Einleitung
Während es vor wenigen Jahrtausenden genügt hatte, seine Essensreste einfach hinter den nächsten Busch zu werfen, ist es in unserer Zeit notwendig, geeignete Abfallentsorgunskonzepte zu finden. Eine einfache Deponierung ist, langfristig gesehen, aufgrund des begrenzten Platzangebotes auf unserem Planeten und der konservierenden Eigenschaft einer Mülldeponie ungeeignet.
So, wie ein toter Baum durch Verrotten zu 100% wiederverwertet wird, müssen auch wir unseren Abfall in irgendeiner Art und Weise nutzbar machen. Hierzu gibt es mehrere Lösungskonzepte, z.B. die Verbrennung oder das Recyceln. Obwohl keines der existierenden Konzepte die ideale Lösung darstellt, kann doch durch die Wiederverwertung von
einzelnen Komponenten bzw. Materialien dem Ideal einen Schritt näher gekommen werden.
In diesem Sinne entwickelt das Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) Stuttgart eine
robotergestützte Anlage zur vollautomatischen Sortierung von Wertstoffen. Ziel dieser Anlage ist es, Wertstoffe auf einem Fließband zu erkennen und gezielt auszusortieren. So wird es z.B. möglich sein, einzelne Kunststoffe, Aluminium und Papier sortenrein zurückzugewinnen. Der Stand der Sortierung mit bestehenden Anlagen ermöglicht lediglich das Rückgewinnen eines extrem minderwertigen Kunststoffgemisches, das sich am besten zum Verheizen eignet.
Aufgabe dieser Diplomarbeit ist es, DSD-Wertstoffe bezüglich ihrer allgemeinen sensorischen Erfaßbarkeit zu untersuchen und anschließend ein Sensorsystem zu konzipieren, welches in der Lage ist, möglichst viele DSD-Wertstoffe berührungslos zu erkennen.
Bei dieser Arbeit handelt es sich nicht um das einfache Zusammensetzen weniger einfacher Bausteine. Diese Arbeit soll
ein Problem lösen, das bisher nur von wenigen angegangen wurde: das berührungslose Unterscheiden einer Menge extrem ähnlicher Materialien in allen denkbaren Formen, Farben und Reinheitsgraden - in Echtzeit.
Nicht nur einzelne, visuell leicht unterscheidbare Objektklassen wie Tetra Paks oder Getränkedosen sollen sortierbar sein, sondern auch Folien und Kunststoffkörper jeglicher Art und Materialkombination.
Obwohl es für die Sortierung durch Menschen einige wenige Materialmerkmale gibt, wird auf Wertstoffhöfen fast nur
nach Aufdruck sortiert (siehe Kapitel ”Zustand der Wertstoffsortierung”).
[...]
Inhaltsverzeichnis
- 1 Abkürzungen
- 2 Abbildungsverzeichnis
- 3 Einleitung
- 4 Ist-Zustand
- 4.1 Sammelkonzepte
- 4.2 Zu untersuchende Materialien
- 4.3 Zustand der Wertstoffsortierung
- 4.4 Teilautomatische Sortieranlage des Fraunhofer IPA
- 4.4.1 System, Aufbau
- 4.4.2 Funktionsweise
- 5 Soll-Zustand
- 6 Systementwurf
- 6.1 Zusammensetzung der einzelnen Materialien
- 6.2 Sensorische Erfaßbarkeit einzelner Merkmale
- 6.3 Geeignete Sensorik
- 6.3.1 Eigenschaft "NIR-Aktivität"
- 6.3.2 Eigenschaft "Metallhaltig"
- 6.3.3 Eigenschaft "Magnetisch"
- 6.3.4 Eigenschaft "Dielektrizitätskonstante ɛr"
- 6.3.5 Eigenschaft "Permeabilitätskonstante µr"
- 6.3.6 Eigenschaft "Gewicht"
- 6.3.7 Geometrische Eigenschaften
- 6.3.8 Entscheidung für Passende Sensorenkombination
- 6.4 Lösungsmöglichkeiten
- 6.4.1 Lösung 1
- 6.4.2 Lösung 2
- 6.5 Entscheidung für eine Lösung
- 6.6 Realisierung
- 6.6.1 Module
- 6.6.2 Schnittstellen
- 6.6.3 Sensoren
- 6.6.4 Software zur Ablaufsteuerung
- 7 Verifizierung
- 7.1 Teilnehmer
- 7.2 Aufbau, Einschränkungen
- 7.3 Durchführung
- 7.4 Bilder
- 8 Zusammenfassung, Ausblick
- 9 Anhang A: Brainstormingliste
- 10 Anhang B: Signalübersetzer
- 11 Literaturverzeichnis
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Diplomarbeit befasst sich mit der Entwicklung eines Sensorsystems zur berührungslosen Erkennung von DSD-Wertstoffen. Ziel ist es, ein System zu konzipieren, das in der Lage ist, möglichst viele DSD-Wertstoffe anhand ihrer physikalischen Eigenschaften zu identifizieren und zu sortieren. Das System soll dabei in Echtzeit arbeiten und verschiedene Materialkombinationen und Formen erkennen. Die Arbeit befasst sich mit der Erfaßbarkeit verschiedener Materialmerkmale durch Sensoren und analysiert die Einsatzmöglichkeiten verschiedener Sensortechnologien. Ziel ist es, ein möglichst universelles Sensorsystem zu entwickeln, das verschiedene Wertstoffe, wie Kunststoffe, Aluminium und Papier, sortenrein voneinander trennen kann.
- Berührungslose Erkennung von DSD-Wertstoffen
- Entwicklung eines Sensorsystems für die automatische Sortierung
- Analyse der sensorischen Erfaßbarkeit von Materialeigenschaften
- Konzeption und Realisierung eines Sensorsystems für die automatische Wertstoffsorte
- Entwicklung eines universellen Systems für die berührungslose Erkennung verschiedener Materialien
Zusammenfassung der Kapitel
Die Arbeit beginnt mit einer Einführung in die Problematik der Abfallentsorgung und der Notwendigkeit einer effizienten Wertstoffsortierung. Anschließend wird der Ist-Zustand der Wertstoffsortierung dargestellt, wobei die Sammelkonzepte, die zu untersuchenden Materialien und die Funktionsweise der teilautomatischen Sortieranlage des Fraunhofer IPA im Detail beleuchtet werden. In Kapitel 6 wird der Systementwurf des neuen Sensorsystems beschrieben. Hierbei werden die sensorischen Erfaßbarkeit einzelner Materialmerkmale und geeignete Sensoren untersucht. Es werden verschiedene Lösungsmöglichkeiten für das Sensorsystem vorgestellt und die finale Entscheidung für eine bestimmte Lösung begründet. Abschließend wird die Realisierung des Systems im Detail erläutert.
Schlüsselwörter
Die Arbeit befasst sich mit folgenden Schlüsselwörtern: DSD-Wertstoffe, Sensorik, berührungslose Erkennung, automatische Sortierung, Materialerkennung, NIR-Spektroskopie, Induktivsensoren, Dielektrizitätskonstante, Permeabilitätskonstante, Wertstoffrecycling, Fraunhofer IPA. Die Arbeit ist stark an der Forschung im Bereich der automatischen Wertstoffsortierung orientiert und befasst sich insbesondere mit der Entwicklung und Implementierung eines robusten und effizienten Sensorsystems.
Häufig gestellte Fragen
Was ist das Ziel des entwickelten Sensorsystems?
Das Ziel ist die berührungslose Erkennung und automatische Sortierung von DSD-Wertstoffen (wie Kunststoffen, Aluminium und Papier) in Echtzeit auf einem Fließband.
Welche Materialeigenschaften werden zur Erkennung genutzt?
Es werden physikalische Merkmale wie NIR-Aktivität, Metallgehalt, Magnetismus, die Dielektrizitätskonstante, die Permeabilitätskonstante sowie Gewicht und Geometrie untersucht.
Warum ist eine berührungslose Erkennung wichtig?
Sie ermöglicht eine schnelle Sortierung verschiedenster Materialien in unterschiedlichsten Formen, Farben und Reinheitsgraden, ohne den Prozess durch physischen Kontakt zu verlangsamen.
Welche Rolle spielt das Fraunhofer IPA in dieser Arbeit?
Das Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) entwickelte die robotergestützte Anlage, auf deren Basis das Sensorsystem konzipiert wurde.
Was ist der Vorteil gegenüber herkömmlichen Sortieranlagen?
Bestehende Anlagen gewinnen oft nur minderwertige Kunststoffgemische. Das neue System strebt eine sortenreine Rückgewinnung an, die hochwertigeres Recycling ermöglicht.
Kann das System auch komplexe Materialien wie Tetra Paks erkennen?
Ja, das System ist darauf ausgelegt, nicht nur einfache Objekte wie Getränkedosen, sondern auch Folien und komplexe Materialkombinationen zu identifizieren.
- Arbeit zitieren
- Thomas Hartmann (Autor:in), 1998, Entwicklung eines Sensorsystems zur berührungslosen Erkennung von DSD-Wertstoffen, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/64
