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Title:
METHOD FOR SORTING CUT-OFF OR PUNCHED SCRAP OF METAL ALLOYS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/113844
Kind Code:
A1
Abstract:
A method for sorting cut-off or punched scrap of various metal alloys is claimed, wherein the surface of the metal sheet is coated with a carrier substance, which contains one or more components X that can be identified by means of spectroscopic and/or imaging methods, and the metal sheets consisting of different alloys have carrier substances with different components X, the method comprising the following steps: A) producing a spectrum or image by exciting with a source of radiation and recording the carrier substance on the surface of the piece of scrap by means of hyperspectral cameras, B) evaluating the spectrum obtained or the image- or colour-related information and assigning the spectrum/image or the colours to a component X and subsequently to a carrier substance, C) assigning the carrier substance determined in step B to a metal alloy, D) sorting the metal alloys on the basis of the carrier substance determined in step C. With the claimed method it is easily possible to sort the cut-off or punched scrap from sheets of metal alloys that occurs in the course of the production process of production methods and to return the sorted cut-off or punched pieces of scrap to the production process, i.e. to the production or processing process of the respective metal alloy.

Inventors:
DEITERMANN, Alex (Fraunhoferstr. 1, Münster, 48161, DE)
Application Number:
DE2017/101080
Publication Date:
June 28, 2018
Filing Date:
December 18, 2017
Export Citation:
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Assignee:
TAILORLUX GMBH (Fraunhoferstr. 1, Münster, 48161, DE)
International Classes:
B07C5/34; B07C5/342
Domestic Patent References:
WO2001036694A12001-05-25
Foreign References:
DE4231477A11994-03-24
US20030010598A12003-01-16
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
BUNGARTZ CHRISTOPHERSEN PARTNERSCHAFT MBB PATENTANWÄLTE (Homberger Straße 5, Düsseldorf, 40474, DE)
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Claims:
Patentansprüche

Verfahren zum Sortieren von Verschnitt- oder Stanzabfällen aus Metallblechen aus unterschiedlichen Metalllegierungen, wobei die Oberfläche des Metallblechs mit einem Trägerstoff beschichtet ist, welcher eine oder mehrere Komponente(n) X enthält, die mittels spektroskopischer und/oder bildgebender Verfahren identifizierbar ist, und die aus unterschiedlichen Legierungen bestehenden Metallbleche Trägerstoffe mit unterschiedlichen Komponenten X aufweisen,

das Verfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf:

A) Erzeugen eines Spektrums und/oder Bildes durch Anregung mit einer Strahlungsquelle und der Aufnahme mit Hilfe von Hyperspektral kameras von dem auf der Oberfläche des Abfallstückes befindlichen Trägerstoff,

B) Auswerten des erhaltenen Spektrums und/oder Bildes und Zuordnen des Spektrums und/oder Bildes zu einer Komponente X und nachfolgend zu einem Trägerstoff,

C) Zuordnen des in Schritt B ermittelten Trägerstoffs zu einer Metalllegierung,

D) Sortieren der Metalllegierungen auf der Grundlage der in Schritt C ermittelten Trägerstoffe.

Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt A ein Emissionsspektrum gemessen oder ein Bild bei Beleuchtung mit einer Strahlungsund/oder Lichtquelle und/oder UV-Lampe erzeugt wird.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerstoff ein Schmierstoff ist.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente X ein organisches und/oder anorganisches Färb-, Komplex- und/oder Lumineszenzmittel ist.

Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente X ausgewählt ist aus organischen Farbstoffen und Fluoreszenzfarbstoffen, die ausgewählt sein können aus organisch konjungierten Systemen wie Fluoresceinderivaten, Coumarinderivaten, Oxazinderivaten, Rhodaminderivaten, Lumogenen, Pyrromethen- Farbstoffderivaten oder anderen.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente X ausgewählt ist aus metallorganischen Komplexverbindungen mit einer bevorzugten Zusammensetzung von Komplexen der Seltenen Erden mit Eu3+, Tb3+, Sm2+, Sm3+, Nd3+, Ce3+, Pr3+, Pr4*, Dy3+,Ho3+, Er3+, Tm3+ Yb2+ oder Yb3+ aber auch Komplexverbindungen mit Ru3+, Cr3*, Mn2+, Mn3+, Mn4+, Fe3+. Fe4+, Fe5+, Co3+, Co4+ Ni2+, oder Cu+ komplexiert mit organisch konjungierten Liganden wie Acetylaceton (ACAC), Dibenzoylmethan (DBM), 4,4,4-Trifluoro-1-(2-naphtyl)-1 ,3-butandion (TFNB), Thenoyltnfluoroaceton (TTFA), Bipyridinderivaten, Phenanthrolindenvaten oder anderen organisch komplexierenden Liganden.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente X ausgewählt sind aus den anorganischen Lumineszenzmitteln.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalllegierungen Aluminiumlegierungen sind.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen des Spektrums und/oder Bildes und die Auswertung in einer einzigen Baueinheit erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt A die Aufnahme des Spektrums und/oder Bildes mit Hilfe von Kameras und/oder Spektrometersystemen erfolgt.

Description:
Verfahren zum Sortieren von Verschnitt- oder Stanzabfällen aus Metalllegierungen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Sortieren von Verschnitt- oder Stanzabfällen aus Metalllegierungen, wobei die Oberfläche des Metallblechs mit einem Trägerstoff beschichtet ist.

Aluminium ist ein Konstruktionswerkstoff, der eine hohe spezifische Festigkeit aufweist und verglichen mit Stahl bei gleicher Festigkeit etwa halb so schwer ist. Ein Einsatzgebiet von Aluminium und Aluminiumlegierungen ist beispielsweise der Maschinen-, Anlagen-, Geräte- und Automobilbau. Viele Maschinen-, Anlagen-, Geräte- und/oder Karosserieteile werden aus Aluminium hergestellt, wobei die Teile in der Regel ausgeschnitten oder ausgestanzt werden. Beim Herstellungsprozess fallen große Mengen an Verschnitt- oder Stanzabfällen an, in einigen Fällen sogar bis zu 50 % eines Produktes. Auch werden innerhalb eines Produktes, einer Maschine, Anlage, Gerätes oder Karosserie häufig Stanzteile aus unterschiedlichen Legierungen eingesetzt. Im Verfahrensablauf der Produktion ist es unter Umständen nicht möglich, diese Verschnitt- oder Stanzabfälle schon vorzusortieren. Das Aussortieren sortenreiner Aluminiumlegierungen aus einer Mischung unterschiedlicher Legierungen aus Verschnitt- oder Stanzabfällen ist kostenintensiv und zeitaufwendig.

Das sortenreine Sortieren von Aluminiumlegierungen ist wünschenswert, da wertvolle Legierungen sortenrein aufgeschmolzen und erneut der Verwendung zugeführt werden können. Derzeit werden die Mischungen unterschiedlicher Legierungen aus Verschnitt- oder Stanzabfällen vielfach zu weniger hochwertigen Aluminiumlegierungen umgeschmolzen und einem anderen Verwendungszweck zugeführt. Das sortenreine Sortieren der Aluminiumlegierungen hätte den Vorteil, dass die sortenreine Aluminiumlegierung einen - im Vergleich zu Mischungen unterschiedlicher Legierungen aus Verschnitt- oder Stanzabfällen - höheren Wert erzielt und dem Produktionskreislauf direkt wieder zugeführt werden kann.

Der vorliegenden Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Sortieren von Verschnitt- oder Stanzabfällen aus Metalllegierungen zur Verfügung zu stellen, das es ermöglicht, innerhalb eines Produktionsprozesses die Verschnitt- oder Stanzabfälle aus unterschiedlichen Metalllegierungen voneinander zu trennen, um schließlich sortenreine bzw. nahezu sortenreine Metallabfälle zu erhalten. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demgemäß ein Verfahren zum Sortieren von Verschnitt- oder Stanzabfällen aus unterschiedlichen Metalllegierungen, wobei die Oberfläche des Metallblechs mit einem Trägerstoff beschichtet ist, welcher eine oder mehrere Komponente(n) X enthält, die mittels spektroskopischer und/oder bildgebender Verfahren identifizierbar ist, und die aus unterschiedlichen Legierungen bestehenden Metallbleche Trägerstoffe mit unterschiedlichen Komponenten X aufweisen,

das Verfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf:

A) Erzeugen eines Spektrums oder Bildes durch Anregung mit einer Strahlungsquelle und der Aufnahme mit Hilfe von Hyperspektralkameras von dem auf der Oberfläche des

Abfallstückes befindlichen Trägerstoff,

B) Auswerten des erhaltenen Spektrums oder der Bild- oder Farbinformationen und Zuordnen des Spektrums/Bildes oder der Farben zu einer Komponente X und nachfolgend zu einem Trägerstoff,

C) Zuordnen des in Schritt B ermittelten Trägerstoffs zu einer Metalllegierung,

D) Sortieren der Metalllegierungen auf der Grundlage der in Schritt C ermittelten Trägerstoffe.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, den Verschnitt oder Stanzabfall von Blechen aus Metalllegierungen, der im Laufe des Produktionsprozesses von Produktionsverfahren anfällt, auf einfache Weise zu sortieren und die sortierten Verschnittoder Stanzabfallstücke wieder dem Produktionsprozess, d. h. dem Herstellungs- oder Verarbeitungsprozess der jeweiligen Metalllegierung, zuzuführen. Metallbleche, die in Schneide- oder Stanzverfahren eingesetzt werden sollen, werden vor dem Schneide- oder Stanzprozess, vielfach bereits beim Hersteller des Metallblechs, mit einem Trägerstoff versehen, z. B. um die Oberfläche zu schützen. Häufig ist der Trägerstoff ein Schmierstoff, der zum einen als Korrosionsschutz für die Metalllegierung, insbesondere für die Oberfläche der Legierung, dient und zum anderen die mechanische Belastung der Schneide- und Stanzwerkzeuge verringert, so dass deren Lebensdauer erhöht werden kann. Erfindungsgemäß wird dem Trägerstoff, vorzugsweise Schmierstoff, eine Komponente X, die mittels spektroskopischer und/oder bildgebender Verfahren identifizierbar ist, zugefügt. Je nach Metalllegierung werden dem Trägerstoff, vorzugsweise Schmierstoff unterschiedliche Komponenten X zugesetzt, so dass die Trägerstoffe, vorzugsweise Schmierstoffe, und nach dem Aufbringen auf das Metallblech die Metallbleche durch die im Trägerstoff, vorzugsweise Schmierstoff, enthaltenen Komponenten X, unterschieden werden können. Erfindungsgemäß sollen die Komponenten X mittels spektroskopischer und/oder bildgebender Verfahren identifizierbar sein. Als spektroskopische Verfahren kommen die Emissionsspektroskopie, Absorptionsspektroskopie, Reflexionsspektroskopie aber auch die Aufnahme und Auswertung mittels bildgebender Kamerasysteme wie auch der hyperspektralen Bildgebung in Betracht. Also kann die Aufnahme des Spektrums oder Bildes in Schritt A des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Hyperspektralkameras, Kameras und/oder Spektrometersystemen erfolgen. Ein solches Spektrometersystem kann in die Hyperspektralkamera integriert sein. Im Rahmen der Erfindung kann das Erzeugen des Spektrums und/oder Bildes und die Auswertung in einer einzigen Baueinheit erfolgen, beispielsweise in einem bildgebenden Kamerasystem, wie der Hyperspektralkamera.

Ein im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt eingesetztes Verfahren ist die Emissionsspektroskopie. In einem Verfahrensschritt A wird ein Spektrum von dem auf der Oberfläche des Abfallstückes befindlichen Trägerstoff, vorzugsweise Schmierstoff, gemessen bzw. ein Bild davon aufgenommen. Das erhaltene Spektrum bzw. das aufgenommene Bild werden im Verfahrensschritt B ausgewertet, einer Komponente X und nachfolgend einem Trägerstoff zugeordnet. Ist die Komponente X ermittelt, wird überprüft, auf welche Metalllegierung der Trägerstoff, der die zugeordnete Komponente X enthält, aufgebracht wurde. Auf der Grundlage der Feststellung, aus welcher Metalllegierung bzw. welchen Metalllegierungen die zu sortierenden Verschnitt- oder Stanzabfälle bestehen, werden diese Legierungen sortiert.

Ein weiteres bevorzugtes Verfahren ist die Sortierung mittels eines bildgebenden Kamerasystems, insbesondere einer Hyperspektralkamera. In einem Verfahrensschritt A wird das Schmiermittel mit der enthaltenen Komponente X auf der Oberfläche des Abfallstückes, z.B. unter UV Licht, angeregt und emittiert elektromagnetische Strahlung im sichtbaren Spektralbereich (eine Farbe). Das fluoreszierende Bild wird im Verfahrensschritt B ausgewertet und die Partikelfarbe z.B. blau, grün, gelb, rot, etc. einer Komponente X und nachfolgend einem Trägerstoff zugeordnet. Ist die Komponente X ermittelt, wird überprüft, auf welche Metalllegierung der Trägerstoff, der die zugeordnete Komponente X enthält, aufgebracht wurde. Auf der Grundlage der Feststellung, aus welcher Metalllegierung bzw. welchen Metalllegierungen die zu sortierenden Stanzabfälle bestehen, werden diese Legierungen sortiert. Die Komponenten X können aus beliebigen optisch und spektroskopisch identifizierbaren Substanzen ausgewählt sein, z. B. organischen und/oder anorganischen Färb-, Komplex-, und/oder Lumineszenzmitteln. Diese Substanzen sollten innerhalb eines Trägerstoffs, vorzugsweise Schmierstoffs, chemisch und physikalisch stabil sein und die Materialeigenschaften nicht oder kaum nachteilig beeinflussen. Gut geeignete Substanzen, die als Komponente X eingesetzt werden können, sind organische Farbstoffe und/oder Komplexverbindungen, organische Lumineszenzmittel und/oder anorganische Lumineszenzmittel. Diese Lumineszenzmittel werden bereits vielfach bei der Identifizierung von Gegenständen, beispielsweise bei Geldnoten und anderen Wertdokumenten eingesetzt. Organische Farbstoffe und/oder Komplexverbindungen und/oder Lumineszenzmittel können ausgewählt sein aus organisch konjungierten Systemen wie Fluoresceinderivaten, Coumarinderivaten, Oxazinderivaten, Rhodaminderivaten, Lumogenen, Pyrromethen- Farbstoffderivaten oder anderen. Für die Verwendung von Komplexverbindungen kommen Komplexe der Seltenen Erden mit Eu 3+ , Tb 3+ , Sm 2+ , Sm 3+ , Nd 3+ , Ce 3+ , Pr 3 *, Pr 4+ , Dy 3+ ,Ho 3+ , Er 3+ , Tm 3+ Yb 2+ oder Yb 3+ aber auch Komplexverbindungen mit Ru 3+ , Cr 3+ , Mn 2+ , Mn 3+ , Mn 4+ , Fe 3+ . Fe 4+ , Fe 5+ , Co 3+ , Co 4+ Ni 2+ , oder Cu + in Betracht, komplexiert mit organisch konjungierten Liganden wie Acetylaceton (ACAC), Dibenzoylmethan (DBM), 4,4,4-Trifluoro-1- (2-naphtyl)-1 ,3-butandion (TFNB), Thenoyltrifluoroaceton (TTFA), Bipyridinderivaten, Phenanthrolinderivaten oder anderen organische komplexierenden Liganden. Anorganische Lumineszenzmittel können ausgewählt sein aus Festkörperverbindungen, die ein oder mehrere lumineszierende Ionen aus der Gruppe ln + , Sn 2+ , Pb 2+ , Sb 3+ , Bi 3+ , Ce 3+ , Ce 4+ , Pr 3 *, Nd 3+ , Sm 2+ , Sm 3+ , Eu 2+ , Eu 3+ , Gd 3+ , Tb 3+ , Dy 3+ , Ho 3+ , Er 3 *, Tm 2+ , Tm 3+ , Yb 2+ , Yb 3+ , Ti 3+ , V 2+ , V 3+ , V 4+ , Cr 3 *, Mn 2+ , Mn 3+ , Mn 4+ , Fe 3+ , Fe 4+ , Fe 5+ , Co 3+ , Co 4+ , Ni 2+ , Cu + , Ru 2+ , Ru 3+ , Pd 2+ , Ag + , Ir 3 *, Pt 2+ und Au + enthalten. Bevorzugt sind anorganische Lumineszenzpigmente binäre, ternäre oder quaternäre Halogenide, Oxide, Oxyhalogenide, Sulfide, Oxysulfide, Sulfate, Oxysulfate, Selenide, Nitride, Oxynitride, Nitrate, Oxynitrate, Phosphide, Phosphate, Carbonate, Silikate, Oxysilikate, Vanadate, Molybdate, Wolframate, Germanate oder Oxygermanate der Elemente Li, Na, K, Rb, Mg, Ca, Sr, Sc, Y, La, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, Zn, Gd, Lu, AI, Ga und In.

In der vorliegenden Erfindung werden bevorzugt flüssige Lumineszenzmittel bzw. solche Lumineszenzmittel eingesetzt, die sich im Trägerstoff, vorzugsweise Schmierstoff, lösen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Sortierung von Stücken oder Teilen von beliebigen Metalllegierungen einsetzbar. Es können Abfälle aus Legierungen unterschiedlicher Metalle oder auch unterschiedliche Metalllegierungen eines einzigen Metalls sortiert werden. Besonders geeignet ist das erfindungsgemäße Verfahren zum Sortieren von Verschnitt- oder Stanzabfällen, insbesondere von Stücken aus Aluminiumlegierungen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der beigefügten Figur näher erläutert. In Fig. 1 ist der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens am Beispiel einer Aluminiumlegierung dargestellt, wobei das Schema bereits bei der Herstellung des Metallblechs selbst beginnt, und nicht erst dort, wo die Erfindung ansetzt, nämlich beim Sortieren der Stanzblechabfälle.

Rohstoff für die Herstellung von Maschinen, Anlagen, Geräte- oder Karosserieteilen ist Metallblech, häufig Aluminiumblech. Unterschiedliche Maschinen, Anlagen, Geräte- oder Karosserieteile werden auch aus unterschiedlichen Metalllegierungen hergestellt. Metallblech ist üblicherweise ein flaches Walzwerk-Fertigprodukt, das als Tafel oder in Rollenform an die Verarbeiter ausgeliefert wird. Insbesondere als Korrosionsschutz werden auf die Oberflächen der Metallbleche Trägerstoffe aufgebracht. Erfindungsgemäß weist der Trägerstoff eine optisch, d.h. über Bild- oder Farbinformationen, und/oder spektroskopisch identifizierbare Komponente X auf, wobei die aus unterschiedlichen Legierungen bestehenden Metallbleche Trägerstoffe mit unterschiedlichen Komponenten X aufweisen. So wird die Oberfläche des Metallblechs aus der Legierung MLi mit einem Trägerstoff versehen, der die Komponente Xi enthält, die Oberfläche des Metallblechs aus der Legierung ML2 mit einem Trägerstoff versehen, der die Komponente X2 enthält, die Oberfläche des Metallblechs aus der Legierung ML3 mit einem Trägerstoff versehen, der die Komponente X3 enthält usw.

Das mit dem Trägerstoff oberflächenbehandelte Blech wird anschließend dem Verarbeitungsprozess zugeführt, wie dem Stanzen, Schneiden, Fräsen etc. Bei diesen Verarbeitungsformen entstehen regelmäßig große Mengen an Abfällen. Während das fertige Werkstück seiner weiteren Verarbeitung oder Endfertigung zugeführt wird, kann der Abfall aufbereitet und recycelt werden.

Werden mehrere voneinander verschiedene Metalllegierungen im Rahmen eines Herstellungsverfahrens eines einzigen Produktes eingesetzt, so fallen Gemische von unterschiedlichen Metalllegierungen in unterschiedlichen Mengen an. Um festzustellen, aus welcher Metalllegierung das jeweilige Abfallstück besteht, wird erfindungsgemäß im Verfahrensschritt A ein Spektrum und/oder ein Bild von der Oberfläche des Abfallstückes erzeugt, genaugenommen handelt es sich um das Spektrum/die Farbe der im Trägerstoff, vorzugsweise Schmierstoff, enthaltenen Komponente X. Das erzeugte Spektrum und/oder Bild wird im Verfahrensschritt B ausgewertet, d. h. es wird festgestellt, ob der auf dem Abfallteil befindliche Trägerstoff eine Komponente X enthält und wenn ja, wird ermittelt, um welche Komponente X es sich handelt. Nach Identifizierung der Komponente X wird in Verfahrensschritt C abgeglichen, auf welcher Metalllegierung der Trägerstoff, der dieseKomponente X enthält, aufgebracht wurde und die Metalllegierung, aus welcher dieses Teil besteht, wird ermittelt.

Das Erzeugen eines Spektrums und/oder des Bildes, die Auswertung des Spektrums und/oder des Bildes und die Identifizierung der Metalllegierung aus den erhaltenen Daten kann über ein bildgebendes Kamerasystem erfolgen, das an eine Datenverarbeitungseinheit angeschlossen ist bzw. eine solche integriert enthält. Im Datenverarbeitungssystem sind Informationen dazu hinterlegt, welche Metalllegierungen eingesetzt wurden, welche Art Trägerstoff auf die jeweilige Metalllegierung aufgebracht wurde und welche Komponenten X diese Trägerstoffe, enthalten. Aus den Informationen, welche Komponente X in dem Trägerstoff enthalten ist und auf welche Art von Metalllegierung die Komponente X in dem Trägerstoff aufgebracht wurde, zeigt über einen internen Datenabgleich das eingesetzte Kamerasystem an, aus welcher Metalllegierung das untersuchte Abfallstück hergestellt ist. In industriellen Fertigungsanlagen, in denen Teile gestanzt oder ausgeschnitten werden, werden die Blechverschnitte in der Regel auf einer Bandanlage der Sortierung zugeführt. Das System, das zur Erzeugung und zur Auswertung des Spektrums eingesetzt wird, kann aus einer oder beliebig vielen Auswerteeinheiten bestehen und ist üblicherweise oberhalb eines solchen Bandes bzw. einem Bereich, in dem das Material transportiert wird, insbesondere auch im freien Flug zwischen z. B. einem Transportband und einem oder mehreren Sammelbehälter(n), angeordnet. Es kann jedoch auch unter oder neben, vor oder hinter oder in einer beliebigen örtlichen Kombination im Bezug zum Materialstrom angeordnet sein.

Nach der Identifizierung der jeweiligen Metalllegierungen erfolgt im Verfahrensschritt D die Trennung und Sortierung der Abfallstücke. Das Sortieren der Metallabfallstücke kann in an sich bekannter Weise erfolgen, beispielsweise durch Ausblasvorrichtungen zum selektiven Ausblasen der Verschnitt- oder Stanzstücke über eine mit der Auswerteeinheit verbundene Maschinensteuerung, über Sortierarme, Roboterarme etc. Die aussortierten Teile können gesammelt und ggf. Sammelbehältern zugeführt und anschließend in an sich bekannter Weise dem Produktionsprozess wieder zugeführt werden.