Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Optische Schüttgutsortierer im dynamischen Einsatz

Die optische Sortierung ermöglicht eine Trennung eines dispersen Stoffstroms nach optischen Eigenschaften und stellt eine stark an Bedeutung gewinnende Schlüsseltechnologie dar. In vielen Bereichen ist die optische Sortierung alleine oftmals jedoch noch nicht in der Lage, die geforderte Reinheit bei der Trennung zu liefern. Auch bei Schwankungen im Aufgabestrom (Partikelgrößenverteilung, Massenstrom, Zusammensetzung) kann die optische Sortierung auf diese nicht ausreichend reagieren. Aufbauend auf den Ergebnissen des IGF-Vorhabens 18798N wird in diesem Vorhaben versucht, optische Schüttgutsortierer für den Einsatz unter dynamischen Bedingungen zu ertüchtigen und Optionen einer gezielten Stoffrückführung zur Verbesserung des Sortierergebnisses zu identifizieren. Auf experimenteller Seite ist es zur Untersuchung optischer Sortierung unter dynamischen Bedingungen erforderlich, zunächst die experimentelle Infrastruktur zu schaffen, um Mischungen zeitabhängig determiniert herzustellen und aufzugeben bzw. als Folge der optischen Trennung unter Berücksichtigung einer möglichen Rückführung zu charakterisieren. Aufbauend auf dem erfolgreich umgesetzten Nachverfolgen (Tracken) von Partikeln (Ergebnis des IGF-Vorhabens 18798N) ist es notwendig, die Partikelverfolgung an wechselnde Aufgabebedingungen infolge sich zeitlich ändernder Stoffströme anzupassen. Durch eine Regelung der Rückführung soll eine optimale Auslastung des Sortierers erzielt werden. Begleitet werden die experimentellen Arbeiten durch den Einsatz numerischer Verfahren, mit deren Hilfe die Auslegung unterstützt wird und sich detaillierte räumlich und zeitlich aufgelöste Einblicke in die Sortierung unter dynamischen Bedingungen ergeben. Die an ausgewählten Bau- und Abbruchabfällen exemplarisch gewonnen Ergebnisse und Methoden stehen bei Abschluss des Projektes anderen Einsatzgebieten der optischen Schüttgutsortierung insbesondere bei KMUs unmittelbar zur Verfügung und tragen dort zum wirtschaftlichen Erfolg bei.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurde der Einsatz optischer Sortierer für den Betrieb unter dynamischen Bedingungen ertüchtigt.

Zur Untersuchung des realen Schüttguts im dynamischen Betrieb wurden das Realsystem und ein Simulationsmodell aufeinander abgestimmt und das Systemverhalten für unterschiedliche Aufgabebedingungen untersucht. Der Abgleich beider Resultate zeigt gute Vorhersagemöglichkeiten durch die Simulation.

Zur Partikelverfolgung auf dem Förderband und zur Bestimmung des Ausdüsezeitpunktes wurden statistische und lernende Verfahren eingesetzt und erfolgreich auf sich ändernde Szenarien angewendet. Evaluationsversuche zeigten hier sehr hohe Genauigkeiten, vor allem die sog. Mixture of Experts-Verfahren. Die Anwendung neuronaler Netze im laufenden Sortierbetrieb war erfolgreich und zeigte vielversprechende Resultate bei der Sortiergenauigkeit. Zusätzlich wurden zwei Verfahren zur Optimierung der Sortierung entwickelt: Die dynamische Anpassung von Ausblasfenstern für individuelle Partikel und die Berechnung von optimalen Behälter- und Düsenpositionen sowie Ausdüsezeitpunkten bei geänderten Bandgeschwindigkeiten.

Als letzter Punkt wurde ein modellprädiktiver Regler für eine Sortierung mit Rückführung entwickelt und erfolgreich am Simulationsmodell getestet. Je nach Szenario konnten Gut- oder Schlechtmaterial im Output erhöht werden.

Die gewonnen Erkenntnisse lassen sich direkt zur Auslegung und Verbesserung von Sortieranlagen in allen sortierenden Industrien anwenden. Neben einer Verbesserung der Effizienz lassen sich sauberere und sicherere Produkte und Reinheiten durch erhöhten Gut-Produkt Austrag erzielen. Durch verkürzte und optimierte Düsenaktivierung sinkt zudem der Druckluftverbrauch. Die so gesteigerte Effizienz schlägt sich in gesenkten Produktionskosten nieder. Ein digitaler Zwilling ermöglicht schnelle und kostengünstige Entwicklung. Die Rückführung kann die Sortiereffizienz deutlich erhöhen.