Krempels, der auf der Haupttrommel und den Arbeits-/Abstreifwalzen vor der aerodynamischen Schaufel der Luftschicht installiert wird. Die bisherigen Ergebnisse stimmen das Projektteam optimistisch.
Das Unternehmen bematic ist überzeugt und widmet sich nun voll und ganz dem neuen Design, es hat die Produktion einer kompletten Anlage bestätigt. Die Beschaffung der Anlagenbestandteile läuft bereits. Seit fast 50 Jahren ist die italienische Firma bematic in der Vliesstoffproduktion tätig. Ihre Krempelmaschinen sind täglich weltweit im Einsatz. Die Entwicklung von fortschrittlicher Air-Lay-Produktionsprozesse steht im Fokus sowie die Konstruktion, Herstellung und Prüfung von Hochleistungskardieranlagen für Vliesstoffe.