Extrusion

Die Auslegung von Plastifizierextrudern bereitet immer noch große Schwierigkeiten. Das „Trial and Error-Verfahren“ dominiert noch sehr stark und führt oft zur Nacharbeit oder vollständigen Neukonstruktion einer Extruderschnecke, Das verursacht hohe Kosten, und die aufwändigen Experimente bei der Auslegung verlängern zudem erheblich die Entwicklungszeiten. In einem Forschungsprojekt am IKV wird daher eine numerische Berechnungsmethode entwickelt. Mit ihrer Hilfe soll, ausgehend von dreidimensionalen Strömungssimulationen, die Schnecke eines Einschneckenextruders anforderungsgerecht und kostenoptimiert ausgelegt werden. Dem Konstrukteur wird mit Anwendung dieser Simulationsmethode ermöglicht, die Betriebsanforderungen des Extruders bereits in der Konstruktionsphase der Extruderschnecke sicherzustellen. Dabei werden maßgebliche Betriebsparameter wie beispielsweise der Druckaufbau oder die Aufschmelzleistung unter Variation der Schneckengeometrie berechnet. Die Simulation liefert lokale Informationen über Druck, Geschwindigkeit und Temperatur im gesamten Rechengebiet. Über die Berechnung von Gradienten ist es möglich, Aussagen über die Schergeschwindigkeit oder den Wärmeübergangskoeffizienten zu treffen. So lassen sich zum Beispiel Spitzen in der thermischen Belastung sehr leicht erkennen. Eine weitere Herausforderung sind Spitzen beim Druck, die zu erhöhtem Verschleiß und zur Schädigung des Materials führen können. Eine durch Simulation optimierte Schneckengeometrie reduziert die thermische und mechanische Beanspruchung der Schnecke, was eine bessere Qualität des Polymers zur Folge hat.