Extrusionswerkzeuge – rheologische Auslegung und Optimierung

Einfach ausgedrückt

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).

Simulation Workflow

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.

Simulation Ergebnisse: Druckverteilung

Wir bieten  rheologische Auslegung sämtlicher Werkzeugtypen an:

    • Mono- und Coextrusionswerkzeuge
      • Breitschlitzdüse mit Kleiderbügelverteiler
      • Pinolenwerkzeug
      • Axial-Wendelverteiler
      • Radial-Wendelverteiler
      • Dornhalterwerkzeug
      • Profilwerkzeug

Fragen Sie einfach nach.

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

Numerische Simulation von Strömungsvorgängen in Extrusionswerkzeugen für teilvernetzte oder hochgefüllte Kunststoffschmelzen

www.kunststoffe.de

ANTEC, USA / 2014

Relax Zones in Extrusion Dies

www.4spe.org

K-Profi 2014

Bei der Auslegung von Extrusionswerkzeugen kann Simulation plus Erfahrung die Qualität enorm steigern und Kosten sparen

www.k-profi.de/

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.


www.vdi.de

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.

www.kunststoffe.de

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Ingenieurbüro für Numerische Optimierungsmethoden
Dipl.-Ing. Andreas Richard Sobotta
Jülicher Strasse 336
52070 Aachen

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Tel.: +49 241 9609-715
Fax: +49 241 9609-714
E-Mail: andreas.sobotta@ino-fem.de