Analyse und Optimierung des Prozessverhaltens von Einschneckenextrudern im Bereich der Feststoffförderung und der druckabhängigen Viskosität

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Prozessverhalten von Einschneckenextrudern. Im Fokus steht dabei das Einzugsverhalten schnelllaufender Maschinen und dessen Verbesserung sowie die Untersuchung der Auswirkung des Schmelzedrucks auf die Viskosität und die daraus resultierende Massetemperaturänderung. Die Feststoffförderung wird mittels der Discrete Element Method (DEM), einer numerischen Partikelsimulationssoftware untersucht. Dabei wird der Einfluss verschiedener geometrischer Änderungen im Einfüllbereich des Extruders auf den Füllgrad der Schneckengänge beobachtet. Die so entwickelten Zusammenhänge werden mit Hilfe der Dimensionsanalyse und statistischer Auswertung in ein entsprechendes mathematisches Modell überführt und anhand eines Versuchsstands und der Auslegung einer Einfüllzone für einen 30mm Laborextruder überprüft. Zur Analyse der Druckabhängigkeit der Viskosität und der Berechnung eines Verschiebungsfaktors wurden existierende mathematische Grundlagen zu einem Rechenweg verknüpft, der auf Basis eines pvt Diagramms die Ermittlung eines Druckverschiebungsfaktors erlaubt. Die Gültigkeit dieses Faktors wurde durch den Vergleich mit isobar gemessenen Viskositätskurven dargelegt. Anschließend wurden derartige Viskositätswerte zur Nachrechnung des Einflusses des Druckniveaus beim stationärem Betrieb eines Einschneckenextruders genutzt.