Ziel des Forschungsprojekts war es, optische Schüttgutsortierer für den Einsatz unter dynamischen Bedingungen zu ertüchtigen und Optionen einer gezielten Stoffrückführung zur Verbesserung des Sortierergebnisses zu identifizieren sowie als beispielhaftes Entwurfsmuster zu entwickeln, um KMU bei der Entwicklung oder der Anwendung von Sortiersystemen zu unterstützen.
Hierfür war es auf experimenteller Seite zur Untersuchung optischer Sortierung unter dynamischen Bedingungen erforderlich, die experimentelle Infrastruktur zu schaffen, um Mischungen zeitabhängig nach eigenen Vorgaben herzustellen und aufzugeben bzw. solche Mischungen als Folge der optischen Trennung in eine Gut- und Schlechtfraktion unter Berücksichtigung einer möglichen Rückführung zu charakterisieren. Aufbauend auf dem erfolgreich umgesetzten Nachverfolgen (Tracken) von Partikeln vor der Trennung im stationären Betrieb (Ergebnis des IGF Vorhabens 18798 N) war es notwendig, die Partikelverfolgung an wechselnde Aufgabebedingungen infolge sich z. B. hinsichtlich Masse und Zusammensetzung zeitlich ändernder Stoffströme anzupassen, was optischen Sortierverfahren bisher völlig unzureichend gelang. Durch eine Regelung der Rückführung sollte zudem eine optimale Auslastung des Sortierers erzielt werden. Begleitet wurden die experimentellen Arbeiten durch den Einsatz numerischer Verfahren wie der Kopplung aus Diskreter Elemente Methode (DEM) und numerischer Strömungssimulation (CFD), mit deren Hilfe die Auslegung unterstützt wurde und sich detaillierte räumlich und zeitlich aufgelöste Einblicke in die Sortierung unter dynamischen Bedingungen ergaben.
Die im Rahmen des Projekts erzielten und durch KMU nutzbaren Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen:
- Erfolgreiche Realisierung eines programmierbaren Zuführsystems zur automatischen Beschickung des Experimentalsystems mit vorgegebenem Mischungsverhältnis und Massenstrom.
- Charakterisierung und Modellierung eines komplexen Schüttguts für die Durchführung numerischer Simulationen eines optischen Sortierers unter stationären und dynamischen Bedingungen.
- Entwicklung neuartiger Trackingverfahren basierend auf Bild- oder alternativ Positionsdaten für die optimierte Verfolgung einzelner Partikel unter dynamischen Bedingungen sowie Nachweis der Überlegenheit der Verfahren anhand simulativer Untersuchungen.
- Vergleichende experimentelle und numerische Untersuchung des Transportverhaltens des Schüttguts sowie der jeweils resultierenden Sortierqualität unter Berücksichtigung verschiedener Massenströme und Mischungsverhältnisse für Systeme entsprechend dem Stand der Technik (Zeilenkamera), mit Tracking sowie eines neu entwickelten, optimierten Trackings für dynamische Bedingungen.
- Systematische Optimierung der Systemauslegung (z. B. Transportgeschwindigkeit) mittels numerischer Untersuchungen des Sortierverhaltens.
- Realisierung eines Systems zur Ermittlung der zeitaufgelösten Sortierqualität.
- Erfolgreiche Realisierung einer Regelung für die gezielte Rückführung von Sortierfraktionen und Nachweis des Erfolgs der Verfahren anhand numerischer Simulationen.
Bearbeitet wurde das Forschungsthema von 02/2019 bis 12/2021 an der Technische Universität Berlin, Institut für Prozess- und Verfahrenstechnik, Mechanische Verfahrenstechnik und Aufbereitung (Straße des 17. Juni 135, 10623 Berlin, Tel. 030 / 314-22724) unter der Leitung von Prof. Dr. Harald Kruggel-Emden (Leiter der Forschungseinrichtung Prof. Dr. Harald Kruggel-Emden) und am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Anthropomatik und Robotik, Lehrstuhl für Intelligente Sensor-Aktor-Systeme (Adenauerring 2, 76131 Karlsruhe, Tel. 0721 / 808-43909) unter der Leitung von Dr. Benjamin Noack (Leiter der Forschungseinrichtung Prof. Dr.-Ing. Uwe D. Hanebeck).
Das IGF-Vorhaben Nr. 20354 N der Forschungsvereinigung Forschungs-Gesellschaft Verfahrens-Technik e.V., Theodor-Heuss-Allee 25, 60486 Frankfurt am Main wurde im Rahmen des Programms „Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF)“ durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.