HYPE-CFDEM

Die Einschneckenextrusion ist eine Schlüsseltechnologie zur Herstellung von Kunststoffprodukten wie Folien, Rohren und Profilen. Um die Einschneckenextrusion effizienter, schneller und qualitativ hochwertiger zu gestalten, untersuchen Forscher die drei Hauptschritte des Prozesses: 1) den Transport der Kunststoffgranulate aus dem Trichter, 2) die Verdichtung der Granulate zwischen Schnecke und Zylinder, und 3) das Schmelzen der Granulate. Obwohl es Modelle gibt, die diese Schritte einzeln beschreiben, existiert noch kein umfassendes Modell, das den gesamten Prozess abdeckt. Daher erfordert das Design und die Optimierung von Einschneckenextrudern immer noch viele Versuche, welche sowohl kostspielig als auch zeitaufwendig sind. Das Ziel dieses Projekts ist die Erstellung eines digitalen Zwillings, also eines virtuellen Modells des Einschneckenextruders, das den Transport, die Verdichtung und das Schmelzen von Kunststoff in einem nahtlosen Prozess genau simulieren kann. Dieses Modell verwendet eine Kombinationvon zwei fortschrittlichen Simulationstechniken:der numerischen Strömungsmechanik (auf Englisch Computational Fluid Dynamics, Abk. CFD) und der Diskreten- Elemente-Methode (DEM). CFD simuliert Flüssigkeiten wie Luft und geschmolzenen Kunststoff, während sich DEM auf die einzelnen Kunststoffpellets konzentriert. Das gekoppelte CFD-DEM-Modell muss entwickelt und validiert werden, um eine korrekte Simulation der Einschneckenextrusion zu ermöglichen. Die Modellentwicklung umfasst: 1) verbesserte Kontaktgesetze für die Kunststoffpellets, die ihre Elastizität, Plastizität und Klebrigkeit berücksichtigen, 2) eine bessere Darstellung des Fließverhaltens von geschmolzenem Kunststoff und 3) eine genauere Methode zur Erfassung der Schnittstelle zwischen Luft und geschmolzenem Kunststoff. Das neue Modell wird mithilfe von experimentellen Daten des Projektpartners getestet und validiert. Das Projekt ist eine Zusammenarbeit zwischen der DCS Computing GmbH und dem Institut für Kunststofftechnik (IKT) der Universität Stuttgart und stellt eine Fortsetzung des gemeinsamen Projekts 3D-MOPSE (I3202-N34) dar.