Simulationsgestützte Bestimmung und Optimierung der Mischgüte in der Einschneckenextrusion

Die Wirtschaftlichkeit einer Extrusionsanlage ist insbesondere dann gegeben, wenn ein hoher Massedurchsatz bei einer ausreichend hohen Güte der Kunststoffschmelze, die direkt mit der resultierenden Qualität des Endproduktes sowie der Ausschussrate der Produktion korreliert, gewährleistet wird. Die Beschaffenheit der Kunststoffschmelze steht dabei in enger Korrelation mit der Homogenisierungsleistung des Extruders. Um diese im Zuge stetig steigender Anforderungen an die Produkte zu steigern, werden zumeist spezielle Scher- und Mischteile an der Schneckenspitze zur Steigerung der Mischwirkung montiert.

Aufgrund der komplexeren geometrischen Verhältnisse der Scher- und Mischelemente im Vergleich zu konventionellen Schneckenzonen sowie der Vielzahl an Einflussfaktoren auf die Mischvorgänge in Extrudern, werden in der vorliegenden Arbeit CFD-Simulationen verwendet, um ein weitreichendes Prozessverständnis für das Druck-Durchsatzverhalten sowie die dispersive und distributive Mischgüte zu erzielen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird daher eine neuartige Methode zur Auswertung der distributiven Mischwirkung, die auf der Delaunay-Triangulierung basiert, vorgeschlagen. Zudem wird für das geläufigste Scherteil, das Wendelscherteil, und das meistverwendete Mischteil, das Rautenmischteil, ein umfangreicher CCD-Versuchsplan simuliert. Anschließend werden die gewonnen Erkenntnisse hinsichtlich des Druck-Durchsatzverhaltens sowie der dispersiven und distributiven Mischgüte ausgewertet. Ziel ist es, vollumfängliche Modelle für diese Zielgrößen zu entwickeln, um anschließend eine Optimierung der Geometrien zu erwirken.