Vom Feststoff zur Schmelze: Simulation des Aufschmelzens im Doppelschneckenextruder
Die digitale Abbildung und Optimierung von Prozessen durch numerische Simulationen ist eine Schlüsseltechnologie der Industrie 4.0. Besonders in der Kunststoffverarbeitung stoßen solche Simulationen jedoch an ihre Grenzen, da das komplexe Materialverhalten von Kunststoffen besondere Herausforderungen mit sich bringt. Im neu gestarteten Verbundprojekt vom Kunststoff-Zentrum SKZ und der Lehrstuhl für angewandte Mathematik und Numerik (LS3) der Fakultät für Mathematik der TU Dortmund ist deshalb die Simulation des Aufschmelzens von Polymeren in Doppelschneckenextrudern im Fokus.
Die präzise Simulation des Aufschmelzens von Polymeren in Compoundierextrudern wie Doppelschneckenextrudern ist derzeit noch nicht möglich. Dies bremst die Weiterentwicklung dieser für die Herstellung und Wiederaufbereitung von Kunststoffen unverzichtbaren Anlagen und darauf basierender Prozesse.
Ziel des neu gestarteten Projekts ist deshalb die Entwicklung einer Simulation, die erstmals die numerische Abbildung des Aufschmelzprozesses in einem Doppelschneckenextruder ermöglicht. Die innovative Lösung kombiniert Ansätze zur 3D-Simulation des Aufschmelzens aus einfacher zu modellierenden Einschneckenextrudern mit existierenden Modellen für die Verarbeitung der Kunststoffe in Doppelschneckenextrudern.
Melt-Fraction-Modell spielt Schlüsselrolle
Eine Schlüsselrolle spielt dabei das sogenannte Melt-Fraction-Modell, das den Übergang von Feststoff zu Schmelze beschreibt. Um diese Simulationsmethode zu realisieren, werden im Rahmen des Projekts zunächst spezifische Materialdaten erfasst und die notwendigen Randbedingungen für die Simulation definiert. Zur Validierung wird ein Versuchsstand entwickelt, der experimentelle Untersuchungen ermöglicht. Der Abgleich von Simulation und experimentellen Ergebnissen dient schließlich der Erstellung eines Demonstrator-Simulationswerkzeugs.
Mit der erfolgreichen Umsetzung erhalten Unternehmen Zugang zu 3D-Simulationen der Aufschmelzzone eines Doppelschneckenextruders. Dies eröffnet neue Möglichkeiten, Prozesse genauer zu charakterisieren und industrielle Anwendungen zu optimieren. Interessierte Unternehmen können sich gerne an das SKZ oder an den LS3 der TU Dortmund wenden.
