IKT: Kunststoffverarbeitung durch Simulation noch effizienter machen

3D-Blick in Schmelzevorgänge eines Radialwendelverteilers

Sich ständig ändernde Rahmenbedingungen und steigende Anforderungen an ein Kunststoffprodukt erschweren die rein experimentelle Auslegung des Verarbeitungsprozesses. Auch erhält der Verarbeiter mit Experimenten nur einen eingeschränkten Einblick in die ablaufenden Vorgänge innerhalb der Verarbeitungsmaschine. Sollen beispielsweise neuartige Werkstoffe verarbeitet oder ein bestimmtes Ziel, wie ein höherer Durchsatz, schnell erreicht werden, stellt dies für den Verarbeiter eine besondere Herausforderung dar, insbesondere, wenn er wenig oder sogar gar keine Erfahrung mit den neuen Randbedingungen besitzt.

Die Modellierung und Simulation von Verarbeitungsprozessen hat das Ziel, deren Effizienz mit relativ geringem Kosten- und Zeitaufwand zu steigern. Das IKT forscht an neuartigen Simulationsmodellen, die die Verarbeitungsphänomene noch genauer beschreiben, um die Prozesse noch effizienter zu machen.

So wurde beispielsweise mit dem CARPOW-Modell nach Geiger eine neue rheologische Zustandsgleichung eingeführt, welches die Viskosität von hochgefüllten oder vernetzten Kunststoffen im Verarbeitungsprozess genauer beschreibt. Es sollen so nicht nur Spritzgießwerkzeuge sondern auch Extrusionswerkzeuge nun in Bezug auf Druckverlust und Wanddicke des Extrudats noch effizienter ausgelegt werden können.

Ein weiterer Anwendungsfall von Simulationsmethoden ist die Auslegung von Mischteilen für Hochleistungsextruder. Hier werden häufig Scher- und Mischteile am Schneckenende eingesetzt, um die stoffliche und thermische Homogenität der Schmelze sicherzustellen. Auch diese komplizierten Vorgänge im Mischer können mit einem am IKT neu entwickelten Ansatz beschrieben werden.

Zuerst wird das Strömungsfeld im Mischteil durch das numerische Lösen der Erhaltungsgleichungen für Masse, Impuls und Energie berechnet. Anschließend werden der Strömung sogenannte masselose Tracer-Partikel in Form von zwei verschiedenen Wolken am Eintritt in den Mischer hinzugegeben und im Verlauf betrachtet. Dieser neuartige IKT-Ansatz, der in ersten Versuchen erfolgreich angewendet wurde, liefert aus dieser Verteilung der Partikel, durch einen eigens entwickelten Algorithmus, eine neue Messgröße zur Bewertung der Schmelze-Mischgüte.

Diese und weitere aktuelle Forschungsaktivitäten und Erkennt-nisse werden im Rahmen des 24. Stuttgarter Kunststoffkolloquiums vorgestellt.

Weitere Informationen:
www.stuttgarter-kunststoffkolloquium.de, www.ikt.uni-stuttgart.de

24. Stuttgarter Kunststoffkolloquium, 25.-26. Februar 2015, Stuttgart

Universität Stuttgart, Institut für Kunststofftechnik (IKT), Stuttgart

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