Erhöhung der Energieeffizienz bei der Kautschukaufbereitung durch eine Mischzeitreduktion auf Basis datengetriebener, mathematischer Modelle

 

„Energieeffizienz ist Treiber für Automation“, heißt es in einer aktuellen Ausgabe der VDI-Nachrichten in der als gemeinsames Ziel formuliert wird: „Alle sollen dazu beitragen, Maschinen und Fortbewegungsmittel energieeffizienter zu machen.“ Dies muss konsequenterweise auch bedeuten, dass nicht nur die Maschinentechnik sondern auch die Prozessführung in der Produktion hinsichtlich ihrer Energieeffizienz optimiert wird. Dies betrifft insbesondere energetisch intensive Prozesse wie beispielsweise Mischvorgänge, die in diskontinuierliche Prozesse durchgeführt werden. Die Verbesserung der Automation bei Mischprozessen bietet ein großes Potenzial zur Einsparung von Energie, Kosten und Zeit und somit zur Erhöhung von Ausstoß, Wirtschaftlichkeit und Wettbewerbsfähigkeit. Diskontinuierliche Mischprozesse werden in verschiedenen Branchen, wie der Gummi- und Kunststoffindustrie, der Lebensmittelbranche, bei Farb- und Klebstoffherstellung und in der Pharma-, Kosmetik, sowie der allgemeinen chemischen Industrie genutzt.

In den deutschen kautschukverarbeitenden Unternehmen sind bis zu 10.000 verschiedene Mischungsrezepturen im Einsatz, deren Zusammensetzungen auf mehr als 30 Kautschuksorten beruhen. Dabei sind von jeder Kautschuksorte wiederum eine Vielzahl unterschiedlicher Typen mit eigenen Spezifikationen hinsichtlich Molekulargewicht und Molekulargewichtsverteilung auf dem Markt verfügbar. So gibt es beispielsweise 150 Typen der Kautschuksorte Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM). Darüber hinaus existieren alleine im Bereich der Ruß-Füllstoffe 42 unterschiedliche Standardtypen. In nur einem Unternehmen können 800 bis 900 Rezepturen Anwendung finden. Die zu jeder Rezeptur gehörige Mischvorschrift wird in dem Unternehmen weitestgehend empirisch entwickelt, um von Batch zu Batch möglichst konstante Mischungseigenschaften bei geforderter Mischungsqualität zu erreichen. Es wird jedoch nicht konsequent hinsichtlich der Mischzeit und der Energieeffizienz optimiert. So entstandene und über Jahre gewachsene Mischvorschriften werden häufig nicht mehr hinterfragt oder weiter optimiert, beispielsweise bezüglich der Mischzeit. Hier liegt also ein großes Optimierungspotenzial. In eine Kooperation zwischen dem IKV (http://www.ikv-aachen.de/) und dem Lehrstuhl und im Rahmen eines AIF-Projekts (https://www.aif.de) soll dieses Optimierungspotenzial gehoben werden.

Wesentliche Zielsetzungen des Lehrstuhls sind:

  • Datenhaltung in einem Merkmal-Server
  • Unterstützung der Datengetriebenen Modellierung
  • Entwicklung eines OPC UA Profils für Innenmischer
  • Optimierung der Mischzeiten zur Reduktion des Energieverbrauchs und der Prozesszeiten

Ansprechpartner: Christian von Trotha