In Zeiten von Industrie 4.0 sind individuelle Produkte und damit kleinere oder sogar Losgröße 1 gefragt. Das gilt auch für die Hersteller von Textilien. Der Anlagenbauer Menzel hat deshalb die Waschmaschine CompactFlow speziell für Kleinmetragen entwickelt – und mit der entsprechenden Antriebs- und Steuerlösung können nun auch Stoffstücke bis 1.000 Meter wirtschaftlich gewaschen werden.

Stoffe werden während ihrer Verarbeitung vom einzelnen Faden bis zum fertig gefärbten oder bedruckten Stoff immer wieder in Waschanlagen gereinigt. Sind für den Massenmarkt große Mengen gefragt, dann nutzt die Textilindustrie entsprechend dimensionierte Lösungen. Der Anlagenbauer Menzel hat seine Anlage CompactFlow speziell für Kleinmetragen entwickelt. Damit folgt das Unternehmen dem Trend zu immer kleineren Losgrößen, die sich mit Großanlagen weder ökologisch noch wirtschaftlich vernünftig realisieren lassen. Das Engineering der Antriebs- und Steuerungstechnik für die CompactFlow ist in enger Zusammenarbeit mit Lenze entstanden.

Über ein Einlauf-Imprägnierwerk wird die zu reinigende Ware über perforierte Trommeln geführt. Von dort geht es weiter zu einem Quetschwerk, danach in einen zweiten Waschbereich. „Um die Waschintensität auf kleinstem Raum zu vergrößern, sind in beiden Waschzonen elektrisch angetriebene Schaufelräder, sogenannte SplashRoller, eingebaut, die über Turbulenzen einen hohen Flottenaustausch in der Ware erzeugen“, erklärt Geschäftsführer Constantin Menzel. Mit diesem von Lenze-Servotechnik angetriebenen Verbund erreicht die CompactFlow die gleiche, spezifische Waschleistung wie eine Großanlage.

Eine typische CompactFlow besteht üblicherweise aus zwei Modulen, das heißt vier Wäschern. Diese sorgen dafür, dass der Ölanteil im Gewebe von anfangs etwa drei Prozent schrittweise auf 0,3 Prozent sinkt. Das Öl wird vor dem Weben auf synthetische Fasern gebracht, um den Webprozess zu verbessern und Reibungen zu mindern.

Bei Naturfasern wird diese Funktion durch eine Schlichte übernommen: Sie fixiert die abstehenden Härchen auf den Faden und erhöht damit für das Weben die Gleitfähigkeit. Ob Öl bei Synthetikfasern oder Schlichte bei nativen Produkten – beides muss von den Stoffbahnen vor dem Bleichen, Färben oder dem digitalen Bedrucken entfernt werden. Hier greifen nun die Mechanismen des Sinnerschen Kreises.

Waschgeschwindigkeit über Drehzahlregelung steuerbar

Der Wirkungsmechanismus des Sinnerschen Kreises, der in vielen Reinigungsprozessen abläuft, in der industriellen Waschanlage wie in der häuslichen Wasch- und Geschirrspülmaschine, ist von vier Faktoren bestimmt: Chemie, Mechanik, Temperatur und Zeit. Alle vier Faktoren sind voneinander abhängig und in ihrer jeweiligen Größe veränderlich. Der Sinnersche Kreis – benannt nach dem ehemaligen Leiter der Anwendungstechnik bei Henkel und Tensidchemiker Herbert Sinner – greift auch bei der neuen Anlage von Menzel. Damit der Verbrauch an Wasser, Wärmeenergie und Reinigungschemikalien reduziert werden, muss der Eintrag von mechanischer Energie entsprechend groß sein, um eine gute Reinigungswirkung bei weniger Zeitbedarf (damit höherer Produktionsgeschwindigkeit) zu erreichen. Diese Warenlaufgeschwindigkeit reicht auch bei der optimierten Kompaktmaschine nicht aus, waschintensive Turbulenzen zu erzeugen, weil hier im Bereich zwischen 5 – 10m/min gearbeitet wird. Die gleichmäßig über die Warenbreite erzeugten Turbulenzen in der Menzel CompactFlow werden durch sogenannte SplashRoller (Propellerwalzen) erzeugt. Die Antriebstechnik der SplashRoller, die in ihrer Wirkung über Drehzahlsteuerung einstellbar sind, hat Menzel mit Lenze-Antrieben realisiert. Zum Vergleich: Waschanlagen für die textile Massenproduktion von Geweben laufen mit Geschwindigkeiten von 50 bis 100 Metern in der Minute, „während wir bei der CompactFlow von fünf bis 10 Metern sprechen“, erklärt Wolfgang Fechner, technischer Vertriebsleiter bei Menzel.

Wirtschaftlich auch bei kleinen Losgrößen

Während bei großen Anlagen mit kontinuierlich durchlaufenden Stoffen der Trend zu einem „immer schneller und breiter“ geht, so Geschäftsführer Constantin Menzel, hat das Unternehmen mit der CompactFlow eine Maschine entwickelt, „die in der Lage ist, auch Kleinmetragen wie 500 bis 1.000 Meter lange Stücke wirtschaftlich zu waschen“. Die unterschiedlichen Produktionschargen unterscheiden sich nicht nur von ihrer Vorbehandlung, Farbgebung oder wie sie bedruckt sind. Maßgeblich für ein gleichermaßen warenschonendes wie effektives Waschergebnis ist auch die Art des Materials selbst. Gewebte Ware weist ganz andere Materialeigenschaften auf als gewirkte Ware – hier geht es um die Entscheidung, wie hoch die Zugkräfte sein dürfen, die in der Waschanlage auf die Ware wirken.

Betttuchstoffe für gewebte Waren und elastische Sportbekleidung für gewirkte Materialien mit hohem Elastananteil sind gute Beispiele für die anzuwendenden unterschiedlichen Waschverfahren. Die exakte Spannungsregelung zählt neben dem eigentlichen Waschprozess zur Kerntechnologie innerhalb der CompactFlow.

Fein Justage für elastische Stoffe

Lassen sich die Zugkräfte von Webwaren – zum Beispiel einem zu bedruckenden Betttuch – vergleichsweise einfach festlegen und mit den bekannten Regelverfahren dauerhaft halten, sieht dies bei elastischen Artikeln anders aus. „In der Vergangenheit hatten wir es deshalb auch mit zwei ganz unterschiedlichen Maschinen zu tun, weil Webwaren einfach zu handhaben sind und elastische Stoffe dafür umso komplizierter“, so Constantin Menzel. Die Maschinenbauer haben es mit der CompactFlow geschafft, auch diese zugempfindlichen Stoffe in einem kontinuierlichen, also durchlaufenden, Waschprozess zu reinigen. Gefragt sind dabei minimale Zugmomente, um die Ware in ihrer Elastizität nicht zu überdehnen. Deshalb muss die Antriebs- und Steuerungstechnik von Lenze auch so fein justiert sein. „Wir gehen runter bis auf Zugkräfte von 10 N pro Meter Warenbreite. Das ist quasi nichts“, verdeutlicht Wolfgang Fechner. Die Alternative sind diskontinuierliche Lösungen, die aber deutlich mehr Energie, Wasser, Zeit und Chemikalien benötigen.

Achssynchronität durch Ethercat

Bei der CompactFlow hat Lenze intensiv beratend mitgearbeitet. „Bisher hat es keiner hinbekommen, zum Beispiel sogenannte Gummibandware (elastische Miederwaren mit hohem Elastananteil) zum Laufen zu bringen. Wir haben die entscheidenden Zusammenhänge erkannt und diese gemeinsam mit Lenze in eine Automatisierung gebracht“, so der Geschäftsführer.

Technisch realisiert ist das Ganze mit Servoreglern aus der Reihe i700 und dem Controller 3200 C als kompaktem Zentrum der Automation. Um eine hohe Achssynchronität der insgesamt 10 Antriebe zu gewährleisten, nutzt Lenze die Performance des Echtzeit-Ethernet-Busses Ethercat. Für die Software konnte das Projektteam vor allem bei den Standardfunktionen fertig programmierte Module aus der Application Toolbox Fast von Lenze verwenden. Typische Aufgaben sind hier Tänzerlageregelung, Kraftmessung, Wickeln und Gleichlauf. Die Maschinenbauer von Menzel rechnen damit, dass bei Standardanwendungen der Trend noch mehr dahin gehen wird, vorbereitete Software-Module einzusetzen. Hinter Lenze Fast stecken prinzipiell einfach einsetzbare Software-Module, die Standardfunktionen so weit wie möglich abdecken. Der Vorteil: Standardisierte und wiederverwendbare Software-Module verschaffen Programmierern mehr Luft für die Entwicklung und den Test besonderer Maschinenfunktionen. Die Fast-Technologiemodule nutzen die gleichen standardisierten Schnittstellen, können beliebig und leicht kombiniert und mit eigenen selbst erstellten Komponenten ergänzt werden.

Zum Serienumfang der Automatisierung bei Menzel zählt auch die Fernwartung, da die Anlagen überwiegend im Ausland eingesetzt werden. Da die Antriebs- und Automatisierungstechnik aus einem Guss ist und mit einem durchgängigen Bussystem arbeitet, hat der Service die Möglichkeit, die komplette Anlage bis hinunter zur Aktorik zu überwachen und zu optimieren.