Erweiterung der Modellierung zur Durchsatz- und Leistungsberechnung von Feststoffförderprozessen in der Einschneckenextrusion
Jan Trippe
Die vorliegende Dissertation verfolgt das Ziel, neue Erkenntnisse im Bereich des Druck-Durchsatz-Verhaltens der Feststoffförderzone von Einschnecken-extrudern sowie der dafür aufzubringenden Antriebsleistung aufzuzeigen und in eine Modellierung zu überführen. Dazu werden numerische 3D Simulationen eingesetzt, welche eine hochauflösende Erfassung einzelner Partikel-bewegungen im realitätsnahen Extrusionsumfeld erlauben. Gegenüber konventionellen Modellen lassen sich so Teilfüllungseffekte, Relativbewegungen im Feststoffblock usw. berücksichtigen. Für die Analyse der genannten Effekte sind experimentelle Untersuchungen sowie zahlreiche Simulationen durchgeführt worden. Materialseitig sind hier die Stoßzahl und die Reibwerte der unterschiedlichen Kontaktpaarungen relevant. Weiterhin müssen die Kunststoffgranulate in ihrer Form eindeutig charakterisiert und in das Simulationsumfeld überführt werden. Mit erfolgreicher Umsetzung sind anschließend die Simulationen unter Berücksichtigung weiterer Einflussgrößen wie Prozess- und Geometrieparametern in einem Versuchsplan ausgewertet worden. Im Ergebnis lassen sich Teilfüllungseffekte eindeutig nachweisen und durch die Überführung in ein Kombinationsmodell im Druck-Durchsatz-Verhalten berücksichtigen. Im Bereich der für die Feststoffförderzone bereitzustellenden Antriebsleistung zeigt sich, dass diese 10% der gesamten Leistung eines Einschneckenextruders ausmacht und somit relevant für die Auslegung ist. Weiterhin untersucht und in ein mathematisches Modell überführt worden sind die Einflüsse von Material-, Granulat-, Prozess- und Geometrieparametern. Zu guter Letzt konnten mit Hilfe eines konzipierten Prüfstands beide aufgestellten Modelle zufriedenstellend mit der Praxis abgeglichen werden.
