Verlagerung der Qualitätskontrolle in den Fertigungsprozess von Elastomerteilen
Elastomere sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Von Sport- und Freizeitbereich über das Gesundheitswesen bis zur Transport- und Fördertechnik finden sich Elastomere oder Gummi in nahezu allen Produkten wieder. Wegen ihrer hohen Beständigkeit gegenüber Wärme, Ölen, Säuren und mechanischer Belastung werden Gummiwerkstoffe wie NBR und EPDM zur Produktion von Reifen, Dichtringen, Schläuchen und zahlreichen anderen Produkten verwendet.
Vorstellung unserer Partners und seines Kerngeschäfts
Unsere Tochtergesellschaft NETZSCH Pumps & Systems ist der führende Anbieter von Druckpumpen und verfügt über mehr als sechs Jahrzehnte Erfahrung in diesem Bereich. Die Palette der speziell für schwierige Pumpanforderungen konzipierten Pumpen von NETZSCH reicht von den kleinsten Dosierpumpen der Branche bis zu Hochvolumenpumpen für Anwendungen in der Öl- und Gasindustrie oder im Bergbau.
Neben der Lieferung mondernster Pumpenlösungen liegt die Kernkompetenz des Unternehmens in der hauseigenen Forschung und Entwicklung sowie in der Produktion von Elastomeren. Das Rohmaterial wird in Statoren, Drehkolben und Gehäuseeinsätzen verwendet. NETZSCH entwickelt und produziert auch Rotoren in diversen Geometrien aus verschiedenen metallischen und keramischen Werkstoffen, um eine optimale Leistung und Lebensdauer zu erreichen.
Die Herausforderung: Unzureichende Informationen zu den Materialeigenschaften während der Verarbeitung
Bei der Produktion von Gummiteilen wird das Rohmaterial erhitzt und verbleibt im erwärmten Werkzeug, bis sich die Moleküle ausreichend vernetzen und eine dauerhafte Bindung eingehen. Diese Vernetzungsreaktion oder Vulkanisation ist für die endgültigen Eigenschaften und somit die Qualität des Produkts entscheidend. Eine unzureichende Vernetzung führt zu minderwertigen Teilen. Eine schwache Vernetzungsreaktion ist für alle Elastomere charakteristisch. In Kombination mit einem hohen Füllstoffanteil an Industrieruß ist die Materialcharakterisierung mit herkömmlichen Thermoanalyseverfahren schwierig und bietet keine hinreichenden Einblicke in die Materialabweichungen zwischen verschiedenen Chargen, welche zur Anpassung des Fertigungsprozesses und Reduzierung von Ausschuss wichtig sind.
Dies ist die Herausforderung, vor der NETZSCH Pumps & Systems steht. Derzeit prüft das Unternehmen die Qualität des eingehenden Rohmaterials und verfügt über vordefinierte Prozessparameter für alle Arten von verwendeten Rohstoffen. Für die Materialeingangskontrolle verwendet das Unternehmen ein Rheometer und misst mechanische Eigenschaften der eingehenden Elastomere.
Obwohl dieser Ansatz in vielen kunststoffverarbeitenden Branchen gängige Praxis ist, bietet er kein ausreichendes Verständnis von Schwankungen in Bezug auf den Prozess und das verarbeitete Material. Dies hat zur Folge, dass Teile minderwertiger Qualität erst während der nachgelagerten Qualitätskontrolle entdeckt werden können.
Die Lösung: Datengesteuerte Echtzeit-Prozessoptimierung
sensXPERT® hat eine Lösung bereitgestellt, die den Fertigungsprozess von Elastomerteilen anhand von Echtzeitdaten zu Material, Anlage und Prozess optimiert. Zur Überwachung der Elastomervulkanisation in Echtzeit wird ein speziell für die Kunststoffverarbeitung konzipierter Sensor mit elektrisch leitenden und wasserhaltigen Komponenten eingesetzt.
Die Messung kritischer Materialeigenschaften während des Fertigungsprozesses ermöglicht eine datengesteuerte Prozessoptimierung. Auf diese Weise wird die Qualitätskontrolle in den Fertigungsprozess verlagert. Die effektive Verwendung von Produktionsdaten wirkt sich dabei unmittelbar auf die Qualität aus. Alle Daten werden in einem konfigurierbaren Dashboard angezeigt, das eine Übersicht aller durch die sensXPERT®-Lösung unterstützten Fertigungsprozesse bietet.
sensXPERT® ist die erste Lösung, die eine Echtzeitüberwachung der Vulkanisation während des Fertigungsprozesses ermöglicht. NETZSCH Pumps & Systems ist der erste Industriepartner, der diese Technologie schon vor der Markteinführung 2022 eingesetzt hat.
„Während der Aushärtungszeit ist die Maschine geschlossen und keiner weiß, was im Inneren auf molekularer Ebene vor sich geht. Der Prozess ist also wie eine Blackbox. Typischerweise wird eine feste Heizdauer eingestellt, in der ein Teil den erforderlichen Aushärtungsgrad für optimale mechanische Eigenschaften erreichen soll. Es gibt jedoch verschiedene Faktoren, die das Material beeinflussen, wie etwa Schwankungen bei den Chargen, Werkzeugtemperaturen und Umgebungsbedingungen. Um diese Einflüsse zu kompensieren, wird vorsorglich eine längere Heizdauer eingestellt. Dies ist der sogenannte Unsicherheitsfaktor.
Mit Hilfe von sensXPERT® können wir nun sehen, was im Material passiert, wenn das Werkzeug geschlossen ist. Die Lösung erfasst den Aushärtungsgrad, prognostiziert den Prozess anhand der gesammelten Daten und stoppt die Erwärmung genau an dem Punkt, an dem optimal mechanische Eigenschaften erreicht sind. sensXPERT® versetzt uns dadurch in die Lage, komplexe Teile mit höchster Qualität zu produzieren und Maschinenzeit zu sparen, und bei geringeren Produktionskosten einen höheren Ausstoß zu erreichen. Wir uns daher sehr, diese Lösung als erstes Unternehmen in unserem Bereich zu implementieren.“
Frank Götz, Verfahrenstechniker bei NETZSCH Pumps & Systems
„Wir gehen davon aus, dass die neue Technologie die Effizienz unserer Fertigungsprozesse durch Verkürzung der Zykluszeiten erhöhen wird. Es freut uns sehr, dass wir mit dieser Zusammenarbeit unser Corporate Venture sensXPERT® unterstützen und dabei für uns selbst einen Mehrwert erzielen können. Die KI-basierte Technologie eignet sich ideal, um unsere Bemühungen zur Automatisierung und Digitalisierung unserer Wertschöpfungskette zu unterstützen.“
Jens Heidkötter, Geschäftsführer von NETZSCH Pumps & Systems
