Reibungsfreie Drallerteilung auf Basis der Supraleitungstechnologie unter Berücksichtigung der Fadendynamik an Textilmaschinen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Chokri Cherif; Dr. Ruben Hühne, seit 6/2018
• Fachliche Zuordnung: Leichtbau, Textiltechnik ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 229220297

• Erstellungsjahr: 2019

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Rahmen des vorliegenden Projektes wurde ein neuartiges Drallerteilungssystem unter Verwendung eines supraleitenden Magnetlagers und unter Berücksichtigung der Fadendynamik entwickelt, um die bisherige, prinzipbedingte Leistungsbegrenzung des konventionellen Ringspinnverfahrens zu überwinden und eine völlig neue Möglichkeit der Drallerteilung einzuführen. Ein Schwerpunkt war dabei zunächst die theoretische Modellierung, Simulation und messtechnische Untersuchung dieser Technologie unter Berücksichtigung des dynamischen Fadenverlaufs. Anschließend wurden die Wechselwirkungen der Prozess-, Technologie- und Supraleitungsparameter evaluiert und daraus die Gesetzmäßigkeit für den supraleitenden Magnetlagerring abgeleitet. Es konnte die Funktionsweise des neu entwickelten SML-Verfahrens an einem modifizierten Ringspinntester im Labormaßstab bis zu 37.000 U/min erfolgreich nachgewiesen werden. In diesem Rahmen wurde sowohl die Bewegung des Magnetringes als auch der dynamische Fadenlauf während des gesamten Spinnprozesses in Abhängigkeit von der Spinngeschwindigkeit erforscht. Gleichzeitig wurden potentielle maschinentechnische Einflüsse auf die Stabilität des SML-Systems identifiziert. Es ist uns gelungen, die Fadendynamik im stationären Zustand zu modellieren und zu simulieren. Das Leistungspotential des supraleitenden Drallerteilungssystems ist jedoch noch nicht ausgeschöpft. Der sich mit den Projektergebnissen neu ergebende Drehzahlbereich über 50.000 U/min erfordert allerdings grundlegende technologisch-konstruktive und steuerungstechnische Weiterentwicklung der Ringspinnmaschine, wie Mechanismen der Ringbankbewegung und des Spindelantriebs, um einen stabilen Spinnprozess zu ermöglichen. Die komplexen Bewegungsabläufe im System verlangen zudem eine Entwicklung von neuen Modellen der Lager- und Fadendynamik, die die Überlagerung der auftretenden in-stationären Prozesse berücksichtigen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Innovative twisting mechanism based on superconducting technology for higher productivity in ring spinning machine, Textile Research Journal, 84 (2014) 8, S. 871-880
  Hossain, M.; Abdkader, A.; Cherif, C.; Sparing, M.; Berger, D.; Fuchs, G.; Schultz, L.
  
• Superconducting magnetic bearing as twist element in textile machines, IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 25 (2015) 3, S. 3600504/1-4
  Sparing, M.; Hossain, M.; Berger, D.; Berger, A.; Abdkader, A.; Fuchs, G.; Cherif, C.; Schultz, L.
  
• Cryogenic System for the Integration of a Ring-Shaped SMB in a Ring-Spinning Tester, IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 26 (2016) 3, S. 3601105/1-5
  Berger, A.; Hossain, M.; Sparing, M.; Berger, D.; Fuchs, G.; Abdkader, A.; Cherif, C.; Schultz, L.
  
• Dynamics of Rotating Superconducting Magnetic Bearings in Ring Spinning, IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 26 (2016) 3, S. 3600804/1-4
  Sparing, M.; Berger, A.; Wall, F.; Lux, V.; Hameister, S.; Berger, D.; Hossain, M.; Abdkader, A.; Fuchs, G.; Cherif, C.; Schultz L.
  
• Mathematical modelling of the dynamic yarn path depending on spindle speed in a ring spinning process, Textile Research Journal, 86 (2016) 11, S. 1180-1190
  Hossain, M.; Telke, C.; Abdkader, A.; Cherif, C., Beitelschmidt M.
  
• Measurement methods of dynamic yarn tension in a ring spinning process, Fibres & Textiles in Eastern Europe, 1 (2016) 115, S. 36-43
  Hossain, M.; Abdkader, A.; Nocke, A.; Reimar, U; Krzywinski, F.; Hasan, Mmb.; Cherif, C.
  
• Mathematical modelling of the dynamic yarn path depending on spindle speed in a ring spinning process based on superconducting magnetic bearing, Textile Research Journal, 87 (2017) 8, S. 1011-1022
  Hossain, M.; Telke, C.; Sparing, M.; Abdkader, A.; Nocke, A; Unger, R; Fuchs, G; Berger, A; Cherif, C.; Beitelschmidt, M; Schultz, L.
  
• Modellierung des Fadenlaufs am Ringspinnverfahren mit supraleitendem Hochleistungsdrallerteilungssystem. Melliand Textilberichte 1(2017), S. 30-32
  Hossain, M.; Abdkader, A.; Cherif, C.
  
• Analysis of yarn properties in superconducting magnetic bearing based ring-spinning process. Textile Research Journal 88 (2018) 22, S. 2624-2638
  Hossain, M.; Abdkader, A.; Cherif, C.
  
• Mathematical Modelling of Dynamic Yarn Path Considering the Balloon Control Ring and Yarn Elasticity in the Ring Spinning Process Based on the Superconducting Bearing Twisting Element. Fibres & Textiles in Eastern Europe, 26 (2018) 5, S. 32-40
  Hossain, M.; Telke, C.; Abdkader, A.; Sparing, M.; Espenhahn T.; Hühne, R.; Cherif, C.; Beitelschmidt, M.
  
• Theoretical model of yarn path considering the balloon control ring and yarn elasticity in superconducting magnetic bearing based ring spinning machine. In: CD-Rom. 18th AUTEX World Textile Conference (Turkei), June 20-22, 2018
  Hossain, M., Telke, C.; Abdkader, A.; Espenhahn, T.; Cherif, C.; Beitelschmidt, M.
  
• 300 prozentige Leistungssteigerung der Verspinnung von Chemiefasern auf der Turboringspinnmaschine mit reibungsfreiem supraleitenden Drallerteilungssystem. In: Tagungsband. 58. Dornbirn Global Fiber Congress, Österreich, September 11-13, 2019
  Hossain, M., Abdkader, A.; Cherif, C.; Sparing, M.; Espenhahn, T.; Hühne, R.; Nielsch, K.
  
• In situ measurement of dynamic yarn path in a turbo ring spinning process based on superconducting magnetic bearing twisting system, Textile Research Journal (2019)
  Hossain, M.; Sparing, M.; Espenhahn T.; Abdkader, A.; Cherif, C.; Hühne, R.; Nielsch, K.
  
• Influence of the magnet aspect ratio on the dynamic stiffness of a rotating superconducting magnetic bearing, J. Phys. D (2019)
  Espenhahn, T., W Underwald, F., Möller, M., Sparing, M., Hossain, M., Fuchs, G., Abdkader, A.,Cherif, C., Nielsch, K., Hühne, R.
  
• New generation turbo ring spinning machine up to the angular spindle speed of 50.000 U/min. In: ITMA INNOVATION LAB SPEAKERS PLATFORM, ITMA 2019 (Barcelona) June 20-26, 2019
  Hossain, M.; Abdkader, A.; Cherif, C.; Espenhahn, T.; Sparing, M.; Hühne, R.