Grundlagen sensorgestützter optischer Feinsortierung bei 1 mm Korngröße

Sensorgestützte Feinsortiertechnik für 1 mm Mineralien

Die Sensor gestützte Farbsortierung von chemisch identischen Mineralien bei 1 mm Korngröße stellt besondere Ansprüche an den Hersteller der Sortiermaschine.

Warum ist eine Feinsortierung überhaupt nötig?

In natürlichen Mineralienvorkommen wie z. B. Sandgruben gibt es unterschiedliche Korngrößen. Wenn man es sich aussuchen kann, würde man immer größere Körnungen, idealerweise zwischen 15 und 45 mm sortieren und danach auf die gewünschte Größe brechen. Aber manchmal gibt es Gründe, warum das nicht möglich ist. Entweder, schadet der Brechvorgang dem Produkt indem er eine ungewünschte Kornform erzeugt oder es ist einfach im natürlichen Vorkommen nur die kleine Körnung vorhanden. Dann gilt es, aus dieser das Beste herauszuholen.

Die sensor gestützte optische Farbsortierung kleiner Körnungen ist in der Lebensmittelindustrie Alltag. Da mag der ein oder andere einwenden, warum nehmen wir nicht einen solchen Sortierer für die Mineralien? Leider geht das nicht. Ein solcher Sortierer wäre bei Mineralien in kürzester Zeit kaputt. Außerdem haben Lebensmittel ein anderes Fließverhalten als Mineralik, weshalb man dort mit Hilfsmitteln zur Korrektur der Flugbahn arbeiten kann um ein gutes Sortierverhalten zu erreichen. Bei mineralischen Produkten geht das nicht.

Es geht bei diesen Sortieraufgaben außerdem nicht grundsätzlich darum, ob das die Feinsortierung funktioniert, sondern darum, dass die sensorgestützte Sortierung nach Möglichkeit 24 h am Tag in einer rauen und schmutzigen Industrieumgebung sauber und zuverlässig, idealerweise mannlos funktioniert.

Alle namhaften Hersteller sensorbasierter optischer Sortierer können Materialien ab einer Korngröße von 5 – 8 mm sortieren. Darunter wird die Luft dünn. Warum ist das so?

Der optische Sortierer ist baulich an die Sortieraufgabe angepasst. Das bedeutet, die Auflösung der Luftdüsen zum Ausblasen und der Abstand zwischen Luftdüsen und Schüttgut muss optimal auf das zu sortierende Gut angepasst werden.

Eine besondere Bedeutung kommt der Aufgaberinne zu. Denn vor dem eigentlichen Sortiervorgang ist die sichere Vereinzelung jedes Partikels die wichtigste Aufgabe. Nur vereinzelte Körner können auch sicher erkannt und damit zugeordnet werden. Hier ist auch der Grund zu finden, warum die Stundenleistung eines optischen Feinsortierers so in die Knie geht, wenn man kleine Körnungen sortieren möchte. Um das mal an einer Zahl festzumachen. Wenn man eine Körnung von 45 mm sortiert, dann gehen pro Stunde über den Sortierer ca. 80 Tonnen, bei 5 mm nur noch etwa 1-2 Tonnen bei einem Verhältnis von 80 zu 20 %.

Bei noch kleineren Körnungen gehen die Werte entsprechend weiter herunter. Ein Sortierer, der für eine feine Körnung entwickelt und gebaut wurde, kann nicht für eine viel gröbere Körnung verwendet werden.

Weil die Stundenleistung soweit sinkt, und damit die Wahrscheinlichkeit, dass sich die Anschaffung eines sensorbasierten optischen Sortierers schnell amortisiert, haben sich die Hersteller solcher Geräte auf die Märkte spezialisiert, wo sich die Anschaffung immer schnell bezahlt macht. Und das ist, außer im Altglas, bei den Sortierern für Körnungen ab 5 mm.

Was sind nun die Unterschiede und die besonderen Anforderungen, die bei kleinen Körnungen so besonders zum Tragen kommen?

Zuerst noch einmal kurz zur Sortiertheorie.

Ein einzelnes Korn fällt an einer Kamera vorbei in einen Schacht. Die Kamera muss es zweifelsfrei als gut oder schlecht identifizieren, dann wird über einen Rechner eine Luftdüse angesteuert, die diesen Partikel im entsprechenden Fall ausbläst. Soweit die Theorie!

Dazu ist wichtig, dass die Körner immer mit der gleichen Geschwindigkeit fallen, dann nur dann kann der Rechner zuverlässig sagen, wann das Korn an der Luftdüse vorbeikommt.

Bei so kleinen Körnern benötigt die Kamera eine entsprechend hohe Auflösung, damit sie in der Lage ist, auch jedes einzelne Korn sauber zu erkennen. Hierbei spielen Auflösung und Beleuchtung beide eine wichtige Rolle. Es handelt sich bei Mineralien ja um ein Naturprodukt mit entsprechend vielen verschiedenen Varianten von möglicherweise fast transparent bis hin zu schwarz. Dazu kommen noch Schatten und Staub als erschwerende Faktoren.

Und dann müssen die Düsen auch eine so feine Auflösung haben, dass sie nach Möglichkeit nur das eine Korn anblasen und das daneben herunterfallende nicht. Und da wird es dann ganz tricki. Man muss sich nämlich vorstellen, dass die ausgeblasene Luft nicht wie ein scharfer Laserstrahl verhält, sondern um so weiter die Luft vom Ventil Auslass entfernt ist, umso breiter wird der Luftkegel. Bedeutet, irgendwann ist der Luftkegel so breit, dass er ein daneben befindliches Korn mit ausbläst obwohl das vielleicht gar nicht ausgeblasen werden soll. Man nennt diesen Fall eine Übersortierung.

Deshalb sollte der Abstand zwischen dem fallenden Korn und der Düse möglichst gering sein, aber immer noch so groß, dass das Korn die Düsen nicht beschädigen kann, was wieder zu Lasten der Zuverlässigkeit und Standzeit gehen würde.

Neben all diesen Herausforderungen kommen dann noch die Eigenschaften des Materials, wie die Kornform (rund, flach, kantig, glatt, rauh, plattig uvm.) dazu, die manchmal einen Einfluss auf Fallgeschwindigkeit und die Fallparabel haben.

Eine weitere Schwierigkeit bei kleinen und damit leichten Körnern kann auch die Reibungselektrizität (elektrostatische Aufladung) sein, die bei ihrem Auftreten einen erheblichen Einfluss auf das Fallverhalten eines Kornes hat.

Fakt ist also, es gibt eine Menge an Einflussfaktoren, die das Sensor gestützte Farbsortieren von Mineralien in Korngrößen von 1 mm zu einer echten Herausforderung machen. Aber das macht ja den Reiz aus.

Fazit, die sensorbasierte Feinsortierung von Mineralien ist wirtschaftlich sinnvoll möglich!

Wenn Sie weitere Fragen hierzu haben, dann sprechen sie mich gerne an.