Motivation

Die Auslegung von Extrusionswerkzeugen birgt stets einen Kompromiss zwischen strömungsmechanisch optimalen Fließwegen und der Herstellbarkeit, da die konventionelle Fertigung bedingt durch ihre spanabhebenden Verfahren in ihrer Formgebung limitiert ist. Demgegenüber konnte in einem vorangegangenen Projekt mittels additiver Fertigungsverfahren bereits ein Extrusionswerkzeug gefertigt werden, das die Schmelze in der Primärverteilung mittels frei geführter Schmelzekanäle schonend umlenkt und in der Sekundärverteilung durch neuartige statische Mischelemente homogenisiert. Sowohl in Bezug auf Materialverarbeitung als auch in Bezug auf mechanische Eigenschaften hergestellter Produkte weist das neue Werkzeugkonzept keine Defizite gegenüber einem herkömmlichen Wendelverteilerwerkzeug auf.

Aufbauend auf den Ergebnissen dieses vorangegangen Projekts ergeben sich zahlreiche neue Fragestellungen und Forschungsansätze, die es weiter zu untersuchen gilt.
 

Zielsetzung und Lösungsansatz

Im Rahmen des aktuellen Forschungsvorhabens werden zwei neue Herangehensweisen für die Auslegung von Extrusionswerkzeugen untersucht. Die im vorangegangenen Projekt entwickelte Geometrie basiert auf geometrischen Optimierungen innerhalb der CAD-Umgebung. Eine zielgerichtetere und effizientere Auslegung bietet sich durch eine automatisierte Geometrieanpassung auf Basis der Strömungsberechnung. Durch die Kombination geometrischer Designvariablen mit vorab definierten Qualitätskriterien, können die Auswirkungen geometrischer Veränderungen auf die Strömungssituation automatisiert ausgewertet und auf diesem Wege zahlreiche Design-Varianten effizient analysiert werden.

Des Weiteren werden neue Ansätze zur simulationsgestützten Werkzeugauslegung untersucht, die auf dem Grundgedanken der Topologieoptimierung an mechanisch belasteten Bauteilen beruhen. Anstatt auf Basis der simulierten Bauteilbelastung, in Form von lokalen Spannungen, die Bauteilgeometrie anzupassen, sieht das Vorgehen vor, einen zur Verfügung stehenden Bauraum in Abhängigkeit der aus der Strömungssituation resultierenden Belastung mit Strömungsvolumen zu füllen.

Forschungs- und Projektpartner

Lehrstuhl Fertigungstechnik, Institut für Produkt-Engineering, Universität Duisburg-Essen

Zuwendungsgeber

DFG, Deutsche Forschungsgemeinschaft
Förderkennzeichen: SCHI 1475/6-3

Ansprechpartner

Chris Ulbrich, M.Sc.

chris.ulbrich@uni-due.de
0203 - 379 4269