Materialschonende Verarbeitung von Thermoplasten auf Wave-Schnecken

Die Extrusion stellt das mengenmäßig dominante Verarbeitungsverfahren für thermoplastische Kunststoffe dar. Daher gibt es starke Bestrebungen in diesem Bereich hin zu einer höheren Wirtschaftlichkeit, welche beispielsweise durch höheren Massedurchsatz bei gleichbleibender Maschinengröße erreicht werden kann, oder aber auch im Hinblick auf eine Kreislaufwirtschaft die Bestrebung hin zu einer materialschonenden Verarbeitung. Beide Bestrebungen erfordern spezielle Schneckenkonzepte. Hierunter fallenWave- Schnecken, welche in beiden Bereichen ein vorteilhaftes Prozessverhalten aufzeigen sollen. Die Auslegung von Wave-Schnecken erfordert jedoch ein stärkeres Verständnis über das geometrieabhängige Prozessverhalten in der Extrusion. Im Rahmen der Dissertation werden zwei Themengebiete angegangen. Das erste Thema ist die Herleitung einer Methode zur Charakterisierung des Abbauverhaltens von Thermoplasten sowie die Nutzung der Charakterisierung als Vorhersagemodell. Das zweite Thema behandelt die Auslegung von Wave-Schnecken basierend auf numerischen Simulationen samt Validierung anhand von sieben Energy-Transfer-Schnecken im Vergleich zu drei konventionellen Schnecken. Hierbei werden unter anderem der Materialabbau, die thermische und die stoffliche Homogenität betrachtet, um ein umfassendes Bild über das Prozessverhalten der Schnecken zu schaffen. Die vorgestellten Untersuchungen dienen schlussendlich zu einer Bestätigung des vorteilhaften Prozessverhaltens von Wave-Schnecken.

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The extrusion process is the dominant processing method for thermoplastics in terms of quantity. For this reason, there are strong efforts in this area towards greater economic efficiency, which can be achieved, for example, through higher mass throughput with the same machine size, or, with regard to a circular economy, towards material-preserving processing. Both endeavours require special screw concepts. These include wave screws, which should demonstrate advantageous process behaviour in both areas. However, the design of wave screws requires a better understanding of the geometry-dependent process behaviour in extrusion. Two topics are addressed in the dissertation. The first topic is the derivation of a method to characterise the degradation behaviour of thermoplastics and the use of the characterisation as a predictive model. The second topic deals with the design of wave screws based on numerical simulations including validation using seven energy transfer screws in comparison to three conventional screws. Among other things, the material degradation, the thermal and the material homogeneity are considered in order to create a comprehensive picture of the process behaviour of the screws. The presented investigations ultimately serve to confirm the advantageous process behaviour of wave screws.