Für den Werkzeug- und Formenbau ist die Investition in Forschung und Entwicklung unverzichtbares Element für den Unternehmenserfolg.
Am Projekt beteiligte Unternehmen werden Mitglied des projektbegleitenden Ausschusses, der sich ca. halbjährlich trifft. Bei den Sitzungen informiert die Forschungsstelle über den aktuellen Projektfortschritt und die zukünftige Ausrichtung des Forschungsvorhabens wird mit den Ausschussmitgliedern diskutiert. Ein weiteres Engagement der Unternehmen in Form von Sach- oder Dienstleistungen ist erwünscht.
Ausgangssituation / Problemstellung
Die Mischungsherstellung im Innenmischer ist ein elementarer Bestandteil zur Herstellung von hochwertigen Elastomerprodukten. Dabei werden die Mischungsbestandteile wie Kautschuk, Füllstoffe, Weichmacher und Chemikalien zu einem homogenen Compound verarbeitet. Der Mischprozess lässt sich in unterschiedliche Phasen unterteilen wie zum Beispiel die Zugabe der Mischungsbestandteile, die Mastikation, die Füllstoffeinarbeitung, die Füllstoffdispersion und das Fertigmischen. Die Anforderungen an die unterschiedlichen Mischphasen unterscheiden sich häufig stark. So muss bei der Zugabe der Mischungsbestandteile der Stempel in möglichst kurzer Zeit die Endposition erreichen, damit alle Mischungsbestandteile am Mischprozess in der Mischkammer teilnehmen. Bei der Füllstoffdispersion müssen die Dehnbeanspruchungen möglichst hoch sein, um ein Aufbrechen der Füllstoffaggregate und damit eine gute Füllstoffdispersion zu erreichen. Beim Fertigmischen wird das Vernetzungssystem hinzugegeben. Daher darf die Temperatur des Compounds ab dem Zeitpunkt der Zugabe nicht über eine kritische Temperatur steigen, um ein frühzeitiges Vernetzen zu verhindern. Trotz dieser beispielhaft aufgeführten, unterschiedlichsten Anforderungen an die Mischphasen werden die Prozessparameter häufig nicht systematisch für die unterschiedlichen Mischphasen angepasst. Da die Auslegung von Mischprozessen zumeist auf dem Erfahrungswissen der Mitarbeiter beruht und Mischprozesse empirisch entwickelt werden, ist dieser Prozess im Allgemeinen zeitaufwendig und kostenintensiv, sodass eine gezielte Anpassung der Prozessparameter an die einzelnen Mischphasen nicht stattfindet.
Zielsetzung
Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Ermittlung geeigneter Prozessparameter für die jeweiligen Mischphasen, um den Mischprozess möglichst energie- und zeiteffizient auszulegen beziehungsweise zu optimieren.
Lösungsweg
Um das Forschungsziel zu erreichen, müssen zunächst die zu untersuchenden Mischphasen und die Zielgrößen für die jeweiligen Mischphasen definiert werden, was in enger Absprache mit dem projektbegleitenden Ausschuss erfolgen soll. Mögliche Mischphasen sind zum Beispiel die Zugabe der Mischungsbestandteile mit der Zielgröße des Stempelweges, der dem Fingerprint der Mischungsherstellung zu entnehmen ist. Die Füllstoffinkorporation, die durch die BIT (Black incorporation time) charakterisiert wird, ist ebenfalls eine Mischphase mit der Zielgröße eines Leistungsmaximums im Fingerprint. Die Füllstoffdispersion ist von entscheidender Bedeutung für die Qualität der Elastomerprodukte. Als Zielgröße kann nach dem Mischprozess die Füllstoffdispersion bestimmt werden. Je nach Mischprozess gibt es unterschiedliche Möglichkeiten den Prozess in Mischphasen zu Unterteilen. Die Definition der Mischphasen ist von entscheidender Bedeutung, um eine Übertragung der Erkenntnisse auf vielfältigste Mischprozesse in der Industrie zu ermöglichen. Damit verbunden werden geeignete Kautschuke und Rezepturen festgelegt. In diesem Forschungsprojekt werden verschiedene Ruß gefüllte Mischungen untersucht. Bei den darauffolgenden Untersuchungen werden die Prozessparameter mittels statistischer Versuchsplanung für jede einzelne Mischphase getrennt variiert, sodass die bestmöglichen Prozessparameter für die jeweilige Mischphase ermittelt werden und der Einfluss der Prozessparameter auf die jeweilige Mischphase herausgestellt wird. Zudem werden optimale Prozessparameter jeder Mischphase zu einem vermeintlich optimalen Gesamtprozess kombiniert und dieser wird ebenfalls phasenspezifisch optimiert. Letztlich werden aus den Forschungsergebnissen allgemeine Regularien zur phasenoptimierten Mischungsherstellung abgeleitet.
Das Projekt soll im Rahmen der Industrielle Gemeinschaftsforschung der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) e. V. bearbeitet werden und hat daher folgende Randbedingungen:
• Finanzielle Förderung durch das Bundeswirtschaftsministerium
• Einreichung des Förderantrags an die AiF durch die DKG als Forschungsvereinigung
• Laufzeit: 2 Jahre
• Jährliche Kosten pro Unternehmen: Einbringung von Sach- oder Dienstleistungen wünschenswert
• Kontinuierliche Bereitstellung von Informationen über die Projektlaufzeit und Beteiligung der Unternehmen an Diskussionen zum Projektfortgang
• Zielgruppen: alle Unternehmen, insbesondere KMU mit < 125 Mio. € Jahresumsatz
Bei Fragen zum Projekt oder Interesse an einer Teilnahme im Rahmen des projektbegleitenden Ausschuss ist der Ansprechpertner:
Annika Lipski, M. Sc. Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen
Seffenter Weg 201
52074 Aachen
Telefon: +49 (0) 241 80 93809
E-Mail: annika.lipski (at) ikv.rwth-aachen.de
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Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV)an der RWTH Aachen
Seffenter Weg 201
52074 Aachen
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