Werkzeugauslegung – Qualität ist Formsache
Eine rheologisch präzise Auslegung der Extrusionswerkzeuge benötigt detaillierte Informationen über die Strömung im Kanal. Diese können mit Hilfe einer 3D-Strömumngssimulation gewonnen werden. Daraus ergibt sich für die Extrusionswerkzeuge ein enormes technisches und wirtschaftliches Optimierungspotential. (siehe „Zeitgemäße Auslegung von Werkzeugen„) Möglich sind dabei die Reduzierung der Herstellungsdauer und –kosten bei Werkzeugbauer (z.B. Abbau der Einfahrversuche) und die Verbesserung der Produktqualität bei Halbzeug-Hersteller (z.B. Spannungsfreie Halbzeuge).
Die Auslegung von Werkzeugen mit numerischen Rechenmethoden hat viele Vorteile. Man erkennt Details, die mit herkömmlichen Auslegungsmethoden nicht deutlich werden. Insbesondere die Schergeschwindigkeit an der Wand des Fließkanals ist ein sensibler Indikator für die Qualität der Auslegung. Farbwechsel, Verweilzeit, Temperaturerhöhung und Druckverlust werden vorteilhaft beeinflusst.
Wir bieten rheologische Auslegung sämtlicher Werkzeugtypen an:
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- Mono- und Coextrusionswerkzeuge
- Breitschlitzdüse mit Kleiderbügelverteiler
- Pinolenwerkzeug
- Axial-Wendelverteiler
- Radial-Wendelverteiler
- Dornhalterwerkzeug
- Profilwerkzeug
- Mono- und Coextrusionswerkzeuge
Rheologie – Panta rhei
Für die Optimierung ist die Kenntnis des Fließverhaltens des zu extrudierenden Polymers notwendig. Hierzu nimmt man Fließkurven mit einem Hochdruckkapillarrheometer auf, die den Zusammenhang zwischen der Schubspannung und der Schergeschwindigkeit beschreiben. Die Fließkurven müssen für jedes Polymer bekannt sein. In vielen Fällen stellt der Materiallieferant die Kurven zur Verfügung, in anderen Fällen muss man selber messen lassen. Aus der Fließkurve gewinnt man die Viskositätskurve. Dabei kann die Approximation der Viskositätskurve durch unterschiedliche Ansätze erfolgen (siehe unten eine kleine Auswahl).
Materialdaten können auch in diversen Datenbanken abgefragt werden:
MatWeb, Your Source for Materials Information
CAMPUS® – a material information system for the plastics industry
Publikationen/Projekte
INO ist Partner des Cloudflow-Projektes „Computational Cloud Services and Workflows for Agile Engineering“.
Dieses Projekt wird von der
Europäischen Kommission gefördert.
Science Publishing Group, USA / 2019
2019-Numerical-Simulation-of-Flow-Processes-in-Extrusion-Tools
www.sciencepublishinggroup.com
Zeitschrift Kunststofftechnik 13 / 2017
ANTEC, USA / 2014
K-Profi 2014
VDI Wissensforum 11/2013
Zeitgemäße Auslegung von Werkzeugen
Wesentlich sind ein guter (schneller) Farbwechsel und bei thermisch empfindlichen Polymeren wie PVC kurze Verweilzeiten. Hierzu bestimmt man die Wandschergeschwindigkeiten und die Wandschubspannungen im Fließkanal. Ziel sind Wandschubspannungen, bei denen die Moleküle von der Wand abgelöst werden. Aus der Produktionspraxis kennt man die Bedingungen, bei denen ein Werkzeug eine lange Standzeit hat oder sich Ablagerungen (Verbrennungen) bilden. Hieraus rechnet man die Fließbedingungen nach und erhält Ausgangswerte für die Auslegung.
Kunststoffe 06/2011
Ralaxationszonen in Extrusionswerkzeugen
Ziel ist, die Relaxationszone so zu gestalten, dass die in die formgebendeZone des Extrusionswerkzeugs eintretende Schmelze ein möglichst vollständigrelaxiertes Polymernetzwerk mit verschlauften Makromolekülen aufweist. Damit ist die einheitliche Molekülorientierung am Werkzeugaustritt gewährleistet, und die Halbzeuge können mit wenig Verzug und homogener Struktur hergestellt werden.
Schulungen
Im Bereich der rheologischen Werkzeugauslegung führe ich Workshops und Seminare durch, die genau auf den Bedarf des Anwenders zugeschnitten sind.
In Kürze können wieder Seminare im Rahmen des VDI Wissensforums gebucht werden.
VDI – Rheologische Auslegung von Extrusionswerkzeugen
(momentan nicht buchbar)
Kontakt
INO
Ingenieurbüro für Numerische Optimierungsmethoden
Dipl.-Ing. Andreas Richard Sobotta
Jülicher Strasse 336
52070 Aachen
Kontakt
Tel.: +49 241 9609-715
Fax: +49 241 9609-714
E-Mail: andreas.sobotta@ino-fem.de