Automatisierte Generierung virtueller Prototypen für Extrusionswerkzeuge

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Peter Köhler; Professor Dr.-Ing. Johannes Karl Wortberg
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 240302041

Die Motivation für dieses Forschungsvorhaben ist das momentane Fehlen von ganzheitlichen Ansätzen für die Auslegung und Fertigung von Extrusionswerkzeugen. Vorhandene Automatismen beschränken sich auf die Optimierung der Strömungskanäle, welche die eigentliche Produktgeometrie ausformen (Sekundärverteilung). Alle weiteren Komponenten der Extrusionswerkzeug-Baugruppe, wie Einspeisung, Primärverteilung und Düseneinheit werden in vorhandenen Ansätzen nicht berücksichtigt, obwohl diese ebenfalls einen signifikanten Einfluss auf die resultierende Produktqualität haben. Aus diesem Grund ist das Ziel dieses Forschungsvorhabens die Umsetzung eines ganzheitlichen Ansatzes zur automatisierten Generierung eines vollständigen virtuellen Prototypen für Extrusionswerkzeuge. Dieses Modell wird neben der vollständig automatisierten Erzeugung sämtlicher Fließkanäle unter verfahrenstechnischen Gesichtspunkten auch das gesamte Fertigungswissen beinhalten. In Abgrenzung zu anderen Forschungsvorhaben wird dabei neben einer deutlichen Steigerung der erreichbaren Ergebnisqualität durch konsequenten Einsatz von 3D-CFD-Simulationen eine Komplexitätssteigerung der Problemstellung, eine hohe Allgemeingültigkeit sowie ein zeitlich möglichst effizient ablaufender Optimierungsalgorithmus umgesetzt.Auch im Rahmen der zweiten Projektphase setzt sich das Forschungsvorhaben erneut aus drei wesentlichen Kernpunkten zusammen. Hinsichtlich des Ansatzes einer ganzheitlichen 3D-CFD-Simulation wird erneut eine Steigerung der Ergebnisqualität angestrebt. Dies soll erreicht werden, indem zusätzliche Faktoren, wie zum Beispiel der Einfluss der Verweilzeit bei thermorheologisch komplexen Werkstoffen oder die Implementierung von transienten dreidimensionalen Strömungen, welche eine Beurteilung der Spülbarkeit von Werkzeugbaugruppen erlauben, abgebildet werden. Der zweite Forschungsschwerpunkt sieht eine Methodik für die intelligente Klassifizierung von erfolgreich erprobten Werkzeugvarianten vor. Dies soll erreicht werden, indem geeignete Klassifizierungsmerkmale für alle beeinflussenden Eingangsparameter und die gewonnen Optimierungsergebnisse ausgearbeitet werden und führt zu der erleichterten Identifikation von Wechselbeziehung zwischen diesen. Zusätzlich ist die Erweiterung der Mastermodellauswahl für praxisrelevante Werkzeugvarianten geplant, sodass zum Beispiel neben der bereits betrachteten Stern-Vorverteilung alternative Vorverteilungskonzepte einbezogen werden können. Als dritter Kernpunkt steht die die Bereitstellung von Lösungsansätzen für neuartige konstruktive Details an unterschiedlichen Bauteilen der Werkzeugbaugruppe im Fokus. Dabei soll auch in der zweiten Projekthälfte an der Konstruktion der Fließkanäle unter verfahrens- und fertigungstechnischen Gesichtspunkten festgehalten werden. Für lokale Details der Strömungsführung, wie zum Beispiel dem Einspeisebereich der Sekundärverteilung, wird jedoch eine Detailoptimierung durch neuartige Lösungsansätze angestrebt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen