Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Analyse und quantitative Beschreibung des Matrizenfüllprozesses beim Trockenpressen

In der pulvertechnologischen Prozesskette beeinflussen in jedem Prozessschritt die Verarbeitungseigenschaften der Roh- und Zwischenprodukte sowie die Prozessparameter die Homogenität und damit die Güte der gefertigten Endprodukte.

Bei der Herstellung von Formkörpern über Trockenpressen stellt das Matrizenfüllen einen qualitätsbestimmenden Prozessschritt dar. Maßgeblichen Einfluss hat dabei das Fließ- und Füllverhalten der eingesetzten Granulate.

Mittels Kombination von experimentellen Untersuchungen und numerischen Methoden soll im Rahmen dieses Vorhabens die Analyse und quantitative Beschreibung der wesentlichen Einflussgrößen auf das Füllverhalten erfolgen. Hauptziele des Vorhabens sind:

- Entwicklung und Qualifizierung praxistauglicher experimenteller und numerischer Methoden zur

Beschreibung des Matrizenfüllprozesses.

- Erarbeitung von Korrelationen zwischen primären Granulateigenschaften, Schüttgutverhalten

und Füllverhalten.

- Erarbeitung eines grundlegenden Prozessverständnisses zur Vermeidung von

Schüttungsinhomogenitäten beim Matrizenfüllen sowie resultierenden Dichtegradienten und

Qualitätsschwankungen im Endbauteil.

Die so ermittelten Zusammenhänge geben Rohstoffherstellern und verarbeitern eine Basis für die Optimierung von Produktqualität und Prozessabläufen, ermöglichen höhere Prozessgeschwindigkeiten, die Herstellung komplexerer keramischer Bauteile und die Verringerungen von rohstoff- und prozessbedingten Schwankungen der Produktqualität.

Das im Fokus stehende Fließ- und Füllverhalten von Granulaten wird als ein wichtiger Einflussfaktor bei der Herstellung von Bauteilen über das Trockenpressen angesehen. Allerdings ist insb.für kmU eine umfassende und systematische Untersuchung der Thematik auf Grund der Komplexität problematisch. Zusätzlich sind die Erkenntnisse aus dem Vorhaben auch bei der Entwicklung, Konstruktion und Optimierung von Förder-, Dosier- und Verarbeitungsanlagen nutzbar.

Ergebniszusammenfassung:

Durch die Neu- bzw Weiterentwicklung von unikalen experimentellen und numerischen Methoden konnten die wesentlichen granulatseitigen Einflussgrößen auf das Füllverhalten und das resultierende Füllergebnis in der Matrize ermittelt und gewichtet werden.

Die avisierten Hauptziele des Projektes wurden erfüllt:

1. Entwicklung und Qualifizierung praxistauglicher experimenteller und numerischer Methoden zur quantitativen Beschreibung des Matrizenfüllprozesses.

2. Erarbeitung von Korrelationen zwischen primären Granulateigenschaften, Schüttgutverhalten und dem Füllverhalten.

3. Erarbeitung eines grundlegenden Prozessverständnisses zur Vermeidung von Schüttungsinhomogenitäten beim Matrizenfüllen sowie resultierenden Dichtegradienten und Qualitätsschwankungen im Endbauteil. Darüber hinaus konnten standardisierte Labormethoden zur Granulatcharakterisierung ermittelt werden, die in Kombination eine vereinfachte Bewertung des Füllverhaltens von Granulaten gestatten, was insbesondere für den Transfer der Projektergebnisse in KMU von großer Bedeutung ist. Für die weiterführende detaillierte quantitative Bewertung des Füllverhaltens sowie der resultierenden Schüttungsstrukturen in der Matrize stehen die entwickelten experimentellen und numerischen Methoden interessierten KMU zur Verfügung. Auf Grundlage des im Projekt ermittelten Prozessverständnisses über den Matrizenfüllprozess haben Rohstoffhersteller und -verarbeiter nun eine fundierte Basis für die Auswahl bzw. Herstellung optimaler Granulate, die Optimierung von Produktqualität und Verarbeitungsprozessen, die Erhöhung der Prozessgeschwindigkeiten, die Herstellung komplexerer keramischer Bauteile und die Verringerungen von granulatbedingten Schwankungen der Produktqualität.

Anwendbar sind die erzielten Projektergebnisse in nahezu allen granulat- und schüttgutverarbeitenden Branchen, primär in der keramischen und Hartmetallindustrie, jedoch auch in der chemischen Industrie, der Lebensmittel- und Pharmaindustrie.