Entwicklung einer Kugelrückstromsperre und einer einteiligen Rückstromsperre für den Spritzgussprozess

Abstract

Durch die steigende Anzahl an Materialien und Zusatzstoffen in der Kunststoffverarbeitung, müssen die Plastifiziereinheiten weiterentwickelt und angepasst werden. Dabei steht die Rückstromsperre, neben der Schnecke, im Fokus. In dieser Arbeit wird eine bestehende Kugel-Rückstromsperre analysiert, getestet und mit weiteren, am Markt erhältlichen Varianten verglichen. Weiters wird eine CFD-Simulation der K-RSP durchgeführt und bewertet. Anschließend werden, auf Grundlage der Ergebnisse, mehrere Designs entworfen und erneut simuliert. Danach wird eine Variante ausgewählt, ein Prototyp gefertigt und dieser wird erneut an der Maschine getestet. Der Prototyp weist verbesserte Eigenschaften hinsichtlich Material und Farbwechsel auf. Außerdem ist die Prozessstabilität gegeben und mit den ebenfalls getesteten K-RSP vergleichbar. Weiters wird in dieser Arbeit die Möglichkeit einer einteiligen-Rückstromsperre, bestehend aus einer Kombination aus Wendelscherteil und der Kontur eines Teslaventiles, untersucht. Das Teslaventil kann als ein starres Ventil betrachtet werden, welches in einer Richtung den Strom nicht beeinträchtigt und in die Gegenrichtung, aufgrund der Geometrie, die Strömung hemmen bzw. sperren soll. Hierfür wurde eine CAD-Konstruktion angefertigt und die Kanäle mittels CFD simuliert. Dabei wurde festgestellt, dass mit einer Kunststoffschmelze nicht der gewünschte Sperreffekt erreicht werden kann. Dadurch wurde die Idee einer einteiligen-Rückstromsperre verworfen.

Due to the increasing number of materials and additives in plastics processing, the plas-ticizing units must be further developed and adapted. In addition to the screw, the focus lies on the non-return valve. In this work, an existing ball non-return valve is analyzed, tested on the machine and compared with other variants available on the market. Furthermore, a CFD simulation of the K-RSP is performed and evaluated. Subsequently, based on the results, several designs are created and simulated again. Afterwards, one variant is selected and a prototype is manufactured and tested again on the machine. The prototype has improved properties in terms of material and color change. In addition, the process stability is given and comparable to the K-RSP, which was also tested. Furthermore, this work investigates the possibility of a one-piece non-return valve consisting of a combination of a spiral shear part and the contour of a Tesla valve. The Tesla valve can be regarded as a rigid valve, which does not interfere with the flow in one direction and is intended to inhibit or block the flow in the opposite direction due to its geometry. For this purpose, a CAD design was made and the channels were simulated using CFD. It was found that the desired blocking effect could not be achieved with plastic melt. As a result, the idea of a one-piece non-return valve was discarded.