Das Scale-up Modul dient zur Übertragung von Prozessen auf Maschinen mit größerem bzw. kleinerem Durchmesser. Ausgehend von einem sog. Modellprozess werden auf Basis von Übertragungsregeln die Geometrie der Hauptausführung und die zugehörigen Verfahrensparameter berechnet. Ausgangpunkt beim Scale-up ist ein beliebiger berechnungsfähiger Prozess (Modellprozess).

Mit dem Scale-up Button wird das in der Abbildung dargestellte Dialogfenster geöffnet. Darin werden im oberen Teil die Maschinendaten des Ausgangsprozesses angezeigt. Über ein Explorerfenster lässt sich die Maschine auswählen, auf welche der vorliegende Prozess übertragen werden soll.

Im unteren Drittel des Dialogfensters wird die Vorgehensweise für die Auswahl der Elemente festgelegt. Voreingestellt ist die Option ”Ausschließlich vorhandene Elemente nutzen”. Hierdurch wird sichergestellt, dass nur die im Elementbaukasten hinterlegten Schnecken- und Zylinderelemente zum Einsatz kommen. Die Qualität der Übertragung hängt bei dieser Vorgehensweise stark von der Anzahl der im Baukasten zur Verfügung stehenden Elemente ab.

Alternativ dazu kann SIGMA 7 fiktive Elemente erzeugen, die den ähnlichkeitstheoretischen Anforderungen gerecht werden. Hierdurch erhält man das aus ähnlichkeitstheoretischer Sicht optimale Übertragungsergebnis. Durch den Vergleich der Simulationsergebnisse beider Vorgehensweisen lässt sich der Einfluss einzelner Elemente auf den Prozess besser beurteilen.

In letzterem Fall, der Generierung von Schnecken- und Zylinderelementen, muss ggf. zusätzlich eine Übertragungsregel für die Knetblöcke ausgewählt werden. Dies ist immer dann notwendig, wenn Modell- und Hauptausführung unterschiedliche L/D- Verhältnisse besitzen. Es stehen drei Möglichkeiten zur Auswahl:

• Gleiche Anzahl an Knetscheiben bei Modell- und Hauptausführung
• Konstanter Versatzwinkel der Knetscheiben bei Modell- und Hauptausführung
• Versatzwinkel und Scheibenanzahl bleiben konstant

Der ausgewählte Ansatz hat u. a. wesentlichen Einfluss auf den spezifischen Energieeintrag, die Aufschmelzlänge und die Mischwirkung. Die Ergebnisse müssen für den jeweiligen Fall beurteilt werden.

Nach der Betätigung des Taste Weiter können Randbedingungen und Vorgaben für die Übertragung festgelegt werden. Von besonderer Bedeutung sind das L/D-Verhältnis und die Randbedingungen für die Übertragung des Betriebspunktes. Andere Optionen haben eher experimentellen Charakter, wie z.B. das Definieren des Gangsteigungsexponenten (EPSILON) bzw. des Massetemperaturexponenten (XI). Hier sollten im Normalfall die Voreinstellungen beibehalten werden, da jede Veränderung dieser Größen auch stets mit einer Verletzung der ähnlichkeitstheoretischen Annahmen verbunden ist.

Der Gangtiefenexponent (PSI) wird, wie im Grundlagenhandbuch dargestellt, aus den geometrischen Daten der Maschinen berechnet. Hier besteht die Möglichkeit, den Radialspalt zu berücksichtigen oder zu ignorieren. Durchsatz und Drehzahl der Hauptausführung werden hierdurch direkt beeinflusst.

SIGMA ist so programmiert, dass das L/D-Verhältnis der Modellausführung als Vorschlag für die Hauptausführung übernommen wird. Gleichwohl kann der Anwender die Länge der zu generierenden Maschine durch Vorgabe des L/D-Verhältnisses oder des zugehörigen Exponenten OMEGA frei wählen. Hierdurch ist es möglich, die Schneckenkonfiguration auf eine der tatsächlich zur Verfügung stehenden Baulängen zu trimmen.

Ferner besteht die Möglichkeit, das L/D-Verhältnis der Hauptausführung als freie Größe zu betrachten. Dies geschieht durch Anwählen des Punktes Berechnen in der Spalte L/D-Exponent (OMEGA). Daraufhin wird die Länge der Hauptausführung so bestimmt, dass die in der Spalte Drehzahlexponent (CHI) aufgeführten Bedingungen konstante Schergeschwindigkeit und konstante Verweilzeit gleichzeitig erfüllt werden. Die Auswahl einer zusätzlichen Randbedingung für den Drehzahlexponenten steht in diesem Fall nicht mehr zu Verfügung.

Gibt man für die Hauptausführung ein L/D-Verhältnis vor bzw. übernimmt den von SIGMA vorgeschlagenen Wert, so ist in der Spalte Drehzahlexponent (CHI) eine Randbedingung für die Übertragung des Betriebspunktes auszuwählen. Hier stehen fünf Möglichkeiten zur Auswahl:

• Konstanter spezifischer Energieeintrag
• Konstante Wärmestromdichte
• Konstante Verweilzeit
• Konstante mittlere Schergeschwindigkeit
• Konstante Zylinderwandtemperatur

Die Wahl der Randbedingung hat maßgeblichen Einfluss auf Drehzahl und Durchsatz. Die zu erzielenden Werte sind aber ebenfalls eine Funktion des Gangtiefenexponenten PSI. Aus diesem Grund muss die Beurteilung der gewählten Übertragungsbedingung im Einzelfall erfolgen. Allerdings lässt sich feststellen, dass die Prozessübertragung in der Praxis üblicherweise in Anlehnung an die Bedingungen konstanter spezifischer Energieeintrag und konstante mittlere Schergeschwindigkeit erfolgt.

Dabei ist zu beachten, dass mit steigendem Durchsatz auch die Anforderungen an die Wärmeübertragung zunehmen. Dabei können große Temperaturinhomogenitäten in der Schmelze entstehen, die u. U. zu einem nicht zu vernachlässigendem Anstieg der Massetemperatur führen.

Weitere Informationen:

• Scale-Up

Durch Betätigen der Taste Weiter erfolgt die iterative Berechnung der Modellgesetzexponenten. Auf Basis dieser Exponenten werden zunächst die Verfahrensparameter berechnet und im Dialog angezeigt.

Im Anschluss werden Schnecke und Zylinder generiert. Bei Verwendung der Elemente des Baukastens steigt die Qualität des erzeugten Prozesses i. A. mit der Anzahl unterschiedlicher Elemente an.

Die während der Schnecken- und Zylinderkonfiguration durchgeführten Schritte lassen sich mit Hilfe des Dialogfensters nachvollziehen.

Nach erneuter Bestätigung mit Weiter erfolgt die Anzeige der Simulationsergebnisse in Form einer Multigrafik. Diese ermöglicht einen ersten Vergleich beider Prozesse. Zusätzlich sind die Betriebsparameter von Modell- und Hauptausführung dargestellt. Wie während des gesamten Ablaufs besteht auch hier die Möglichkeit, über die Taste Zurück Änderungen vorzunehmen.

Nach dem Schließen der Vorschau, lässt sich der neu generierte Prozess durch Vergabe eine Namens und betätigen der Taste Fertigstellen speichern.

Der erzeugte Prozess ist unabhängig und kann wie jeder SIGMA-Prozess geladen, verändert und erneut gespeichert werden.