Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum Cottbus

Das Schüttgut zählt als meisttransportiertes Hauptgut: Ob Pulver oder Granulat - erst das umfassende Wissen und das richtige Verständnis des komplexen Verhaltens von Schüttgütern versetzt Anlagenbauer in die Lage, zuverlässige und wirtschaftliche Schüttgutanlagen zu konzipieren. Schüttgüter stellen Anlagenbetreiber und -planer immer wieder vor Herausforderungen: Bei der Auslegung von Anlagen kommt es oft auf die Erfahrung des Planers an. Bestehen Zweifel, wird lieber etwas großzügiger dimensioniert, um Überraschungen im späteren Betrieb zu vermeiden. Sinnvoller wäre es natürlich, die wesentlichen Anlagenteile bereits während der Planungsphase mit dem tatsächlichen Schüttgut zu testen. Dies lässt sich jedoch bei Bestandsanlagen selten umsetzen, außer sie werden komplett umgeplant bzw. auf einen einzigen Schüttguttyp ausgerichtet und ist stets mit erheblichen zusätzlichen Aufwänden verbunden.

Dennoch kann sich auch Schüttguttechnik nicht den aktuellen Trends nach mehr Nachhaltigkeit entziehen ohne an Zuverlässigkeit einzubüßen. Nicht allein die Effizienzsteigerung für gleichzeitig sorgsamen Umgang mit Energie und Ressourcen stehen im Mittelpunkt moderner Strategien. Auch die Absicherung der Prozesse, um Schäden an Menschen, Umwelt und Anlagen zu vermeiden, rücken angesichts aktueller gesellschaftlicher Entwicklungen in den Vordergrund.

Mit dem Aufbau einer Test- und Experimentierumgebung zum Transport und Dosierung von Schüttgütern werden verschiedenste Zielstellungen unterstützt. Die Anlage dient dabei als Testfeld, da in ihr u.a. das natürliche Schüttgut „Mais“ von der Befüllung über die Dosierung bis zur thermischen Verarbeitung mittels Wirbelstromverfahren bis zum Endprodukt „Popcorn“ verarbeitet werden kann. Hierdurch sind bereits im frühen Stadium realitätsnahe Tests und unmittelbare Bewertungen möglich. Wodurch zügig prototypische Anwendungen auf den Weg gebracht und Anwenderinnen und Anwender bereits im frühen Stadium Ideen und Prototypen aus erster Hand ableiten können. Durch einen modularen Aufbau und verschiedenen Ergänzung bietet die Anlage die Möglichkeit KI-Anwendungen zu entwickeln und mit dem bestehenden Systemen evaluieren zu können. Durch die komplexe Produktionsstrecke und der Station für den Arbeitsprozess Abfüllung der Fertigwaren, können auch Qualitätsmaßnahmen zur Überwachung von Rohmaterial zum Fertigprodukt evaluiert werden.

Zum Einsatz kommt das Dosieren mittels Förderband und einer anschließenden Qualitäts-kontrolle mittels Farbsensorik. In der zweiten Station erfolgt die Dosierung des Schüttguts mittels eines pneumatischen Muskels. Im Rahmen einer Erweiterung der Anlage können u.a. die Hübe mittels Schwingungssensoren erfasst und ausgewertet werden. Zudem wird zusätzlich noch eine zweite Qualitätskontrolle integriert, wo bspw. mittels Kameratechnik die Qualitätssicherung überwacht werden kann. An der dritten Station erfolgt die Dosierung am Beispiel einer Dosierschnecke. Eine entsprechende Gewichtsüberwachung des Schüttguts erfolgt durch eine Wägezelle. Die vierte Station ist dem "Wirbelstromverfahren" gewidmet, mit dem die Maiskörner ihren Produktzustand hin zu Popcorn ändern. Hierbei fallen im ersten Schritt die Maiskörner ins Festbett. Durch die Zuführung eines aufgewärmten Luftstrahls gelangen die Maiskörner in die Wirbelschicht. In dieser Phase erfolgt nun der Trocknungsprozess des Schüttguts. Womit das Korn auf ca. 200°C erhitzt wird und der Druck innerhalb des Korns auf ca. 300bar ansteigt. Im Zuge des Verfahrens bildet sich dabei innerhalb des Korns ein Gel aus Stärke und Wasser. Im Moment in dem die Schale des Korns den Druck nicht mehr aushält, platzt das Korn auf und das erhitzte Wasser verdampft. Das Gel selber schäumt in diesem Prozess auf und erstarrt dabei. Hierbei erhöht sich der Strömungswiederstand des so entstandenen Popcorns und wird im Anschluss aus der Station herausbefördert. Die letzte Station beschäftigt sich mit der Fertigwaren-Abfüllung, womit ein bechergenaues Abwiegen des fertigen Produkts ermöglicht wird. Durch die Erweiterung können somit auch Produkt- und Qualitätsunterschiede innerhalb der Charge identifiziert und über den Zeitverlauf überwacht werden.

Der abgebildete verknüpfte Produktions- und Logistikprozess steht stellvertretend für eine Vielzahl von Prozessen, wie sie in den Branchen Nahrungs- und Futtermittel, Pharma, Kosmetik, Chemie und Kunststoff vielfach anzutreffen sind. In der nachfolgenden Abbildung sind die fünf Prozessschritte der aktuellen Test- und Experimentierplattform von der Anlieferung bis hin zur Abfüllung der Fertigwaren mit praktischen Anwendungsbeispielen dargestellt.