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| Modular aufgebaute Extruderschnecken bieten eine große Vielfalt an Auslegungsmöglichkeiten (© SKZ) |
Das Kunststoff-Zentrum SKZ und das Institut Kunststofftechnik der Universität Paderborn (KTP) kooperieren in einem neuen Forschungsprojekt. Ziel dieses Vorhabens ist es, das Verständnis des axial-ortsaufgelösten Energieeintrags entlang der Extruderschnecke zu erweitern. Hierzu soll eine Kombination aus Messtechnikentwicklung und Prozessmodellierung die Vorhersagegenauigkeit des berechneten Energieeintrages verbessern.
Doppelschneckenextruder sind häufig modular aufgebaut. Hierdurch ergeben sich eine Vielzahl an möglichen Schneckenkonfigurationen. Die Auswahl einer geeigneten Konfiguration und passender Prozessparameter ist eine zentrale Herausforderung für Maschinenhersteller und Compoundeure. Als wesentlicher Bestandteil der Entwicklungsprozesse werden heutzutage computerunterstütze Verfahren eingesetzt, um die Auslegung der Prozesse zu vereinfachen. Viele Prozessgrößen können bereits durch entsprechende Software mit guter Übereinstimmung vorhergesagt werden.
Die bisher möglichen Berechnungen des Energieeintrags sind allerdings fehlerbehaftet. So sind in wissenschaftlichen Untersuchungen für übliche Schneckengeometrien und Materialsysteme bei der Leistungsberechnung Abweichungen zum Experiment von zehn bis 20 Prozent zu verzeichnen. Bei komplexeren Schnecken und Rezepturen können Abweichungen von bis zu 50 Prozent zwischen Berechnung und Messung auftreten. Dies führt zu zeit- und kostenintensiven Validierungen, Verzögerungen in der Produktion sowie zu einem hohe Energie- und Materialeinsatz.
Bislang ist nur eine integrale Betrachtung des Energieeintrags über die Gesamtschneckenlänge möglich. Die Energieeinträge innerhalb der einzelnen Schneckenzonen sind nicht bekannt. Die in diesem Vorhaben zu entwickelnde, ortsaufgelöste Drehmomentmessung entlang der Schnecke beruht dabei auf der Bestimmung der Schneckentorsion. Hierzu werden an zwei Stellen über der Extruderschnecke zum Beispiel die Massedrücke bestimmt. Auf diese Weise ergibt sich aufgrund des Druckanstiegs beim Passieren des Schneckenstegs ein charakteristischer Verlauf. Tritt zwischen den beiden Messstellen an der Schnecke ein Drehmoment auf, so ergibt sich infolge der Torsion eine zeitliche Verschiebung im linear-elastischen Bereich zwischen den beiden Messverläufen.
Das Projekt wird über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschung e.V. (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert (Förderkennzeichen 21056 N). Eine kostenfreie Beteiligung der Industrie am projektbegleitenden Ausschuss ist ausdrücklich erwünscht. Interessierte Firmen können sich hierzu an die Forschungseinrichtungen wenden.
