Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Mehrparametriges Messverfahren zur Feuchtebestimmung in der Aufbereitung und Extrusion

Moderne Ziegel weisen komplexe Materialmischungen mit verschiedensten Zusatzstoffen und einen innovativen Produktionsprozess auf. In der Aufbereitung werden die Rohstoffkomponenten zerkleinert, gemischt und eine geeignete Plastizität für die Formgebung eingestellt. In allen Bereichen der Aufbereitung spielt Wasser eine bedeutende Rolle, besonders für den Tonaufschluss und der Plastizitätsregulierung. Derzeitig ist eine kontinuierliche Feuchtebestimmung mit den vorhandenen Messverfahren nicht möglich.

Ziel des beantragten Projektes ist es, eine onlinefähige Feuchtemessung für die Ziegelproduktion zu ermöglichen, um die Feuchte in den Ausgangsmaterialien kontinuierlich und dichteunabhängig zu erfassen. Dadurch werden eine gleichmäßige Plastizität am Extruder und eine texturarme Formgebung möglich, wodurch Ausschuss durch Bruch reduziert und Trocknungsenergie eingespart wird. Den kmU (keramische Industrie, Messtechnikhersteller) kommt nahezu der alleinige Nutzen dieses Projektes zu.

Auf Basis dielektrischer Messmethoden soll das Feuchtemessgerät für die inhomogenen Ausgangsmaterialien entwickelt werden. Dafür werden Sensoren für ein Mehrparameterverfahren erarbeitet, die die spektralen Eigenschaften der Permittivität ausnutzen. Eine breitbandige Bestimmung der Permittivität definiert die Frequenzbereiche, indem die physikalischen Einflussgrößen Dichte und Feuchte ihre größte Sensitivität unabhängig voneinander aufweisen. Auf Grundlage dieser Ergebnisse und der Definition der speziellen Anforderungen der Ziegelindustrie, sollen geeignete Sensoren mit Hilfe simulativer Werkzeuge designet werden. Es sind Auswertealgorithmen für das Mehrparameterverfahren zu erarbeiten. Zusammen mit einer Mikrowellenelektronik werden Sensor und Auswertealgorithmus in einem Laboraufbau realisiert und erprobt. Es werden Kalibrierungen erstellt und die erarbeiteten Anforderungen an das Messsystem überprüft. Ein Demonstrator erprobt die kontinuierliche, onlinefähige Feuchtemessung Vor-Ort.

Ergebniszusammenfassung:

Moderne Ziegel, die die heutigen Anforderungen an die Bauwirtschaft erfüllen, bestehen aus komplexen Materialmischungen mit den unterschiedlichsten Zusatzstoffen und werden in einem modernen und teilautomatisierten Produktionsprozess gefertigt. Die Rohstoffe (Eigen- und Fremdtone) werden mit der Grubenfeuchte dem Prozess der Rohstoffaufbereitung zugeführt. Durch gezielte Zugabe von Wasser während der diversen Schritte der Aufbereitung wird die Plastizität der Masse erhöht. Unter Berücksichtigung der Plastizität ergibt sich ein Optimum der Wasserbeladung, welche in hohem Maße von der Rohstoffzusammensetzung, der Formgebung und der Geometrie abhängig ist. Der notwendige Wassergehalt muss so gewählt werden, dass die Plastizität der Rohstoffmasse eine hinreichend texturfreie Formgebung ermöglicht. Gleichzeitig sollte der Wassergehalt so gering wie möglich sein, um den Trocknungsenergiebedarf möglichst niedrig zu halten. Für eine verbesserte Steuerung der Aufbereitung und optimale plastische Betriebsmassen am Extruder ist es notwendig, die Feuchte an mindestens zwei neuralgischen Punkten zu messen.

Für die Feststellung der Feuchte in den inhomogenen Ausgangsmaterialien der Aufbereitung sollte ein onlinefähiges Materialfeuchtemessgerät entwickelt werden, welches kontinuierlich die Feuchte in den Ausgangsmaterialien, unabhängig von deren Dichte, erfassen sollte, so dass dieser Wert in die Steuerung des Prozesses einfließen kann und es möglich wird, die Feuchte durch Zugabe von Wasser punktgenau einzustellen.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens konnten die Grundlagen für den Aufbau eines solchen onlinefähigen Materialfeuchtemessgerät gelegt werden. Für die finale Entwicklung wird weiterer Forschungsaufwand nötig sein.

Die erzielten Ergebnisse und Erkenntnisse wurden und werden im Rahmen von Vorträgen und Veröffentlichungen, speziell der Ziegelindustrie und dem Keramik-Anlagenbau, zugänglich gemacht.