Instationaere Feststofffoerderung in Einschneckenmaschinen/Transient Solids Conveying in Single-Screw Machines

Der Datensatz enthält die Forschungsergebnisse des DFG-geförderten (Deutsche Forschungsgemeinschaft, DFG) Forschungsprojekts „Instationäre Feststoffförderung in Einschneckenmaschinen" (Projektnummer 502078131, Förderzeitraum 10/2022-03/2026). Gegenstand der Untersuchungen: Die Feststoffförderung in der Einzugszone von Spritzgießmaschinen ist insbesondere in Recyclinganwendungen von zentraler Bedeutung für die Stabilität und Wirtschaftlichkeit des Prozesses. Es bestand daher das Ziel, die Feststoffförderung in Spritzgießaggregaten besser zu verstehen. Zur umfassenden Analyse der Feststoffförderungen werden in der Extrusion neben experimentellen Untersuchungen und analytischen Berechnungsmodellen zunehmend numerische Simulationen auf Basis der Diskreten Elemente Methode (DEM) eingesetzt. Ein wesentliches Ziel bestand in der Überführung des Spritzgießprozesses in die DEM. Hierzu wurde zunächst eine Methode zur Materialmodellentwicklung für Granulate und Mahlgüter definiert. Zur Abbildung des Spritzgießprozesses wurde ein gekoppelter DEM-MKS-Ansatz (Mehrkörpersimulation, MKS) entwickelt und anhand experimenteller Daten eines speziellen Prüfstands zur Untersuchung der Feststoffförderung validiert. Bestehende analytische Modelle wurden anhand experimenteller Durchsatzdaten für glatte und genutete Einzugszonen mit geringer Nutentiefe, wie sie Bestandteil sogenannter Recycling-Pakete sind, bewertet. Die identifizierten Abweichungen haben zur Entwicklung eines neuen Modellansatzes für Nuten geringer Tiefe geführt. Auf Basis gekoppelter DEM-MKS-Simulationen wurde ein hybrides analytisches Modell für glatte Einzugszonen und genutete Einzugszonen geringer Tiefe entwickelt und experimentell validiert. Mithilfe der numerischen und experimentellen Ansätze wurde zudem die Geometrie der Einzugszone für die Direktverarbeitung nicht aufbereiteter Rezyklate weiterentwickelt und das Lufteinzugsverhalten während der Einspritzphase analysiert sowie geeignete Gegenmaßnahmen identifiziert. The data set contains the results of the DFG-funded (German Research Foundation, DFG) project “Transient Solids Conveying in Single-Screw Machines” (“Instationäre Feststoffförderung in Einschneckenmaschinen", Project Number: 502078131, Duration 10/2022-03/2026). Research Conducted Solids conveying in the feed section of injection moulding machines is a key factor for process stability and economic efficiency, especially in recycling applications. Therefore, the objective was to better understand solids conveying in injection moulding. For a comprehensive analysis of solids conveying, numerical simulations based on the Discrete Element Method (DEM) are commonly utilized in extrusion, alongside experimental investigations and analytical models. A major objective was to model the injection moulding process in a DEM-framework. For this purpose, a method for the development of material models for pellets and regrind was first defined. To represent the injection moulding process, a coupled DEM–MBS approach (Multibody Systems Simulation, MBS) was developed and validated using experimental data from a dedicated test rig for investigating solids conveying. Existing analytical models were evaluated on the basis of experimental throughput data for smooth and grooved feed sections with shallow grooves, as part of so-called recycling packages. The identified deviations led to the development of a new modelling approach for shallow grooves. Based on coupled DEM–MBS simulations, an analytical model for this approach was developed and validated against experimental data. Using numerical and experimental approaches, the feed section geometry of injection moulding machines was improved for direct processing of non-pelletized recyclates. In addition, air intake during injection was analysed and suitable countermeasures were identified.