Analyse und Simulation der Strömungsverhältnisse in tangierenden Innenmischern

Damit aus Rohkautschuk ein Profil oder Formteil mit gummielastischen Eigenschaften werden kann, muss er mit einer Vielzahl von Zugabestoffen modifiziert werden. Für die Einarbeitung der Rezepturbestandteile in das Polymer werden in der Regel diskontinuierlich arbeitende Innenmischer eingesetzt.

Einen großen Einfluss auf die verfahrenstechnischen Eigenschaften eines Mischers haben die gegensinnig drehenden Rotoren. Wichtige Merkmale, wie die dispersive und distributive Mischleistung, werden von der Geometrie der Rotoren beeinflusst.

Der in dieser Arbeit vorgestellte Rotorversuchsstand erlaubt es, den Energieeintrag eines Rotorflügels zu messen und die Strömungsverhältnisse, welche sich vor dem Flügel ausbilden, zu visualisieren. Zudem konnte eine Quantifizierung der einzelnen Volumenströme vorgenommen werden.

Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Entwicklung eines numerischen Modells für die Simulation der Strömungs- und Mischvorgänge in der Materialvorlage eines Rotorflügels. Auch hier konnten mit Hilfe der Versuchsergebnisse Randbedingungen definiert werden, die zur Steigerung der Modellqualität beigetragen haben.

Ausgehend von den Erhaltungssätzen für Energie, Masse und Impuls wurde, unter Berücksichtigung des strukturviskosen Materialverhaltens von Kautschukmischungen, ein Modell zur Beschreibung der Druck- und Strömungsverhältnisse entwickelt.

Im weiteren Verlauf wurde eine Bewertung der Strömungsverhältnisse hinsichtlich des Einflusses auf das Mischverhalten eines Rotorflügels vorgenommen. Im Fokus standen diesbezüglich die dissipierte Energie, die distributive und dispersive Mischleistung und die laminare Deformation des Materials.