Dreidimensionale Beschreibung der Vorgänge in einem Einschneckenplastifizierextruder

Viele der heute verwendeten Gleichungen und Simulationsprogramme zur Auslegung von Extruderschnecken gehen aus einer langen Entwicklung hervor, zu deren Beginn die Verfügbarkeit heutiger Rechenleistung nicht abzusehen war. Als wesentliche Vereinfachung ist daher bei bisher verfügbaren Methoden die Reduktion auf eine oder zwei Dimensionen zu nennen. Die Zielsetzung dieser Arbeit ist eine Weiterentwicklung der Werkzeuge zur Auslegung und Simulation von Einschneckenplastifizierextrudern unter konsequenter Nutzung der heute vorhandenen numerischen Möglichkeiten und im Hinblick auf zukünftige Fortschritte der Rechenleistung. Für eine dreidimensionale Modellbildung wird der Extruder in drei verschiedene Bereiche unterteilt. Basierend auf der Elastizitätstheorie wird für den Einzugs- und Anschmelzbereich ein theoretisches Modell zur Beschreibung der Verhältnisse hergeleitet. Im Aufschmelzbereich wird das Feststoffbett als ein Fluid mit sehr hoher Viskosität betrachtet. Mit Hilfe strömungsmechanischer Gleichungen und der Finite-Elemente-Methode (FEM) wird der Aufschmelzbereich eines konventionellen Einschneckenplastifizierextruders dreidimensional simuliert. Die Strömungsverhältnisse im Schmelzbereich von Extruderschnecken oder in komplexen Mischelementen können ebenfalls mit Hilfe der FEM berechnet werden. Postprocessing Werkzeuge erlauben dabei eine Bewertung des stofflichen und thermischen Mischens. Eine vollständige durchgehende und gekoppelte dreidimensionale Simulation der Extruderteilbereiche kann mit der derzeit wirtschaftlich verfügbaren Rechenleistung