Rechnergestützte Optimierungsstrategien für Profil-Extrusionswerkzeuge

Die Auslegung und Optimierung von Profil-Extrusionswerkzeugen stellt für einen Werkzeugbauer, dessen Aufgabe es ist, den Fließkanal eines Werkzeugs zu gestalten, häufig ein schwieriges Problem dar. Bei der Lösung des Problems müssen verschiedene Ziele verfolgt werden, die in gewissen Grenzen oftmals durch eine geeignete Wahl der Fließkanalgeometrie erreicht werden können. Die Möglichkeiten der Geometriegestaltung des Fließkanals sind nahezu unbegrenzt. Da üblicherweise nur der Eintrittsquerschnitt des Schmelzestroms in das Werkzeug und der Querschnitt des zu extrudierenden Profils vorgegeben sind, kann der Bereich zwischen Ein- und Austritt in Form und Struktur im Rahmen der fertigungstechnischen Grenzen frei gestaltet werden. Da eine direkte Auslegung der Fließkanalgeometrie bei Profil-Extrusionswerkzeugen nicht möglich ist, werden Werkzeuge in einem iterativen “Versuch und Irrtum”-Verfahren ausgelegt, das auch als Einfahren des Werkzeugs bezeichnet wird. Bei einer solchen Auslegung wird die Fließkanalgeometrie, ausgehend von einem ersten Entwurf, sukzessive manuell so oft verändert, bis die Auslegungsziele so weit wie möglich erreicht sind. Ziel der in dieser Arbeit vorgestellten Untersuchungen und Lösungsansätze ist es einerseits, den Auslegungsprozess zu verbessern, indem ein Ansatz zur Analyse von Strömungen in einem Fließkanal mit verschiedenen Optimierungsalgorithmen gekoppelt wird, und andererseits, die Genauigkeit eines speziellen Berechnungsansatzes zu verbessern, der eine sehr schnelle Strömungsanalyse in komplexen Extrusionswerkzeugen ermöglicht.