TY - BOOK

T1 - Prozessmodell zur Beschreibung des Dosiervorgangs von Kautschukspritzgießmaschinen

AU - Kerschbaumer, Roman

N1 - gesperrt bis 08-03-2024

PY - 2019

Y1 - 2019

N2 - Die Temperatur der dosierten Kautschukmischung ist entscheidend, um robuste Prozesse realisieren zu können. Temperaturspitzen während dieser Vorgänge müssen minimiert werden, um einen frühzeitigen Beginn der Vernetzungsreaktionen auszuschließen. Aus diesem Grund wurde im Rahmen dieser Arbeit der komplexe Dosiervorgang wissenschaftlich betrachtet und aufbauend auf den experimentellen Erkenntnissen ein Prozessmodell zur Berechnung der transienten Massetemperatur erstellt. Um das Prozessmodell zu evaluieren, wurde ein voll sensorierter Prüfstand aus den Komponenten der Spritzeinheit einer Kautschukspritzgießmaschine gefertigt. Dadurch war es möglich, die transiente Massetemperatur sowie die Strömungsverhältnisse im Schneckenkanal prozessnah zu untersuchen. Den signifikantesten Einfluss auf das Niveau der Massetemperatur hat die Plastifizierzylindertemperatur, gefolgt von Schneckendrehzahl und Staudruck. Praxisnahe Prozessparameter führten während des Dosierens von 150 cm³ zu einem Temperaturanstieg von ungefähr 20 K, einem für chemisch aktive Systeme nicht vernachlässigbarer Wert. Für die mathematische Beschreibung der Strömungsverhältnisse im Schneckenkanal war es essentiell, ob es während des transienten Dosiervorgangs zur Ausbildung von Umlaufströmungen kommt. Visualisierungsversuche mit zweifarbigen Kautschukmischungen haben gezeigt, dass diese existieren. Die Charakterisierung von industriellen Kautschukmischungen lieferte die für die Beschreibung der Massetemperatur erforderlichen Materialdaten. Außerdem wurden vier Prüfmethoden zur Messung der Wärmeleitfähigkeit vergleichend gegenübergestellt. Unterschiede von bis zu 100 % in den ermittelten Werten wurden detektiert und folglich die stationäre „Guarded Heat Flow Meter-Methode“ als am besten geeignet betrachtet. Experimentell ermittelte und mit dem Prozessmodell berechnete Masse\-temperaturen wurden vorgestellt. Mit einer geeigneten Auswahl an transienten Randbedingungen konnten Abweichungen, zwischen berechneten und gemessenen Massetemperaturen, von weniger als 6 K erreicht werden. Auswirkungen von unterschiedlichen Massetemperaturen auf die Formteilqualität wurden untersucht. Die durchgeführten Messungen haben ergeben, dass diese Temperaturvariation die erreichte Formteilqualität nicht signifikant beeinflussen. Durch die Aufarbeitung des komplexen Dosiervorgangs und dessen numerische Beschreibung kann nun erstmals der komplette Kautschukspritzgießprozess durchgängig beschrieben werden.

AB - Die Temperatur der dosierten Kautschukmischung ist entscheidend, um robuste Prozesse realisieren zu können. Temperaturspitzen während dieser Vorgänge müssen minimiert werden, um einen frühzeitigen Beginn der Vernetzungsreaktionen auszuschließen. Aus diesem Grund wurde im Rahmen dieser Arbeit der komplexe Dosiervorgang wissenschaftlich betrachtet und aufbauend auf den experimentellen Erkenntnissen ein Prozessmodell zur Berechnung der transienten Massetemperatur erstellt. Um das Prozessmodell zu evaluieren, wurde ein voll sensorierter Prüfstand aus den Komponenten der Spritzeinheit einer Kautschukspritzgießmaschine gefertigt. Dadurch war es möglich, die transiente Massetemperatur sowie die Strömungsverhältnisse im Schneckenkanal prozessnah zu untersuchen. Den signifikantesten Einfluss auf das Niveau der Massetemperatur hat die Plastifizierzylindertemperatur, gefolgt von Schneckendrehzahl und Staudruck. Praxisnahe Prozessparameter führten während des Dosierens von 150 cm³ zu einem Temperaturanstieg von ungefähr 20 K, einem für chemisch aktive Systeme nicht vernachlässigbarer Wert. Für die mathematische Beschreibung der Strömungsverhältnisse im Schneckenkanal war es essentiell, ob es während des transienten Dosiervorgangs zur Ausbildung von Umlaufströmungen kommt. Visualisierungsversuche mit zweifarbigen Kautschukmischungen haben gezeigt, dass diese existieren. Die Charakterisierung von industriellen Kautschukmischungen lieferte die für die Beschreibung der Massetemperatur erforderlichen Materialdaten. Außerdem wurden vier Prüfmethoden zur Messung der Wärmeleitfähigkeit vergleichend gegenübergestellt. Unterschiede von bis zu 100 % in den ermittelten Werten wurden detektiert und folglich die stationäre „Guarded Heat Flow Meter-Methode“ als am besten geeignet betrachtet. Experimentell ermittelte und mit dem Prozessmodell berechnete Masse\-temperaturen wurden vorgestellt. Mit einer geeigneten Auswahl an transienten Randbedingungen konnten Abweichungen, zwischen berechneten und gemessenen Massetemperaturen, von weniger als 6 K erreicht werden. Auswirkungen von unterschiedlichen Massetemperaturen auf die Formteilqualität wurden untersucht. Die durchgeführten Messungen haben ergeben, dass diese Temperaturvariation die erreichte Formteilqualität nicht signifikant beeinflussen. Durch die Aufarbeitung des komplexen Dosiervorgangs und dessen numerische Beschreibung kann nun erstmals der komplette Kautschukspritzgießprozess durchgängig beschrieben werden.

KW - Prozess

KW - Modell

KW - Kautschuk

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KW - thermal conductivity

U2 - 10.34901/mul.pub.2024.046

DO - 10.34901/mul.pub.2024.046

M3 - Dissertation

ER -