Simulationsbasierte konstruktive Auslegung einer Spinnvliesanlage

Simulation Spinnvliesanlag
© Foto Oerlikon|Neumag

Simulation Spinnvliesanlag

Auf Basis des Softwaretools FIDYST (Fiber Dynamics Simulation Tool) sind verschiedene Projekte zur Auslegung und Optimierung von Maschinen und Anlagen durchgeführt worden. Wesentlicher Schlüssel hierzu ist es, das dynamische Verhalten von Filamenten oder Stapelfasern gezielt zu beeinflussen.

In enger Kooperation mit Oerlikon|Neumag ist eine auf Simulationsergebnissen basierende konstruktive Neugestaltung der Spinnvliesanlage erfolgt. Zum einen werden hierzu Simulationen der Strömungsdynamik im Bereich des Slots mit Luftzuführung und schmalem Filamentkanal sowie dem sich anschließenden Freistrahl durchgeführt. Zum anderen kann anhand dieser Daten zur Luftströmung die Dynamik der sich darin bewegenden Filamente durch FIDYST erfasst werden.

Spinnanlage
© Foto ITWM

Links: Stromlinien der Luftströmung; Rechts: Dynamik des Filamentvorhangs.

Gemessene Festigkeiten des Vliesstoffes
© Foto ITWM

Gemessene Festigkeiten des Vliesstoffes.

Die Filamente werden dabei global durch die Richtung und Stärke des Freistrahls bestimmt, während lokale Ausweichbewegungen wesentlich durch die Turbulenzen der Strömung und deren Wirkung auf die Filamente in Verbindung mit Verlangsamung der Strömung über dem Auffangband entstehen. Durch die Zufälligkeit der Bewegung entstehen in der Ablage stochastische Strukturen, die hinsichtlich der entstehenden Zugfestigkeit im Vliesstoff optimiert werden sollten.

 

Stochastisches Modell der Ablage

Unter dem Hintergrund dieses Zieles wurde ein stochastisches Modell der Ablage entwickelt. Dieses beruht auf der Feststellung, dass sich ein einzelnes Filament beim Auftreffen von oben gesehen um ein Zentrum herum clustert. Durch Analyse der zugehörigen Verteilung ergibt sich eine Standardabweichung sowohl in Produktions- (MD) als auch in Querrichtung (CD). Typischerweise ist der Wert in MD größer als in CD, was auch zu den Festigkeitswerten korrespondiert. Insgesamt wurden etwa 30 verschiedene Auslegungsvarianten ausgearbeitet und anhand von Simulationen bewertet, um die Filamentablage in CD zu verbreitern und diejenige in MD zumindest beizubehalten.

Gemeinsam mit Neumag wurde daraus ein Vorschlag ausgewählt, der eine signifikante Verbesserung verspricht und in einer Anlagenbreite von 7m realisiert werden kann. Die ersten Ergebnisse nach Realisierung auf der Technikumsanlage wurden auf dem EDANA Symposium 2007 vorgestellt. Dabei haben sich die Simulationsergebnisse bestätigt: Steigerung der Querfestigkeit (CD) um etwa 15% und zusätzlich in MD um knapp 10% bei unverändertem Materialeinsatz.

 

Projektart: Industrieprojekt
Projektpartner: Oerlikon | Neumag, Neumünster