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KUNSTSTOFFTECHNIK PADERBORN (KTP) Bildinformationen anzeigen
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KUNSTSTOFFTECHNIK PADERBORN (KTP)

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PSI - Paderborner Spritzgießsimulation

PSI ist ein Gemeinschaftsforschungsprojekt, an dem zur Zeit ca. 20 Industrieunternehmen und das KTP der Universität Paderborn beteiligt sind. Ziel des Projektes ist die laufende Weiterentwicklung der gleich-namigen Simulationssoftware PSI, mit welcher Kunststoffverarbei-tungsprozesse auf Einschneckenplastifizieraggregaten berechnet werden können. PSI ermöglicht die schnelle und umfassende Beurteilung des Maschinenverhaltens und schafft dadurch die Möglichkeit, eine Optimierung von Zylinder- und Schneckenkonfiguration sowie der Verfahrensparameter durchführen zu können. Erreicht wird dieses Ziel durch die Umsetzung vorwiegend analytischer und geschlossener Gleichungen. Auf rechenintensive Numerikverfahren wird dabei weitestgehend verzichtet.

Berechnungsmöglichkeiten
Bild 1: Grafische Benutzeroberfläche

Derzeit stehen in PSI folgende Berechnungsmöglichkeiten zur Verfügung:

  • Druck- und Durchsatzberechnung
  • Aufschmelzberechnung
  • Berechnung des Temperaturverlaufs
  • Berechnung der Leistungsaufnahme
  • Berechnung der Verweilzeiten
  • Berechnung des Einrieselverhaltens
  • Mischkennzahlberechnung

Neben der Berechnung von „reinen“ Polymeren sind Modelle zur Abschätzung des Verhaltens von Polymerblends und von Polymer-Füllstoff-Compounds in PSI implementiert.

Berechnungsablauf
Bild 2: Berechnungsablauf

In Bild 2 ist der Berechnungsablauf, nach welchem PSI vorgeht, dargestellt. Man erkennt, dass die zentralen Elemente einer Simulation die Druck-Durchsatzberechnung, die Aufschmelz- und die Temperaturberechnung sind. Ausgehend von diesen Berechnungen können alle anderen wesentlichen Größen zur Beurteilung und Optimierung der Schnecken- und Zylinderkonfiguration berechnet werden.

Simulationsergebnisse
Bild 3: Druckverlauf über der Schneckenlänge
Bild 4: Aufschmelzverlauf (Feststoffbreite, Schmelzanteil)

Die Ergebnisse der Simulationsrechnungen können grafisch in Form von Diagrammen als auch tabellarisch ausgegeben werden. Die grafische Ausgabe ist so gestaltet, dass der Verlauf einer Größe über der Schneckenlänge dargestellt wird. Durch diese Art der Auftragung wird es möglich, einzelne Schneckenzonen zu beurteilen. Basierend auf diesen Erkenntnissen können dann ggf. einfache Modifikationen am Schneckendesign vorgenommen werden. In Bild 3 und Bild 4 sind beispielhaft der Druckverlauf bzw. der Aufschmelzverlauf einer solchen Simulationsrechnung dargestellt.

Um die Auswirkung unterschiedlicher Einflussgrößen vergleichen und beurteilen zu können, ist in PSI ein sog. Variationsmodul implementiert worden. In diesem Variationsmodul können alle Größen, die Einfluss auf den Prozess haben, variiert werden. Alle Variationen des Prozesses werden berechnet und können im Anschluss an die Berechnung in einer so genannten Multigraphik gleichzeitig dargestellt werden.

Weitere Programmfunktionen

Neben der eigentlichen Berechnung bietet PSI weitere Programmfunktionen, die den Anwender bei der Optimierung unterstützen.

So ist es möglich, eigene Funktionen in Form von benutzerdefinierten Funktionen berechnen zu lassen. Hier können von PSI intern berechnete Werte benutzt werden, um eigene firmenspezifische Kennwerte zu ermitteln. Dies erleichtert die Berechnung dieser Werte dahingehend, dass z. B. die Materialkennwerte immer für den jeweiligen Zustand im Prozess gewählt werden. Als weitere Hilfe beinhaltet PSI ein Scale-Up-Modul. Dies erlaubt dem Benutzer z. B. die Übertragung von auf kleinen Laborextrudern ermittelten Prozessen auf eine Produktionsanlage größerer Bauart.

Als weitere Funktion bietet PSI ein Tool zur statistischen Versuchsplanung (DoE). Hiermit können die relevanten Zielgrößen und Einflussgrößen definiert werden. Je nach Wahl des statistischen Modells wird dann automatisch die Matrix für den reduzierten Versuchsplan erstellt und jeder Betriebspunkt errechnet. Der Zusammenhang der Ergebnisse wird dann mit einem Regressionsmodell beschrieben. Dies erlaubt dem Benutzer eine grafische Auswertung des Ergebnisses und eine einfache Ermittlung des optimalen Betriebspunktes für das betrachtete Schneckenkonzept.

Technische Details

Unterstützte Zylinderbauformen:

  • Glattrohrzylinder, Glattrohrzylinder mit Einzugshilfen, Entgasungszylinder


Unterstützte Schneckenzonen:

  • Einzugs-, Kompressions-, Metering-, Dekompressions-, Barriere-, Wave-, PIN-Zone
  • konisches -, Maddock-, Tröster-, Wendel-, zylindrisches Scherteil
  • Kreuzloch-, Rauten-, Zahnscheibenmischteil
  • Ringrückstromsperre

 

Video zur Software PSI

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Dr.-Ing. Matthias Hopp

Kunststofftechnologie und Kunststoffverarbeitung

Oberingenieur

Matthias Hopp
Telefon:
+49 5251 60-3052
Fax:
+49 5251 60-3821
Büro:
P1.5.11.4

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