Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Modellierung der druck- und temperaturabhängigen Viskosität

Das Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines Modells zur Beschreibung der temperatur- und druckabhängigen Viskosität auf Basis von pvT-Daten.

Die Ermittlung der Druckabhängigkeit mittels Standard-HKR ist nicht möglich, da isobare Messungen nicht durchgeführt werden können. Weiterhin sind isotherme Messungen aufgrund der scherdissipativen Erwärmung nur bedingt möglich. Deshalb bleibt der Druckeinfluss trotz der Relevanz häufig unberücksichtigt, weil die Messung modifizierte Prüfgeräte erfordert sowie zeitaufwändig und kostenintensiv ist. Die Vernachlässigung der Druckabhängigkeit führt insbesondere bei hohen Drücken zu Fehlern in der Materialcharakterisierung.

Das zu entwickelnde Modell basiert auf der Theorie des freien Volumens und beschreibt die Abhängigkeiten von Druck und Temperatur auf die Viskosität indirekt mittels pvT-Daten. Hierbei wird das Löcher-Modell nach Simha-Somcynski verwendet und das freie Volumen mit der Viskosität verknüpft. Das Modell beruht auf zwei Ansätzen, wobei in einem ersten Ansatz die Druckabhängigkeit indirekt auf Basis und pvT-Daten hergestellt wird und die Temperaturabhängigkeit weiterhin durch HKR-Messungen generiert wird. In einem zweiten Ansatz werden beide Abhängigkeiten gänzlich auf Basis der pvT-Daten beschrieben. Abschließend wird ein standardisiertes Vorgehen entwickelt, das für beide Ansätze automatisch ein Modell zur Beschreibung der Abhängigkeiten mit Hilfe von Microsoft Excel generiert.

Die Modellierung ermöglicht den KMU den Zugang zu präziseren Materialdaten, da die Druckabhängigkeit insbesondere bei hohen Drücken berücksichtigt wird. Weiterhin wird die Materialcharakterisierung wirtschaftlicher gestaltet, da kostenintensive HKR-Messungen durch Substitution von pvT-Messungen auf ein Minimum reduziert werden. Sowohl Verarbeiter als auch Maschinenhersteller profitieren von präziseren Materialdaten und können ihre Prozesse und Anlagen zielführender auf die gegebenen Prozessbedingungen auslegen.