Rund 70 % des weltweit produzierten Naturkautschuks dienen der Reifenproduktion. Insgesamt stellt die Reifen-Industrie daraus über eine Milliarde Reifen pro Jahr her. Dazu wird im Bereich der Komponentenfertigung mit Hilfe von Vier-Walzen-Kalandern Textil- beziehungsweise Stahlcord beidseitig mit Gummi beschichtet. Die Beschichtung erfolgt durch Zusammenpressen des Cords mit einer Gummischicht auf der Ober- und Unterseite im Walzenspalt. Durch Verstellen des Abstands der Walzen lassen sich sowohl die Dicke des resultierenden Materials als auch die Balligkeit oder Keilform regeln. 

Um die hohe Qualität der produzierten Gummibahnen und damit des Endprodukts Autoreifen zu gewährleisten, ist eine ständige Kontrolle der Materialdicke notwendig. Damit dies mit der Optimierung der eingesetzten Rohstoffe einhergeht, unterliegt der Prozess einer vollautomatischen Regelung.

Die Dicke im Kalandrier-Prozess entscheidet über die Funktion der Komponente. Ihre Messung im Prozess ist allerdings eine große Herausforderung, da die schwarze Oberfläche der Gummibahn sowie hohe Temperaturen und die Dämpfe der Gummiproduktion hohe Anforderungen an die Sensoren stellen.

Eine Möglichkeit, die Dickenmessung direkt am Kalander durchzuführen, ist das Messsystem ‚Thicknesscontrol TCP 8303.ET‘ von Micro-Epsilon. Es kombiniert zwei verschiedene Sensor-Technologien in einem Messkopf: Ein induktiver Sensor auf Wirbelstrombasis bestimmt den Abstand zur Oberfläche der Kalanderwalze, ein optischer Laser-Triangulations-Sensor misst den Abstand zur Oberfläche der Gummibahn. Aus der Differenz der beiden Messwerte lässt sich die Dicke der Gummibahn berechnen. 

Zwei Prinzipien kombiniert

Der Wirbelstromsensor bietet sich deswegen zur Ermittlung des Abstands vom Messkopf zur Walze an, da er sozusagen durch das Gummi hindurch misst. Dies ist möglich, da nur metallische Objekte als Messobjekt herangezogen werden und Gummi folglich keinen Einfluss auf das Messsignal nimmt. Die Wegsensoren 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 bestimmt ein Laser-Triangulationssensor. Optische Messmethoden liefern üblicherweise sehr genaue Ergebnisse, stoßen bei matten und dunklen Oberflächen aber häufig an ihre Grenzen. Der im Messsystem genutzte Sensor verfügt über die so genannte A-RTSC (Advanced Real-Time-Surface-Compensation). Diese Echtzeit-Oberflächenkompensation reguliert die Lichtstärke des Sensors dynamisch während der Messung und sorgt so auch bei schwierigen Oberflächen wie schwarzem Gummi für präzise Mess-Ergebnisse. Der Sensor bietet eine einstellbare Messrate bis zu 49 kHz und lässt sich individuell auf die Prozessgeschwindigkeit anpassen.

Im wassergekühlten Schutzgehäuse

Im System ‚Thicknesscontrol TCP 8303.ET‘ besitzt der Wirbelstromsensor eine mittige Bohrung, durch die der Laser-Triangulationssensor hindurch misst. Dadurch ist eine ortsgenaue, synchrone Messung möglich. Beide Sensoren sind gemeinsam in einem wassergekühlten Schutzgehäuse untergebracht, wodurch sie gegen die hohe Umgebungstemperatur geschützt sind. Dank der Wasserkühlung arbeitet der Sensorkopf bei Umgebungstemperaturen bis zu +200 °C und ist somit robust genug für die Umgebungsbedingungen in der Reifenproduktion. Eine zusätzliche Druckluftspülung verhindert, dass Dämpfe oder Staub die Optik des Sensors belegen. 

Bei der Reifenfertigung wird im Bereich der Komponentenfertigung mit Hilfe von Vier-Walzen-Kalandern Textil- beziehungsweise Stahlcord beidseitig mit Gummi beschichtet. 

© Micro-Epsilon

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 – in Abhängigkeit zur prozessrelevanten Verstellung der Walze – den Anstellwinkel. Um die Dicke korrekt erfassen zu können, muss die Sensorkombina-tion stets so positioniert sein, dass sie zum Zentrum der Walze zeigt.

Das Messsystem bestimmt die Dicke über die gesamte Breite der Gummibahn. Aus diesem Grund ist das System mit einer Linearachse ausgestattet, die eine transversale Bewegung ermöglicht. Wahlweise gibt es Messbreiten von 1400 mm, 1800 mm oder 2200 mm. Um den Prozess in einem Vier-Walzen-Kalander komplett zu überwachen, werden zwei Systeme vom Typ ‚Thicknesscontrol TCP 8303.ET‘ eingesetzt, die jeweils die Produktdicke aus dem oberen (Walzen 1 und 2) sowie unteren Walzenspalt (Walzen 3 und 4) überwachen. Ergänzt wird das Messsystem durch eine nachgelagerte Gesamtdickenmessung.

Autor: 
Achim Sonntag ist Leiter Anlagen/Systeme bei Micro-Epsilon Messtechnik in Ortenburg.