Projekt 20628/02

Erprobung eines neuen Fertigungsverfahrens zur Herstellung von Spinnspulen unter Praxisbedingungen

Projektdurchführung

GOEPFERT Werkzeug & Formenbau GmbH & Co. Teilefertigung KG
In der Buttergrube 4
99438 Legefeld

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Das Hauptziel des Folgeprojektes besteht in der Entwicklung eines geeigneten Versuchswerkzeugs für einen Großversuch, der für die Dauer von 1 bis 1,5 Jahren bei der ENKA GmbH in Elsterberg stattfindet. Die großtechnische Erprobung ist ein zwingendes Kriterium für die Ablösung der Aluminiumspinnspule. Der Nachweis der Recyclingfähigkeit der neuen Spulengeneration sowie die Übertragbarkeit einer Kunststoffspule auf andere Lösungsspinnverfahren sind weitere wichtige Ziele des geplanten Projektes.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Überführung der Kunststoffspinnspulen auf andere Branchen sowie Bereiche der Textilindustrie sind durch den Referenzeinsatz im Werk Elsterberg wesentlich verbessert. Die aus dem großtechnischen Versuch bei ENKA gewonnenen Erkenntnisse und Erfahrungen können maßgeblich helfen, neue Einsatzgebiete für zylindrische, rotatorisch und chemisch hoch beanspruchte sowie farbige Kunststoff-bauteile zu erschließen. Speziell die erzielbaren Ergebnisse auf dem Gebiet von farbigen, mechanisch hochbelasteten Kunststoffanwendungen könnten auf Anwendungen im KfZ-Bereich übertragen werden.
Zur Absicherung der Arbeitsinhalte des Projektes sind u.a. folgende Arbeitsschritte zu realisieren:
Produktionseinführung einer absolut neuartigen Spulengeneration bei der Viskosefaserherstellung mit längerer Standzeit, geringerem Verschleiß und deutlich minimierten Gewicht im Vergleich zur bisherigen AL-Spule um 60%
Ablösung einer mittels Spezialbeschichtung in Anwendung befindlicher AL-Spule und damit Wegfall eines aufwendigen Beschichtungsprozesses sowie erforderlicher Nachbeschichtungen bei Beschädigung der Oberfläche
Entwicklung neuer Farbbatchvarianten unter Berücksichtigung bestimmter Einsatzbedingungen für hochfeste Bauteilanwendungen
Nachweis der Ergebnisse im Rahmen von Langzeittests
Erarbeitung von Verarbeitungshinweisen für den Anwender


Ergebnisse und Diskussion

Die erweiterten Praxisvorversuche bei der ENKA GmbH in Elsterberg laufen seit 2005. Hierzu sind ca. 10.000 Spinnspulen in verschiedenen Verarbeitungsstufen abgespritzt worden. Die abgemusterten Spinnspulen sind dann anschließend für den Großversuch seit 2005 unter Produktionsbedingungen im Einsatz. Während dieses Großversuchs sind stetige produktionsbegleitende Untersuchungen sowie ma-terialtechnische Prüfungen an den Spinnspulen realisiert worden.

Das Versuchswerkzeug wurde entsprechend konzipiert, dass bei dieser Fertigungsvariante eine vollständige Spinnspule ohne Nacharbeit entsteht. Die Optimierung des Versuchswerkzeugs sowie die optimalen Verarbeitungsparameter sind die Schwerpunkte des Projektes. Zur Auswertung und zum Vergleich der spritzgegossenen Spinnspulen sind die Versuchsstände an der TU Chemnitz aus dem Vorgängerprojekt genutzt worden. Nach ca. 6 Monaten der Testphase sind bei den ersten Spinnspulen Veränderungen am Innendurchmesser aufgetreten. Diesbezüglich ist die Geometrie der Spinnspule nochmals angepasst worden, um ein Schrumpfen der Spulenkörper zu minimieren. Diese Änderungen sind mit aufwendigen Werkzeugänderungen realisiert worden.

Die Ergebnisse des Großversuchs zeigen, dass es möglich ist, den mechanischen und produktionsbegleitenden Anforderungen im realen Produktionsprozess standzuhalten. Dies haben die großtechnischen Versuche bei der ENKA GmbH bestätigt. Die Sicherstellung der Ergebnisse in Langzeitversuchen ist erfolgt. Nach anfänglichen Schwierigkeiten und Ausfällen von 2% erfolgte eine Optimierung der Spulenge-ometrie und die Langzeittests bestätigen die Tendenz, dass bis heute die Fehlerquote zwischen 0,3 - 0,8 % liegt. Ferner ist ein wesentlich verbessertes Ablaufverhalten der Viskose aufgrund der Oberflächenstruktur der Spulenkörper bereits bei den ersten Versuchsspulen zu verzeichnen.

Die beschriebene Verfahrensvariante hat sich als die wirtschaftlichste sowie technisch sinnvollste Herstellungsvariante für Spinnspulen herauskristallisiert. Zum einen ist sie die wirtschaftlichste Fertigungs-möglichkeit bei den geforderten Stückzahlen (200.000 Stück pro Jahr) und zum anderen sind bei optimal eingestellten Verarbeitungsparametern die Wiederholbarkeitskriterien sichergestellt. Nach einem erfolg-reichen Abschluss des Großversuchs kann die vorhandene Spulenkapazität in den kommenden Jahren dann schrittweise auf die neue Spulengeneration umgestellt werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Eine Gebrauchsmusteranmeldung liegt vor, um die schutzrechtliche Absicherung des erreichten Sachstandes zu gewährleisten. Eine Veröffentlichung der Ergebnisse in Fachzeitschriften der Kunststoffbranche wie auch der Textilindustrie ist vorgesehen. Auf der weltweit größten Kunststoffmesse, der K-2007 wurden bereits erste Ergebnisse vorgestellt.


Fazit

Der innovative Charakter des Projektes ist durch die Entwicklung eines neuen Versuchswerkzeugs für Spinnspulen sowie deren großtechnischer Versuch innerhalb der laufenden Produktion gekennzeichnet. Eine Patentanmeldung wurde getätigt (Aktenzeichen 20 2005 020 165.0 - Titel Spinnspule).
Infolge der Substitution der Aluminiumspulen kann die ENKA GmbH ihre CO2 - Emissionen in einer Größenordnung von ca. 1000 t CO2 jährlich reduzieren. Dies würde bei einer Gesamtstückzahl der Spulen von 1,2 Mill. bedeuten, dass jährlich ca. 200.000 Stck substituiert werden müssten. Somit ist ein nahtloser Übergang von Aluminium zu Kunststoff sichergestellt und es sind vertretbare wirtschaftliche sowie produktionstechnische Rahmenbedingungen gegeben. Ein Wissenstransfer in andere technische Arbeitsbereiche ist gewährleistet.