JP2013514205A - スクリュー押出機または押出過程を予測し,最適化するためのデータに基づくモデル - Google Patents
スクリュー押出機または押出過程を予測し,最適化するためのデータに基づくモデル Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013514205A JP2013514205A JP2012543680A JP2012543680A JP2013514205A JP 2013514205 A JP2013514205 A JP 2013514205A JP 2012543680 A JP2012543680 A JP 2012543680A JP 2012543680 A JP2012543680 A JP 2012543680A JP 2013514205 A JP2013514205 A JP 2013514205A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- screw
- profile
- values
- screw extruder
- data
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
- B29B7/00—Mixing; Kneading
- B29B7/30—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices
- B29B7/34—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices
- B29B7/38—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary
- B29B7/46—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary with more than one shaft
- B29B7/48—Mixing; Kneading continuous, with mechanical mixing or kneading devices with movable mixing or kneading devices rotary with more than one shaft with intermeshing devices, e.g. screws
- B29B7/488—Parts, e.g. casings, sealings; Accessories, e.g. flow controlling or throttling devices
- B29B7/489—Screws
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C48/251—Design of extruder parts, e.g. by modelling based on mathematical theories or experiments
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C48/251—Design of extruder parts, e.g. by modelling based on mathematical theories or experiments
- B29C48/2517—Design of extruder parts, e.g. by modelling based on mathematical theories or experiments of intermeshing screws
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
- B29C48/395—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die using screws surrounded by a cooperating barrel, e.g. single screw extruders
- B29C48/40—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die using screws surrounded by a cooperating barrel, e.g. single screw extruders using two or more parallel screws or at least two parallel non-intermeshing screws, e.g. twin screw extruders
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
- B29C48/395—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die using screws surrounded by a cooperating barrel, e.g. single screw extruders
- B29C48/40—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die using screws surrounded by a cooperating barrel, e.g. single screw extruders using two or more parallel screws or at least two parallel non-intermeshing screws, e.g. twin screw extruders
- B29C48/402—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die using screws surrounded by a cooperating barrel, e.g. single screw extruders using two or more parallel screws or at least two parallel non-intermeshing screws, e.g. twin screw extruders the screws having intermeshing parts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
- B29C48/50—Details of extruders
- B29C48/505—Screws
- B29C48/59—Screws characterised by details of the thread, i.e. the shape of a single thread of the material-feeding screw
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
- B29C48/50—Details of extruders
- B29C48/505—Screws
- B29C48/64—Screws with two or more threads
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C48/92—Measuring, controlling or regulating
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C2948/00—Indexing scheme relating to extrusion moulding
- B29C2948/92—Measuring, controlling or regulating
- B29C2948/92009—Measured parameter
- B29C2948/92019—Pressure
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C2948/00—Indexing scheme relating to extrusion moulding
- B29C2948/92—Measuring, controlling or regulating
- B29C2948/92009—Measured parameter
- B29C2948/92038—Torque
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C2948/00—Indexing scheme relating to extrusion moulding
- B29C2948/92—Measuring, controlling or regulating
- B29C2948/92009—Measured parameter
- B29C2948/92085—Velocity
- B29C2948/92095—Angular velocity
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C2948/00—Indexing scheme relating to extrusion moulding
- B29C2948/92—Measuring, controlling or regulating
- B29C2948/92009—Measured parameter
- B29C2948/92209—Temperature
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C2948/00—Indexing scheme relating to extrusion moulding
- B29C2948/92—Measuring, controlling or regulating
- B29C2948/92323—Location or phase of measurement
- B29C2948/92361—Extrusion unit
- B29C2948/9238—Feeding, melting, plasticising or pumping zones, e.g. the melt itself
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C2948/00—Indexing scheme relating to extrusion moulding
- B29C2948/92—Measuring, controlling or regulating
- B29C2948/92323—Location or phase of measurement
- B29C2948/92361—Extrusion unit
- B29C2948/9238—Feeding, melting, plasticising or pumping zones, e.g. the melt itself
- B29C2948/9239—Screw or gear
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C2948/00—Indexing scheme relating to extrusion moulding
- B29C2948/92—Measuring, controlling or regulating
- B29C2948/92323—Location or phase of measurement
- B29C2948/92485—Start-up, shut-down or parameter setting phase; Emergency shut-down; Material change; Test or laboratory equipment or studies
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/03—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
- B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C48/36—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die
- B29C48/395—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die using screws surrounded by a cooperating barrel, e.g. single screw extruders
- B29C48/40—Means for plasticising or homogenising the moulding material or forcing it through the nozzle or die using screws surrounded by a cooperating barrel, e.g. single screw extruders using two or more parallel screws or at least two parallel non-intermeshing screws, e.g. twin screw extruders
- B29C48/405—Intermeshing co-rotating screws
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Algebra (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
Abstract
Description
「同じ方向に回転するツインスクリュー押出機」,K. Kohlgrueber 著、 Hanser書店2007年版
スクリュー数(Gangzahl)、バレル直径、中心線距離、スクリュー-バレル間あそび、隣接スクリュー間あそび、およびピッチである。非特許文献1の151頁に記載されたパラメータの組を用いてシミュレーションを行うものとする。スクリュー数は2、初期温度は300℃であった。シミュレーションの始めの温度を例えば310または320℃と設定して、新たなシミュレーションを行うことが容易にできる。しかし、スクリュー数を2から3または4に増やすことはそれほど容易ではない。もし、スクリュー数が一連の幾何学形状のパラメータに基づいて増やされたら、一対のスクリューはどのようなるか。他のパラメータを保持したまま、スクリュー数を本来変更できるのか。(例えばスクリュー数などの)1つのパラメータを変更しても、完全拭き取り合いプロファイルのスクリュー要素を維持できるのか。
「完全拭き取り合い型ツインスクリューの幾何学形状」, Booy著、ポリマー・エンジニアリング&サイアンス 18 (1978) 12, p.973-984
(a) パラメータ空間を定義し、
(b) このパラメータ空間内で代表的な値の組み合わせを選択し、
(c) シミュレーション計算の助けで選択した上記値の組み合わせに対して結果の特徴を計算し、
(d) 選択した上記値の組み合わせおよび計算した結果の特徴に基づいて、データに基づくモデルを生成し、
(e) 場合によって、上記(a)〜(e)のステップの1つ以上を、結果の特徴が、データに基づくモデルの助けで十分な精度で計算されることができるまで繰り返す
という各ステップを含む方法である。
完全に拭き取り合う一対のスクリューのコンピュータにおける構造的設計は、まず断面プロファイル(以後、短縮してプロファイルとも称す)を定義すること、つまりに生成する(erzeugende)スクリューのプロファイルと生成された(erzeugte)スクリューのプロファイルを定義することによって始まる。これらのプロファイルは、好ましくは中心点,半径,円弧の角度を特定することによって定義される。その際、付録1に記載された基礎的原理および付録1に記載されまたはこれに由来する設計仕様が用いられる。
コンピュータによるグリッド、押し出される材料の材料データ、およびスクリュー押出機および押し出される材料が用いられるスクリュー押出機の動作データが、フローシミュレーションのためのプログラムに入力され、流れ状態がシミュレートされる(非特許文献1参照)。
(I) 予測手段としてデータに基づくモデルを作り、
(II) スクリュー押出機,押出過程,押出材料の特徴値を上記データに基づくモデルに入力し、
(III) 上記データに基づくモデルによる結果の特徴を計算し、
(IV) 結果を出力する
という各ステップを含む方法である。
(A) 予測手段としてデータに基づくモデルを作り、
(B) スクリュー押出機または押出過程のための目標プロファイルを定義し、
(C) 定義した目標プロファイルを満たすまたはこれに最も近い値の組み合わせを識別し、
(D) ステップ(C)で決定した値の組み合わせを出力する
という各ステップを含む方法である。
(i) 予測手段としてデータに基づくモデルを生成し、
(ii) スクリュー押出機や押出過程のための目標プロファイルを定義し、
(iii) 定義された目標プロファイルを満たし,或いはこの目標プロファイルに最も近いスクリュー押出機のための値の組み合わせを識別し、
(iv) ステップ(iii)で決まった値の組み合わせを出力し,記憶し、
(v) ステップ(iii)で決まった値の組み合わせに基づいて、スクリュー押出機を製造する
という各ステップを含む方法である。
この実施形態は、スクリュー押出機や押出過程のための予測手段を作る方法を開示し、この方法は、次のステップ、即ち、
(a) パラメータ空間を定義し、
(b) このパラメータ空間内で代表的な値の組み合わせを選択し、
(c) シミュレーション計算の助けで選択した上記値の組み合わせに対して結果の特徴を計算し、
(d) 選択した上記値の組み合わせおよび計算した結果の特徴に基づいて、データに基づくモデルを生成し、
(e) 場合によって、上記(a)〜(e)のステップの1つ以上を、結果の特徴が、データに基づくモデルの助けで十分な精度で計算されることができるまで繰り返す
という各ステップを含む方法である。
非特許文献1の第5頁に記載のように、エルトメンガープロファイルをもつ輸送要素の幾何学形状は、6つの幾何学的パラメータによって一意的に定義される。6つのパラメータは、スクリュー数(Gangzahl)、バレル直径、中心線距離、スクリュー-バレル間あそび(Spiel)、隣接スクリュー間あそび、およびピッチである。パラメータの数を減らし、一般的に通用する表記を得るため、無次元幾何学パラメータが目的に叶って導入された。バレル直径は、参照変数として選ばれた。このことから、エルトメンガー・スクリュー・プロファイルをもつ輸送要素の幾何学形状は、5つの無次元幾何学パラメータを特定することによって一意的に定義できる。これら5つのパラメータは、スクリュー数Z、無次元中心線距離A、スクリュー-バレル間無次元あそびD、隣接スクリュー間無次元あそびS,無次元ピッチTである。
図2は、選択されたパラメータ空間における無次元中心線距離Aと無次元ピッチTの値の225組の組み合わせを示している。値の組み合わせは、種々の方法で定義できる。パラメータ空間内で特定の値に関心がある場合、この値に特に多数の値の組み合わせを割り当てることができる。例えば、通常のスクリュー押出機は、無次元中心線距離A=0.82を正確に有するので、A=0.82に特に関心があり、その場合、T=0.3〜T=0.2の仮想線の間でA=0.82において特に多数の値の組み合わせを割り当てる。同様にA=0.8〜A=0.9の間でT=2.0において特に多数の値の組み合わせを割り当てる。さらに、値の組み合わせは、例えば、個々の値の組み合わせができる限り互いに隔たるように分布させることができる。A=0.91〜0.93の範囲で、最初は値の組み合わせが全くないようにできる。図2に示した値の組み合わせの2次元距離は、4次元パラメータ空間における真の距離を表す
ことができない。
図3は、選択したパラメータ空間における無次元中心線距離Aと無次元ピッチTの1015組の値の組み合わせを示している。この図では、値の組み合わせの数を普通に増やすことに並んで、値の組み合わせを特にパラメータ空間の周辺であるA=0.91〜0.93の範囲に置いている。データに基づくモデルは、非常に限られた外挿しか許さないので、パラメータ空間の周辺に至るまでの内挿を確保すべく、値の組み合わせを特にパラメータ空間周辺に供給することが重要である。
選択した値の組み合わせに基づいて、シミュレーション計算を用いて結果の特徴の計算が行われる。
結果の特徴は、例えば、幾何学的特徴である。幾何学適特徴は、例えば、スクリュー要素のカム角(Kammwinkel)、スクリュー要素の外半径に対するピッチ角、スクリュー要素のコア半径に対するピッチ角、スクリュー要素の断面積、スクリュー要素のスクリュー表面積、バレル表面積(Gehaeuseoberflaeche)、スクリュー表面積とバレル表面積の合計、スクリュー要素の自由断面積(即ち、スクリュー要素とバレルの間の流れが通過できる断面積)、およびスクリュー要素のピッチに関する既に述べた面積(即ち、例えばピッチに関するスクリュー表面積)である。上記幾何学適特徴は、特に輸送要素,捏ね要素,混合要素,遷移要素などのスクリュー要素の幾何学形状を生成するためのシミュレーションプログラムにおいて有利に計算される。
スクリュー要素の動作挙動を特徴づける特性は、例えば動作点A1,A2,B1,B2,B4,B5であり、さらに所定のせさんぶつスループットでの圧力生成効率および達成可能な最大圧力生成効率である。特に輸送要素,捏ね要素,混合要素,遷移要素などのスクリュー要素の動作挙動を特徴づける上記特性は、流れシミュレーション・プログラム(CFDプログラム)において有利に計算される。
利用できる入力変数と出力変数からデータに基づくモデルを作成することは、従来技術である。公知のデータに基づくモデルは、例えば、線形および非線形回帰法、線形近似法、人工ニューラル・ネットワーク、サポート・ベクトル・マシン、ハイブリッド・モデルである。
この実施形態の過程では、ステップ(b)〜(d)が繰り返された。3.59%の標準偏差でもって平均偏差が3.22%という予測精度は、スクリュー押出機にとっては度々受け入れられない。値の組み合わせの数が総数3358まで増加された。更なる値の組み合わせは、パラメータ空間内で可能な限り均一に分布させた一方、他方でパラメータ空間の周辺で再び追加設定させた。局所偏差変数または結果の特徴の局所勾配に対応するような値の組み合わせの更なる設定の可能性は取り上げなかった。結果の特徴を計算し、データに基づく新たなモデルを作成した後、計算された圧力生成パラメータと予測された圧力生成パラメータA2の比較が再度行われた。総ての値の組み合わせが比較に含まれている場合、計算された圧力生成パラメータと予測された圧力生成パラメータの平均偏差は、4.74%の標準偏差でもって3.07%であった。値の組み合わせの範囲を正のカム角をもつスクリュー要素に限定すれば、計算と予測の圧力生成パラメータの間の平均偏差は、2.41%の標準偏差でもって1.91%であった。値の組み合わせの範囲を更にパラメータ空間の限界からの距離が5%に維持(パラメータの長さは100%)されるように限定すれば、計算と予測の圧力生成パラメータの間の平均偏差は、1.55%の標準偏差でもって1.52%であった。平均偏差と標準偏差には、58%までの減少がある。
とって十分である。
以後Ritaスクリュー要素(Rita=reduced tip angle)と称するカム角の小さいスクリュー要素は、エルトメンガースクリュープロファイルに比して小さいカム角を有する。関連カム角Rは、この場合、Ritaスクリュープロファイルのカム角を、自己清掃型で密に噛合するエルトメンガースクリュープロファイルのカム角で除算した商で定義される。関連カム角Rに対して、0≦R≦1のパラメータ空間が選択される。Ritaスクリュー要素の更なる無次元パラメータおよび関連パラメータの空間は、実施形態1のエルトメンガー要素に対応する。
図7は、選択されたパラメータ空間における無次元中心線距離Aと関連カム角Rの値の6005組の組み合わせを示している。これらのうち3358組の値の組み合わせは、関連カム角R=1をもつ実施形態1から引き継いでいる。更なる2647組の値の組み合わせは、関連カム角が1未満のものを示している。値の組み合わせの選択は、実施形態1で述べた方法によって行われた。
選択した値の組み合わせに基づいて、シミュレーション計算を用いて結果の特徴の計算が行われる。
Ritaスクリュープロファイルをもつスクリュー数が2のスクリュー要素のための予測手段を作るためにハイブリッドモデルが用いられる。作られたデータに基づくモデルは、所望の結果の特徴の予測を可能にする。
予測精度が高いという理由で、更なる特徴の組み合わせを繰り返す必要はなかった。
付録
驚くべきことに、完全に拭き取り合う一対のスクリュープロファイルの幾何学形状の基礎となる基本的原理が見つかっている。この基本的原理は、国際特許出願PCT/EP2009/003549およびPCT/EP2009/004249に記載されていて、完全に拭き取り合う一対のスクリュー押出機のための設計仕様を作成することを可能にし、従って完全に拭き取り合う一対のスクリュー押出機を明確に記述するパラメータのための設計仕様を定義することを可能にする。
1.生成するスクリュープロファイルと生成されたスクリュープロファイルの両者は、常に円弧からなる。
円弧の寸法は、その中心角と半径によって与えられる。以降、円弧の中心角は、略して円弧の角と称する。円弧の位置は、その中心点の位置とその始点の位置または終点の位置によって定義でき、円弧は時計回りまたは反時計回りに始点から始まって終点で終わるように構成できるから、どちらが始点で,どちらが終点であるかは固定しない。従って、始点と終点は交換できる。
「キンクの寸法」は、半径零の円弧の対応する角によって与えられ、即ち、キンクの場合、第1円弧から半径零の第2円弧の角の周りの回転を経て第3円弧への移行がある。或いは、言い換えれば、半径零の第2円弧の中心点における第1円弧への接線が、この第2円弧の中心点における第3円弧への接線と第2円弧の角に対応する角度で交差する。第2円弧を考えれば、隣接する総ての円弧は、接線方向に互いに第1→第2→第3と合流する。半径零の円弧は、目的に叶って、半径がeps(eps<<1, eps→0)、即ち,非常に小さい正の実数である円弧のように取り扱われる。
・対応する円弧の角は等しい。
・対応する円弧の半径の和は中心線距離aに等しい。
・生成するスクリュープロファイルの円弧の中心点と終点を結ぶ線の1つは、対応する生成されたスクリュープロファイルの円弧の中心点と終点を結ぶ線の1つに平行である。
・生成するスクリュープロファイルの円弧の中心点から見た終点の方向は、対応する生成されたスクリュープロファイルの円弧の中心点から見た終点の方向と反対である。
・生成するスクリュープロファイルの円弧の中心点は、対応する生成されたスクリュープロファイルの円弧の中心点から中心線距離に対応する距離にある。
・生成するスクリュープロファイルの円弧の中心点と対応する生成されたスクリュープロファイルの円弧の中心点を結ぶ線は、生成するスクリュープロファイルの回転点と生成されたスクリュープロファイルの回転点を結ぶ線に平行である。
・生成するスクリュープロファイルの円弧の中心点が、対応する生成されたスクリュープロファイルの円弧の中心点と一致するために変位すべき方向は、生成するスクリュープロファイルの回転点が、生成されたスクリュープロファイルの回転点に一致するために変位すべき方向と同じである。
― 生成するスクリュープロファイルを形成することを企図したn個の円弧が選択される。ここで、nは、1または1以上の整数である。
― 外半径raが選択される。raは、0を超えかつ中心線距離a以下の値をとり得る(0<ra≦a)。
― 内半径riが選択される。riは、0以上かつra以下の値をとり得る(0≦ri≦ra)。
― n個の円弧は、生成するスクリュープロファイルの回転軸の周りに時計回りまたは反時計回りに次の規則に従って配置される。
○ n-1個の円弧の寸法は、選ばれた角α_1, α_2, …, α_(n-1)と選ばれた半径r_1, r_2, …, r_(n-1)によって決まり、角は、ラジアンで測られて0以上かつ2π以下であり、半径は、0以上かつ中心線距離a以下である。
○ 最後の円弧の角α_nは、n個の円弧の夫々の角の合計で得られ、2πに等しい。
○ 最後の円弧の半径r_nは、プロファイルを閉じるこの最後の円弧によって得られる。
○ 総ての円弧は、凸なプロファイルが得られるように互いに接線方向に合流する。
○ 半径0の円弧は、好ましくは、半径がeps(eps<<1, eps→0)、即ち,非常に小さい正の実数である円弧のように取り扱われる。
○ 各円弧は、生成するスクリュープロファイルの回転点に中心があり,内半径がri,外半径がraの円環の内部または線上にある。
○ 少なくとも1つの円弧は、外半径raと接する。
○ 少なくとも1つの円弧は、内半径riと接する。
○ n'=n
○ α_1'=α_1; α_2'=α_2; …; α_n'=α_n
○ r_1'=a-r_1; r_2'=a-r_2; …; r_n'=a-r_n
○ 生成されたスクリュープロファイルのi'番目の円弧の中心点は、生成するスクリュープロファイルのi番目の円弧の中心点から中心線距離aと等しい距離だけ隔たる。
○ 生成されたスクリュープロファイルのi'番目の円弧の中心点は、生成されたスクリュープロファイルの回転点から、生成するスクリュープロファイルのi番目の円弧の中心点が生成するスクリュープロファイルの回転点から離れている距離に対応する距離だけ隔たる。
○ 生成されたスクリュープロファイルのi’番目の円弧の中心点と生成するスクリュープロファイルのi番目の円弧の中心点を結ぶ線は、生成されたスクリュープロファイルの回転点と生成するスクリュープロファイルの回転点を結ぶ線に平行である。
○ 生成されたスクリュープロファイルのi'番目の円弧の中心点に対して生成されたスクリュープロファイルのi'番目の円弧の始点が成す方向は、生成するスクリュープロファイルのi番目の円弧の中心点に対して生成するスクリュープロファイルのi番目の円弧の始点が成す方向と逆である。
iおよびi'は、夫々1から円弧の数nおよび1から円弧の数n'までの任意の整数である。
Claims (9)
- スクリュー押出機または押出過程のための予測手段を作る方法であって、少なくとも次のステップ、即ち
(a) パラメータ空間を定義し、
(b) このパラメータ空間内で代表的な値の組み合わせを選択し、
(c) シミュレーション計算の助けで選択した上記値の組み合わせに対して結果の特徴を計算し、
(d) 選択した上記値の組み合わせおよび計算した結果の特徴に基づいて、データに基づくモデルを生成し、
(e) 場合によって、上記(a)〜(e)のステップの1つ以上を、結果の特徴が、データに基づくモデルの助けで十分な精度で計算されることができるまで繰り返す
というステップを含む方法。 - 押出材料の押し出しにおいてスクリュー押出機の挙動を予測するための方法であって、少なくとも次のステップ、即ち
(I) 予測手段としてデータに基づくモデルを作り、
(II) スクリュー押出機,押出過程,押出材料の特徴値を上記データに基づくモデルに入力し、
(III) 上記データに基づくモデルによる結果の特徴を計算し、
(IV) 結果を出力する
というステップを含む方法。 - スクリュー押出機の幾何学形状または押出過程を最適化するための方法であって、少なくとも次のステップ、即ち、
(A) 予測手段としてデータに基づくモデルを作り、
(B) スクリュー押出機または押出過程のための目標プロファイルを定義し、
(C) 定義した目標プロファイルを満たす値の組み合わせまたは目標プロファイルに最も近い値の組み合わせを識別し、
(D) ステップ(C)で決定した値の組み合わせを出力する
というステップを含む方法。 - スクリュー押出機を製造する方法であって、少なくとも次のステップ、即ち、
(i) 予測手段としてデータに基づくモデルを生成し、
(ii) スクリュー押出機または押出過程のための目標プロファイルを定義し、
(iii) 定義された目標プロファイルを満たすスクリュー押出機のための値の組み合わせ、或いはこの目標プロファイルに最も近いスクリュー押出機のための値の組み合わせを識別し、
(iv) ステップ(iii)で決まった値の組み合わせを出力し,記憶し、
(v) ステップ(iii)で決まった値の組み合わせに基づいて、スクリュー押出機を製造する
というステップを含む方法。 - 請求項1乃至4のいずれか1つに記載の方法において、スクリュー要素の断面プロファイルは、円弧によって記述されることを特徴とする方法。
- 請求項1乃至5のいずれか1つに記載の方法において、プロファイルを記述する円弧は、その始点および終点で互いに接線方向に合流し、プロファイル中のキンクは、半径が零の円弧によって記述されることを特徴とする方法。
- 請求項1,5,6のいずれか1つに記載の方法によって生成されたスクリュー押出機または押出過程のための予測手段。
- 請求項1乃至6のいずれか1つに記載の方法を実行するためのコンピュータシステム。
- 請求項1乃至6のいずれか1つに記載の方法をコンピュータ上で実行するためのプログラムコーディング手段を備えたコンピュータプログラム製品。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102009059073.0 | 2009-12-18 | ||
DE102009059073A DE102009059073A1 (de) | 2009-12-18 | 2009-12-18 | Datenbasierte Modelle zur Prognose und Optimierung von Schneckenextrudern und/oder Extrusionsverfahren |
PCT/EP2010/069608 WO2011073181A1 (de) | 2009-12-18 | 2010-12-14 | Datenbasierte modelle zur prognose und optimierung von schneckenextrudern und/oder extrusionsverfahren |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013514205A true JP2013514205A (ja) | 2013-04-25 |
JP2013514205A5 JP2013514205A5 (ja) | 2014-02-06 |
Family
ID=43498743
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012543680A Pending JP2013514205A (ja) | 2009-12-18 | 2010-12-14 | スクリュー押出機または押出過程を予測し,最適化するためのデータに基づくモデル |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20120245909A1 (ja) |
EP (1) | EP2512776B1 (ja) |
JP (1) | JP2013514205A (ja) |
KR (1) | KR20120115270A (ja) |
CN (1) | CN102725120A (ja) |
DE (1) | DE102009059073A1 (ja) |
WO (1) | WO2011073181A1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160023805A (ko) * | 2013-06-24 | 2016-03-03 | 코베스트로 도이칠란트 아게 | 다중 샤프트 스크류 유형 기계를 위한 스크류 요소 |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3276511A1 (de) | 2016-07-27 | 2018-01-31 | Covestro Deutschland AG | Herstellung von extrudern umfassend deren automatisierte auslegung |
EP3640002A4 (en) * | 2017-06-13 | 2021-01-20 | The Japan Steel Works, Ltd. | APPARATUS FOR ESTIMATING THE SHAPE OF A SCREW, METHOD FOR ESTIMATING THE SHAPE OF A SCREW, AND PROGRAM FOR ESTIMATING THE SHAPE OF A SCREW |
CN109472103A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-03-15 | 蓬莱中柏京鲁船业有限公司 | 一种型材套料管理方法、装置、计算机设备及可存储介质 |
KR102376703B1 (ko) * | 2020-04-22 | 2022-03-23 | 한국생산기술연구원 | 회전자가 트위스트 된 용적식 수차의 설계방법 |
CN111805958B (zh) * | 2020-07-13 | 2022-06-14 | 武汉轻工大学 | 螺旋榨油机的参数优化方法及系统 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03288620A (ja) * | 1990-04-05 | 1991-12-18 | Sekisui Chem Co Ltd | 2軸押出機内樹脂流路の熱流動解析方法 |
JPH06335953A (ja) * | 1993-05-31 | 1994-12-06 | Sekisui Chem Co Ltd | 2軸押出機におけるスクリュー設計方法 |
JP2005519394A (ja) * | 2002-03-01 | 2005-06-30 | バイエル・テクノロジー・サービシーズ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | 実験の自動計画方法およびそのシステム |
JP2007007951A (ja) * | 2005-06-29 | 2007-01-18 | Toshiba Mach Co Ltd | 押出スクリュの均一溶融シミュレーション方法およびその方法を実行するコンピュータプログラムおよび押出スクリュの均一溶融シミュレーション装置 |
US20090037153A1 (en) * | 2007-07-30 | 2009-02-05 | Caterpillar Inc. | Product design optimization method and system |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19950917A1 (de) * | 1999-10-21 | 2001-04-26 | Degussa | Doppelschneckenextruder mit neuen Schneckenelementen |
EP1295185B9 (en) * | 2000-06-29 | 2005-01-05 | Aspen Technology, Inc. | Computer method and apparatus for constraining a non-linear approximator of an empirical process |
DE10119853A1 (de) * | 2001-04-24 | 2003-01-09 | Bayer Ag | Hybridmodell und Verfahren zur Bestimmung von mechanischen Eigenschaften und von Verarbeitungseigenschaften eines Spritzgiessformteils |
US7158847B2 (en) * | 2004-03-09 | 2007-01-02 | Advanced Blending Technologies, Llc | System and method for determining components of a blended plastic material |
CN1595404A (zh) * | 2004-06-24 | 2005-03-16 | 上海交通大学 | 橡胶制品挤出口模的数字化设计方法 |
DE102008029304A1 (de) | 2008-06-20 | 2009-12-24 | Bayer Technology Services Gmbh | Verfahren zur Erzeugung von Schneckenelementen |
-
2009
- 2009-12-18 DE DE102009059073A patent/DE102009059073A1/de not_active Withdrawn
-
2010
- 2010-12-14 CN CN2010800577856A patent/CN102725120A/zh active Pending
- 2010-12-14 JP JP2012543680A patent/JP2013514205A/ja active Pending
- 2010-12-14 EP EP10798752.1A patent/EP2512776B1/de not_active Not-in-force
- 2010-12-14 WO PCT/EP2010/069608 patent/WO2011073181A1/de active Application Filing
- 2010-12-14 KR KR1020127015511A patent/KR20120115270A/ko not_active Application Discontinuation
- 2010-12-14 US US13/515,486 patent/US20120245909A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03288620A (ja) * | 1990-04-05 | 1991-12-18 | Sekisui Chem Co Ltd | 2軸押出機内樹脂流路の熱流動解析方法 |
JPH06335953A (ja) * | 1993-05-31 | 1994-12-06 | Sekisui Chem Co Ltd | 2軸押出機におけるスクリュー設計方法 |
JP2005519394A (ja) * | 2002-03-01 | 2005-06-30 | バイエル・テクノロジー・サービシーズ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | 実験の自動計画方法およびそのシステム |
JP2007007951A (ja) * | 2005-06-29 | 2007-01-18 | Toshiba Mach Co Ltd | 押出スクリュの均一溶融シミュレーション方法およびその方法を実行するコンピュータプログラムおよび押出スクリュの均一溶融シミュレーション装置 |
US20090037153A1 (en) * | 2007-07-30 | 2009-02-05 | Caterpillar Inc. | Product design optimization method and system |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160023805A (ko) * | 2013-06-24 | 2016-03-03 | 코베스트로 도이칠란트 아게 | 다중 샤프트 스크류 유형 기계를 위한 스크류 요소 |
JP2016522108A (ja) * | 2013-06-24 | 2016-07-28 | コベストロ、ドイチュラント、アクチエンゲゼルシャフトCovestro Deutschland Ag | 多軸スクリュー式機械用のスクリューエレメント |
KR102209445B1 (ko) | 2013-06-24 | 2021-01-29 | 코베스트로 도이칠란트 아게 | 다중 샤프트 스크류 유형 기계를 위한 스크류 요소 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN102725120A (zh) | 2012-10-10 |
DE102009059073A1 (de) | 2011-06-22 |
EP2512776A1 (de) | 2012-10-24 |
EP2512776B1 (de) | 2018-02-21 |
KR20120115270A (ko) | 2012-10-17 |
US20120245909A1 (en) | 2012-09-27 |
WO2011073181A1 (de) | 2011-06-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Fernandes et al. | Modeling and Optimization of the Injection‐Molding Process: A Review | |
JP2013514205A (ja) | スクリュー押出機または押出過程を予測し,最適化するためのデータに基づくモデル | |
Paul et al. | A real-time iterative machine learning approach for temperature profile prediction in additive manufacturing processes | |
Xu et al. | A descriptor-based design methodology for developing heterogeneous microstructural materials system | |
Bonte et al. | Optimization of forging processes using finite element simulations: a comparison of sequential approximate optimization and other algorithms | |
Tansel et al. | Selection of optimal cutting conditions by using GONNS | |
Moges et al. | Hybrid modeling approach for melt-pool prediction in laser powder bed fusion additive manufacturing | |
Sarhangi Fard et al. | Tools to simulate distributive mixing in twin‐screw extruders | |
Ahsan et al. | AM optimization framework for part and process attributes through geometric analysis | |
WO2018229881A1 (ja) | スクリュ形状推定装置、スクリュ形状推定方法、スクリュ形状推定プログラム | |
Surleraux et al. | Machine learning-based reverse modeling approach for rapid tool shape optimization in die-sinking micro electro discharge machining | |
Teixeira et al. | Multi-objective ant colony optimization for the twin-screw configuration problem | |
Vanegas et al. | Fuzzy approaches to evaluation in engineering design | |
Liu et al. | Quality improvement of surface triangular mesh using a modified Laplacian smoothing approach avoiding intersection | |
Landry et al. | Protocol-based multi-agent systems: examining the effect of diversity, dynamism, and cooperation in heuristic optimization approaches | |
Gaspar-Cunha et al. | Optimization of Polymer Processing: A Review (Part I—Extrusion) | |
Sharma et al. | Predicting the dimensional variation of geometries produced through FDM 3D printing employing supervised machine learning | |
Adesanya et al. | Predicting extrusion process parameters in Nigeria cable manufacturing industry using artificial neural network | |
Ciancio et al. | Design of a high performance predictive tool for forging operation | |
Gaspar-Cunha et al. | Artificial intelligence in single screw polymer extrusion: Learning from computational data | |
Wang et al. | Economically evaluating energy efficiency performance in fused filament fabrication using a multi-scale hierarchical transformer | |
Covas et al. | Extrusion Scale-up: An Optimization-based Methodology | |
Shi et al. | Uncertainty analysis on process responses of conventional spinning using finite element method | |
Llorca-Schenk et al. | Designing porthole aluminium extrusion dies on the basis of eXplainable Artificial Intelligence | |
Mierka et al. | Mesh Deformation Based Finite Element-Fictitious Boundary Method (FEM-FBM) for the Simulation of Twin-screw Extruders |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20131210 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20131210 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20141119 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20141202 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20150512 |