Energieverbrauch Luftweben (AiF 15599 N) - Institut für Textiltechnik ...

Ermittlung der für die Entstehung von Kernplatzern
bei ringgesponnenen Coregarnen qualitätskritischen
Prozessstufen
(Auszug aus AiF 15820 N: Erhöhung der Produktqualität von hochelastischen Core-
Garnen durch die Entwicklung eines Online-Qualitätssicherungssystems,
Laufzeit: 01.10.2008 – 31.03.2011)
Dipl.-Ing. Patrycja Bosowski, Dr.-Ing. Bernhard Schmenk, Dipl.-Ing. Christoph Ha-
cker, Dr.-Ing. Karl-Heinz Lehmann, Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. Thomas Gries
1

Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung ..................................................................................................... 3
2 Ausgangssituation und Anlass für das Forschungsprojekt........................... 4
2.1 Ringgesponnenes Coregarn (Corespungarn) ............................................. 5
2.1.1 Garneigenschaften von ringgesponnenen Coregarnen ............................... 7
2.1.2 Spulprozess ................................................................................................. 8
3 Forschungsziel und Lösungsweg ................................................................. 9
3.1 Forschungsziel ............................................................................................. 9
3.1.1 Angestrebte Forschungsergebnisse ............................................................ 9
3.2 Lösungsweg um das Forschungsziel zu erreichen ...................................... 9
4 Systematische Erfassung der Fehler bzw. Gründe für das
Auftreten von Kernplatzern ........................................................................ 11
5 Prozess- Fehlermöglichkeits-Einflussanalyse (FMEA)............................... 13
5.1 Vorgehensweise bei der Prozess-FMEA für die Coregarn-herstellung ...... 14
5.1.1 Strukturanalyse .......................................................................................... 16
5.1.2 Funktionsanalyse ....................................................................................... 16
5.1.3 Fehleranalyse ............................................................................................ 17
5.1.4 Maßnahmenanalyse .................................................................................. 19
5.1.5 Bewertungsanalyse ................................................................................... 21
5.2 Systemanalyse des Spulprozesses ........................................................... 23
5.2.1 Fehleranalyse des Spulprozesses ............................................................. 24
5.2.2 Bewertungsanalyse des Spulprozesses .................................................... 26
5.3 Zusammenfassung der Ergebnisse aus der Prozess-FMEA ..................... 29
6 Danksagung ............................................................................................... 31
7 Literaturverzeichnis .................................................................................... 32
2

1 Einleitung
Der Marktanteil von elastischen Textilien im Bekleidungssektor steigt kontinuierlich
an. Elastanhaltige Textilien weisen einen hohen Tragekomfort und eine ausgezeich-
nete Passform auf. Die Erzeugung und Verarbeitung von elastischen Materialien er-
fordern ein spezifisches Know-how und ein hohes Qualitätsbewusstsein [GrS04].
Um die bekleidungsphysiologischen Eigenschaften elastischer Textilien zu gewähr-
leisten, werden zur Herstellung Kombinationsgarne aus Elastan und Hartfaser-
materialen (entweder Stapelfasern oder Filamente) verwendet (Abb. 2-1). Kombinati-
onsgarne mit einer Kern-Mantelstruktur, die in modifizierten Ring-, Luft- oder Rotor-
spinnprozessen hergestellt werden, bezeichnet man als Coregarne.
Fehler in elastanhaltigen textilen Flächen wie Geweben oder Gestricken fallen im
Warenbild störend auf. Fehler in der Flächenware sind entweder Folgefehler aus
dem Spinnereiprozess oder entstehen bei der Flächenherstellung selbst.
Da über die Fehlerursachen und die Fehlervermeidung bei der Flächenherstellung
eine Anzahl von Untersuchungen vorliegt, wurden in dem dieser Veröffentlichung zu-
grundeliegendem Forschungsvorhaben die Fehlerursachen und die Fehlererkennung
im Wesentlichen beim Ringspinnen und beim Spulen untersucht. In die Systematik
zur Erfassung der Fehler bzw. Gründe für das Auftreten von Kernplatzern wurde aber
auch das Weben einbezogen.
3

2 Ausgangssituation und Anlass für das Forschungsprojekt
Bei den Coregarnen liegt der Elastankern nach der Herstellung nicht immer in der
Garnmitte oder ist nicht vollständig abgedeckt (Abb. 2-1).
Elastanfilament
Stapelfasern
Abb. 2-1: Mikroskopie des Elastanfilaments und der Stapelfasern
Eine fehlende Abdeckung des Elastans hat zur Folge, dass das Elastan ungeschützt
den herstellungsspezifischen Einflüssen, wie Abrasion durch Maschinenteile und
Wärmeentwicklungen ausgesetzt ist, was zum Bruch des Elastans führen kann. Nach
dem Ausrüsten und Färben unter Temperatureinfluss relaxiert das Textil. Dadurch
wird die Ware verdichtet. Erst nach dem letzten Ausrüstungschritt wird ein fehlender
Elastankern in Form von gebrochenem Elastan anhand von Streifigkeiten oder Feh-
lerstellen erkannt.
Es ist das Ziel des dieser Arbeit zugrundeliegenden Forschungsprojektes, Elastan-
fehler, die noch vor der Flächenherstellung, also im Garn entstehen, zu erkennen
und dadurch hohe Folgekosten in den weiteren Verarbeitungsschritten zu vermeiden.
Stellenweise fehlende oder gerissene Elastanseelen in Coregarnen, genannt Kern-
platzer, sind die häufigsten Fehlerursachen, die vor der Flächenherstellung auftreten
und zu Qualitätseinbußen im Endprodukt führen. Kernplatzer sind aufgrund der vor-
handenen Garnstruktur optisch nicht oder nur schwierig erkennbar. Deshalb werden
mögliche Fehlerursachen in den Prozessstufen der Coregarnherstellung systema-
tisch analysiert und darauf aufbauend ein sensorbasiertes Online-
Überwachungssystem zur Detektion von Kernplatzern entwickelt.
Die Betrachtungen in dieser Veröffentlichung beschränken sich auf die Ermittlung der
für die Entstehung von Kernplatzern bei ringgesponnenen Coregarnen
qualitätskritischen Prozessstufen.
4

2.1 Ringgesponnenes Coregarn (Corespungarn)
Corespungarne werden auf einer um die Zuführung des Elastanfilaments ergänzten
Ringspinnmaschine hergestellt. Das Mantelfasermaterial aus Stapelfasern wird in
Form einer Flyerlunte in das Streckwerk eingeführt. Gleichzeitig wird das
Elastanfilament von der Elastanspule abgewickelt und unter definierter Vorspannung
bei 3- bis 4-fachem Verzug (dem Coreverzug) dem Ausgangswalzenpaar des
Streckwerks zugeleitet (Abb. 2-2) [Ams02].
Ein zu hoher Coreverzug führt zu Filamentbrüchen und damit zur Wickelbildung
[Art02].
Abb. 2-2: Herstellungsprinzip eines Corespungarns
Einführungsaggregat
Elastaneinführung in den
Spinnprozess
Die Zuführung des Elastanfilaments ist so zu gestalten, dass eine möglichst hohe
Abdeckung und Aufschiebefestigkeit erreicht wird. Abb. 2-3 zeigt REM-Aufnahmen
von ringgesponnenen Coregarnen.
Abb. 2-3: REM-Aufnahme eines ringgesponnenen Coregarns im entspannten (links)
5

und gestreckten Zustand (rechts)
Neben den konventionellen Ringspinnmaschinen zur Coregarnherstellung werden
von der Rieter Maschinenfabrik AG, Winterthur unter dem Namen
ComforSpin®Maschinen für das Verdichtungsspinnverfahren angeboten [Rie05].
Ringgesponnenes Coregarn besitzt eine Kern-Mantel-Struktur, wie auch in Abb. 2-4
zu erkennen ist. Garne mit Kern-Mantel-Struktur besitzen eine relativ geringe Deh-
nung von 10 % bis 50 %.
Kern- und Mantelkomponente können nicht voneinander getrennt werden, ohne die
Komponenten dabei zu zerstören. Allerdings ist es möglich, dass aus unterschiedli-
chen Gründen nur das Elastanfilament innerhalb des Coregarns bricht, ohne dass
das gesamte Kombinationsgarn einen Bruch erleidet.
Abb. 2-4: Garnstruktur eines ringgesponnenen Coregarns
Das als Kern verwendete Elastanmaterial sieht aus wie ein Monofilament, ist aber
meistens ein Multifilament, bei dem die einzelnen Filamente miteinander verklebt
sind. Die am besten bekannten Elastanmarken sind Lycra® von Invista (früher Du-
Pont de Nemours) und Dorlastan® von Asahi Kasei (früher Bayer AG Leverkusen).
Die herausragenden Eigenschaften des Elastans sind die elastische Dehnbarkeit bei
einer Höchstzugkraftdehnung von 400 % bis 800 % und die hohe Rücksprungkraft.
Nachteile des von Natur aus blanken Elastans werden oft erst nach der Verarbeitung
im Fertiggewebe offenbar. Deshalb zielten die in [Bau07] vorgenommenen Untersu-
chungen auf die Zusammenhänge zwischen den Eigenschaften des Elastans und
den Verarbeitungsbedingungen ab. Elastan ist
licht- und verletzungsempfindlich
6

unbeständig gegen Alterungserscheinungen
wenig chemikalienbeständig und nur schwer färbbar.
Den geschilderten Untersuchungen zufolge wurde die Festigkeit je
nach Elastantyp unabhängig von den Lagerbedingungen innerhalb von 1,5 Jahren
nur um zwischen 5% und 15% abgebaut. Die Höchstzugkraftdehnung blieb konstant.
Ringgesponnene Coregarne müssen umgespult werden. Auch dabei erfolgt eine
Garnreinigung und zur Verbesserung des Laufverhaltens evtl. die Paraffinierung des
Garns. Die Garnreinigung schließt die Erkennung des Elastans nicht ein.
2.1.1 Garneigenschaften von ringgesponnenen Coregarnen
Je nach Verwendung des Elastanfilaments wird zwischen harten und weichen Core-
garnen unterschieden. Harte Coregarne werden überwiegend als Nähgarne (Nm 9
bis 80) mit Elastanfilamenten im Titerbereich zwischen 78 dtex und 156 dtex verwen-
det, während weiche Coregarne für Gestricke und elastische Gewebe (Nm 50
bis 120) mit Elastanfilamenten von 22 dtex und 44 dtex verwendet werden. [Wil00]
Im Gegensatz zu harten Coregarnen haben weiche Coregarne eine hohe elastische
Dehnung. Das Elastanfilament besitzt eine Bruchdehnung von bis zu 800 % und wird
beim Herstellen mit 300 % bis 400 % vorgedehnt. [NN98]
Abb. 2-5 skizziert nach [Gri94] den idealisierten Verlauf des Kraft-/ Dehnungsverhal-
tens eines elastischen Kombinationsgarns: Der erste Dehnungsanteil mit nur
schwach ansteigender Zugkraft wird als Strukturdehnung klassifiziert. Im weiteren
Dehnungsverlauf steigt die Zugkraft im Bereich der sog. Substanzdehnung steil an
bis zum Bruch der nicht-elastischen Komponente, also die das Coregarn einhüllen-
den Stapelfasern.
7

F [cN]
F H
F V
1 2 3
εstructure
ε [%]
E S
ε
ges
εH Δε
Abb. 2-5: Kraft-Dehnungsverhalten von Elastangarnen
2.1.2 Spulprozess
Zur Reinigung von elastischen Coregarnen bietet Oerlikon Schlafhorst, Mönchen-
gladbach (seit der Maschinengeneration Autoconer 338) an Spulautomaten speziell
den Elastospleißer an (Abb. 2-6) [SGö02].
Abb. 2-6: Elastospleißer
So werden zuerst die Garnenden in einer Luftdüse aufgedreht und die Fasern ver-
einzelt (Auflösedruck) und anschließend in einem Luftstrom miteinander verwirbelt
und verbunden (Spleißdruck). Bei dem Elastospleißer der für thermoplastische Garn-
arten verwendet wird, ist der Luftstrom im Gegensatz zu den konventionellen Splei-
ßern temperiert.
Die Optik der Spleißverbindung ist nahezu garngleich. Viel wichtiger ist aber, dass
mit dem Elastospleißer Fadenverbindungen entstehen, die eine hohe Beständigkeit
gegen Wechselbeanspruchung in der Weberei aufweisen.In der Strickerei bleibt die
charakteristische Elastizität der Spleißverbindungen nicht ganz erhalten [NN98].
8

3 Forschungsziel und Lösungsweg
3.1 Forschungsziel
Das Ziel der in dieser Veröffentlichung beschriebenen Arbeit besteht in der Ermittlung
der für die Entstehung von Kernplatzern bei ringgesponnenen Coregarnen
qualitätskritischen Prozessstufen. Das ist ein Teilaspekt des übergeordneten Ziels
zur Vermeidung von Ausschussproduktion und Reklamationen in der Prozesskette
für hochwertige elastische Textilien. Im Fokus stehen hierbei defekte Garnabschnitte
von Ringspinn-Coregarnen, die durch gerissene bzw. fehlende Elastanseelen cha-
rakterisiert sind. Im Detail besteht das Ziel darin, diese Garnfehler frühzeitig in der
Prozesskette am laufenden Faden zu detektieren, um sie daraufhin eliminieren zu
können. Dieser neue Ansatz zur Qualitätssicherung verhindert, dass Qualitätsmängel
aufgrund fehlender Elastanseelen erst nach der Ausrüstung von Geweben detektiert
werden und eine Zuordnung zur Fehlerursache kaum möglich ist. Während bisher in
erster Linie die Webereien und Wirkereien mit diesen Fehlern konfrontiert wurden,
können in Zukunft bei entsprechendem Einsatz von Online-Überwachungssystemen
die zentralen Prozessstufen Spulerei bzw. Garnreinigung und Flächenbildung (im Be-
reich der Garnzuführung) überwacht und darüber hinaus hinsichtlich möglicher Ursa-
chen für Garnschädigungen analysiert werden .
3.1.1 Angestrebte Forschungsergebnisse
Als Voraussetzung für die Konzeptentwicklung und für die Realisierung eines mehr-
stellenfähigen Online-Überwachungssystems werden die qualitätskritischen Prozess-
stufen ermittelt. Das Online-Überwachungssystem soll schließlich eine lückenlose
Erkennung fehlender bzw. gerissener Elastangarnseelen bei der Herstellung und
Verarbeitung von Core-Garnen zu elastischen Textilien am laufenden Faden ermög-
lichen.
3.2 Lösungsweg um das Forschungsziel zu erreichen
Der vollständige Lösungsweg umfasst acht Schritte (Tab. 3.1). Die in [Ram 06] be-
schriebene Methodik zur Entwicklung von sensorbasierten Online-
Überwachungssystemen wird angewendet. Es wird berücksichtigt, dass der zu über-
wachende Produktkennwert und damit die Messaufgabe klar auf die Fragestellung
9

egrenzt sind, ob die Elastanseele vorhanden ist oder nicht. Mehrere qualitätskriti-
sche Prozesstufen sind zu analysieren.
Tab. 3.1: Schematische Darstellung des Lösungswegs
Prozess - und
System -
analyse
Auswahl
relevanter
Messgrößen
Auswahl
möglicher
Sensoren
Vorgaben für
indus trietaugliche
Überwachungs -
strategien
Der erste Schritt des in Tab. 3.1 beschriebenen Lösungsweges, die Prozess- und
Systemanalyse, wird im Folgenden beschrieben.
Laborerprobung
und Bewertung
der Sensoren
Validierung des
Online - Messsystems
und Nachweis der
Praxistauglichkeit
Wirtschaftlichkeitsanalyse
Ergebnisaufbereitung und Know-how-Transfer
Übertragbarkeit auf
andere Teilprozesse,
Strategien zur
Fehlervermeidung
10

4 Systematische Erfassung der Fehler bzw. Gründe für
das Auftreten von Kernplatzern
Zunächst wird eine Systematisierung der bereits bekannten Gründe und Fehler, die
zu Kernplatzern führen, erstellt. Die in der Literatur beschriebenen Fehler und Ursa-
chen werden in Abb. 4-1 aufgeführt und systematisiert, um später in einer Fehler-
möglichkeits-Einflussanalyse (FMEA) eine entsprechende Einschätzung treffen zu
können.
Verschiebung
des Elastankerns
im
Garnquerschnitt
Unregelmäßigkeiten
Fehlende oder
reduzierte
Ummantelung des
Elastankerns
Bereits beschädigter
Elastankern
Ungeeignete
Filamenteigenschaften
Beschädigung
am Elastan
Kernplatzer
Einflüsse
thermisch
(Wärmeentwicklung)
mechanisch
(Scher-, Zug- und
Reibkräfte)
Abb. 4-1: Schema zur Systematisierung der Gründe für das Auftreten von
Kernplatzern
Jede Beschädigung des Elastankerns, sei es eine Bruchstelle, eine angerissene
Stelle oder eine Schmelzstelle, kann zu Kernplatzern führen. Es ist zu klären, unter
welchen speziellen Voraussetzungen oder Umständen eine Beschädigung am Elas-
tan eintreten kann.
Der Anteil des Elastankerns am Garn ist

1. eine Verschiebung des Elastankerns im Garnquerschnitt hin zum Garnau-
ßenrand bewirken (Abb. 4-2),
2. eine fehlende oder reduzierte Ummantelung des Elastankerns verursa-
chen
3. durch eine Verarbeitung bereits beschädigter sowie mit ungeeigneten Fi-
lamenteigenschaften behafteter Elastanfilamente verursacht werden.
Sobald eine dieser Unregelmäßigkeiten vorliegt, nimmt die Wahrscheinlichkeit zu,
dass das Elastan beschädigt wird.
Abb. 4-2: Position des Elastankerns innerhalb des Coregarns (a) im idealen Zustand
und (b) im nicht erwünschten Zustand
Weitere, Elastanfehler begünstigende Einflüsse im Herstellungsprozess sind
Thermische Einflüsse, wie lokale Wärmeentwicklungen
Mechanische Einflüsse, wie auftretende Scher-, Reib- und Zugkräfte.
Die oben erfolgte systematische Erfassung der Unregelmäßigkeiten, die das Auftre-
ten von Kernplatzern begünstigen, dient der Vorbereitung zur Durchführung der Pro-
zess- Fehlermöglichkeits-Einflussanalyse (FMEA) für die Coregarnherstellung.
12

5 Prozess- Fehlermöglichkeits-Einflussanalyse (FMEA)
Die Fehlermöglichkeits-Einflussanalyse (FMEA) ist ein gängiges Verfahren zur vor-
ausschauenden und zielgerichteten Fehlerabschätzung in Produkten und Prozessen.
Der Einsatz dieses Verfahrens ermöglicht neben der frühzeitigen Fehlererkennung
auch eine weiterführende Fehlervermeidung bei der Anwendung eines Prozesses
oder Verwendung eines Produkts. Das ist auch für die Qualitätssicherung von Inter-
esse Abb. 5-1 zeigt ein Beispiel für eine FMEA-Übersicht aus dem Automobilbau.
Abb. 5-1: FMEA-Übersicht zur Einordnung in die Produktstruktur [Sch09]
Ein entscheidender Vorteil der FMEA gegenüber anderen Verfahren ist die systema-
tische Zusammenstellung von wichtigem Erfahrungswissen über Fehler-
zusammenhänge. So wird es leichter, den Einfluss von Fehlern auf die Qualität von
Produkten und Prozessen zu ermitteln.
In [Tie03] sind die in der Literatur beschriebenen unterschiedlichen Arten der FMEA
zusammengefasst. Der Verband der Deutschen Automobilindustrie e.V. (VDA) hat
eine Einteilung in die
System Produkt-FMEA und die
System Prozess-FMEA
13

eingeführt. Die Anwendung sowohl der System Produkt-FMEA als auch der System
Prozess-FMEA ermöglicht einen ganzheitlichen Ansatz (Abb. 5-1). Dabei wird jeweils
von einem System ausgegangen, bei dem es sich um ein Produkt oder um einen
Prozess handelt. Mit dieser Strukturierung wird das Produkt insgesamt, also sowohl
dessen Bauteile als auch dessen Funktionalitäten betrachtet. Beide Verfahren glei-
chen sich in der Vorgehensweise.
Bei der Planung der FMEA richtet man sich nach den Phasen der Konzeption und
Konstruktion sowie der Serieneinlaufphase beim Produktionsprozess, die in (Abb.
5-1) abstrahiert als die Analysetiefe in der Strukturebene dargestellt sind.
5.1 Vorgehensweise bei der Prozess-FMEA für die Coregarn-
herstellung
Das Ziel der Prozess-FMEA ist eine Systematisierung von Fehlerarten, Fehlerursa-
chen und Fehlerorten hinsichtlich des Phänomens `Kernplatzer`(fehlendes Elastan
im Coregarn). Als Schema für die durchzuführende Prozess-FMEA wird der entspre-
chende Ausschnitt (Abb. 5-2) aus der FMEA-Übersicht (Abb. 5-1) verwendet.
Abb. 5-2: Schema der Prozess-FMEA (Beispiel)
Das Betrachtungsobjekt der Prozess-FMEA ist der Prozessschritt, der aus einer Pro-
zessstufe des vorliegenden Herstellungsschrittes (Ringspinnen, Spulen und Weben)
besteht. Dazu werden der entsprechende Prozessparameter und das Merkmal bzw.
14

Bauteil festgesetzt sowie dessen Funktionen formuliert. Aus der Funktion des Pro-
zessschritts wird der mögliche Fehler abgeleitet. Jede Funktion enthält eine ange-
passte Fehlfunktion, die als Fehlerursache und Fehlerfolge des Fehlers vom Pro-
zessschritt eingeordnet werden kann.
Die bereits im Schema benannten Komponenten (Funktion, Fehler, Fehlerfolge, Feh-
lerursache usw.) sollen im Folgenden anhand der Vorgehensweise zur Erstellung ei-
ner Prozess-FMEA erarbeitet werden.
Bei der Erstellung der Prozess-FMEA für die Bestimmung der qualitätskritischen Pro-
zessstufen der Coregarnherstellung soll in fünf Schritten vorgegangen wer-
den (Abb. 5-3).
Abb. 5-3: Fünf Schritte zur Erstellung der Prozess-FMEA
In den ersten beiden Schritten wird eine Systemanalyse durchgeführt, die eine Auftei-
lung der Herstellungsschritte (Ringspinnen, Spulen und Weben) in die Prozessstufen
vorsieht. Darauf aufbauend werden die Funktionen der Prozessstufen beschrieben.
Bei den abschließenden Schritten drei bis fünf stehen die Fehleranalyse und Risiko-
bewertung im Vordergrund der Betrachtungen. Nach Bestimmung der Fehler, Feh-
lerursachen und Fehlerfolgen der Funktionen soll anhand der Risikoprioritätszahl
(RPZ) versucht werden, die Prozessstufen zu bewerten und ihnen Prioritäten zuzutei-
15

len. Damit wird die Prozessstufe, die als risikoreichste gilt, als qualitätskritisch ein-
gestuft.
5.1.1 Strukturanalyse
Das Ziel einer Strukturanalyse ist die Erstellung einer Übersicht über den betrachte-
ten Prozess.
Im ersten Schritt, der Strukturanalyse, wird das gesamte System, hier jeweils der
Prozessablauf eines jeden der drei Herstellungsschritte (Ringspinnen, Spulen, We-
ben), in seine Merkmale, die Prozessstufen bis hin zu einzelnen Prozessparametern
der Prozessstufen eingeteilt. Dabei entsteht ein Strukturbaum des jeweiligen Herstel-
lungsschritts, untergliedert in Teilschritt – Merkmal/Bauteil – Prozessstufe – Prozess-
parameter (Abb. 5-4). Diese Struktur bildet anschließend die Grundlage für die weite-
re Vorgehensweise, in der jedes Merkmal, jede Prozessstufe und jeder Prozesspa-
rameter hinsichtlich seiner Funktion und Fehlfunktion betrachtet werden. Einer Pro-
zessstufe können dabei auch mehrere Prozessparameter zugeordnet werden
(Abb. 5-4).
Darüber hinaus ist eine solche Strukturanalyse eine sinnvolle Grundlage für die spä-
tere Erstellung des Ishikawa-Diagramms (s. unten).
Abb. 5-4: Strukturanalyse (Auszug aus dem Herstellungsschritt: Ringspinnen)
5.1.2 Funktionsanalyse
Das Ziel im 2.Schritt, der Funktionsanalyse ist die Erstellung einer Übersicht über die
Funktionalität des Prozesses. In der Funktionsanalyse wird jedem Merkmal, jeder
Prozessstufe und jedem Prozessparameter eine Funktion zugeordnet.
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Die Ursache-Wirkungsbeziehung zwischen den Funktionen lässt sich durch die Fra-
ge nach dem WIE und WARUM klären. Gemäß der Abb. 5-5 wird die Frage nach
dem WIE mit der untergeordneten Funktion beantwortet. In Gegenrichtung betrach-
tet, kann mit der Frage nach dem WARUM die `Ursachebeziehung` zwischen den
Funktionen beschrieben werden.
Abb. 5-5: Funktionsanalyse (Auszug aus dem Herstellungsschritt Ringspinnen)
5.1.3 Fehleranalyse
Hierauf aufbauend folgt im 3.Schritt die Fehleranalyse, in der die Fehlfunktionen den
einzelnen Funktionen zugeordnet werden. Mögliche Fehlfunktionen können unerfüllte
oder nur teilweise erfüllte Funktionen sein.
Die Fehlerursache des Betrachtungsobjekts liegt in der der Prozessstufe untergeord-
neten Ebene, also bei der Fehlfunktion des Prozessparameters. Die mögliche Fehler-
folge ist dann die sich ergebende Fehlfunktion in der der Prozessstufe übergeordne-
ten Ebene (Abb. 5-6).
Zuletzt müssen die Fehlerarten, Fehlerursachen und Fehlerfolgen nach dem Phäno-
men `Kernplatzer` systematisiert werden. Ursachen bzw. Fehler, die zu Kernplatzern
führen, sind in Kapitel 4 aufgelistet.
17

Die Fehleranalyse wird als Grundlage für die Abbildung der Fehlfunktionen im FMEA-
Formblatt zur Maßnahmen- und Bewertungsanalyse genutzt.
Abb. 5-6: Fehleranalyse (Auszug aus dem Herstellungsschritt Ringspinnen)
Mithilfe der Methodik eines Ursache-Wirkungsdiagramms, nach seinem Erfinder Ishi-
kawa-Diagramm genannt, kann die Problematik auf ihre Ursachen zurückgeführt
werden. Damit entsteht eine Übersicht über die Ursache- und
Wirkungszusammenhänge. Die Ursachen werden hierbei in einem Schema in die
fünf Kategorien Mensch, Maschine, Mitwelt, Methode und Material unterteilt [Sch09].
Alle kategorisierten Ursachen führen, in Abb. 5-7 durch Pfeile angedeutet, zum Wir-
kungsproblem des Kernplatzers.
18

Abb. 5-7: Schema des Ishikawa-Diagramms
Die aus der Fehleranalyse hervorgegangenen Fehlerursachen sollen in die Katego-
rien des Ishikawa-Diagramms eingeordnet werden.
5.1.4 Maßnahmenanalyse
Im 4. Schritt wird schließlich die Risikobewertung und Maßnahmenoptimierung
durchgeführt. Für die Risikobewertung werden die Bewertungszahlen B, A, und E
nach den Bewertungstabellen Tab. 5.1 und Tab. 5.2 bestimmt. Dabei bedeuten
B die Bedeutung der Fehlerfolge,
A die Auftretenswahrscheinlichkeit der Fehlerursache und
E die Entdeckungswahrscheinlichkeit der aufgetretenen Fehlerursache.
Nicht unwesentlich ist dabei der Bewertungsgegenstand. Denn es werden zum einen
die Bedeutung der Fehlerfolge und zum anderen das Auftreten und die Entdeckung
der Fehlerursache bewertet. Für jede Bewertungszahl B, A und E steht eine Bewer-
tungsskala von 1 bis 10 zur Verfügung.
Allerdings basiert diese Bewertungsmethode auf der dazu vorhandenen Quellenlage
und soll deshalb hier zur besseren Handhabung abgewandelt verwendet werden. Es
soll lediglich für jede Bewertungszahl eine Bewertungsskala aus drei Zahlen 9, 6 und
3 vorgegeben werden, die für eine höhere, niedrige und neutrale Tendenz stehen.
Die Einzelrisiken werden durch die Bildung des Produktes dieser drei Bewertungs-
zahlen kombiniert. Das Produkt ist die Risikoprioritätszahl RPZ.
19

Zur Maßnahmenoptimierung gehört das Zusammenführen von bereits bestehenden
und denkbaren zukünftigen Maßnahmen zur Behebung der dazugehörigen Fehlfunk-
tionen.
Die Ziele der Maßnahmenanalyse sind somit
Existierende oder möglicheMaßnahmen den Fehlfunktionen zuordnen
Einschätzen des Risikos unter Berücksichtigung der Fehlerfolge und Fehlerursache.
20

Tab. 5.1: Bewertungstabellen für Entdeckungs- und Auftretenswahrscheinlichkeit
Tab. 5.2: Bewertungstabelle für Bedeutungswahrscheinlichkeit
5.1.5 Bewertungsanalyse
Die Risikoprioritätszahl ist ein Risikomaß und wird anhand der verfügbaren Literatur-
quellen bestimmt. Dabei ist die Festlegung einer allgemeingültigen Grenze für die
RPZ nicht sinnvoll.
Die aus der Maßnahmen- und Bewertungsanalyse erarbeiteten Informationen sind
auf dem dafür vorgesehenen FMEA-Formblatt einzutragen. (vgl. Tab. 5.3)
21

Tab. 5.3: Formblatt für Bewertungsanalyse (Auszug aus dem Herstellungsschritt
Ringspinnen als Beispiel)
Anhand der Höhe der Risikoprioritätszahlen werden die Prozessstufen in die Katego-
rien
• Qualitätskritisch
• Nicht qualitätskritisch
eingeteilt.
Als qualitätskritisch wird dabei die Prozessstufe mit der höchsten RPZ identifiziert.
Werden mehrere Prozessstufen als qualitätskritisch bewertet, so müssen alle Fehler-
ursachen mit hoher RPZ betrachtet und entsprechend analysiert werden. Danach er-
folgt eine Einordnung der qualitätskritischsten Prozessstufen hinsichtlich des Fehler-
orts, festgemacht am qualitätskritischen Merkmal.
Coregarne werden mittels des Ringspinnens hergestellt, anschließend gespult
und auf Webmaschinen zur textilen Fläche weiterverarbeitet. Mithilfe einer Pro-
zess-FMEA werden hier beispielhaft die qualitätskritischen Prozessstufen des
Spulens ermittelt.
22

5.2 Systemanalyse des Spulprozesses
Das Spulen ist ein Zwischenschritt nach dem Ringspinnen zur Erzeugung ausrei-
chend großer Garnspulen als Vorlage für die Prozesse zur Flächenherstellung. Der
Spulprozess wird zur Qualitätssicherung genutzt. Durch die Kontrolle der Garneigen-
schaften wird die Garnreinigung zur Verbesserung der Garnqualität möglich. So sind
Spulmaschinen bereits mit zahlreichen qualitätssichernden Überwachungssystemen
(VarioPack FX, Autotense FX, ProPack FX) ausgestattet.
Die Konzeption des Spulprozesses beinhaltet die Fehlerbehebung am Garn und da-
mit die Qualitätssicherung des Garns. Der Spulprozess wird in drei Prozesszonen
(Abb. 5-8), aufgeteilt:
1. Aufsteckbereich,
2. Zentralbereich
3. Spulbereich
Zur Durchführung der Prozess-FMEA wurde eine Spulstelle der Spulmaschine Typ
Autoconer 5 der Firma Oerlikon Schlafhorst AG & Co., Mönchengladbach, zugrunde
gelegt. In Abb. 5-8 ist der allgemeine Strukturbaum des Spulprozesses dargestellt.
Die vollständige Strukturanalyse des Spulprozesses befindet sich im Abschlussbe-
richt des Forschungsprojektes.
23

Spulprozess
Herstellungsschritt Merkmal
Spulbereich
Zentralbereich
Aufsteckbereich
Abb. 5-8: Allgemeiner Strukturbaum des Spulprozesses
5.2.1 Fehleranalyse des Spulprozesses
Spulrahmen
Trommelwickelwächterung
Faden-Verlegeeinheit PreciFX
Saugrohr mit
Oberflächensensor
Fadenfangdüse
Paraffineur mit sensorischer
Paraffinrollenüberwachung
Fadenzugkraftregelung
Elektr. Reiniger
Spleißer
Greiferrohr mit Klappe
Restfadenschere
Unterfadensensor
Abzugsbeschleuniger
Schlingenbremse
Kopsabführung
Im Ishikawa-Diagramm Abb. 5-9 sind grob die Ursachen skizziert, die zu Kernplat-
zern beim Spulen führen können. Generell erfordert die Verarbeitung von Coregar-
nen eine Herabsetzung der Spulgeschwindigkeit auf 1000 m/ min und kleinere Fa-
denzugkräfte als bei nicht elastanhaltigen Garnen.
Da das Elastanfilament nach dem Verspinnen nicht mehr in `blanker` Form vorliegt,
entfallen in der Fehleranalyse des Spulprozesses (Tab. 5.4) die Fehlerursachen für
Kernplatzer, die durch Beschädigungen des blanken Elastanfilamentes entstehen.
Auch Unregelmäßigkeiten durch eine Verschiebung des Elastankerns im Garn treten
beim Spulprozess als Fehlerfolge nur aufgrund der Garnfliehkraft beim Einsatz von
Krüppelkopsen auf.
Generell wird der Spulprozess schon gut überwacht.
24

Abb. 5-9: Ishikawa-Diagramm für den Spulprozess
25

Tab. 5.4: Fehleranalyse –Detaillierte Übersicht über die Fehlerursachen beim Spul-
prozess
Unregelmäßigkeit
Z u o r d n u n g d e r F e h l e r u r s a c h e n
Freisetzen des Elastankerns
durch fehlende Ummantelung
SPULPROZESS
Verschiebung desElastankerns
Aufschieber Fliehkraft auf Faden groß
Falsche Wahl des Spleißdrucks Krüppelkopse
Herauslösen der Fasern
Falsche Wahl des Auflösedrucks
Falsche oder beschädigte
Spleißelemente
Falsche Positionierung der
Paraffinrolle und kein Austauschen
Überdehnung des Fadens
Ändernde Fadenzugkraft
(Abzugsbeschleuniger)
Falsche Wahl der Hubbreite
Falsche Wahl der Spulgeschwindigkeit
5.2.2 Bewertungsanalyse des Spulprozesses
Nach der Fehleranalyse folgt die Maßnahmen- und Bewertungsanalyse. Diese Ana-
lyse wird wieder entsprechend der Vorlage des FMEA-Formblatts durchgeführt. Die
qualitätskritischen Prozessstufen der Merkmale werden im Hinblick auf deren Bedeu-
tung zur späteren Auswahl der Messgrößen (physikalischen Größen) detailliert vor-
gestellt.
Der Spulprozess unterscheidet sich grundsätzlich von den beiden anderen zu be-
trachtenden Herstellungsschritten Ringspinnen und Weben. Er enthält nur sehr weni-
ge qualitätskritische Prozessstufen, was nach dem Konzept des
9-Step-Tools eine Fehlerüberwachung zunächst ausschließen würde. Der Spulpro-
zess ist aber schon mit wichtigen Überwachungssystemen ausgestattet und ist dem-
nach zur Anbringung eines zusätzlichen Online-Überwachungssystems zur Detektion
von Kernplatzern prädestiniert.
26

Eine Reihe der bis hierher theoretisch ermittelten Fehlerursachen für Kernplatzer
werden tatsächlich schon überwacht. Von der weiteren Betrachtung können solche
Fehlerursachen ausgeschlossen werden und im FMEA-Formblatt der von sensorba-
sierten System zu überwachenden Fehlerursachen unbewertet bleiben [Ram05].
Spleißer
Der Merkmal Spleißer beinhaltet die Prozessstufe Verbinden von zwei Garnenden
und ist in Tab. 5.5 bewertet. Das ist die qualitätskritischste Prozessstufe. In dieser
Prozessstufe müssen die beiden Garnenden nach einem Schnitt zum Ausreinigen
des Garnfehlers durch den Spleißer wieder miteinander verbunden werden.
27

Tab. 5.5: Bewertungsanalyse der qualitätskritischen Prozessstufe „Verbinden von
zwei Garnenden― des Merkmals Spleißer
Ideal ist es, wenn die Hartfasern das Elastanfilament nach dem Spleißvorgang wie-
der vollständig umschließen und das Coregarn seinen elastischen Charakter behält.
In der Praxis dominieren an der Spleißstelle tatsächlich die Hartfasern, so dass die
Elastizität nicht erhalten bleibt.
Obwohl der Elastankern von den Hartfasern an der Spleißstelle gut umhüllt ist,
kommt es vor, dass sich das Elastan im Strickprozess aufgrund mangelnder Elastizi-
tät des Garns aus dem relativ steifen Hartfasermaterial herausarbeitet. Damit würde
ein Kernplatzer entstanden sein. In diesem Fall gilt der Spleißer als Verursacher des
Kernplatzers.
Paraffineur mit sensorischer Paraffinrollenüberwachung
Beim Verstricken passiert das Garn zahlreiche Umlenkstellen in der Strickmaschine
und wird dabei durch Reibung belastet. Der Reibungskoeffizient des Garns kann
durch Paraffinieren innerhalb eines großen Garnfeinheitsbereiches um
40 % bis 50 % reduziert werden. Bei dem Verstricken von Garnen mit zu dünn auf-
getragenem oder fehlendem Paraffin (Tab. 5.6) kann es stellenweise zum Herauslö-
sen von Fasern aus dem Garn kommen. Dadurch werden Beschädigungen des Elas-
tankerns möglich. Es kommt zu Maschinenstillständen und zum drastischen Anstieg
von unerwünschten Fallmaschen und Löchern.
28

Tab. 5.6: Bewertungsanalyse der qualitätskritischen Prozessstufe „Garn mit Paraffin
versehen (Paraffinierung)― des Merkmals Paraffineur mit sensorischer
Paraffinrollenüberwachung
Die Sicherstellung eines konstanten Paraffinauftrags über die gesamte Garnlänge
einer Spule würde eine zusätzliche Qualitätssteigerung bedeuten [Sch08].
5.3 Zusammenfassung der Ergebnisse aus der Prozess-FMEA
Nach der Durchführung der Prozess-FMEA werden in einer Top 8-Liste die quali-
tätskritischen Merkmale zusammengefasst (Tab. 5.7). In Tab. 5.7 sind der Vollstän-
digkeit halber die qualitätskritischen Merkmale aus allen Herstellungsschritten einget-
ragen. Auf die Nennung der qualitätskritischen Prozessstufen wurde in Tab. 5.7 der
Übersichtlichkeit halber verzichtet. In der dritten Spalte der Tab. 5.7werden Produkt-
kennwerte aufgelistet, die zur Qualitätsüberwachung dienen können.
Die Produktkennwerte stellen eine Sammlung von im Wesentlichen physikalischen
Größen dar. In [RAM05] werden „Signale― (Messgrößen) mit der Bilanzhüllentechnik
ermittelt. Die mit der Bilanzhüllentechnik ermittelten Messgrößen regen das „out of
the box―-Denken an und haben größeres Gewicht, als die hier mit Produktkennwer-
ten bezeichneten Größen.
29

Tab. 5.7: Top 8-Liste der Qualitätskritischen Prozessstufen auf Kernplatzer
1
2
3
4
Qualitätskritisches
Merkmal
Ringspinnen
Spinndreieck
Fadenführer
Auflauf des Garns
auf Hülse
Spulen
Spleißer
Einfluss auf das Garn
Beschleunigung,Verlagerung
der Fasern um das Elastanfilament
Reibung, Umlenkung des
Coregarns, Winkelbeschleunigung
Beschleunigung
Reibung, Beschleunigung,
Verlagerung der Fasern um
das Elastanfilament
Produktkennwert nach der
Prozesskomponente
Fadenzugkraft, Fadenabzugsgeschwindigkeit,
Fadendicke
Fadenzugkraft, Fadenabzugsgeschwindigkeit,Fadenoszillation
Fadenoberfläche, Fadenzugkraft
Fadenzugkraft, Fadendicke,
Fadenoberfläche
5 Paraffineur Reibung Fadenoberfläche
Weben
6 Schussfadenspeicher Reibung, Abzugsbeschleunigung
7
8
Vorlegeeinheit
Führungslade
Reibung, Beschleunigung,
Zuführung des Fadens
Reibung, Beschleunigung
Fadenoberfläche, Fadenzugkraft,
Fadengeschwindigkeit,
Fadenlage (Winkel, Lage)
Fadenoberfläche, Fadenzugkraft,
Fadenlage (Winkel, Lage)
Fadenoberfläche, Fadenzugkraft
30

6 Danksagung
Das IGF-Vorhaben „Erhöhung der Produktqualität von hochelastischen Core-Garnen
durch die Entwicklung eines Online-Qualitätssicherungssystemes― / AiF 15820 N der
Forschungsvereinigung Forschungskuratorium Textil e.V., Reinhardtstraße 12-14,
10117 Berlin wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der in-
dustriellen Gemeinschaftsforschung und –entwicklung (IGF) vom Bundesministerium
für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundes-
tages gefördert.
Das Forschungsvorhaben wurde durch die Bereitstellung von Maschinenteilen, Ver-
suchsmaterialien und Messmitteln unterstützt. Für diese Unterstützung sowie die er-
haltenen Anregungen und die Mithilfe wird folgenden Firmen gedankt:
F.A. Kümpers GmbH & Co KG, 48429 Rheine
HCH Kettelhack GmbH & Co, 48432 Rheine
Industrieverband Veredlung-Garne-Gewebe-Technische-Textilien e.V.,
60329 Frankfurt am Main
JÖRG LEDERER GMBH ELASTIC Garne, 73340 Amstetten
Keyence Deutschland
Oerlikon Schlafhorst, 52531 Übach-Palenberg
Südwolle GmbH & Co KG, 90571 Schwaig bei Nürnberg
Textechno Herbert Stein GmbH & Co KG, 41066 Mönchengladbach
Der Abschlussbericht des Projektes AiF 15820 N kann über die Bibliothek des
Instituts für Textiltechnik der RWTH Aachen bezogen werden.
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7 Literaturverzeichnis
[Ams02] Amsler, B.:
Entwicklung und Herstellung von Produktionsgeräten für die modische
Gestaltung des Garns im Spinnprozess
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Coregarnverdichtungsspinnen – ein Prozess zur Qualitätssteigerung
Mittex 109 (2002) H. 4, S. 4-8
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schen Garnen, Denkendorf, Technische Univ., AIF-
Forschungsvorhaben, 2007
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Gent, BE, Congress International Federation of Knitting Technology
(IFKT), 36th, 1994-09-04 - 1994-09-07
publiziert als: 36th Congress International Federation of Knitting Tech-
nology (IFKT), Proceedings, Ghent, BE, Sep 4-7, 1994
[GrS04] Gries,T., Satlow, G.:
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Systematische Entwicklung von sensorbasierten Online-
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45, Internationale Chemiefasertagung, Dornbirn 20.-22.09.2006, Paper
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Rieter Link, Ring – Coregarn – System – Mit modernster Technologie
gerüstet für den Trend der Zukunft
01.09.2005, Nr.46
[Sch08] Scheibe-Heike; Jansen-Waltrud:
[Sch09] Schmitt, R.:
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Denkendofer Elastan-Kolloquium, Denkendorf, 5.-6. April 2001
Denkendorf 2001, S. 9.1-9.16
33

Edition Textiltechnik · Elastische Textilien
— Gries, Thomas —
Garne, Verarbeitung, Anwendung
Edition Textiltechnik
176 S. | Deutscher Fachverlag · 2005 |
| 978-3-87150-852-3 |
EUR 128.00* (inkl. MWSt.)
Die steigenden Marktanteile elastischer Textilien
in der Bekleidung erfordern ein besonderes
Know-how bei deren Verarbeitung, eine ent-
sprechende Qualifikation und ein hohes Quali-
tätsbewusstsein. Bisher existiert kein Buch, das
die Herstellung elastischer Textilien von der Fa-
ser über das Garn und die Verarbeitung bis hin
zur Anwendung zusammenfassend beschreibt.
Grundlage für dieses Herausgeberwerk sind die
bewährten und gefragten Faserstofftabellen
nach P.-A. Koch, die vom Institut für Textiltech-
nik der RWTH Aachen herausgegeben werden,
sowie die umfassenden Forschungsarbeiten an
diesem Institut. Aufgabe der vorliegenden Publi-
kation mit zahlreichen Experten-Beiträgen aus
Industrie und Forschung ist es, die Vielzahl der
Neuentwicklungen darzustellen und so zu be-
schreiben, dass sie die Praktiker in Industrie und
Handel marktgerecht nutzen können. Vorrangig
angesprochen werden Studierende und Auszu-
bildende sowie Textilfachleute aus den Berei-
chen Garn- und Flächenerzeugung, Textilvered-
lung, Prüfwesen und Konfektion.
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