Einfluss der Nuten auf die verfahrenstechnischen Vorgänge in genuteten Plastifizierzonen von Einschneckenextrudern

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Bonten
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 346097498

Die Einschneckenextrusion spielt bei der Produktion von Kunststoffprodukten eine übergeordnete Rolle, weil sie insbesondere für Produkte eingesetzt wird, die in großen Mengen kostengünstig hergestellt werden sollen. Einfache Einschneckenextruder bestehen aus einer Drei-Zonen-Schnecke in einem glatten Zylinder. Heutzutage werden vor allem Varianten mit genuteter Einzugszone und/oder Barriereschnecken eingesetzt. Aus den verfahrenstechnischen Problemen hinsichtlich des Verschleißes in der Einzugszone, des Druckaufbauvermögens, der Aufschmelzleistung und der Mischwirkung von Nutbuchsenextrudern entstand der Ansatz, die Nuten im Zylinder durchgängig zu gestalten und mit einer Barriereschnecke zu kombinieren. Extruder mit genuteter Plastifizierzone zeichnen sich durch ein gleichmäßiges Druckprofil, geringen Verschleiß, energieeffizienten Betrieb und geringe Schmelzetemperaturen aus.Während die Fließ- und Aufschmelzvorgänge in herkömmlichen Extrudern weitreichend erforscht und verstanden sind, ist die Übertragbarkeit bzw. Anpassung der Modelle auf genutete Plastifizierzonen bisher kaum validiert. Die bestehenden Modellvorstellungen basieren auf Annahmen und Erfahrungswerten, zu denen bisher nur wenig wissenschaftliche Evidenz vorliegt. Der Einfluss der Nuten auf die verfahrenstechnischen Vorgänge in genuteten Plastifizierzonen soll daher in diesem Vorhaben tiefgehend untersucht werden. Ziel ist es, ein Modell zu entwickeln, das die Aufschmelzzone eines Extruders mit genuteter Plastifizierzone analytisch oder mit einfachen numerischen Methoden (z. B. finiten Differenzen) beschreibt. Dazu sollen zunächst in experimentellen Untersuchungen mittels eines teilbaren Extruders sowie eines Schneckensimulators Erkenntnisse darüber gewonnen werden, inwiefern die Nuten sich auf die tatsächlichen Aufschmelz- und Strömungsvorgänge auswirken. Mithilfe von ultraschallbasierter Inlinemesstechnik werden dabei auch Temperatur- und Verweilzeitverteilungen aufgenommen. Anhand der Ergebnisse werden die derzeitigen Modellvorstellungen überprüft und angepasst. Anschließend werden diese optimierten Modellvorstellungen in mathematische Formulierungen umgesetzt und in ein Rechenprogramm implementiert. Dieses wird abschließend durch Referenzversuche noch einmal validiert. Ergebnisse des Projektes sind somit ein erweitertes Verständnis der verfahrenstechnischen Vorgänge in Extrudern mit genuteten Plastifizierzonen und ein zur Vorhersage und Auslegung anwendbares Rechenmodell.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen