Extrusion 8-2016

75 Extrusion 8/2016 erkennen, dass die dissipative Scher- erwärmung zu einem Anstieg der Schmelzetemperatur in Wandnähe führt. Die nachfolgende Verzweigung des Fließkanals bewirkt allerdings, dass das Temperaturmaximum in Wandnähe in je- dem Zweig nur noch an einer Kanal- wandseite bleibt. Das Ergebnis ist, dass zu den Austritten 2 und 3 Schmelze mit höherer Temperatur fließt als zu den Austritten 1 und 4. Entsprechend liegen an Austritt 2 und 3 aufgrund der höch- sten Schmelzetemperaturen auch die ge- ringsten Fließwiderstände und somit die höchsten Durchsätze vor. Zu beachten ist, dass mit zunehmendem Gesamt- durchsatz die Schererwärmung ansteigt und entsprechend auch die daraus resul- tierenden Temperatur- und Durchsatzin- homogenitäten stärker ausgeprägt sind. Die Temperaturverteilung im Werkzeug- stahl spielt ebenfalls eine Rolle hinsicht- lich der Schmelzeverteilung. Dies ist in Bild 3 für den Fall dargestellt, dass T W um 20 °C höher als T M ist. Die Tempera- tur im Stahl nimmt einerseits in radialer Richtung zur Werkzeugmitte ab, ande- rerseits sind die Temperaturen in der Nä- he des Eintritts in den Vorverteiler grund- sätzlich niedriger als auf der Gegenseite. Die Ursache hierfür ist, dass in der obe- ren Verteilerhälfte ein Teil der einge- brachten Heizleistung von der Schmelze aufgenommen und abgeführt wird. Die Temperaturverteilung im Werkzeugma- terial wirkt sich unmittelbar auf das Tem- peraturprofil im Fließkanal aus: Die Schmelze in der Fließkanalseite, die nä- her am äußeren Rand des Vorverteilers liegt, wird stärker erwärmt, da hier auch die Fließkanalwand heißer ist. Diese Schmelze fließt bei der Aufteilung des Fließkanals vorrangig zu Austritt 3. Aus- tritt 2 wird von schererwärmter Schmel- ze durchströmt, die aber zu Beginn an der kälteren Innenseite der ersten Vertei- lerstufe entlang fließt. Der nicht so stark erwärmte "Schmelzekern" dagegen fließt in Richtung der Ausritte 1 und 4. Hieraus resultiert, dass an den Austritten 2 und 3 höhere Schmelzetemperaturen – und damit höhere Durchsätze – vorlie- gen als an den Austritten 1 und 4. Die Durchsatzunterschiede in Bild 3 sind ähnlich verteilt wie in Bild 2 , sind aber deutlich größer. Daraus folgt, dass die Temperierung den Effekt der Dissipation verstärkt, wobei im betrachteten Pro- zessfenster der Effekt der Temperierung deutlich stärker ausgeprägt ist. Beurteilung der Wirksamkeit der thermischen Gestaltungs- maßnahmen Nach der Analyse der Einflüsse im Vor- verteiler folgt im nächsten Schritt die Op- timierung der Durchsatzverteilung. Hier- zu wurden in [Hop15] verschiedene ther- mische Gestaltungsmaßnahmen am Vor- verteiler sowohl simulativ als auch prak- tisch erprobt. Durch diese Maßnahmen konnte eine vollständige Homogenisie- rung der Vorverteilung erreicht werden. Im Folgenden wird nun überprüft, ob die für den Vorverteiler erarbeiteten Gestal- tungsrichtlinien ihre Gültigkeit behalten, wenn der Simulationsraum auf den kom- pletten Blaskopf erweitert wird. Besonders effektiv ist das Anbringen mehrerer Heizpatronen entlang des In- nenrands des Vorverteilers ( Bild 4 ). Da- durch können die kälteren Schmelzebe- reiche aufgewärmt und somit die Durch- sätze an den Austritten aneinander an- gepasst werden. Auf diese Weise wird die maximale Durchsatzdifferenz im Be- triebspunkt ṁ = 300 kg/h, T W = 220 °C, T M = 200 °C von 4,8 % auf 1,3 % redu- ziert. Die Effektivität der Heizpatronen kann weiter gesteigert werden, indem diese in Messingeinsätzen anstelle von Stahleinsätzen untergebracht werden. Dadurch kann die Temperaturabnahme zwischen Heizpatronen und Fließkanal Bild 2: Einfluss der Schererwärmung auf die Temperaturverteilung und den Durchsatz im Vorverteiler Bild 3: Einfluss der Temperierung auf die Temperaturverteilung und den Durchsatz im Vorverteiler