Untersuchungen des konvektiven Wärmeübergangs bei der Folienherstellung - Charakterisierung des Strömungsfeldes und des Wärmeübergangs

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Johannes Karl Wortberg
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung von 2000 bis 2006
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5291500

Ziel der geplanten experimentellen und analytischen Untersuchungen ist es, die Einflüsse von Strömungs- und Wärmeübergangsvorgängen auf die Produkt- und Prozessqualität während des Abkühlprozesses bei der Schlauchfolienextrusion grundlegend zu untersuchen. Hier wird eine effektive, aber gleichmäßige Abkühlung des Folienschlauches gefordert. Durch die Interaktion der turbulenten Kühlluftströmung mit der flexiblen Schmelzoberfläche kann es zu Störungen in der Strömungs- und der gekoppelten Temperaturgrenzschicht kommen, wodurch der Wärmeübergang beeinflußt wird. Zusätzlich können auch die in einer turbulenten Kühlluftströmung entstehenden makroskopischen Wirbelstrukturen lokal ungleichmäßige instationäre Abkühlbedingungen verursachen, was wiederum problematisch ist hinsichtlich der Qualitätseigenschaften der produzierten Folie, die wesentlich durch die Abkühlparameter bestimmt werden. Insbesondere wird die Dickengleichmäßigkeit als Folge lokaler biaxialer Verstreckung sensibel auf schwankende Abkühlbedingungen reagieren. Die genaue Analyse der Zusammenhänge zwischen der Kühlluftströmung und ihren Turbulenzstrukturen und der Entstehung zeitlich ungleichmäßiger lokaler Abkühlbedingungen und Dickenschwankungen beim Folienblasen soll auf der Basis der Untersuchung der Kühlluftströmung das Resultat der Untersuchungen sein. Die hierfür notwendige grundlegende Charakterisierung der Strömungsfelder und der Wärmeübertragungsvorgänge wird durch den Lehrstuhl für Strömungslehre der Universität Essen durchgeführt, mit dem zum Erreichen des Forschungszieles ein kooperatives wissenschaftliches Arbeiten vereinbart wurde. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen in Entwicklungen verbesserter Kühlluftsysteme einfließen und sind als grundlegend für eine zielgerichtete Optimierung der Produktionsgeschwindigkeit sowie der Produktqualität bei der Blasfolienextrusion anzusehen. Darüber hinaus stellt die Übertragbarkeit der Ergebnisse auch auf andere Folienherstellungsprozesse wie dem Double- oder Triple-Bubble-Verfahren, bei denen konvektive Wärmeübergangsvorgänge bei turbulenten Strömungen eine entscheidende Rolle spielen, ein weiteres Ziel der Untersuchung dar.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen