Schmelzesimulation des Planetwalzenextrusions-Prozesses

Die Aufbereitung immer komplexerer Compounds stellt die Kunststoffindustrie vor stetig wachsende Herausforderungen. Doppelschneckenextruder stoßen dabei zunehmend an ihre verfahrenstechnischen Grenzen hinsichtlich hoher Mischwirkung bei gleichzeitig geringer Materialbelastung. Der Planetwalzenextruder (PWE) mit seinem einzigartigen Funktionsprinzip stellt in diesem Anwendungsfeld eine Maschine mit hohem Potential dar. Mangelndes Prozessverständnis führt jedoch dazu, dass Auslegung und Prozessoptimierung durch zeit- und kostenaufwändige Versuchsreihen erfolgen müssen. Simulationsmodelle, wie sie bei Doppelschneckenextrudern etabliert sind, können für den PWE aufgrund der komplexen Geometrie und Spindelbewegung nicht angewendet werden. Ziel des Projekts war daher die Erstellung eines numerischen Modells des Schmelzetransports im PWE sowie die darauf basierende Erweiterung eines anwenderfreundlichen Simulationstools für eine optimierte Auslegung des Extrusionsprozesses.
Der Lösungsansatz bestand darin, zunächst die für die Simulation erforderlichen Materialdaten zu ermitteln und diese durch Materialmodelle zu beschreiben. Experimentelle Untersuchungen mit einem speziellen Messzylinder sowie die numerischen Simulationen geben Aufschlüsse über die Vorgänge im PWE. Begleitend erfolgte eine analytische Modellierung des Extruders. Der Fokus lag dabei in der Abbildung des Prozessverhaltens von verschiedenen Planetenspindeln. Die analytischen Modelle wurden schließlich in ein Simulationstool implementiert. Abschließend wurden Validierungsexperimente durchgeführt und mit den Berechnungen verglichen.