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Kooperationsprojekt SKZ und Uni Kassel - Simulation für WPC-Extrusionswerkzeuge

Präzise ExtrusionssteuerungHochdrucksensoren für extreme Temperaturen

Hohe Drücke bei der Kunststoffverarbeitung bis 400 Grad Celsius messen, in Zukunft eventuell bei noch höheren Temperaturen. (Bild: Fraunhofer IZM)

Eine exakte Druckkontrolle ist in vielen industriellen Prozessen erforderlich. Der SOI-Hochdrucksensor (Silicon-on-Insulator) des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM ermöglicht soll eine genaue Überwachung von Prozessen bei Temperaturen bis 400 Grad Celsius ermöglichen.

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Kooperationsprojekt SKZ und Uni KasselSimulation für WPC-Extrusionswerkzeuge

Das SKZ arbeitet zusammen mit dem Fachgebiet Strömungsmechanik der Universität Kassel an der Optimierung von Extrusionswerkzeugen für Wood Polymer Composites (WPC). Das Projekt umfasst die rheometrische Charakterisierung und rheologische Modellierung von WPC-Werkstoffen im Schmelzezustand, die numerische Simulation von deren Verhalten in Extrusionswerkzeugen und die experimentelle Validierung der Berechnungen.

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WPC-Verarbeitung

Werkzeuge für die Extrusion von Standardkunststoffen werden in der Regel mit Hilfe numerischer Simulationsmethoden ausgelegt. Dagegen geschieht die Auslegung von Extrusionswerkzeugen beispielsweise zur Herstellung von WPC-Profilen überwiegend auf Basis von Erfahrungen. Deshalb ist typischerweise eine mehrstufige Nachbearbeitung der Werkzeuge nach deren Inbetriebnahme erforderlich. Eine simulative Auslegung ist laut SKZ bislang nicht möglich, da weder systematische Untersuchungen des Materialverhaltens innerhalb des Werkzeugs noch Modellberechnungen existieren, die das Strömungsverhalten in der Extrusion realitätsnah beschreiben.

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Ziel des Forschungsvorhabens ist die numerische Berechnung des Fließ- und Verformungsverhaltens von WPC im Werkzeug und die darauf basierende Erstellung von Gestaltungsempfehlungen für eine optimierte Auslegung. Hierzu wird am SKZ eine Versuchsanlage aufgebaut, mit der das Verhalten industriell verfügbarer WPC untersucht werden kann. Durch systematische experimentelle Studien sollen die maßgeblichen Betriebs- und Prozessparameter identifiziert werden. Als Grundlage zur Materialmodellierung werden die Materialien an beiden Standorten rheometrisch charakterisiert. An der Universität Kassel wird ein Materialmodell entwickelt, das auch die Erstarrung der Schmelze berücksichtigt. Dieses wird zur numerischen Simulationen der Strömungsvorgänge in der Versuchsanlage verwendet, deren Ergebnisse mit den begleitenden Experimenten am SKZ validiert werden. Aus den Untersuchungen sollen sich die Gestaltungsempfehlungen für eine schnelle und kostengünstige Auslegung der Werkzeuge extrahieren lassen.

Das Vorhaben wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsförderung (IGF) vom BMWi gefördert. Es hat eine Laufzeit von zwei Jahren und wird laut SKZ von mehr als Industrievertreter unterstützt. Weitere Interessenten können sich anschließen.

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