Numerische und experimentelle Untersuchungen zu Formfüllvorgängen mit Polyurethanschäumen unter komplexen Randbedingungen

Produktionsprozesse, die Formfüllvorgänge mit schäumenden Polyurethanen (PU) umfassen, werden immer noch empirisch entwickelt, einschließlich zahlreicher Versuche mit teuren Prototypen. Deshalb wird in dieser Arbeit eine Methode vorgestellt, die es erlaubt, den Formfüllvorgang zu einem frühen Zeitpunkt im Produktentwicklungszyklus mit Werkzeugen der numerischen Strömungsberechnung zu analysieren. Zunächst wird die Chemie der Polyurethane erläutert und es erfolgt die für die spätere Modellierung grundlegende Klassifikation der stattfindenden Reaktionsmechanismen in Gel- und Treibreaktion. Neben einer Übersicht der zur Polyurethanschaum-Erzeugung zum Einsatz kommenden Rohstoffe und Komponenten wird die Physik der Schaumentstehung behandelt. Außerdem wird die übliche Prozessführung bei der PU-Schaum-Verarbeitung erläutert. Eine Literaturübersicht zum Stand der Technik leitet in den eigentlichen Modellierungsteil dieser Arbeit über. Insbesondere werden verfügbare Arbeiten zur Berechnung von Formfüllvorgängen mit PU-Schäumen aufgeführt und bewertet. Die nachfolgend vorgestellten Modelle sind in der Lage, die Bewegung der freien Oberfläche des Schaums in Geometrien beliebiger Komplexität zu verfolgen und erlauben zusätzlich eine detaillierte Analyse der Temperatur-, Dichte- und Druckänderungen im Material während des Formfüllvorgangs.