Das Messsystem bestimmt die Dicke über die gesamte Breite der Gummibahn.

Das Messsystem bestimmt die Dicke über die gesamte Breite der Gummibahn. Micro-Epsilon

Rund 70 % des weltweit produzierten Naturkautschuks wird für die Reifenproduktion verwendet. Daraus stellt die Reifenindustrie insgesamt über eine Milliarde Reifen pro Jahr her. Im Bereich der Komponentenfertigung wird mit Hilfe von Vier-Walzen-Kalandern Textil- beziehungsweise Stahlcord beidseitig mit Gummi beschichtet. Diese Komponenten verleihen dem Reifen die Tragfähigkeit sowie die Fahrstabilität. Die Beschichtung erfolgt durch Zusammenpressen des Cords mit einer Gummischicht auf der Ober- und Unterseite im Walzenspalt. Durch Verstellen des Abstands der Walzen können sowohl die Dicke des resultierenden Materials als auch die Balligkeit oder Keilform geregelt werden.

Dickenmessung direkt im Prozess

Eine der wichtigsten Dimensionen im Kalandrier-Prozess ist die Dicke, denn sie entscheidet über die Funktion der Komponente.

Eine der wichtigsten Dimensionen im Kalandrier-Prozess ist die Dicke, denn sie entscheidet über die Funktion der Komponente. Micro-Epsilon

Um die hohe Qualität der produzierten Gummibahnen und damit des Endprodukts Autoreifen zu gewährleisten, der in direktem Zusammenhang mit der Sicherheit steht, braucht es eine ständige Kontrolle der Materialdicke. Damit dies mit einem Höchstmaß an Effizienz, sprich mit der Optimierung der eingesetzten Rohstoffe einhergeht, unterliegt der Prozess einer vollautomatischen Regelung. Eine der wichtigsten Dimensionen im Kalandrier-Prozess ist die Dicke, denn sie entscheidet über die Funktion der Komponente. Ihre Messung stellt im Prozess eine große Herausforderung dar, da die schwarze Oberfläche der Gummibahn sowie hohe Temperaturen und die Dämpfe der Gummiproduktion hohe Anforderungen an die Sensoren stellen.

Micro-Epsilon hat für die Dickenmessung direkt am Kalander mit dem thicknessControl TCP 8303.ET ein innovatives System entwickelt, das zwei verschiedene Sensor-Technologien in einem Messkopf kombiniert. Ein induktiver Sensor auf Wirbelstrombasis der Reihe eddyNCDT von Micro-Epsilon bestimmt den Abstand zur Oberfläche der Kalanderwalze mit hoher Genauigkeit. Ein optischer Laser-Triangulations-Sensor misst gleichzeitig den Abstand zur Oberfläche der Gummibahn. Aus der Differenz der beiden Messwerte lässt sich die Dicke der Gummibahn berechnen.

Kombination aus Wirbelstromprinzip und Lasertriangulation

Das Dickenmesssystem  kombiniert zwei verschiedenen Sensor-Technologien in einem Messkopf.

Das Dickenmesssystem kombiniert zwei verschiedenen Sensor-Technologien in einem Messkopf.

Micro-Epsilon

Der Wirbelstromsensor wird zur Ermittlung des Abstands vom Messkopf zur Walze verwendet, da er sozusagen durch den Gummi hindurch misst. Dies ist möglich, da das Prinzip nur metallische Objekte erkennt. Folglich nimmt Gummi keinen Einfluss auf das Messsignal. Die eingesetzten Wegsensoren der Reihe eddyNCDT sind aktiv temperaturkompensiert und damit unempfindlich gegenüber Temperaturschwankungen. Zudem ist der in dieser Sensorkombination eingesetzte Sensor so modifiziert, dass er trotz eines sehr hohen Grundabstands im genutzten Bereich ein präzises Abstandssignal erzeugt.

Den Abstand zur Oberfläche der Gummibahn misst ein Laser-Triangulationssensor. Optische Messmethoden liefern üblicherweise sehr genaue Ergebnisse – stoßen bei matten und dunklen Oberflächen aber häufig an ihre Grenzen. Der optoNCDT 2300, der im System thicknessControl TCP 8303.ET verwendet wird, verfügt über die so genannte Advanced Real-Time-Surface-Compensation (A-RTSC). Diese Echtzeit Oberflächenkompensation reguliert die Lichtstärke des Sensors dynamisch während der Messung und sorgt so für korrekte Messergebnisse auch bei schwierigen Oberflächen wie schwarzem Gummi. Der verwendete optoNCDT-Sensor bietet eine einstellbare Messrate bis zu 49 kHz. Somit lässt sich der Sensor individuell auf die Prozessgeschwindigkeit anpassen.

Komplettsystem inklusive Verstellmechanik

Der Wirbelstromsensor besitzt eine mittige Bohrung, durch die der Laser-Triangulationssensor misst. Dies ermöglicht eine ortsgenaue, synchrone Messung. Beide Sensoren sind gemeinsam in einem wassergekühlten Schutzgehäuse untergebracht, das sie gegen die hohe Umgebungstemperatur schützt. Mit der Wasserkühlung kann der Sensorkopf sogar bei Umgebungstemperaturen bis zu 200 °C eingesetzt werden und ist damit für die Umgebungsbedingungen in der Reifenproduktion ideal geeignet. Eine zusätzliche Druckluftspülung verhindert, dass Dämpfe oder Staub die Optik des Sensors belegen.

Der Sensorkopf ist in eine Mechanik integriert, die zum einen für einen konstanten Abstand zwischen Sensorkopf und Oberfläche der Kalanderwalze sorgt. Zum anderen regelt sie den Anstellwinkel, in Abhängigkeit zur prozessrelevanten Verstellung der Walze. Um die Dicke korrekt erfassen zu können, muss die Sensorkombination stets so positioniert sein, dass sie zum Zentrum der Walze zeigt.

Variable Messbreiten

Das Messsystem bestimmt die Dicke über die gesamte Breite der Gummibahn. Deswegen ist das System mit einer Linearachse ausgestattet, die eine transversale Bewegung erlaubt. Wahlweise sind Messbreiten von 1400 mm, 1800 mm oder 2200 mm erhältlich. Das thicknessControl TCP 8303.ET ist in zwei Varianten mit Messbereichen von 10 mm oder 20 mm erhältlich. Die Auflösung der Dickenmessung beträgt dabei 0,3 bzw. 0,5 µm und die Genauigkeit ±5 bzw. ±10 µm.

Um den Prozess in einem Vier-Walzen-Kalander komplett zu überwachen, werden zwei Messsysteme eingesetzt, die jeweils die Produktdicke aus dem oberen (Walze 1 und 2) sowie unteren Walzenspalt (Walze 3 und 4) überwachen. Eine nachgelagerte Gesamtdickenmessung ergänzt das System. Die Dickenregelung des Kalanders wird durch ein Softwarepaket mit den Dickeninformationen der verschiedenen Messsysteme versorgt.