Das Weben besticht noch immer durch seine Einfachheit. Zwei Fadensysteme, die Kette und der Schuss werden rechtwinklig gekreuzt und bilden so ein belastbares Gewebe. Indem der Schussfaden über oder unter jedem einzelnen Kettfaden hindurchgeführt werden kann, sind dabei beliebige Muster und sogar Bilder zu weben. Bei bis zu 1000 Schuss pro Minute geschieht dies heute schneller als das menschliche Auge reagieren kann. Dennoch hat die Technik auch nach 12000 Jahren der Entwicklung noch nicht die Perfektion erreicht. In einer Branche, in der der internationale Wettbewerb stärker ausgeprägt ist als anderswo, werden heute Effektivität und Flexibilität der Maschinen immer bedeutender. Verschiedene Gewebe müssen auf ein und derselben Maschine zu fertigen sein, ohne den Produktivbetrieb zu unterbrechen. Hierzu müssen eine Vielzahl der synchronen Bewegungen im laufenden Betrieb geändert werden. Dies ist nur mit einer hochleistungsfähigen Antriebs-, Kommunikations- und Steuerungstechnik zu realisieren.
Alternative Antriebskonzepte gesucht
Der Einsatz moderner Technologien hat ITQ dazu veranlasst, das Projekt limoweb (limo = Linearmotor) zu initiieren. Gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Informationstechnik im Maschinenwesen (itm) und dem Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb), beides Lehrstühle der TU München, wird seit mehr als zwei Jahren an der Zukunft des Webens geforscht. Das von studentischen Teams durchgeführte Projekt erlaubt es, neuartige Lösungen zu entwickeln und zugleich eine praxisnahe Ausbildung anhand mechatronischer Projekte zu ermöglichen. Unterstützt durch das Coaching von Rainer Stetter, Geschäftsführer des IT-Dienstleisters ITQ, orientierte sich das Team am Quality-Gate-Prozessmodell, welches im Mechatronik-Sektor seine Anwendung findet. Das Prozessmodell gliedert ein Projekt in klare Phasen, denen jeweils eindeutige Tätigkeiten und Dokumente zugeordnet werden und ermittelt den momentanen Status. Die Dokumentation beinhaltet alle gemeinsamen Treffen und Änderungen – dadurch wird ein schnelles, integratives Vorangehen sichergestellt. Ausgangspunkt des Vorhabens bildete eine Webmaschine von Lindauer Dornier. Das Unternehmen entwickelt mechatronische Produktionsmaschinen zur Herstellung von Geweben aller Art. Wunsch von Lindauer Dornier war es, Alternativen zu den bisher verbauten, rein mechanisch gesteuerten Getrieben zu untersuchen. Bei den Serienmaschinen des Herstellers werden die an den Webschäften angebrachten Kettfäden, die für die Erzeugung von Mustern verantwortlich sind, mithilfe von komplexer Getriebetechnik bewegt. Ziel des Projektes limoweb war es, neue Erkenntnisse über alternative Antriebskonzepte zu gewinnen, um die Maschinenflexibilität und Verfügbarkeit zu erhöhen.
Verschiedene Muster weben – Linearmotoren machen es möglich
Eine Ende des Jahres 2007 begonnene Machbarkeitsstudie von sechs Studenten analysierte zunächst alternative Antriebstechnologien. Dabei wurden hydraulische, pneumatische und elektrische Antriebssysteme unter die Lupe genommen. Im Vordergrund stand die mechanische Entkopplung von Schäften vom Hauptantrieb der Webmaschine. Aufgrund ihrer hohen Leistungsfähigkeit hat sich das Team für den Einsatz von Linearmotoren entschieden. Die Firmen Baumüller Nürnberg sowie B&R Industrie-Elektronik konnten im Bereich der Automatisierungs- und Antriebstechnik als Partner für das Projekt gewonnen werden. Ein erster Teststand zur Erprobung des synchronen Laufs zwischen den Webschäften und Linearmotoren (limo) zeigte zuletzt das mögliche Potenzial dieser neuen Antriebsart. Eine zweite Gruppe von fünf Studenten stellte sich der Aufgabe, zwei bereitgestellte Linearmotoren in die Webmaschine zu integrieren. Hierzu wurden mechanische Komponenten zur Anbindung der Motoren an die Schäfte, neue Steuerungstechnik und Antriebsregler sowie die notwendige Software implementiert. Die Begrenzung auf zwei Schäfte erlaubte es zu diesem Zeitpunkt noch nicht, die neue Technik voll auszuschöpfen.Ein aus sechs Studenten zusammengesetztes drittes Team hat sich daher zum Ziel gesetzt, das gesamte Potenzial zu veranschaulichen. Durch Integration zweier weiterer Linearmotoren kann die Webmaschine nun mit vier Schäften betrieben werden, was das Weben verschiedenartiger Muster ermöglicht. Im Gegensatz zur mechanischen Mustererzeugung der Originalwebmaschine können die Muster im neu entwickelten mechatronischen System im laufenden Betrieb geändert werden. Um diese Flexibilität unter Beweis zu stellen, haben die angehenden Ingenieure das webende Tanzspiel entwickelt. Auf einer übergroßen Klaviatur können mit den Füßen Melodien gespielt werden. Ähnlich wie bei populären Unterhaltungsspielen moderner Spielekonsolen bekommen die Spieler dabei visuell dargestellt, welche Tasten sie zu welchem Zeitpunkt treten müssen, um die Melodie zu erzeugen. Den einzelnen Tasten der Fußklaviatur werden dabei spezifische Farben und Muster zugeordnet, sodass die Spieler mit ihren Eingaben zugleich die Steuerung der Webmaschine übernehmen. Der Zusammenhang zwischen Lied und Gewebe ist somit auch für Musiklaien nachvollziehbar. Die Dauer einer Note spiegelt sich in der Breite des Gewebeabschnitts wieder, die Tonhöhe wird durch Farbe und Muster dargestellt. Interdisziplinäre Projekte wie das Projekt limoweb sind eine gute Möglichkeit, den Studenten in kleinen überschaubaren, aber dennoch technisch nicht trivialen Projekten mechatronisches Denken von der Picke auf beizubringen. Es wird nicht nur disziplinübergreifendes Wissen aufgebaut, sondern auch ein Verständnis für die Notwendigkeit einer gemeinsamen Sprache zwischen den Disziplinen sowie eines guten Projektmanagements erlangt. Anhand der Team-Semesterarbeit haben die Studenten alle wesentlichen Elemente eines Projektes durchlaufen. Von der Analyse, der Systemspezifikation bis zur Realisierung, dem Test und der Inbetriebnahme der Webmaschine. Neben dem Erwerb von technischem Know-how ging es dabei genauso um den Erwerb von Soft Skills und Erfahrung in Projekten aus der Industrie.☐
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