Projektbeschreibung

Die Eigenschaften eines Blasformartikels werden maßgeblich durch dessen Wanddicken bestimmt. Mit den beiden Softwaretools Pre-Blow (Hagen Engineering GmbH) und B-SIM (Accuform) ist es heute grundsätzlich möglich, die sich im Extrusionsblasformprozess einstellenden Wanddicken zu simulieren. Auch sind kritische Bereiche der Artikelgeometrie wie nicht vollständig aufblasbare Zonen oder Geometriebereiche mit Dünnstellen oder Faltenbildung sehr genau vorhersagbar.

Eine allgemein gültige Aussage über die Genauigkeit der Blasformsimulation ist nicht möglich. Untersuchungen der Hagen Engineering GmbH haben jedoch gezeigt, dass in den meisten Fällen eine maximale Abweichung von ca. 10 % zur realen Produktion erzielt werden können. Ursache für diese Abweichung in den Simulationsergebnissen liegt meist in der angenommenen „reinen“ zylindrischen Form des Vorformlings. In der Praxis hat der extrudierte Vorformling in den seltensten Fällen eine reine zylindrische Form,da Wanddicken und Form des Vorformlings durch Schwell-, Auslängungs- und Relaxationsvorgänge örtlich stark beeinflusst werden.

Die Softwareprogramme Pre-Blow und B-SIM bieten die Möglichkeit, die Vorformlingsbildung in Abhängigkeit der an einer Blasformanlage installierbaren Wanddickensteuerungssysteme wie AWDS, SFRD oder PWDS zu simulieren. Effekte wie Schwellen und Auslängen des Vorformlings können dabei ansatzweise berücksichtigt werden. Relaxationsvorgänge, die durch die „Vorgeschichte“ der Schmelze im Extruder und Schlauchkopfwerkzeug verursacht werden, werden jedoch nicht erfasst, da die Simulation erst mit Austritt der Schmelze aus der Düse beginnt.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde untersucht, ob und in wieweit es möglich ist, den Prozess der genauen Vorformlingsbildung im Düsenwerkzeug sowie das anschließende Verhalten des in der Umgebung freihängenden Vorformlings mit dem Programmsystem POLYFLOW nachzubilden.

Grundsätzlich gelingt es, mit einem speziellen Simulationsmodell die wesentlichen Effekte wie Schwellen, Auslängen und Relaxieren richtig zu beschreiben. Zur Verifizierung der theoretischen Ergebnisse sind reale Vorformlinge an einer Technikumsmaschine produziert und messtechnisch Untersucht worden. Mithilfe von Filmaufnahmen und Fotos konnte die Außengeometrie des Vorformlings qualitativ und teilweise auch quantitativ sicher erfasst werden. Für den Sonderfall eines konstanten Düsenspaltes zeigt ein Vergleich mit den Simulationsergebnissen eine sehr gute Übereinstimmung.

Insgesamt handelt es sich bei der Simulation der genauen Vorformlingsbildung um ein physikalisch-mathematisch hoch komplexes Problem. Denn im Düsenaustritt tritt quasi eine schlagartige Änderung des Zustands der Kunststoffschmelze auf. Während es sich kurz vor Düsenaustritt noch um einen reinen Schmelzezustand mit hohen Schubraten handelt, erstarrt der Vorformling nach Düsenaustritt an der inneren und äußeren Oberfläche schlagartig und die Schubraten tendieren dort gegen Null. Abgesehen von den hieraus teilweise resultierenden Instabilitäten in den Simulationsrechnungen ergeben sich trotz der vereinfachten Annahmen (konstanter Düsenspalt) sehr lange Rechenzeiten. Eine Anwendung dieser Simulationsrechnungen auf dynamisch arbeitende Wanddickensteuerungssysteme wie der AWDS oder eine Übertragung auf nicht rotationssymmetrische Vorformlinge wie bei der PWDS ist derzeit noch nicht möglich. Hier besteht noch ein sehr großer Forschungsbedarf.