Simulation und Modellierung des Druckverlustes industrieller Polymerschmelzefilter in Abhängigkeit verschiedener Prozessbedingungen sowie deren Verschmutzung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Für die kunststoffverarbeitende Industrie stellt die Extrusion ein wichtiges Verfahren dar. Um die hohen Qualitätsanforderungen an Kunststoffprodukte zu erfüllen, bedarf es einer hohen Schmelzequalität. Denn sowohl bei Recyclingmaterial als auch bei Neuware kann es zu Verunreinigung des Materials kommen, was sich direkt auf die Qualität der Endprodukte auswirkt. Aus diesem Grund kommen Schmelzefilter zum Einsatz, die eben diese Verunreinigungen aus der Schmelze entfernen. Die Auslegung von Filtersystemen beruht heute zumeist auf allgemeinen Berechnungen poröser Medien und Erfahrungswerten. Um diesen Prozess zu optimieren, wurden am KTP umfangreiche Untersuchungen angestellt. Dabei wurde neben dem Anfangsdruckverlust unterschiedlicher Filter beim Betrieb mit unverschmutzter Schmelze auch der Druckverlauf bei vorliegender Verschmutzung betrachtet. Mit dem Ziel der Verbesserung des Auslegungsprozesses von Filteranlagen wurde der Filtrationsprozess auf Grundlage experimenteller Untersuchungen sowohl mathematisch modelliert als auch simulativ betrachtet. Anhand der Untersuchungsergebnisse, die zunächst aufgearbeitet und dargestellt werden, werden Validierungen der Berechnungsmodelle für unverschmutzte und verschmutzte Schmelzen durchgeführt und deren Güte festgestellt. Es wurde herausgearbeitet, dass bislang bestehende analytische Berechnungsmodelle in ihrer Genauigkeit nicht genügen, um den Druckverlust in verschiedenen Filtermedien abzubilden. Innerhalb des Forschungsprojektes wurde daher weitere experimentelle Untersuchungen zum Verschmutzungsverhalten von Filtermedien durchgeführt und eine Berechnungsvorschrift zur Ermittlung des Druckanstieges von Vlies- und Gewebefiltern bei einer bekannten Feststoffverschmutzung von hochviskosen Schmelzen entwickelt. Die Kopplung von einem Fluidsimulations- und einem Partikelsimulationsprogramm ist gelungen und die Machbarkeit nachgewiesen, sodass in Zukunft Simulationen zur Anlagerung von Verschmutzungspartikeln an einer Filtergeometrie möglich sein werden. Innerhalb dieses Forschungsprojektes konnten diese Simulationen allerdings nicht fertiggestellt werden, da softwareseitig Probleme mit hochviskosen Schmelzen bestehen, die innerhalb der Projektlaufzeit nicht gelöst werden konnten. Neben den Feststoffverschmutzungen wurden ebenfalls weichen Verschmutzung, sogenannte Gele, experimentell untersucht. Eine umfassende Datenbasis von einer mit vernetztem Polyethylen XLPE verunreinigten Schmelze liegen vor und können für weitere Auswertungen nach Abschluss des Projektes verwendet werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- “Modelling the Contamination Behaviour of Polymer Melt Filters”; 33rd International Conference of the Polymer Processing Society (PPS); Cancún (Mexiko); 2017
V. Schöppner; P. Meilwes
(Siehe online unter https://doi.org/10.1063/1.5121648) - „Filterverschmutzung berechenbar machen“; In: Kunststoffe, 107. Jg. Heft 8, 2017; S. 58-61; ISSN: 0023-5563
V. Schöppner; P. Meilwes
- “Modelling the Contamination Behavior of Polymer Melt Filters and Pressure Loss Simulations of Filtration Media”; 76th Annual Technical Conference of the Society of Plastics Engineers (ANTEC); Orlando (USA); 2018
V. Schöppner; P. Meilwes
- „CAD-Datenerzeugung zur Druckverlustsimulation von Filtermedien“; In: Konstruktion, 70. Jg. Heft 11, 2018; S. 92-97; ISSN: 0720-5953
V. Schöppner; P. Meilwes
(Siehe online unter https://doi.org/10.37544/0720-5953-2018-11-12-92) - Simulation und Modellierung des Druckverlustes industrieller Polymerschmelzefilter in Abhängigkeit verschiedener Prozessbedingungen sowie deren Verschmutzung“; Dissertation Universität Paderborn, ISBN: 978-3-8440-7016-3, 2019
P. Meilwes
- „Simulation und Modellierung des Druckverlustes industrieller Polymerschmelzefilter in Abhängigkeit verschiedener Prozessbedingungen sowie deren Verschmutzung“; Technomer Chemnitz, ISBN: 978-3-939382-14-0, November 2019
V. Schöppner, P. Meilwes, K. Westhues
