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Entwicklung eines Messsystems und systemtheoretischer Modelle zur Charakterisierung von Extrudern

Dipl.-Ing. Dr. Gregor Gerstorfer

Betreuer und 1. Begutachter:

Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Bernhard Zagar

2. Begutachter:

Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Jürgen Miethlinger MBA

Rigorosum:

19. Dezember 2018

In der Kunststoffverarbeitung bzw. bei der Herstellung von Produkten auf Kunststoffbasis gewinnt die Bestimmung von Qualitätsmerkmalen und -kennzahlen eine immer größere Rolle. Diese Merkmale und Kennzahlen gilt es so früh als möglich im Herstellungsprozess zu bestimmen um rechtzeitig korrigierend eingreifen zu können. Dies ist der Ausgangspunkt der Aufgabenstellung für das in der vorliegenden Arbeit entwickelte Messsystem.
Das entwickelte Messsystem, dessen Arbeitsweise auf Fluoreszenz basiert, soll den Extrusionsprozess messtechnisch analysieren. Spezielles Augenmerk wird auf gleichdrehende Doppelschneckenextruder gelegt. Als Ergebnis der Messung werden Verweilzeitdichtefunktionen ermittelt, deren Eigenschaften und Bedeutung eingehend diskutiert und erörtert werden.
Da das Messsystem auf einem optischen Prinzip basiert, wird auch auf die messtechnischen Grenzen aufgrund der absorbierenden Eigenschaften der verarbeiteten Materialien eingegangen.
Die genauere Betrachtung der Ermittlung der Verweilzeitdichtefunktionen und ihre Analyse führen zu systemtheoretischen Modellen des Mischverhaltens. Auf Basis dessen wird die Charakterisierung einzelner Schneckenelemente des Extruders untersucht. Umgekehrt wird daraus auch die Modellierung von Gesamtschneckenkonfigurationen beleuchtet.
Bei der Erörterung der Eigenschaften der Verweilzeitdichtefunktion werden statistische Modellierungen von Eingangsmischungen des Extruders vorgenommen, um die erzielte Ausgangsdurchmischung zu analysieren. Dies geschieht in Kombination mit dem als lineares, zeitinvariantes System modellierten Extruder. Diese Schritte sind als Kernpunkte der Arbeit zu betrachten.
Die vorliegende Arbeit soll gleichzeitig zur Dokumentation des entwickelten Messsystems dienen, weswegen immer wieder konkrete Messungen präsentiert und diskutiert werden.

Schlagwörter: Extrusion, Mischen, Doppelschneckenextruder, Fluoreszenz, Fluoreszenzspektroskopie, Verweilzeitdichte, Verweilzeitverteilung, Verweilzeitanalyse