Neuartige Methode zur Optimierung des Mischprozesses im Kautschuk-Innenmischer

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Projektbeschreibung:

Zur Überwachung des Innenmischer-Mischprozesses in der Produktion wird heute stets ein sogenanntes „Fingerprint“-Diagramm herangezogen. In diesem Diagramm ist der zeitliche Verlauf einiger wichtiger Prozessgrößen wie Leistung bzw. Drehmoment, Temperatur, Stempelweg und Energieeintrag dargestellt. Durch den Vergleich des „Fingerprint“-Diagramms (Abbildung, links) mit einem Referenzdiagramm, hat man die Möglichkeit, Schwankungen der wichtigsten Prozessparameter und mögliche Inhomogenitäten der Mischung aufgrund abweichenden Mischverhaltens zu identifizieren. Nicht identifizierbar ist hingegen ein genauer Zeitpunkt, ab dem eine zusätzliche Mischzeitverlängerung keinen Nutzen zur Steigerung der dispersiven und distributiven Mischungsqualität mehr zeigt.
Das vorrangige Ziel des Forschungsprojektes ist die Erarbeitung einer neuartigen Methode zur Optimierung des Mischprozesses für Kautschukmischungen im Innenmischer. Basis hierfür ist eine neuartige Darstellung der Prozessgrößen Rotordrehmoment und Temperatur. Dabei wird das Drehmoment nicht als Funktion der Zeit, sondern vielmehr als Funktion der reziproken Mischgut-Temperatur dargestellt (Abbildung, rechts).
Mittels dieses Diagramms ist es möglich, charakteristische Abschnitte einer Mischkurve zu identifizieren, die Aussagen über die Materialeigenschaften bzw. die erreichte Mischungshomogenität des jeweiligen Batches erlauben. Der lineare Verlauf am Ende der neuen Darstellungsform, derzeit im DIK als „Zielgerade“ bezeichnet, zeigt konstante Eigenschaften an und wird mittels „Linear Fit“ der Prozessdaten im relevanten Datenbereich mathematisch beschreibbar. In umfangreichen Untersuchungen (sowohl am Laborkneter GK 5 E als auch an einem Technikumskneter GK 45 E) konnte für verschiedene Mischungsrezepturen mit unterschiedlichen Polymertypen die Anwendbarkeit dieser Auswertemethode erarbeitet werden. Mit Erreichen der „Zielgeraden“ in der neuen Darstellungsform der Prozessdaten stellen sich unabhängig von der gewählten Mischzeit in diesem Mischschritt, konstante Materialkennwerte (z.B. Dispersionsindex, Payne-Effekt etc.) ein.
Die Abbildung zeigt beispielhaft das Mischvorgehen bei einer SBR-Rezeptur mit einer Variation der Mischzeit nach dem Lüftungsschritt zwischen 45 s und 180 s. Es ist ein Schnittpunkt zwischen Prozesskennlinien der neuen Darstellungsform und der „Zielgerade“ nach etwa 70 s Mischzeit nach dem Lüftungsschritt zu beobachten. Eine Verbesserung der Mischungsgüte konnte der theoretischen Grundidee des Forschungsvorhabens folgend nur mit einer Verlängerung der Mischzeit von 45 s auf 75 s erzielt werden. Eine weitere Verlängerung der Mischzeit nach Erreichen der „Zielgeraden“ hatte hingegen keinen zusätzlichen Effekt auf die gemessenen Kennwerte.

Förderer: Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V. (AiF) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Förderprogramm: Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF)

Fördernummer:  18244 N / 1

Laufzeit: 01. Juni 2014 bis 31. Mai 2016

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Dr.-Ing. Benjamin Klie

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