From the Sector

"ITA Aachen and ITA Augsburg are part of the ITA Group International Centre for Sustainable Textiles. Experience our textile innovations at two exhibition booths," explains ITA Institute Director Professor Dr. Thomas Gries. "See our ring spinning tester at booth H3-B304, which spins recycled fibres sustainably and individually in a previously impossible fineness. In addition, there is digital yarn monitoring, which enables new market potentials. Get an idea of the Recycling Atelier of ITA Augsburg at booth H3-A207 and see the textile cycle from used textile to solution steps for industrial implementation together with industry partners. Join us on the Walk4Recycling and follow the path from used textile to a new knitted pullover on a tour of the trade fair. This is how we live up to our claim as the ITA Group: sustainable - digital - individual."

ITA Aachen - Digital ring spinning tester for recycled fibres enables spinning of fine yarns with high recycled fibres content
The Institut für Textiltechnik of RWTH Aachen University (ITA) will be exhibiting a digital ring spinning tester, which spins recycled fibres directly and conventionally with a particularly high content of 60-70 percent. Up to now, recycled yarns have mainly been rotor-spun in this blend ratio. This results in rather coarse yarns and is not suitable for finer textiles such as outerwear. Ring spinning of recycled yarns now enables the spinning of finer yarns and thus a higher application level for recycled materials.

A unique selling point of the ITA ring spinning tester is the simultaneous spinning in the direct spinning process from the sliver and in the classic ring spinning process. For this purpose, the strength and elongation of the spun yarn are determined online and digitally for the first time. The real-time measurement allows process parameters and yarn properties to be adjusted iteratively and quickly. The ring spinning tester was upgraded from an existing tester to Industry 4.0 standard and is operated via a tablet. Operation via tablet enables the adjustment of process parameters including online quality monitoring remotely from anywhere in the world.
 
For this purpose, the ring spinning tester is also able to produce fine ring spun yarns. These yarns made from recycled material opens up a multitude of further fields of application for woven and knitted goods. Now, for example, clothing and technical textiles can be made from recycled material, the production of which was not possible before - such as outerwear made from recycled material. The development of new industries and fields of application opens up new market potential for recycled yarns - also and especially for processing in Europe. This creates the opportunity to preserve key technologies and jobs in cost-intensive locations.

ITA Augsburg - Recycling Atelier: Walk4Recycling
The Recycling Atelier of the Institut für Textiltechnik Augsburg gGmbH on stand H3-A207 presents the textile recycling from used textiles into new products via the various process steps and, together with the industrial partners, opens up solution paths for industrial implementation.

Under the headline "Walk4Recycling", a tour of the fair shows the cycle of used textiles from used knitwear into a new knitted pullover via a ring yarn made from a blend of 65 percent recycled cotton and 35 percent virgin polyester. The key innovation here is the high proportion of recycled fibres from post-consumer textiles for a ring yarn of this fineness. Today, mainly coarse rotor yarns for low-quality textiles are spun from these materials. The industrial partners participating in the Walk4Recycling are partners of the Recycling Atelier and contribute with their technologies to the fact that fibre material from old clothes can be processed in various process stages into a yarn of new value and high-quality ready-made garments.

The Walk4Recycling offers visitors the opportunity to experience a complete recycling cycle with the numerous process stages from tearing the old textiles, preparing and spinning the fibres and knitting a new jumper live during the fair. Get detailed information on the mechanical recycling of clothing via QR code, website and flyer about the participating exhibitors and their machines and technologies. A short movie will give you additional insights into the various processes involved in the production of the jumper.

Der Maschinenbau ist eine Stärke der deutschen Industrie. In Leitbranchen, deren Produkte in einem globalisierten Umfeld starker Konkurrenz ausgesetzt sind, kann der Einsatz Künstlicher Intelligenz (KI) dazu beitragen, Industriekapazitäten und Knowhow in Deutschland zu halten, im Maschinenbau und nachgelagerten Branchen. Doch erst durch praxisnahe Anwendung in der Industrie kann KI seine Stärken für Unternehmen voll entfalten. Wie das mit dem Beitrag angewandter Forschung geht, zeigen Textilindustrie und -maschinenbau ebenso wie die Kunststoffbranche.

Mit der Corona-Krise sind Vliesstoffe über die Fachwelt hinaus bekannt geworden, denn sie bilden das Ausgangsmaterial für Schutzmasken. Die aufgetretenen Engpässe am Markt 2020 zeigten, wie stark Deutschland hier von Lieferungen aus dem Ausland abhängig ist. Zugleich ist Deutschland in anderen Vliesstoff-Segmenten und bei Maschinen für die Vliesstoffherstellung eine wichtige Größe auf den Weltmärkten. Damit das so bleibt, arbeitet die Branche an Innovationen. Ein zentraler Baustein dafür: Die Nutzung Künstlicher Intelligenz (KI).

Das Auge auf der lernenden Maschine

Am ITA Augsburg hat man dafür Grundlagen in einem Projekt gelegt, auf denen sich nun aufbauen lässt. Die Vision: Die Maschine zur Vliesstoffproduktion passt die Parameter entsprechend den Erfordernissen im laufenden Betrieb autonom an. Etwaig auftretende Fehler werden von der Maschine selbstständig diagnostiziert, die Drehzahlen entsprechend angepasst. „Wir haben im Projekt EasyVlies gezeigt, wie sich mit der Nutzung von Algorithmen für die Vliesstoffproduktion Material- und Energiekosten einsparen lassen. Zusammen mit Partnern aus der Industrie haben wir erreicht, dass die Maschine zentrale Parameter wie Drehzahlen und Abstände, von denen eine große Kombinationsmenge für das Erreichen der gewünschten Produktqualität notwendig sind, durch das entwickelte KI-Modell vorhergesagt werden. „Die Abstände der bis zu 40 Arbeitselemente in der Maschine bestimmen dabei in Kombination mit den Drehzahlen der beteiligten Walzen die Öffnung der Faserflocken bis zur Einzelfaser und die Bildung des Vlieses“, erläutert ITA-Augsburg Geschäftsführer Prof. Stefan Schlichter. Die naturwissenschaftlichen Zusammenhänge und Wechselwirkungen zwischen den Drehzahlen und den Qualitätsparametern der Vliesstoffproduktion sind nicht eindeutig bekannt. Gerade deshalb kann KI hier seine Vorteile ausspielen. „Denn Künstliche Intelligenz kann auch diffuse Zusammenhänge modellieren und simulieren“, betont Schlichter. Die Algorithmen dafür hat Maschinenbauingenieur Dr. Frederik Cloppenburg aus dem Aachener ITA-Stammhaus entwickelt, 280 Versuche wurden im Zusammenspiel mit der KI-Entwicklung durchgeführt.

In der unternehmerischen Praxis lernen die Algorithmen nun hinzu. Das zeigt  bei einem Vliesstoffbetrieb der Fahrzeugbranche bereits erste Erfolge in der betrieblichen Praxis. Im nächsten Schritt arbeiten die ITA-Forschenden daran, Messtechnik wie Kamerasysteme und strahlungsbasierte Messsysteme für die Gleichmäßigkeit des Vliesstoffs in die Maschinen zu integrieren. Ziel: Fehler so prognostizieren, dass sie gar nicht erst auftreten. Das Aufkommen an Vliesstoff-Ausschuss soll so um 30 bis 50 Prozent sinken. Angesichts von bislang jährlich allein in Deutschland anfallender Ausschussware im Wert von 150 Mio. Euro, das entspricht 10 Prozent des Branchenumsatzes, ein erheblicher Anreiz. „Die hoch qualifizierten Facharbeiter beaufsichtigen sozusagen die lernende Maschine“, erklärt Schlichter.

Industrie 4.0 wird in der Kunststoffbranche künftig auch benötigt, um das Ziel höherer Recyclingquoten zu erreichen. Denn eine weniger einheitliche Rohstoffbasis macht lernende Maschinen noch wertvoller. Das ist auch Ausgangspunkt des vom Bundesforschungsministerium (BMBF) geförderten Verbundprojekts CYCLOPS des Kunststoff-Zentrums (SKZ) und namhaften Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft. Durch den Einsatz von KI sollen Materialströme automatisiert klassifiziert werden, damit sie sich optimal verwenden lassen. „Die Maschinen sollen künftig eigenständig erkennen, in welche Anwendungen produzierte Materialien eines bestimmten Typs gehen können“ erläutert SKZ-Gruppenleiter Digitalisierung, Christoph Kugler. Ein Faktor: Die Fließfähigkeit des Kunststoffs, seine Viskosität. Je kürzer die Polymerketten des Materials, desto größer, vereinfacht gesagt, ihre Fließfähigkeit. Für diese Fließfähigkeit spielt andererseits auch das Druckniveau in der Maschine eine Rolle. Hier kommt wiederum die KI ins Spiel: „Durch Künstliche Intelligenz können Materialeigenschaften und selbst lernende Maschinensteuerungen sehr gut ineinanderwirken, so unsere Erwartung“, erklärt Kugler. Grundlage für die angewandte Forschung im Projekt CYCLOPS sind sowohl Prozessdaten aus den Maschinen, welche die Materialqualität beschreiben können, als auch Daten entlang des Lebenswegs von Material und Produkt. Im Rahmen des Projektes werden damit die Transparenz und die Informationsdichte erhöht, welche nach wie vor einige der größten Hemmnisse der Kreislaufwirtschaft sind.

Neue Expertisefelder wie Erklärbare KI erschlossen

Das SKZ baut mit dem Projekt auf KI-Expertise auf, die über abgeschlossene und noch laufende Projekte erarbeitet wurde. In der Vergangenheit lag der Schwerpunkt in der Entwicklung sogenannter Softsensoren aus Prozessdaten zur Berechnung komplexer Qualitätskennwerte wie z.B. Viskosität oder Vernetzungsgrad des Kunststoffs. Durch die Weiterentwicklung der Technologie werden neue Expertisefelder erschlossen, so z.B. Optimierung der Prozessmodellierung durch KI, Prognose von Materialverhalten unter Last oder auch erklärbare KI (XAI), sie beschreibt den Weg, auf dem Algorithmen zu ihren Ergebnissen gelangen. In den letzten Jahren wurde ebenfalls der Einsatz von digitalen Technologien und KI im Kontext der Kreislaufwirtschaft am SKZ forciert, so in den noch jeweils bis ins nächste Jahr hinein laufenden Projekten Di-Plast und DiLinK. Während Di-Plast ein EU-Projekt ist, wird DiLink ebenfalls vom BMBF gefördert. Mit dem FIR e.V. ist ein weiteres Institut der Zuse-Gemeinschaft im DiLink-Projektkonsortium vertreten, mit dem Fokus auf dem Thema Geschäftsmodelle. Denn diese verändern sich durch das Vordringen der KI in immer mehr Aspekten des Maschinenbaus.