Nadelbrettdesign - Simulation und Optimierung von Nadeleinstichmustern

Die Vernadelung von Vliesstoffen ist ein bewährtes Verfahren zur mechanischen Vliesverfestigung. Das Vernadelungsverfahren beruht darauf, dass Nadeln mit Kerben senkrecht zur Vliesebene in das Material eingestochen werden. Dabei wird ein Teil der Fasern im Vlies in Richtung der Nadeleinstichrichtung umorientiert, so dass es zu einer Verriegelung der Fasern kommt. Die Eigenschaften des Vliesstoffes hängen entscheidend von den Anlagen- und Prozessparametern ab: Nadelzahl je Meter Arbeitsbreite, Hubfrequenzen bzw. Vorschub pro Hub, Abzugsgeschwindigkeit und Arbeitsbreiten.

Eine wichtige Produkteigenschaft ist die Einstichdichte, die definiert ist als Anzahl der Einstiche pro Quadratzentimeter Vliesstoff. Wünschenswert sind homogene Einstichdichten, da diese die Festigkeits- und Dehnungseigenschaften des Vliesstoffes bestimmen. Vermieden werden sollen hingegen erkennbare Streifen oder Muster. Das Einstichbild im Vlies wird im Wesentlichen von der Anordnung der Nadeln im Nadelbrett und dem Vorschub pro Hub bestimmt. In enger Zusammenarbeit mit Oerlikon Neumag Austria haben wir ein Simulationstool entwickelt, mit dem die konstruktive Anordnung der Nadeln in Abhängigkeit der Anlagen- und Prozessparameter optimiert werden kann.

Nadelmaschine
© Foto Oerlikon Neumag Austria

Nadelmaschine der Firma Oerlikon Neumag Austria

Bewertungsverfahren auf Basis der simulierten Einstichmuster

Dazu sind bei uns am Institut verschiedene Bewertungsverfahren basierend auf der Simulation des Einstichmusters entwickelt worden, um dessen Güte im Hinblick auf die Verteilung der Einstichpunkte und zur Vermeidung von Streifigkeit zu beurteilen. Diese Bewertungsmethoden sind dann implementiert und mit einer graphischen Benutzeroberfläche versehen worden, um effizient Nadelteilungen unter Berücksichtigung der Prozessbedingungen zu beurteilen.

Gleichzeitig dienen diese Bewertungskriterien auch der iterativen Optimierung der Nadelanordnung und letztendlich der automatischen Nadelbrettkonstruktion. Dabei werden die konstruktiven Rahmenbedingungen, die Arbeitspunkte für den Vorschub pro Hub und letztlich auch das Verzugsverhalten des Vliesstoffes mit einbezogen. Damit ist es nun in kürzeren Zeiträumen als bisher mgölich, Nadelteilungen kundenspezifisch und mit verbesserten Vliesstoffeigenschaften zu entwickeln.

Nadeleinstiche
© Foto ITWM

Nadeleinstiche

Vernadelter Vliesstoff- Ausschnitt: Dichteverteilung
© Foto ITWM

Vernadelter Vliesstoff- Ausschnitt: Dichteverteilung

Richtungsverteilung
© Foto ITWM

Vernadelter Vliesstoff-Ausschnitt: Richtungsverteilung.

Projektart: Industrieprojekt
Projektpartner: Oerlikon Neumag Austria