SADEN GmbH

Füllprozesse (Partikelschaum)

Warum sollte man Füllprozesse simulieren?

Das Befüllen von Werkzeugen kommt u.a. in der Herstellung von Partikelschäumen zum Einsatz.

In der Praxis treten hierbei viele Probleme auf, wie z.B. ungleichmäßige Füllungen, Partikelanhäufungen oder unkontrollierte Dichtegradienten.

Genau in diesen Fällen kann mithilfe einer Füllsimulation eine sehr schnelle Definition von idealen Einblaspunkten erfolgen. Dies spart Zeit, Material und reduziert Fehlversuche in der Produktion.

Füllsimulation einer KFZ-Stoßstange sowie Injektorströmung

Was sind die Vorteile?

Die versuchsbasierte Definition von Einblaspunkten erfolgt zumeist erfahrungsbasiert. Gerade bei komplexen Geometrien, großen Füllvolumen oder zu erzeugenden Dichtegradienten kann großer Material-, Zeit- und Personalaufwand durch eine simulative Vorgehensweise eingespart werden. Die Vorteile sind nachfolgend aufgeführt:

Füllvorgang mit Polypropylen-Partikeln der Version 1 (links) und Version 2 (rechts)

Für eine möglichst kompakte Füllung des Werkzeugs sind die Drücke im Werkzeug besonders relevant. Anhand der dargestellten Druckverteilung in Version 2 können Aussagen über die Dichte nach der Einleitung von Wasserdampf abgeleitet werden. Weiterhin können somit auch Dichten gesteuert werden.

Anhand der Betrachtung einzelner Bereiche über den Füllprozess hinweg, können lokale Analysen vorgenommen werden, um neben der Position der Einblaspunkte zudem die Prozesszeit zu optimieren.

Druckverteilung Beispiel

Lokale Betrachtung des Füllprozesses anhand der Dichte

Was ist abbildbar?

Abbildbar sind sämtliche Werkzeuggeometrien, Füllparameter und Materialeigenschaften, jeglicher Komplexität. Dabei können eine Vielzahl an Simulationen innerhalb eines Arbeitstages durchgeführt werden.

Besonders bei Kunststoffen niedriger Schüttdichte können Anziehungskräfte, wie sie durch elektrostatische Aufladung auftreten, zu Problemen beim Transport oder der Befüllung führen. Dies kann zu Anhaftung an den Wänden, in der vorgelagerten Zuführung, oder Verklumpung der Partikel und somit folglich zu einer unzureichenden Füllung führen. Zur Berücksichtigung dieses Verhaltens können daher entsprechende Anziehungskräfte modelliert werden.

Es können Prozesse mit Druckfüllung sowie Crackspalt abgebildet werden. Die Veränderung der Partikelgröße bei der Druckbefüllung ebenso wie die hierdurch hervorgerufene Schüttdichtenänderung werden berücksichtigt.

Darstellung kritischer Bereiche bei der Befüllung von Version 1

Deutlich wird im dargestellten Beispiel der Befüllung von Version 1 und Version 2, dass ein signifikanter Unterschied im Partikelverhalten und somit im resultierendem Füllergebnis vorliegt.

Version 1 zeigt aufgrund der oben angeordneten Füllpositionen deutliche Unterfüllungen des Werkzeugs an dünnen Wandungsbereichen, auskragenden Geometrien sowie eine unzureichende Abbildung der sechseckigen Kontur.

Im Vergleich zu Version 1 kann in Version 2 durch die angepasste Position der Einblaspunkte eine homogene Befüllung erreicht werden. Dies äußert sich in der Geschwindigkeitsbetrachtung vor allem in der geringeren, wechselseitigen Beeinflussung der Partikelströme in das Werkzeug.

Geschwindigkeiten (links) und Drücke (rechts) bei der Befüllung von Version 2