Leistungssteigerung und Lärmminderung durch Reduzierung der Webmaschinenschwingungen
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Moderne Fachbildemaschinen ermöglichen prinzipiell hohe Webmaschinendrehzahlen und damit eine hohe Produktivität. Dieses Potential kann allerdings häufig nicht vollständig genutzt werden, da im hochtourigen Betrieb starke Schwingungen im Antriebsstrang der Fachbildung auftreten. Die Schwingungen im Antriebsstrang der Fachbildung haben unter anderem hohe Kosten durch einen starken Verschleiß des Webgeschirrs, einen erhöhten Wartungsaufwand und eine starke Lärmbelastung zur Folge. Als Gegenmaßnahme wird in der Praxis in der Regel die Maschinendrehzahl gesenkt wodurch die theoretisch mögliche Produktivität der Maschine nicht erreicht wird.
In einem gemeinsamen Forschungsprojekt AiF-Nr. 15476 N des Instituts für Getriebetechnik, Maschinendynamik und Robotik mit dem Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen, wurden die Schwingbewegungen an verschiedenen Elementen eines Fachbildungsprüfstandes und an der Fachbildeeinheit einer Luftdüsenwebmaschine analysiert. Dazu wurden zum einen Messungen an dem realen System durchgeführt und zum anderen ein Simulationsmodell des Schwingungssystems erstellt.
Zur Simulation des Systemverhaltens wurde ein Mehrkörpersimulationsmodell erstellt. In diesem wurden zusätzlich die Elastizitäten verschiedener dünnwandiger Strukturen durch die Einbindung von modal reduzierten FE-Modellen berücksichtigt. Dadurch ist es möglich nicht nur das Starkörperverhalten der Maschine abzubilden, sondern auch die Strukturschwingungen zu berechnen.
Die für das Modell benötigten Parameter konnten aus den Konstruktionsdaten und Messungen zum Beispiel durch eine Modalanalyse gewonnen werden. Mittels Messungen zur Betriebsschwingungsanalyse konnte im Anschluss das Simulationsmodell durch Vergleich der Messwerte mit den Simulationsdaten verifiziert und dessen Eignung zur Analyse des Schwingungsverhaltens nachgewiesen werden.
Mit Hilfe des verifizierten Simulationsmodells konnte im Anschluss das Systemverhalten detaillierter untersucht werden, da es damit möglich war auch Aussagen über das Bewegungsverhalten von Bauteilen zu machen, die zuvor nicht messtechnisch erfassbar waren.
Abschließend konnte zudem das Systemverhalten über entsprechende Optimierungsalgorithmen verbessert werden, ohne dass eine Vielzahl von teuren Prototypen gefertigt werden musste. So konnten schließlich durch die Kombination aus Messungen und Simulationen wirkungsvolle Maßnahmen zur Schwingungsreduktion im Fachbildungsstrang und zur Lärmminderung an Webmaschinen entwickelt werden.
Dieses Projekt zeigt deutlich die Möglichkeiten, die durch die Kombination von modernen Simulationsmethoden zur Analyse der Maschinendynamik mit der klassischer Getriebetechnik beziehungsweise Mechanismentechnik entstehen. So kann zum Beispiel durch ein optimiertes Bewegungsdesign eine Verbesserung des Systemverhaltens erreicht werden.
Partner
ITA Institut für Textiltechnik
AIF Forschungsnetzwerk Mittelstand