Bestimmung der Korrelation zwischen Druckschwankungen, Dickenschwankungen, Aufschmelzgrad und der Produktqualität in der Extrusion
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Kosteneffizienz und Produktqualität sind auch im Bereich der Extrusion zentrale Anliegen. Im speziellen Fokus steht die Auslegung von Extruderschnecken, da diese maßgeblich den Durchsatz, die Aufschmelzleistung und die Homogenität beeinflussen. Der Einsatz von Prototypen wird aufgrund ihrer zeit- und kostenintensiven Fertigung vermieden. Die Extrusion erfordert hohe Durchsätze, um die Wirtschaftlichkeit zu gewährleisten, und die Qualität der produzierten Kunststoffprodukte muss den vorgegebenen Standards entsprechen. Die Kosteneffizienz des Extrusionsprozesses wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst, darunter die Prozessparameter wie Schneckendrehzahl und Zylindertemperaturen, sowie die Plastifizier- und Homogenisierungsleistung des Extruders. Das Hauptziel des Projektes ist die Herleitung von Korrelationen zwischen den Prozessparametern und der Schmelzequalität. Die Produktqualität hängt direkt von der Homogenität der Schmelze ab. In dem Projekt werden verschiedene Schneckenkonzepte und Geometrien untersucht, darunter Barriereschnecken und Standard Drei-Zonen-Schnecken mit und ohne unterschiedlichen Scher- und Mischteilkombinationen. Die Herausforderung besteht darin, eine optimale Extruderauslegung zu finden, ohne auf kostenintensive Prototypen angewiesen zu sein. Hier kommen Erfahrungswerte und Simulationen ins Spiel. Allerdings zeigen die aktuellen Simulationen keine belastbaren Aussagen zur erwarteten Produktqualität. Daher werden aufwändige experimentelle Untersuchungen nach dem Herstellungsprozess der Schnecken benötigt, um die Produktqualität zu bestimmen. Im Rahmen des Projektes wurden Materialien wie Lupolen 2420D (PE) und Moplen HP420M (PP) verwendet. Diese Materialien wurden aufgrund ihrer hohen Verarbeitungsmenge in der Industrie ausgewählt. Der von DÖRNER entwickelte Screw-Performance-Index (SPI) bewertet die Leistung der Extruderschnecke unteranderem durch Druck- und Temperaturschwankungen. Um zeitaufwendige Untersuchungen zu reduzieren, wurden Korrelationen zwischen der thermischen und stofflichen Homogenität und dem SPI identifiziert. Für die Modellierung wurde der Untersuchungsplan in der am KTP entwickelten Software REX simuliert. Die Ergebnisse dienen dem Modell als Eingangsgrößen. Es wurde ein selbstlernender Algorithmus entwickelt, der ein Regressionsmodell zur Vorhersage der Schmelzequalität ausgibt. Das Modell berücksichtigt lineare und quadratische Terme sowie die Wechselwirkungen der Eingangsgrößen. Die Ergebnisse der zehnfachen Kreuzvalidierung zeigen eine starke lineare Beziehung zwischen den Eingabevariablen und dem SPI. Die Korrelation zwischen den Vorhersagen und den tatsächlichen Werten sowie der Mean-Squared-Error (MSE) werden verwendet, um die Genauigkeit des Modells zu bewerten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Determination of Correlations between Melt Quality and the Screw Performance Index in the Extrusion Process. Polymers, 15(16), 3427.
Trienens, Dorte; Schöppner, Volker & Bunse, Robin
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Investigation regarding the correlation of the relative influencesduring the extrusion process of cast films on the residual melt quality. 60th Ilmenau ScientificColloquium, Ilmenau
V. Schöppner & D. Trienens
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Verbesserung der Betriebspunktauslegung durch Schneckensimulation. In: Wissenschaftlicher Arbeitskreis Kunststofftechnik, 2023, 2023, S. 62-66, ISSN: 1618-8357.
V. Schöppner; D. Trienens & L. Austermeier
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Investigation of the influence of screw geometry on the resulting melt quality for cast film extrusion. AIP Conference Proceedings, 3158, 070003. AIP Publishing.
Trienens, Dorte & Schöppner, Volker
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Method Development for the Prediction of Melt Quality in the Extrusion Process. Polymers, 16(9), 1197.
Trienens, Dorte; Schöppner, Volker; Krause, Peter; Bäck, Thomas; Tsi-Nda, Lontsi Seraphin & Budde, Finn
