Autor: Jan Peter Dering

Dass Geräusche bei der Herstellung von Kautschukmischungen in Innenmischern entstehen und dass diese Mischgeräusche in direktem Zusammenhang mit dem Mischfortschritt stehen, ist in der Kautschukindustrie eine weit verbreitete Meinung und motiviert die systematische Untersuchung der Schallemissionen während der Kautschukaufbereitung in dieser Arbeit. Wenn anhand der akustischen Signale definierte Aussagen zum Zustand der Kautschukmischung erfolgen können, ließe sich eine verbesserte Prozesssteuerung mithilfe der Mischgeräusche umsetzen und Qualitätsschwankungen bei Elastomeren reduzieren. Im Rahmen dieser Arbeit wird erstmals ein akustisches Messsystem aufgebaut, das die Mischgeräusche durch eine Köperschallerfassung direkt an der Mischkammer detektiert und bereits während des Prozesses eine anschauliche Analyse der Signale im Frequenzbereich erlaubt. Im Fokus der Untersuchungen stehen die Inkorporationsphasen von Füllstoffen in Naturkautschuk, da nach Füllzugabe stets charakteristische Verläufe des Körperschallsignals entstehen, die sich für eine systematische Untersuchung eignen. Es wird gezeigt, dass diese Mischgeräusche eine vollständige Inkorporation des Füllstoffs anzeigen und auf tribologische Effekte in der Mischkammer zurückzuführen sind. Da Inkorporationszeiten von Ruß (Black-Incorporation-Time: BIT) üblicherweise mit Charakteristika der Leistungsaufnahme bei Mischprozessen bestimmt werden, ist eine ausführliche Analyse der Zusammenhänge zwischen Akustik- und Leistungssignalen Bestandteil der Untersuchungen. Die bestimmten Inkorporationszeitpunkte liegen in zeitlicher Nähe, jedoch liefert eine alleinige Messung der BIT anhand der Leistungsmaxima in der Füllstoffmischphase teilweise unpräzise Ergebnisse. Die entwickelte akustische Prozessüberwachung wird ebenfalls in Scale-Up-Versuchen erfolgreich erprobt und die Bestimmung der akustischen Inkorporationszeiten durch eine Messung der elektrischen Leitfähigkeit während des Mischprozesses validiert. Weiterführende Messungen, die zum Teil mit Produktionsmischern durchgeführt werden, belegen die Funktionstüchtigkeit des Systems auch bei nicht verstärkenden Füllstoffen wie Kaolin und Talkum. Daher wird eine allgemeine akustische Füllstoffinkorporationszeit FIZ eingeführt, die sich nicht auf die Inkorporation von Ruß beschränkt. Des Weiteren werden vielversprechende Möglichkeiten vorgestellt, die akustische FIZ als Zeitmarke in Steuerungssystemen zu integrieren. Dabei handelt es sich sowohl neben einer empirischen auch um eine analytische Methode der akustischen Mustererkennung, wie sie beispielsweise in der automatisierten Spracherkennung zum Einsatz kommen.