Geschrieben von Marius Schaub
Die Schüttguttechnik steht vor der Herausforderung, komplexe Materialflüsse effizient und zuverlässig zu gestalten. Moderne Simulationstechniken, insbesondere die Diskrete-Elemente-Methode (DEM), ermöglichen es, das Verhalten von Schüttgütern unter verschiedenen Bedingungen präzise vorherzusagen. Das führt zu einer verbesserten Planung und Optimierung von Anlagen, reduziert Kosten und minimiert Risiken.
Die für die Modellierung des Verhaltens von Schüttgütern besonders relevante DEM ist ein numerisches Simulationsverfahren zur Berechnung des Verhaltens von Schüttgütern und anderen granularen Materialien. Dabei wird jeder Partikel als einzelnes Element modelliert, das mit benachbarten Partikeln und Umgebungsgrenzen über physikalische Kontaktgesetze interagiert. Die Methode berücksichtigt Kräfte wie Reibung, Aufprall und Gravitation, um Bewegungen und Wechselwirkungen realistisch darzustellen. DEM erlaubt es so, komplexe Phänomene wie Fließverhalten, Verstopfungen oder Materialtrennung detailliert zu analysieren.
Traditionell basierte die Auslegung von Schüttgutanlagen auf empirischen Daten und umfangreichen Experimenten. Mit dem Aufkommen leistungsfähiger digitaler Technologie und fortschrittlicher Simulationssoftware hat sich dieser Ansatz gewandelt. Simulationen ermöglichen es so immer öfter, verschiedene Szenarien virtuell zu testen, was Zeit und Ressourcen spart und gleichzeitig die Genauigkeit erhöht.
Trotz der Vorteile gibt es zum heutigen Stand noch Herausforderungen:
Was in der Theorie gut klingt, muss auch in der Praxis funktionieren. Tatsächlich gibt es zahlreiche Beispiele von Anwendungen, in denen Simulation den Umgang mit Schüttgütern optimiert.
Am Institut für Fördertechnik und Schüttgutlogistik (IFSL) wurde die DEM eingesetzt, um das Verhalten von Schüttgütern in Wendelförderern zu analysieren. Die Simulationen ermöglichten eine detaillierte Untersuchung der Partikelbewegungen und führten zu einer verbesserten Auslegung der Förderer.
An der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg wurde eine Methode entwickelt, die DEM mit Mehrkörpersimulation (MKS) kombiniert. Das ermöglichte eine präzisere Analyse des Schöpfwiderstands in Becherwerken und führte zu optimierten Designs.
Forscher der TU Berlin nutzten DEM, um Trennkurven in Sieb- und Sichtungsprozessen zu simulieren. Die Ergebnisse halfen, die Effizienz dieser Prozesse zu steigern und die Produktqualität zu verbessern.
Mit der fortschreitenden Digitalisierung und der Entwicklung von Künstlicher Intelligenz werden sich künftig immer neue Möglichkeiten für die Simulation in der Schüttguttechnik ergeben. Einige sind bereits heute in greifbarer Nähe:
Diese Entwicklungen versprechen nicht nur weitere Steigerungen der Effizienz und Flexibilität in der Schüttguttechnik – sie eröffnen auch neue Möglichkeiten für eine vorausschauende Anlagenplanung und -steuerung. Simulationen werden absehbar zu einem integralen Bestandteil digital vernetzter Prozesse und eine kontinuierliche Optimierung im laufenden Betrieb ermöglichen.
Besonders die Kombination mit Künstlicher Intelligenz kann dazu beitragen, bisher unerkannte Zusammenhänge im Materialverhalten aufzudecken. Damit wird Simulation nicht nur zum Werkzeug der Planung, sondern auch zum Treiber für Innovation und Wettbewerbsfähigkeit in der zunehmend datengetriebenen Schüttgutindustrie.
