Analyse und Optimierung der Folienkühlung in industriell betriebenen Hochleistungsblasfolienanlagen mittels integrativer Prozessmodelle

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Johannes Karl Wortberg
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 284379684

Wie jeder Extrusionsprozess wird auch der Blasfolienextrusionsprozess maßgeblich durch die bereitgestellte Kühlleistung limitiert. Erreichbare Durchsätze können durch die Optimierung des Kühlsystems in hohem Maße gesteigert werden. Die Motivation dieses Forschungsprojektes besteht in der Überführung von Ergebnissen und wissenschaftlichen Erkenntnissen, gewonnen in zwei DFG-Vorgängerprojekten, in der computergestützten Kühlsystemoptimierung von Blasfolienanlagen im labortechnischen Maßstab auf den industriellen Produktionsmaßstab. Neben der Steigerung der Ausstoßleistung steht die Identifikation von Potentialen zur Verbesserung der Prozessstabilität im Fokus der Untersuchung. Unter Berücksichtigung der deutlich veränderten Prozessrandbedingungen gilt es, die entwickelten Modellierungsansätze zu adaptieren und zu überführen. Hierbei schließen die Adaptierungen sowohl die geometrischen als auch prozessnahen Randbedingungen ein. Zu berücksichtigen sind neben den vorherrschenden Masseströmen, Kühlluftvolumina sowie Strömungsverhältnissen zusätzlich die realen Deformationsprozesse innerhalb der Folie als auch die geometrischen Veränderungen aller aktiv und passiv an der Folienkühlung beteiligten Komponenten. Dies schließt die Integration einer Blaseninnenkühlung in die Prozessumgebung mit ein. Die numerische Umsetzung ist mittels des erfolgreich verifizierten und validierten Prozess- und Prognosemodells zu realisieren. Eine Herausforderung besteht in der realitätsgetreuen Beschreibung des Ausformungsprozesses der Blasfolienkontur bei variablen Prozessrand- bzw. Abkühlbedingungen. Hierzu ist es erforderlich unterschiedliche Prozesszustände experimentell zu erfassen, um die Basis für die anschließende Kalibrierung der Modelle und Überprüfung der Abbildungsfähigkeit zu schaffen. Nach erfolgter Modellkalibrierung und Überprüfung der Abbildungsfähigkeit wird der Fokus auf die simulationsgestützte Realisierung von Systemoptimierungspotentialen für Hochleistungsblasfolienanlagen mit Ausstoßleistungen von bis 1000kg/h und Düsendurchmessern von ca. 800mm gelegt. Hierbei gilt es weiterhin das vorhandene Materialspektrum um neue mehrschichtige Verbunde (3-Schicht bzw. 5-Schicht) zu erweitern und in der Modellbildung zu berücksichtigen. Mit dem gemeinsamen Ziel einer Steigerung der Ausstoßleistung werden die virtuell herausgestellten Optimierungspotentiale experimentell in Kooperation mit dem Anwendungspartner in der industriellen Produktionsumgebung erprobt und validiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: Mondi Consumer Packaging Technologies GmbH