Partikelsimulation zum Förderverhalten von Granulat in Nutbuchsenextrudern

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Volker Schöppner
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 389880750

Im Rahmen des beantragten Forschungsvorhabens soll die mathematische Erfassung der Fördervorgänge genuteter Einzugszonen unter dem Blickwinkel numerischer Simulationen neu formuliert werden. Dadurch wird es möglich, die komplexen Bewegungen der Granulatkörner im Einzugsbereich im dreidimensionalen Raum zu erfassen und somit die Berechnungsgenauigkeit zu verbessern. In vorausgegangenen Forschungsprojekten zeigte sich, dass sowohl die Fördermechanismen als auch das energetische Prozessverhalten im Feststoffförderbereich gut mit Hilfe der Diskreten-Elemente-Methode abgebildet werden können. Daher stellt diese nun auch die Basis für diesen Antrag. In den Simulationen werden mit Hilfe eines zentral zusammengesetzten Versuchsplans, neben geometrischen Einflussgrößen, den Schneckenkanal und die Nuten betreffend, ebenfalls Prozess- und Materialparameter variiert. Bei den Nuten finden axial bzw. gewendelt eingearbeitete Nuten durch einen variierenden Nutenwinkel ebenfalls Berücksichtigung. Neben einer ausführlichen Verifizierung fördersteifer Prozesse mit Hilfe der Numerik, sollen zusätzlich physikalische Grenzen detektiert werden. So zeigt sich bei Fördersimulationen mit glatter Buchse, dass trotz eines Partikelrückstaus, hervorgerufen durch den Gegendruck, es zu einer Unterfütterung der ersten Schneckengänge kommen kann. Dies führt zu einem verschoben Druckprofil, sodass der Druckanstieg nicht mehr über die gesamte Zone erfolgt. Analogien sind dementsprechend bei ausreichend hoher Drehzahl auch auf genuteten Systemen zu erwarten. Auch dies verlangt nach einer Neuformulierung bestehender Berechnungsmodelle. Die gewonnenen Ergebnisse sollen schließlich systematische validiert werden. Dazu soll ein bereits in der Arbeitsgruppe des Antragstellers entwickelter Prüfstand auf ein fördersteifes System angepasst werden. Mit bestehender Validierung ist dann eine umfangreiche Abbildung der Fördervorgänge in genuteten Einzugszonen möglich.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen