Instationäre Feststoffförderung in Einschneckenmaschinen

Abstract

Die Feststoffförderung in der Einzugszone von Spritzgießmaschinen ist insbesondere in Recyclinganwendungen von zentraler Bedeutung für die Stabilität und Wirtschaftlichkeit des Prozesses. Es bestand daher das Ziel, die Feststoffförderung in Spritzgießaggregaten besser zu verstehen. Zur umfassenden Analyse der Feststoffförderungen werden in der Extrusion neben experimentellen Untersuchungen und analytischen Berechnungsmodellen zunehmend numerische Simulationen auf Basis der Diskreten Elemente Methode (DEM) eingesetzt. Ein wesentliches Ziel bestand in der Überführung des Spritzgießprozesses in die DEM. Hierzu wurde zunächst eine Methode zur Materialmodellentwicklung für Granulate und Mahlgüter definiert. Zur Abbildung des Spritzgießprozesses wurde ein gekoppelter DEM-MKS-Ansatz (Mehrkörpersimulation, MKS) entwickelt und anhand experimenteller Daten eines speziellen Prüfstands zur Untersuchung der Feststoffförderung validiert. Bestehende analytische Modelle wurden anhand experimenteller Durchsatzdaten für glatte und genutete Einzugszonen mit geringer Nutentiefe, wie sie Bestandteil sogenannter Recycling-Pakete sind, bewertet. Die identifizierten Abweichungen haben zur Entwicklung eines neuen Modellansatzes für Nuten geringer Tiefe geführt. Auf Basis gekoppelter DEM-MKS-Simulationen wurde ein hybrides analytisches Modell für glatte Einzugszonen und genutete Einzugszonen geringer Tiefe entwickelt und experimentell validiert. Mithilfe der numerischen und experimentellen Ansätze wurde zudem die Geometrie der Einzugszone für die Direktverarbeitung nicht aufbereiteter Rezyklate weiterentwickelt und das Lufteinzugsverhalten während der Einspritzphase analysiert sowie geeignete Gegenmaßnahmen identifiziert.