Industrielle Auslegungsmethoden für dynamische Misch- und Scherteile: Robuste Optimierung und inverse Quantifizierung von Unsicherheiten in der Kunststoffverarbeitung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Hopmann
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 568489527

Extruder spielen in fast allen Kunststoffverarbeitungsprozessen eine entscheidende Rolle, was ihre Konstruktion zu einer weltweit relevanten Aufgabe macht. Ein entscheidender Aspekt bei der Auslegung dieses Prozesses ist die Gestaltung von Misch- und Scherteilen, die eine homogene Schmelze in Bezug auf Temperatur und Materialzusammensetzung gewährleistet. In den letzten Jahren sind numerische Werkzeuge zu einem integralen Bestandteil der Extruderauslegung geworden, wobei sowohl kommerzielle als auch Open-Source-Simulationssoftware sowie Design-Optimierungstools zu diesem Prozess beitragen. Allerdings sind diese Tools derzeit nicht in der Lage, Unsicherheiten bei den Eingangsparametern, wie z. B. den Materialeigenschaften oder den Verarbeitungsbedingungen, zu berücksichtigen. Infolgedessen sind die optimierten Designs, die sie erstellen, auf einen einzigen Betriebspunkt zugeschnitten und übersehen die Variabilität, die Kunststoffen innewohnt, insbesondere die Chargenschwankungen und die zunehmende Verwendung von recycelten Materialien. Letzteres ist für die ökologische Nachhaltigkeit und die Ressourceneffizienz von zunehmender Bedeutung. Dieses Projekt zielt darauf ab, diese Einschränkungen durch die Entwicklung eines robusten Optimierungsframeworks für dynamische Misch- und Scherteile zu beseitigen. Das Framework wird statistische Verteilungen der Mischqualität auswerten, zulässige Variationen der Eingangsparameter auf der Grundlage eines akzeptablen Schwellenwerts für die Mischqualität ableiten und diese Informationen nutzen, um robuste Design-Optima zu berechnen. Darüber hinaus wird es sowohl distributives als auch dispersives Mischen berücksichtigen und Fertigungsrestriktionen einbeziehen, um die praktische Anwendbarkeit und Anpassungsfähigkeit an reale Produktionsanforderungen zu gewährleisten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr.-Ing. Stefanie Elgeti