Forschungsschwerpunkte
Die Forschungsschwerpunkte der Professur für Förder- und Materialflusstechnik liegen in der Optimierung und Digitalisierung von Schüttgutförderprozessen. Dabei spielt die Diskrete Elemente Methode (DEM) eine zentrale Rolle, um die Bewegungen und Interaktionen von Partikeln präzise zu simulieren. Ergänzend werden experimentelle Untersuchungen durchgeführt, um reale Materialeigenschaften zu erfassen und z. B. Verschleißprozesse zu analysieren. Ein weiterer Fokus liegt auf der Integration von IoT-Technologien, um die Effizienz und Transparenz in der Schüttgutfördertechnik zu steigern. Zudem werden Materialflusssysteme simuliert, um Prozesse zu optimieren und zukunftsorientierte Lösungen zu entwickeln.
Die Diskrete Elemente Methode (DEM) ist ein numerisches Verfahren, das speziell für die Simulation der Bewegung und Interaktion einer großen Anzahl von Partikeln entwickelt wurde. Dabei wird jedes Partikel als eigenständiges, diskretes Element berücksichtigt. Die Kontakte zwischen den Partikeln werden im Computer als Überlappungen simuliert. Aus den Überlappungen ergeben sich die Partikelkräfte. Anschließend kann das Newtonsche Bewegungsgesetz angewendet werden, um aus den Partikelkräften die Partikelbeschleunigung und nach Integration die Partikelgeschwindigkeiten bzw. die neuen Partikelpositionen zu berechnen. Mit Hilfe unterschiedlicher Kontaktgesetze können Reibung, Dämpfung sowie kohäsive Kräfte berücksichtigt und so ein ganz unterschiedliches Schüttgutverhalten simuliert werden.
Die Hauptforschungsschwerpunkte zur DEM liegen in der Entwicklung von Kalibrierungsmethoden für die DEM-Parameter sowie in der quantitativen Verschleißvorhersage. Kalibrierungsmethoden sind von großer Bedeutung, damit sich das simulierte Schüttgut auch wie das reale Schüttgut verhält. Hier gibt es vor allem zu kohäsiven und sich verstrickenden Gütern noch großes Forschungspotential. Die Forschungsarbeiten zur quantitativen Verschleißvorhersage sollen eine direkte Abschätzung der Lebensdauer von Verschleißschutzmaterialien ermöglichen. Dabei sind die Verschleißschutzmaterialien dem ständigen abrasiven (abtragenden) Kontakt mit Schüttgut ausgesetzt.
Neben den genannten Forschungsschwerpunkten werden DEM-Simulationen für fast alle konstruktiven Forschungsprojekte eingesetzt, bei denen die Optimierung von Geometrie oder Betriebsparametern von Schüttguttechnik im Mittelpunkt steht. Weiterhin wird an der Kopplung der DEM-Simulation zu anderen Simulationsmethoden, insbesondere FEM oder MKS, gearbeitet.
Zur Analyse, Vorhersage und Optimierung von Schüttgutprozessen sind oft auch Experimente erforderlich. Für diese Zwecke entwickeln wir maßgeschneiderte Versuchsanlagen – von kleinen Testeinrichtungen für Schüttgutuntersuchungen bis hin zu innovativen Fördertechnologien wie einem Pulverförderer für die Schwerelosigkeit. Unsere Erfahrung umfasst die Entwicklung, Konzeption und Konstruktion solcher Versuchsstände und Prototypen, ebenso wie die Planung, Durchführung und Auswertung der Experimente. Auch komplexe Projekte wie unsere Gurtförderanlage setzen wir präzise und effizient um und bieten so umfassende Unterstützung für individuelle Schüttgutlösungen.
Das Internet der Dinge (IoT) revolutioniert die Fördertechnik, indem es eine vernetzte und intelligente Steuerung von Förderanlagen ermöglicht. Sensoren und Aktoren sammeln in Echtzeit Daten zu Durchsatz, Geschwindigkeit, Wartungsbedarf und Energieverbrauch, die dann in Cloud-Systemen analysiert werden. So lassen sich Betriebskosten senken und die Effizienz erhöhen, da Probleme frühzeitig erkannt und Ausfallzeiten minimiert werden können. Mit IoT-gesteuerten Lösungen wird außerdem die Anpassung an veränderte Materialflussanforderungen erleichtert, da Systeme flexibel auf Produktionsänderungen reagieren können. Die Integration von IoT in der Fördertechnik ist daher ein wichtiger Schritt in Richtung Smart Factory und Industrie 4.0.
Die Rückverfolgbarkeit von Schüttgut ist im Bereich der Lebensmitteltechnik eine herausfordernde Aufgabenstellung, die mit dem Stand der Technik nur ungenügend gelöst ist. Dort wo das Gut nicht aktiv gefördert wird, sondern unter Gravitationseinfluss selbst fließt, sind statische Lagermodelle, wie sie z. B. heute zum Silomanagement verwendet werden, nur bedingt einsetzbar. Computergestützte Rückverfolgungsmodelle auf Basis der Theorie der Zellulären Automaten stellen eine neue und präzisere Möglichkeit dar, die chargenweise Lagerung von leicht fließenden bis leicht kohäsiven Schüttgütern in Großraumsilos oder Halden zu realisieren.
