Ein
hochwertiges Recycling von Kunststoffen erfordert eine sortenreine
und im Weiteren sogar eine typenreine Trennung von Kunststoffprodukten, sowohl
in Bezug auf Materialzusammensetzung als auch auf Farbe, in einigen
Fällen
auch nach der jeweiligen Verwendung oder der Herkunft der Produkte.
Dies wird vor allem für
aufbereitete, vorwiegend aus Kunststoffverpackungen und -Faschen
bestehende Kunststoffgemische aus Abfällen praktiziert bzw. angestrebt,
aus denen mit automatischen Sortiermaschinen werthaltige Sortierfraktionen
gewonnen werden können.
Das Sortiergut kann auch direkt oder indirekt aus Getrenntsammlungen
und Rückläufen von
Pfandsystemen stammen. In diesen Fällen besteht es aus einem hohen
Anteil an Kunststoffverpackungen sowie -flaschen, welche wiederum
aus verschiedenen Kunststoffen bestehen und sich zudem farblich
und sonstig unterscheiden können.
Neben Störstoffen,
die sich in Material und/oder Form stark von den Verpackungen und
den Flaschen unterscheiden, können
in dem Sortiergut auch verpackungs- und flaschenähnliche Störstoffe, wie z.B. Silikonkartuschen,
enthalten sein. Darüber
hinaus können
solche Sortiermaschinen auch verwendet werden, um aufbereitete Kunststoffgemische
anderer Herkunft und Zusammensetzung, wie z.B. aus dem Elektro-
und Elektronikschrott sowie aus Altfahrzeugen usw. zu sortieren
und bestenfalls sortenreine Fraktionen herstellen.
Für die automatische
Sortierung von Abfällen
sind Maschinen, die auf der Grundlage der Materialidentifikation
der dominierenden Stoffgruppe durch Messungen im nahen Infrarotbereich
(NIR) die Sortierung ermöglichen,
verbreitet. Dabei wird der zu sortierende Abfall hinreichend vergleichmäßigt, vereinzelt
und dosiert einem Förderband
zugeführt
und nach dem Durchlaufen einer Beschleunigungsstrecke, zumeist im
hinteren Teil des Förderers,
durch ein Sensorsystem identifiziert. Um die Sortierung auf breiten
Bändern
zu ermöglichen,
wird die Identifikation des Materials mit einer Lagebestimmung des
Objektes verknüpft.
Dafür werden
entweder Scanner, Multiplexer oder verschiedene Bildverarbeitungssysteme
verwendet. Die Information zur Lage und dem Material eines Objektes
wird genutzt, um bestimmte Objekte nach vorgegebener Klassifikation,
wie z.B. einer Kunststoffart, aus dem Materialstrom auszuschleusen.
Letzteres geschieht in der Regel durch gezielte Druckluftimpulse,
durch welche die Bewegungsbahn des betreffenden Objektes auf oder
am Abwurf des Sortierbandes verändert
wird. Für
eine solche Ausschleusung des Objektes werden Leisten nebeneinander
quer zur Förderrichtung
angeordneter Druckluftdüsen
verwendet, die über
Magnetventile angesteuert werden. Durch die Anordnung der Druckluftleisten
oberhalb oder unterhalb der Wurfparabel des Materials lässt sich
die Bewegungsbahn des Sortiergutes gezielt verkürzen bzw. verlängern oder
modifizieren und somit der Sortiergutstrom gezielt trennen.
Aufbereitete
Kunststoffgemische können heute
mit hoher Sortenreinheit bzw. Produktqualität und stofflichem Ausbringen
automatisch sortiert werden. Gegenwärtig werden Maschinen und Technologien
genutzt, bei denen unter Nutzung mehrerer automatischer Sortiergeräte, die
kaskadiert und verzweigt angeordnet und durch aufwendige Fördertechnik
miteinander verbunden sind, eine Sortierung nach Material, Farbe
und anderen begrenzten Kenngrößen der
jeweiligen Produkte ermöglicht
werden. Hierbei kommen auch Bildverarbeitungssysteme zur Identifikation
und Abscheidung von Störstoffen
mit zum Einsatz, die z.B. auf der Grundlage ihrer charakteristischen
Form identifiziert werden. Eine solche Anlage ist in WO0200204185A1
und
DE0010115781A1 beschrieben.
Derartige Anlagen ermöglichen
hohe Durchsatzleistungen und Reinheiten in den Sortierfraktionen,
erfordern jedoch einen sehr hohen technischen und technologischen
Aufwand. Zudem sind mit einer derartigen Technologie und mit gegenwärtig verfügbaren Sortiermaschinen bestenfalls
sortenreine niemals jedoch typenreine Sortierprodukte erzielbar.
Für das Sortieren
auf breiten Bändern,
das auch als Sortieren aus dem Massen- oder Volumenstrom bezeichnet
wird, sind auch andere Maschinen bekannt, die nach einer Identifikation
des Sortiergutes in der Lage sind, in wenige Fraktionen gleichzeitig oder
nacheinander zu trennen.
Das
von der Firma MSS Inc., USA, angebotene Sortiergerät „Aladdin" kombiniert die Sensorik für die Identifikation
von Farbe und Material des Objektes und ermöglicht daher das Sortieren
in drei Fraktionen, indem eine Düsenleiste
oberhalb und die zweite unterhalb der Flugkurve des Materials angeordnet
werden. Damit bleibt das Sortieren auf nur zwei farblich und stofflich
definierte Fraktionen und eine durchlaufende Restfraktion begrenzt.
Wegen der Nutzung von nur zwei Sortiermerkmalen ist ein typenreines
Sortieren grundsätzlich
und im Besonderen auch nicht in den beiden Sortierfraktionen möglich.
Eine
weitere Sortierprinzip nutzt ein System der Firma Waagner-Biro Binder
AG, Österreich.
Dabei wird das Sortiergut auf einem Sortierband durch einen Sensor
hindurch bewegt. Hier erfolgt die Materialkennzeichnung und die
Lagezuordnung auf dem Band. Je nach Material des Objektes erfolgt
der Austrag auf verschiedene, oberhalb des Sortierbandes nacheinander
angeordnete Austragsbänder.
Für den Austrag
werden Reihen von Druckluftdüsen
verwendet, die unterhalb des perforierten Sortierbandes angeordnet
sind und einen gezielten Austrag des Sortiergutes ermöglichen.
Der Nachteil dieser Lösung liegt
in der hohen Verschmutzungsneigung des perforierten Sortierbandes
begründet.
Zudem ist die geringere Ausbeute und Reinheit der Sortierfraktionen beim
Durchsatz normaler vielgestaltiger Sortiergüter zu beklagen. Dadurch ist
ein gezielter Austrag auf die oberhalb des Sortierbandes angeordneten
Austragsbänder
sehr schwierig. Wegen der Nutzung nur begrenzter Sortiermerkmale
ist ein typenreines Sortieren grundsätzlich damit nicht möglich.
Neben
dem Sortieren aus dem Massen- oder Volumenstrom ist auch die Möglichkeit
der automatischen Sortierung aus stark vereinzelten Produktströmen bekannt.
Dabei werden die Produkte im Stoffstrom vereinzelt und nacheinander
einem Sortierband zugeführt.
Hier wird dem auszusortierenden Objekt eine Produkt- oder Stoffeigenschaft
zugeordnet, nach der diese dann in die verschiedenen Fraktionen
vom Band selektiv abgetrennt und ausgetragen werden können. Zum
Produktaustrag werden in der Regel Druckluftdüsen eingesetzt. Diese werden gegenüber eines
Austragsschachtes, also seitlich des Sortierbandes angeordnet, so
dass ein gezielter Austrag des Sortiergutes quer zur Bandlauf- und
-förderrichtung
möglich
ist. Der Nachteil dieser Lösung ist
in der aufwendigen Vereinzelung und der damit erklärbaren geringen
Durchsatzleistung zu sehen. Auch die Produktkennzeichnung ist wegen
der begrenzten Eigenschaftserkennung der gegenwärtig eingesetzten Sensorik
mangelhaft. Um gleiche Sortierqualitäten und -leistungen wie in
der Sortierung aus dem Massen- oder Volumenstrom zu erreichen, müssen mehrere
parallel arbeitende Sortierstrecken eingesetzt werden. Ein typenreines
Sortieren der Produkte ist damit grundsätzlich nicht möglich.
Für die Identifikation
der auszusortierenden Produkte werden je nach Aufgabenstellung,
für die Materialidentifikation
vorwiegend NIR-Sensorsysteme und für die Bild- bzw. Formerkennung
und/oder Farberkennung CCD-Kamerasysteme eingesetzt. Für die Formerkennung
werden häufig
einfache Auflichtsysteme verwendet. Für die Farberkennung, die vor
allem zur Identifikation von transparenten Objekten dient, kommen
meist Durchlichtsysteme zum Einsatz. Insgesamt werden immer dominierende
Produkteigenschaften mit hinlänglichen
Unterscheidungsdifferenzen erkannt und zur Abtrennung benutzt. Dies
ist für
eine sortenreine Trennung gerade ausreichend. Eine typenreine Trennung
kann so nicht oder ggf. nur mit einer extrem hohen Merkmalserkennungszahl
und -kombination, d.h. betriebswirtschaftlich nicht vertretbar,
erkannt und umgesetzt werden. Schwierig ist und bleibt die Identifikation
von Objekten, die durch ihre vorherige Verwendung trotz Materialidentität unerwünscht sind.
Ein Beispiel dafür
sind Silikonkartuschen, die auf Grund der Restinhalte aus dem werkstofflichen
Recycling ferngehalten werden müssen.
Auf Grund der charakteristischen Form ist hier eine Identifikation
mit Kamerasystemen noch möglich,
sofern die Objekte nicht zu stark deformiert und damit als solche
unkenntlich sind. Durch die Kombination mit anderen Sensoren, z.B.
einem Nah-Infrarot-Sensorsystem (NIR-Sensorsystem), welches die
PE-Kartusche erkennt, kann auch hier die Identifikationssicherheit
mit höherem
Kostenaufwand zusätzlich
verbessert werden. Ausgeschlossen ist jedoch eine Identifikation
von Objekten, die sich weder durch ihre Form noch durch stoffliche
oder durch farbliche sowie andere Merkmale eindeutig von den anderen
Produkten unterscheiden. Der Nachteil solcher Sortiertechnologien
und -apparate besteht in der notwendigen Nutzung einer für eine eindeutige
Identifikation notwendigen, sehr aufwendigen Sensorik. Nur in Ausnahmefällen stehen
zudem direkte Informationen zur Verwendung der Produkte zur Verfügung oder
können
anderweitig im Echtzeitbetrieb gewonnen bzw. beschafft werden.
In
der heutigen Zeit gewinnen Radio-Frequenz-Identifikationssysteme
(RFID-Systeme) für
die Kennzeichnung von Produkten und deren kontrolliertem Handling
zunehmend an Bedeutung. Die Ursachen hierfür sind in der bestmöglichen
Gewährleistung
des umfänglichen
Stoff- und Produkthandlings, d.h. bei der Warenproduktion, bei der
Warenveredelung, bei der Lagerhaltung, beim Zwischenlagern, beim
Transport und bei der Fertigproduktdistribution sowie bei der Sicherung
und Schutz der Produkte gegenüber
unbefugter und unsachgemäßer Behandlung,
Nutzung und einem unkontrollierten Einsatz bzw. Verwendung zu sehen.
Parallel dazu sinken mit der stetig steigenden primären Nutzung
der RFID-Technologie die Preise und damit die Hemmschwelle für den Einsatz
solcher additiver Informationssysteme, die als „Transponder" oder „Electronic Tag", im folgenden nur
als Transponder benannt, bekannt sind. Dies gilt im übertragenen
Sinne auch für die
dazugehörigen
Beschreibe- und Lesegerätetechnik.
Die stetige Miniaturisierung, die hohe Datensicherheit, die extrem
hohe Datenspeicherkapazität und
die sich stetig vereinfachende Lesbarkeit der auf den Transpondern
gespeicherten Daten, über
kurze und mittlere Distanzen und sogar auch über größere Reichweiten, beinhalten
weitere primäre
Einsatzvorteile derartiger additiver elektronischer Informationssysteme
im Vergleich zu herkömmlichen
Informationssystemen. Bei den Radio-Frequenz-basierten Informationsträgern (Transponder
oder Electronic Tag) ist im Gegensatz zu den heute verbreiteten
herkömmlichen
Klarschriftetiketten, tracermodifizierten Etiketten oder Materialpartien
und den verschiedensten Barcodelabeln eine komplexe und umfängliche sowie
schnelle und selektive Informationsgestellung bei einer Pulkerfassung
möglich
und kein gerichtetes Vorbeiführen
eines solchen Informationsträgers
an den Leseeinheiten mehr erforderlich, wodurch die Erfassung der
so gekennzeichneten Produkte erheblich vereinfacht wird. In diesem
Sinne ist auch eine Nutzung der Transponder im Recycling als sekundäre Nutzung
dieser vorhandenen additiven elektronischen Informationssysteme
zwingend geboten. Gleichzeitig können
die aus dem RIFD-System gewonnenen Informationen auch zu weiteren
Zwecken als der Sortierung, z.B. zur Identifikation und Abrechnung
von Pfandartikeln verwendet werden.
Der
im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zu Grunde,
eine Verfahren für
Sortiergutströme,
wie gebrauchte Verpackungen und andere markierte Objekte bei deren
Recycling zu schaffen, welche eine typenreine Sortierung nach konkreter
Materialrezeptur und/oder Form und/oder Farbe und/oder gemäß ihrer
Herkunft und/oder Verwendung umfänglich
und komplex im Sinne des Schaffens der Grundvoraussetzung für eine typenreine
Sortierung Erfindungsgemäß ermöglicht wird
dieses Problem dadurch gelöst,
dass der Sortiergutstrom zunächst
einem Fördersystem,
in der Regel einem Förderband
oder einer Rutsche, dosiert zugeführt wird. Die Dosierung erfolgt
so, dass die Objekte möglichst
vereinzelt durch ein Sensorsystem bewegt werden. Dieses Sensorsystem
ist mit einem Radio-Frequenz-Identifikationssystem ausgestattet, welches
es ermöglicht,
im Sortiergutstrom befindliche Transponder zu identifizieren und
von diesen Daten zu erfassen. Aus den von den Transpondern empfangenen
Daten werden dem Objekt über
ein Datenbanksystem relevante Parameter für die Sortierung, wie z. B.
Hersteller und/oder Art des Produktes, zugeordnet. Damit ermöglicht das
Verfahren eine komplexe Identifikation des mit einem Tranponder ausgestatteten
Objektes durch den im Produkt oder Material integrierten und auf
seinem Lebensweg der primären
Nutzung seit der Produktherstellung und/oder -verwendung beschriebenen
additiven elektronischen Informationsträger in Form des Transponders.
Die so identifizierten Objekte werden nachfolgend entsprechend vorgewählter Sortierkriterien sortiert.
Der Zeitpunkt der Erfassung des Transponders wird als Lageinformation
genutzt, so dass bei bekannter Entfernung des Objektes zwischen
der Position der Erfassung und der Auswurfposition bei bekannter
Geschwindigkeit des Objektes das Auswurfsystem zeitgenau angesteuert
werden kann. Für die
Separation der Objekte werden entsprechende Auswurtmechanismen,
in der Regel über
Magnetventile gespeiste Druckluftdüsen, verwendet, durch welche
die den Sortierkriterien entsprechenden Objekte gezielt aus dem
Sortiergutstrom abgeschieden werden und damit der Sortiergutstrom
in mindestens zwei Teilströme
getrennt wird. Dabei können
auch mehrere Auswurfsysteme verwendet werden, die durch andere Auswurfrichtungen
und/oder Positionen ermöglichen, weitere
Teilströme
auf Grundlage anderer Sortierkriterien aus dem Sortiergutstrom abzutrennen.
Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Schutzanspruch 2
angegeben.
Die
Weiterbildung nach Schutzanspruch 2 ermöglicht die Anwendung bei der
Sortierung breiter Sortiergutströme
mit hohen Durchsätzen.
Bei der Sortierung auf breiten Bändern
wird dem Zeitpunkt der Erfassung noch eine Lage auf dem Förderer zugeordnet
werden. Durch die quer zur Förderrichtung angeordneten
Messköpfe
ist eine Lagezuordnung möglich,
wobei die Zuordnung in Form von Spuren auf dem Förderer erfolgt.
Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Schutzanspruch
3 angegeben. Die Weiterbildung nach Schutzanspruch 3 verbessert
die Sicherheit beim selektiven Austrag der Objekte aus dem Sortiergutstrom
mittels Luftdüsen,
mechanischer Elemente oder anderer Mechanismen. Durch die Verbindung
der Positionsinformation des Transponders mit der Bilderkennung
des Objektes ist eine genauere Ansteuerung des Auswurfsystemes möglich, so
dass eine dichtere Belegung des Fördersystems bei gleichbleibender
Sortierqualität
erfolgen kann. Diese Funktion kann auch durch ein hochauflösendes NIR-Sensorsystem übernommen
werden. Die Verbindung mit einem Bildverarbeitungssystem und/oder
einem Nah-Infrarot-Sensorsystem schafft außerdem die Möglichkeit,
Sortierkriterien für
Objekte zu ermitteln, die nicht mit Transpondern ausgestattet sind.
Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Anspruch
4 angegeben. Die Speicherung und weitere Verarbeitung der während des
Sortiervorganges gewonnenen Informationen kann über die Verwendung der Daten
zum Zwecke der Sortierung hinaus vorteilhaft genutzt werden, z.B.
zum Zwecke der Klassifizierung des Sortiergutstromes, der Zuordnung
pfandbehafteter Artikel zu Lieferanten oder Aufgaben der Anlagensteuerung über Mengen und
Leistungsstatistik. Damit können
zusätzliche
Maschinen und Messeinrichtungen ersetzt oder eingespart werden,
die normalerweise für
derartige Aufgabenstellungen erforderlich wären.
Der
Sortiergutstrom läuft
zunächst
durch eine quer zur Förderrichtung
des Beschleunigungsbandes 1 angeordnete Lesekopfzeile 4 eines
mehrkanaligen Lesegerätes 5 eines
Radio-Frequenz-Identifikationssystems. Eine oberhalb des Bandes
angeordnete Kamera 3 eines Bilderfassungs- und -verarbeitungssystems 6 nimmt
gleichzeitig den Sortiergutstrom auf und erfasst damit die relative
Lage, die Größe und die
Position der Objekte auf dem Band. Diese Informationen werden an
die Datenauswerteeinheit 5 und Systemsteuerung 6 übergeben.
Das Datenauswerteeinheit 5 ordnet die von den erfassten
Transpondern gelesenen Daten Produktinformationen nach relevanten
Sortierkriterien, wie Materialzusammensetzung, Hersteller, Stoffinhalt,
Farbe, Pfandartikel und Verwendung etc, zu und ordnet diese einem
Objekt zu und übergibt diese
Information zusammen mit der Lage, Größe und Positionsinformation
aus dem Positionserfassungssystem an die Systemsteuerung 6.
Sofern die komplexen vorgewählten
Sortierkriterien oder deren Kombination, z.B. Materialzusammensetzung → PVC-Compound-Rezeptur
oder z.B. Verwendung → Silikonkartusche,
zutreffen, wird, dem in diesem Bereich durch das Bildverarbeitungssystem 3 erkannten Objekt
das Kriterium des Ausschleusens zugeordnet. Entsprechend der Position
und der Größe dieses
Objektes steuert die Systemsteuerung 6 eine oder mehrere
Düsen einer
am Ende des Beschleunigungsbandes 1 angeordneten Austragsdüsenleiste 7 zeit-
und positionsgenau an, so dass die Bewegungsbahn des auszuschleusenden
Objektes zielgerichtet verändert und
damit eine Trennung vom restlichen Sortiergutstrom im Produktauffangbehälter 8 ermöglicht wird. Der
restliche Gutstrom wird im Restgutbehälter 9 im Durchlauf
ausgetragen. Für
ein weiteres typenreines Sortieren kann auch auf weitere vergleichbare
Auswurfeinheiten auf gleicher Informationsbasis mit einem selektiven
Produktsortieren aber hier erstmals unter typenreinen Bedingungen,
z.B. dem Aussortieren von Kartuschen eines oder mehrerer bestimmter Hersteller
oder bestimmter Stoffinhalte, zurückgegriffen werden. Die während des
Sortierprozesses gewonnenen Daten wie Anzahl der Objekte, unterteilt
in verschiedene Gruppen mit charakteristischen Merkmalen, z.B. Anzahl
der mit Transponder ausgestatteten pfandpflichtigen Objekte, werden
in der Datenerfassungseinheit zwischengespeichert und können über eine
geeignete Schnittstelle ausgegeben werden.