Die Nachrüstung erweckt Spinnmaschinen zu neuem Leben

Safilin, ein Unternehmen, das französisches Kapital mit polnischem Fachwissen kombiniert, stellt Produkte auf Flachs- und Hanfbasis her, darunter Garne, die in der Bekleidungs-, Möbel-, technischen Textilien-, Lebensmittel-, Automobil- und vielen anderen Branchen verwendet werden. Das Unternehmen produziert auch Garne für Verbundwerkstoffe sowie Bindfäden und gedrehte Garne für eine Vielzahl von Anwendungen. In Polen betreibt Safilin Produktionsstätten in Miłakowo und Szczytno. Letzterer Standort beherbergt sowohl eine Nassspinnerei als auch eine Kämmanlage. Die Anlage produziert jährlich etwa 2.000 Tonnen an Endprodukten. Für das Nassspinnen werden PM88-Maschinen verwendet, die allgemein als PMs bezeichnet werden. Diese Maschinen sind seit 1982 in Betrieb, was bedeutet, dass sie seit mehr als 40 Jahren in Betrieb sind. Im Rahmen seiner Industriestrategie entschied sich das Unternehmen, Alternativen zu seinen bestehenden Anlagen zu erkunden und sein fundiertes Prozesswissen zu nutzen, um sich einen Wettbewerbsvorteil bei der Flachsgarnproduktion zu verschaffen. Um das Beste aus den vorhandenen Anlagen herauszuholen, startete das Managementteam ein Nachrüstprogramm, das darauf abzielte, der PM-Maschine ein zweites Leben zu geben und sie gleichzeitig in PZ-KA umzubenennen. Die Entscheidung, die veralteten Maschinen zu modernisieren, ermöglichte die Automatisierung von Prozessen und die Echtzeit-Visualisierung der Produktionsparameter, was zu einer verbesserten Betriebseffizienz und erheblichen Kosteneinsparungen führte. Ein wichtiger Erfolgsfaktor war die Zusammenstellung eines umfassenden Projektteams, das Safilin-Spezialisten aus verschiedenen Disziplinen zusammenbrachte, die aktiv zu der Initiative beigetragen haben.

Beim Flachsspinnverfahren wird ein chemisch behandeltes Garn gezogen und gleichzeitig gedreht, das heißt, ein vorverarbeitetes und leicht gedrehtes Flachsband mit einer bestimmten linearen Dichte.

“In der Anlage in Szczytno erfolgt das Spinnen im Nassspinnverfahren. Eine umherziehende Spule wird auf das Spinngerüst gelegt, wo der Prozess der „Spinnvorbereitung“ beginnt. Dazu wird das Garn durch ein Wasserbad geführt, das auf 18—22 °C gehalten wird, und dann durch eine Reihe von Führungen, die es ihm ermöglichen, sich allmählich und kontrolliert zu entspannen.“
erklärt Aleksandra Kaszubowska, Prozessingenieurin bei Safilin.

Die PM88-Maschine bestand aus drei Hauptkomponenten: einem Schaltschrank, einem mechanischen Schrank und einem Arbeitsmodul. Der mechanische Schrank wurde so konzipiert, dass er die Antriebskraft über ein System aus Zahnrädern, Ketten und Riemen überträgt. Tatsächlich wurde der gesamte Mechanismus, bestehend aus etwa 50 Komponenten, hauptsächlich Stirnrädern, von einem einzigen Elektromotor angetrieben.

“Diese Lösung machte es schwierig, Maschinenparameter zu ändern, da manuelle Eingriffe erforderlich waren, einschließlich des Austauschs von Zahnrädern, um die Übersetzungsverhältnisse zu ändern. Darüber hinaus mussten mechanische Einstellkomponenten verwendet werden, wie zum Beispiel ein Ratschenmechanismus zur Steuerung zyklischer Bewegungen. Dies erforderte präzise Einstellanpassungen und verlängerte die Zeit, die erforderlich war, um die Maschine an eine neue Produktreihe anzupassen,“
erinnert sich an Aneta Siemak, Leiterin der Spinnereiabteilung.

Die Arbeiten an dem Nachrüstprojekt begannen im Mai 2023 und dauerten bis Juli 2024. Der gesamte mechanische Schrank wurde neu entworfen und für die Installation von Servomotoren angepasst. Während der Modernisierung wurden mehrere Komponenten ausgetauscht, darunter das Getriebe, das durch servobetriebene Systeme ersetzt wurde. Lagerbaugruppen und Antriebswellen wurden ebenfalls modifiziert, um unter den neuen Bedingungen zu funktionieren. Diese Änderungen ermöglichten eine präzise Anpassung der Betriebsparameter der Maschine, wodurch die Gesamtleistung deutlich verbessert wurde.

“Dank der Servomotoren sind keine manuellen Eingriffe mehr in das Antriebssystem erforderlich, sodass keine Getriebe ausgetauscht werden müssen. Die Maschinenparameter werden jetzt über die PLC-Steuerung eingestellt. Darüber hinaus haben wir einen vollständigen Überblick über jeden Parameter in jedem Arbeitsbereich der Maschine, was eine schnelle und einfache Neukonfiguration der Einstellungen und die Optimierung des Produktionsprozesses ermöglicht.„, sagt Maciej Rusinek, Chef-Energieingenieur bei Safilin.

“Wir haben die Haltbarkeit wichtiger Antriebskomponenten wie Lager, Wellen und anderer Baugruppen optimiert, was die Zuverlässigkeit des gesamten Systems erheblich verbessert hat.„fügt Kamil Baran, Maschinenbauingenieur bei Safilin, hinzu.

Die Reduzierung der Anzahl mechanischer Komponenten hat auch die Wartung erleichtert, da sie einen besseren Zugang zu wichtigen Teilen ermöglicht hat, was die Ausfallzeiten erheblich reduziert hat. Insgesamt haben diese Verbesserungen zu einer höheren Maschineneffizienz und einer höheren Betriebssicherheit beigetragen.

Elektrischer Schaltschrank vor der Modernisierung.

Dank der Nachrüstung wurde auch die Sicherheit des Maschinenbetriebs erheblich verbessert. Das PZ-KA ist jetzt mit einem neuen Sicherheitssystem ausgestattet, das gemäß den im Rahmen des Risikobewertungsprozesses ermittelten Anforderungen entworfen wurde. Neben anderen Funktionen wurde die Maschine mit Standard-Nothalttasten in Pilzform ausgestattet.

“Das Sicherheitssystem wird von einem programmierbaren Sicherheitsrelais der SIRIUS 3SK2-Familie überwacht.. Zusätzlich zur grundlegenden Not-Aus-Funktion wurde auch eine Funktion zum Entsperren implementiert, mit der die Maschine sicher zum Stillstand gebracht werden kann.„, sagt Ewelina Radomska, Spezialistin für Gesundheit, Sicherheit und Umwelt.

Die Automatisierung wird gesteuert von Siemens-CPU, integriert in den SIMATIC S7-1500 controller, das den Betrieb der Servoantriebe und anderer Maschinenkomponenten koordiniert. Zu seinen Funktionen gehören die Synchronisation von Antriebsgeschwindigkeiten und Prozessen sowie die Steuerung von Magnetventilen und Lüftungssystemen. Das TP1200 Comfort HMI-Bedienfeld, verwaltet wiederum die Grundfunktionen der Maschine. Es ermöglicht die Diagnose von Systemkomponenten, einschließlich der Antriebe, und ermöglicht die Steuerung und Überwachung von Prozessparametern. Das Panel visualisiert auch wichtige Betriebsdaten, wie den Füllstand der Spule, auf die das Garn gewickelt ist.

Das Maschinenmodernisierungsprojekt umfasste eine Vielzahl von Aktivitäten im Zusammenhang mit der technologischen Integration und der Implementierung neuer IT-Lösungen. Das Hauptziel dieses Teils des Projekts war die Schaffung eines Systems, das Produktionsdaten digital erfassen, verarbeiten und analysieren kann, um Fertigungsprozesse zu optimieren.

“Die gesammelten Daten ermöglichen es, ein vollständiges Bild des Maschinenbetriebs zu erstellen, sodass wir potenzielle Probleme identifizieren, Korrekturmaßnahmen planen und die Betriebseffizienz verbessern können. Mehr als 120 Maschinenparameter werden aufgezeichnet, von denen die wichtigsten Spindeldrehzahl, Ringschienenoszillation, Vorschubgeschwindigkeit und Förderrate sind,„, sagt Jan Słowiński.

“Im Rahmen des Projekts wurden Anwendungsserver so konfiguriert, dass sie Live-Produktionsdaten sammeln. Die Datenübertragung wird durch die Node-RED-Prozessorchestrierungsumgebung optimiert, die die Automatisierung von Datenflüssen zwischen verschiedenen Systemen ermöglicht. In Kombination mit dem Cron-Planungsprogramm gibt es uns absolute Flexibilität bei der Definition, wann und wie Informationen übertragen werden. Alle gesammelten Maschinendaten werden in einer SQL-Datenbank gespeichert,“ erklärt Maciej Chudziński, Softwareingenieur bei Safilin.

Die letzte Phase der IT-Implementierung war die Entwicklung eines Datenvisualisierungssystems in Power BI. Diese Plattform ermöglicht die Erstellung interaktiver Berichte und analytischer Dashboards, die Benutzern klare und dynamische Einblicke in die Produktionsleistung bieten. Diese Visualisierungen unterstützen die Identifizierung von Problemen und erleichtern eine datengestützte Entscheidungsfindung.

Die durch die Modernisierung der PM88 erzielten Ergebnisse waren so erfolgreich, dass das Werk plant, weitere Maschinen nachzurüsten. Den Projektannahmen zufolge wird die Kapitalrendite voraussichtlich in etwas mehr als einem Jahr erreicht werden. Zu den weiteren Vorteilen gehören eine erhöhte Betriebssicherheit und eine deutliche Verbesserung der Arbeitsbedingungen, dank einer Reduzierung des Geräuschpegels von 94 dB auf 89,5 dB. Die Qualität des Endprodukts hat sich ebenfalls verbessert, insbesondere in Bezug auf Festigkeit und Garngleichheit. Dank der implementierten IT-Lösungen werden die Garnqualitätsindikatoren jetzt kontinuierlich in Power BI überwacht.

Die finanziellen Vorteile ergeben sich in erster Linie aus niedrigeren Garnproduktionskosten, die durch eine Steigerung der Maschinenproduktivität um etwa 19% erzielt wurden. In absoluten Zahlen stieg die durchschnittliche Produktion von 176 kg pro Tag auf 209,5 kg pro Tag.