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--- berechnungen:aufschmelzverlauf [2024/08/13 16:17] – admin
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-======Aufschmelzverlauf======
-Der Aufschmelzverlauf unterteilt sich in drei Abschnitte. \\
-  - Zunächst wird die Anschmelzberechnung durchgeführt, welche den Ort der Schmelzewirbelbildung  (OSW) berechnet.
-  - Ab dem Ort der Schmelzewirbelbildung beginnt das "konventionelle" Aufschmelzen
-  - Ab einem gewissen Umschaltpunkt **kann** das konventionelle Aufschmelzen in ein disperses Aufschmelzen umschlagen
-Die drei Abschnitte werden im folgendem beschrieben.
-===== Anschmelzberechnung =====
-Knaup
-===== Konventionelles Aufschmelzen =====
-Das konventionelle Aufschmelzen erfolgt in REX nach dem Maddock Modell für wandhaftende Schmelze.
-{{ :berechnungen:aufschmelzverlauf:abb_konv_aufschmelzen_01_de.svg?nolink&500 |}}
-Das Feststoffbett lagert sich an der nicht reibenden (passiven) Flanke des Schneckenkanals an. Während der Kunstoff aufschmilzt wird er durch die Relativbewegung zwischen Schnecke und Zylinder sowie durch das "Abschaben" durch die Schneckenstege zur aktiven Flanke des Schneckenkanals abgeführt. Hierdurch entsteht ein Schmelzewirbel, welcher gleichzeitig das Feststoffbett an die nicht treibende Flanke drückt. \\
-Im fortlaufenden Aufschmelzprozess wird das Feststoffbett schmaler, behält durch den Druck des Schmelzewirbels jedoch seine Höhe bei. Somit sinkt die Feststoffbettbreite durch den Aufschmelzprozess. Bei konstanter Kanalgeometrie sinkt die Feststoffbettbreite kontinuierlich, durch eine Verringerung des Kanalvolumens (breitere Stege, mehrgängige Zone, geringere Gangsteigung, Begrenzung auf den Feststoffkanal bei Barriereschnecke) steigt die Feststoffbettbreite, da der Feststoffvolumenstrom konstant bleibt.
-Die in REX dargestellte dimensionslose Feststoffbettbreite $y$ ist normiert auf die Kanalbreite: $y = \frac{Feststoffbettbreite}{Kanalbreite}$
-==== Verstopfen der Schnecke ====
-Durch eine zu starke Kompression des Schneckenkanals kann die Schnecke verstopfen.\\
-Verstopft die Schnecke außerhalb einer Barriere- oder Mailleferzone so bricht die Aufschmelzberechnung ab, da kein weiterer Aufschmelzverlauf berechnet werden kann. Hier wird die Berechnungsoption "**ToDo:Bei Verstopfen durchsatz iterieren**" empfohlen, welche so lange den Durchsatz iteriert, bis ein Prozess erreicht wird, welcher nicht mehr verstopft.\\
-Vertopft der Feststoffkanal innerhalb einer Barriere- oder Mailleferzone, so wechselt der überschüssige Kunststoff in den Schmelzekanal über. Wenn sowohl Feststoff- als auch Schmelzekanal eine Feststoffbettbreite $y > 1$ erreichen wird die Berechnung abgebrochen. Ist die Berechnungsoption "**ToDo:Bei Verstopfen durchsatz iterieren**" gewählt so wird der Durchsatz iteriert, bei welchem der Feststoffkanal nicht verstopft, sodass auch kein Feststoff in den Schmelzekanal übertritt.
-==== Entgasungsschnecken ====
-Wird ein Entgasungsextruder berechnet so gibt es drei Möglichkeiten für den Fall, dass der Kunststoff zu Beginn der Entgasung noch nicht vollständig aufgeschmolzen ist:
-  - "Aufschmelzen bis Entgasungszone": Bei Beginn der Entgasungszone wird die Aufschmelzberechnung abgebrochen
-  - "Aufschmelzen ab Entgasungszone konventionell": Nach Beginn der Entgasungszone wird mit dem konventionellen Aufschmelzmodell der Aufschmelzverlauf weiter berechnet.
-  - "Aufschmelzen ab Entgasungszone dispers": Nach Beginn der Entgasungszone wird mit dem dispersen Aufschmelzmodell der Aufschmelzverlauf weiter berechnet.
-==== Besonderheiten in PSI ====
-Neben der Plastifizierphase gibt es im Spritzgussprozess auch Stillstandszeiten, in welchen der Kunsttsoff durch die Zylindertemperierung weiter aufschmilzt. Zur Berücksichtigung in REX wird jedem Intervall eine anteilige Stillstandszeit zugewiesen (Die Summe über alle Intervalle entspricht der vorgegebenen Stillstandszeit) und das Aufschmelzen innerhalb dieser Stillstandszeit berechnet:
-<dl>
-<dd>$\text{Anzahl Stillstandszeiten} = \frac{\text{Kanalvolumen der Schencke}}{\text{Dosiervolumen}}$\\ \\
-$\text{Stillstandszeit insgesamt}= \text{Anzahl Stillstandseziten} * \text{Stillstandszeit}$\\ \\
-$\text{normierste Stillstandszeit} = \frac{\text{Stillstandszeit insgesamt}}{\text{Durchlaufzeit}_{\text{Schnecke}}}$\\ \\
-$\text{Stillstandszeit im Intervall}=\text{Durchlaufzeit}_{\text{Intervall}}*\text{normierste Stillstandszeit}$</dd>
-</dl>
-Die anteilige Stillstandszeit pro Intervall wird verwendet, um das Aufschmelzen durch die Stillstandszeiten im diskontinuierlichen Spritzgießprozess zu berücksichtigen. Die Gleichungen zum Aufschmelzen innerhalb der Stillstandszeiten entspringen folgenden Quellen:
-<details><summary>Quellen</summary>
-  * Schulte, Hubertus: Grundlagen zur verfahrenstechnischen Auslegung von Spritzgießplastifiziereinheiten. Dissertation, Universität Paderborn, 1990
-  * Potente, Helmut: Simulation of Injection Molding and Comparison with Experimental Values. Intern. Polymer Processing VIII (1993) 3
-</details>
-==== Berechnung des Schmelzeanteils ====
-Der Schmelzeanteil berechnet sich aus der aktuell vorliegenden normierten Feststoffbettbreite $y$, der aktuellen Kanalbreite $b$, Kanalhöhe $h$, Gangzahl $i$, sowie der aktuell vorliegenden Feststoffbettgeschwindigkeit $v_{fz}$ bezogen auf die Kanalgeometrie beim Ort der Schmelzewirbelbildung und der dort vorliegenden Feststoffbettgeschwindigkeit $v_{fz,OSW}$
-<dl>
-<dd>$\text{Schmelzeanteil} = 1 - y * \frac{h*b*i*v_{fz}}{(h*b*i*v_{fz})_{OSW}}$</dd>
-</dl>
-mit
-<dl>
-<dd>$v_{fz,OSW} = \frac{\dot{V}}{(h*b*i)_{OSW}}$</dd>
-</dl>
-und
-<dl>
-<dd>$ v_{fz,neu} = v_{fz,alt}*\left( \frac{h_{neu}}{h_{alt}}\right) ^a$</dd>
-</dl>
-Der Faktor $a$ (>0) beschreibt hierbei die Beschleunigung des Feststoffbettes durch Verringerung der Kanalhöhe. Bei konstanter Kanalhöhe bleibt die Feststoffbettgeschwindigkeit konstant, bei sich reduzierender Kanalhöhe steigt die Feststoffbettgeschwindigkeit an, bei sich erhöhender Kanalhöhe sinkt die Feststoffbettgeschwindigkeit.
-===== Disperses Aufschmelzen =====
-Das disperse Aufschmelzen setzt einen bereits ausreichend hohen Schmelzeanteil voraus und bedeutet, dass sich der nicht aufgeschmolzene Kunststoff in einzelnen Partikeln in der bereits aufgeschmolzenen Kunsttsoffschmelze verteilen und durch Wärmeleitung aus der Kunststoffschmelze aufschmelzen. Das Ziel des dispersen Aufschmelzens ist eine gesteigerte Aufschmelzleistung, eine bessere thermische Homogenität sowie eine kühlere Kunststoffschmelze.
-{{ :berechnungen:aufschmelzverlauf:abb_disperses_aufschmelzen_de_en.svg?nolink&500 |}}
-Wie in der Abbildung zu erkennen schmelzen die Partikel durch Wärmeleitung aus der Kunststoffschmelze aus. Hierdurch sinkt die Temperatur der Kunststoffschmelze. Gleichzeitig kann das hohe Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnis zu einer gesteigerten Aufschmelzleistung führen. Die Aufschmelzgeschwindigkeit ist hierbei von der Partikelgröße, der Kanalgröße, dem Fetstoffanteil sowie der Schmelzetemperatur abhängig. Je nach Einflussparametern findet das Aufschmelzen schneller oder langsamer statt im Vergleich zum konventionellen Aufschmelzmodell.
-Neben der Abkühlung der umgebenden Kunststoffschmelze sorgen die Feststoffpartikel ebenfalls für eine erhöhte Schergeschwindigkeit in der Schmelze. Je nach Partikelgröße und Feststoffanteil kann das disperse Aufschmelzen die Temperatur somit entweder senken oder erhöhen im Vergleich zum konventionellen Aufschmelzmodell.
-<details><summary>Quellen</summary>
-  * Pape, Jens: Grundlagen der Prozesssimulation von Einschneckenkonzepten zur Hochleistungsplastifizierung, Dissertation, Universität Paderborn, 2006
-  * Dörner, Marius: Wave-Schnecken in der Einschneckenextrusion, Dissertation, Universität Paderborn, 2022
-</details>
-===Weitere Themen===
-  * [[berechnungen:einfache_berechnung]]
-  * [[berechnungen:durchsatz]]
-  * [[berechnungen:einrieselverhalten]]
-  * [[berechnungen:druckverlauf]]
-  * [[berechnungen:aufschmelzverlauf]]
-  * [[berechnungen:temperaturverlauf]]
-  * [[berechnungen:leistung_und_schubspannungen]]
-  * [[berechnungen:verweilzeit]]
-  * [[berechnungen:verweilzeitverteilung]]
-  * [[berechnungen:materialabbau]]
-  * [[berechnungen:faserlaengenabbau]]
-  * [[berechnungen:entgasungskennzahlen]]
-  * [[berechnungen:festigkeitsberechnung]]
-  * [[berechnungen:schlepp-druckstroemung]]
-  * [[berechnungen:feststofffoerderung]]
-  * [[berechnungen:verarbeitung_von_mischungen]]
-  * [[berechnungen:wandgleitende_materialien]]
-  * [[berechnungen:nutbuchsenberechnung]]
-  * [[berechnungen:kompressionsverhaeltnisse]]