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Automatisierte Auslegung von Extrusionswerkzeugen

Die Auslegung von Extrusionswerkzeugen ist ein zeitintensiver Prozess der ein hohes Maß an Erfahrungswissen erfordert. Der Einsatz von CFD-Systemen zur Simulation der Strömung einer Kunststoffschmelze innerhalb eines Extrusionswerkzeuges findet zunehmend Anwendung in Forschung und Industrie und stellt eine wichtige Erweiterung der Möglichkeiten bei der Extrusionswerkzeugauslegung dar.

Ziel dieser Arbeit ist die integrative Kopplung verschiedener Softwaresysteme zur vollständig automatisierten Auslegung eines Wendelverteiler-Extrusionswerkzeuges auf der Basis eines parametrischen, assoziativen 3D-CAD-Modells. Zur Auswertung der verschiedenen Designvorschläge wird das Ziel formuliert, ein automatisiert kalkulierbares, skalares Zielkriterium (DQC) zur Beschreibung der Werkzeugqualität einzuführen. In einer manuellen computergestützten Optimierung eines prototypischen Radialverteilerwerkzeuges für die Blasfolienextrusion werden zunächst Auswertemethoden erarbeitet, die eine spätere automatisierte Auslegung auf der Basis skalarer Kennwerte erlauben. Die Abbildegenauigkeit der formulierten Qualitätskennwerte wird anhand eines manuell ausgelegten, prototypischen Radialverteilerwerkzeuges in realen Praxisversuchen verifiziert.
Im zweiten Schwerpunkt der Arbeit wird ein Ablauf implementiert, der die zuvor manuell durchgeführten Schritte automatisiert bearbeitet. Dazu werden verschiedene Softwaresysteme integrativ gekoppelt. Ein übergeordnetes Softwaresystem steuert auf der Basis implementierter Programmroutinen die verschiedenen Prozessschritte der Geometrievariation, der strömungsmechanischen Berechnung, der Ergebnisinterpretation und der Berechnung eines Werkzeugqualitätskriteriums. Neue Geometrievorschläge werden durch ein heuristisches Optimierungsverfahren vorgeschlagen, so dass der Prozess iterativ bis zur Erreichung eines Abbruchkriteriums vollständig automatisiert abläuft.

Als zu optimierendes Wendelverteilerwerkzeug wird eine real existierende Werkzeuggeometrie eingesetzt. Der Optimierungsautomatismus errechnet voll automatisiert und ohne Benutzereingriff einen optimalen Geometrievorschlag für den Spaltweiten- und Wendeltiefenverlauf und gibt diesen als Optimierungsergebnis aus.

Read this abstract in English at Kunststoffe-international.com
 Kenny Saul

Kenny Saul
Lehrstuhl für Konstruktion und Kunststoffmaschinen
Universität Duisburg-Essen

Informationen

Freie Schlagwörter: Extrusion, Wendelverteiler, Einschneckenextrusion, Rohrextrusion, Folienextrusion, Blasfolienextrusion, Werkzeugauslegung, Strömungssimulation, Computergestützte Optimierung, Werkzeugoptimierung, Radialverteiler, Wendelverteilerauslegung, Radialverteilerauslegung, Extrusionswerkzeuge, Automatisierung, CFD, Integrative Kopplung
Institut / Lehrstuhl: Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Maschinenbau und Verfahrenstechnik der Universität Duisburg-Essen
Sprache: Deutsch
Fachgutachter: Prof. Dr.-Ing. Johannes Wortberg (Betreuer), Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Walter Michaeli
Erscheinungsjahr: 2011
Anbieter: Wissenschaftlicher Arbeitskreis Kunststofftechnik (WAK) / Kunststoffe.de

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