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Druckverlauf
→ Zur grafischen Darstellung des Druckverlaufs
Für die Berechnung des Druckprofils müssen dieselben Bedingungen wie bei der Durchsatz- bzw. Dosierzeitberechnung erfüllt sein. Dies gilt für alle Eingabedaten (Geometrie, Materialdaten und Verfahrensparameter). Zusätzlich muss die Berechnungsstellung (nur PSI) vorgegeben werden, für die der Druckverlauf über der Schneckenlänge berechnet werden soll.
Der Druckverlauf wird von der Schneckenspitze bis zum Ort der Schmelzewirbelbildung (OSW) zurück gerechnet. Vor dem OSW liegt Feststoffförderung vor, welche einen exponentiellen Druckaufbau aufweist.
Die Druckverlaufsberechnung beginnt an der Schneckenspitze. Mit dem berechneten Durchsatz wird der Druckverlust innerhalb eines Berechnungsintervalls bestimmt und auf den vorherigen Absolutdruck addiert. Bei Spritzgießmaschinen resultiert der Druck im Schneckenvorraum (an der Schneckenspitze) aus dem eingestellten Staudruck.
Druckverlaufsberechnung für Barriereschneckengeometrien
Um wie oben beschrieben eine Barriere zu rechnen, muss die Annahme eines gleichen Druckgradienten getroffen werden. Da jedoch jede zusätzliche Annahme die Ungenauigkeit der Simulation erhöht, wurde zur Eliminierung dieser Annahme das sog. Knotenpunktverfahren implementiert, dessen Berechnungsablauf ähnlich der FEM-Berechnungsmethode ein Gitternetz im Strömungsgebiet generiert.
Hierbei werden einzelne Intervalle gebildet für Barrieresteg, Feststoff- und Schmelzekanal und für jede Strecke zwischen den einzelnen Bilanzpunkten wird die Änderung der Strömung durch die lineare Druck-Durchsatzgleichung beschrieben. Diese Gleichungen bilden ein lineares Gleichungssystem. Die Gleichungen beschreiben nur die Strömungsentwicklung entlang der Kanalrichtung, so dass das aufgestellte Netz der Unterteilung der Geometrie in die geforderten Intervalle konstanter Bedingungen entspricht.
Um das sich ergebende Gleichungssystem mit den bekannten Lösungsalgorithmen lösen zu können, muss es durch die Berücksichtigung von Randbedingungen reduziert werden.
Bei der geschlossenen Barrierezone kann der Massestrom, der in Kanalrichtung zum ersten Knoten hin bzw. vom letzten Knoten weg zeigt, gleich null gesetzt werden. Wird hingegen eine offene Barrierezone berechnet, genügt die Änderung der Randbedingung, um diese Bauform berechnen zu können. Hier wird aufgrund der fehlenden geometrischen Trennung die Druckdifferenz zwischen den jeweils ersten bzw. letzten Knoten des Feststoff- und Schmelzekanals gleich null gesetzt.
Druckverlaufsberechnung für Wave-Schnecken
Die Berechnung des Druckverlaufs in Wave-Zonen findet ähnlich wie die Berechnung des Knotenpunktverfahrens in Barrierezonen statt. Bei dem Knotenpunktverfahren handelt es sich um ein Analogiemodell der Netzwerktheorie aus der Elektrotechnik. Aus der Geometrie der Schnecke wird ein Netzwerk gebildet, welches sich aus einfachen Geometrien (Rechteckkanälen) zusammensetzt. Für jede dieser einfachen Geometrien wird eine Spannungsquelle (Schleppströmung) und ein Widerstand (Druckströmung) definiert. Aus dem Netzwerk der Spanungsquellen und Widerständen wird eine Matrix erstellt und gelöst, sodass unter vorgegebener Druckdifferenz in der Zone nicht nur der Durchsatz, sondern auch der Druck sich für jede der einfachen Geometrien ergibt, sodass auch der Druckverlauf über der Zone bekannt ist.