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Sortiersysteme Die hohe Kunst des Kunststoffsortierens

| Redakteur: Matthias Back

Besonders schwarze Kunststoffe machen es den Sortiermaschinen schwer: Sie sind für sie häufig unsichtbar. Fraunhofer-Forscher haben ein bezahlbares Sortiersystem mit Radarkamera entwickelt, das Kunststoffe, egal welcher Farbe, mit einer Genauigkeit von bis zu 99 % sortenrein trennt.

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Die Sortiermaschine mit Fließband, das den kleingeschredderten Plastikmüll transportiert.
Die Sortiermaschine mit Fließband, das den kleingeschredderten Plastikmüll transportiert.
(Bild: Fraunhofer-IOSB)

Laut Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland (BUND) werden in Deutschland lediglich 42 % der Kunststoffabfälle recycelt, wohingegen 56 % in Müllverbrennungsanlagen landen. Dies betrifft wohl vor allem schwarze Kunststoffe: Bislang sind sie mit optischen Verfahren nur schwer sortenrein zu trennen. Bisherige Sortiersysteme arbeiten im Nahinfrarotbereich, der es generell ermöglicht, Plastik zu klassifizieren. Was bei den meisten Kunststoffen auch gut funktioniert, läuft bei schwarzen Ausführungen allerdings ins Leere: Der Ruß, der dem Plastik seine dunkle Farbe verleiht, absorbiert einen Großteil des Signals. Das optische System kann daher diese Werkstoffe nicht sehen.

Dabei wird es immer wichtiger, auch die dunklen Kunststoffe wiederzuverwerten: Sollen die vereinbarten EU-Grenzwerte beim Recycling von Autos eingehalten werden, führt an der Wiederverwertung schwarzer Kunststoffe, wie man sie beispielsweise von Armaturenbrettern kennt, kein Weg vorbei.

Forscher der Fraunhofer-Institute für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR in Wachtberg, für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB in Karlsruhe und für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS in Sankt Augustin bieten nun eine Lösung für das Problem. „Wir haben erstmals ein bezahlbares Sortiersystem entwickelt, das sowohl schwarze als auch alle anderen farbigen Kunststoffe erkennt – in Echtzeit und in großen Mengen: Black-Value“, bestätigt Prof. Thomas Längle, Abteilungsleiter am IOSB.

Radarkamera mit Tetrahertzstrahlung

Das Herzstück des Systems ist die Radarkamera. Die Funktionsweise: Der kleingeschredderte Plastikmüll läuft über ein Fließband, an dessen Ende die Kunststoffflakes mit einer Geschwindigkeit von 2 bis 3 m/s in weitem Bogen herunterfallen. Durch diesen Strom fallender Flocken schickt die Radarkamera Tetrahertzstrahlung. Auf der anderen Seite des Strahls analysiert das System, auf welche Weise die einzelnen Stückchen die Strahlung verändert haben und aufgrund der erhaltenen Spektren, um welchen Kunststoff es sich handelt. Binnen 35 ms fällt die Entscheidung, ob das Teil über einen gezielten Luftstoß aus dem Kunststoffstrom hinauskatapultiert wird oder darin verbleiben darf. Eine Farbkamera liefert zusätzliche Informationen über die Form des Objekts, um die Ausblasdüsen zur richtigen Zeit zu öffnen.

„Je höher die Frequenz, mit der solche Kameras arbeiten, desto genauer messen sie – allerdings steigt mit der Genauigkeit auch ihr Preis“, erklärt Dirk Nüßler, Geschäftsfeldsprecher Produktion am FHR. „Radar- oder Tetrahertz-Zeilenkameras, die beispielsweise bei einer Bandgeschwindigkeit von 3 m/s messen sollen, können schnell bis zu 1 Mio. Euro kosten. Wir haben daher einen Kompromiss zwischen Genauigkeit und Erschwinglichkeit gesucht.“ Ausgeklügelte Algorithmen des IAIS erkennen auch kleinste Unterschiede in den Spektren. Und da sie selbstlernend sind, arbeiten sie im Laufe der Zeit immer präziser. Das Ergebnis kann sich sehen lassen: Die Kamera, die bei 90 GHz funktioniert, schafft die geforderte Sortenreinheit von 98 bis 99 % und ist mit einem Preis in der Größenordnung einer Hyperspektralkamera vergleichsweise ein Schnäppchen.

Um die Kamera an unterschiedliche Anforderungen, zum Beispiel aus der Lebensmittelherstellung oder dem Stahlwalzen, anpassen zu können, haben die Forscher sie modular aufgebaut. So lassen sich verschiedene Frequenzerweiterungen ähnlich wie Objektive aufstecken. Momentan sind Erweiterungen für 120 und 240 GHz in Arbeit. Anfang 2017 soll die Kamera Recyclinghöfen zur Verfügung stehen und Ende 2017 auf den Markt kommen.

Der Beitrag erschien zuerst auf dem Portal unserer Schwestermarke MM Maschinenmarkt.

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