Visualisierung und Simulation von Aufbereitungsprozesse

Einführung

In einer der letzten Ausgaben dieser Zeitschrift wurde über Möglichkeiten und Methoden von Computersimulationen in der Aufbereitungstechnik berichtet [1]. Quasi zur Veranschaulichung dieser Ausführungen sollen im folgenden Modelle zur Darstellung von Abläufen in Aufbereitungsapparaten beschrieben werden. Dabei werden zwei Modelltypen vorgestellt, die ganz unterschiedliche Zielstellungen verfolgen.

Als erstes wird auf die Visualisierung eingegangen, die per Animation die Abläufe in Aufbereitungsapparaten vereinfacht und auf das wesentliche konzentriert nachbildet. Diese als e-processing [2] bezeichneten Visualisierungen werden als eine Variante der phänomenologischen Modelle angesehen. Sie können in der verfahrenstechnischen Ausbildung an die Stelle der bisher verwendeten Beschreibungen, Schemaskizzen und fotografischen Darstellungen treten. Ähnliche Modelle werden von WADE [3] für die Ausbildung im Bergbau beschrieben. In Abhängigkeit von der Anzahl der dargestellten Dimensionen wird zwischen Visualisierungen, die zwei Dimensionen und die Zeit einbeziehen, oder vierdimensionalen Visualisierungen unterschieden.

Der zweite Modelltyp ist in die Gruppe der empirischen Modelle einzuordnen. Diese Modelle geben die Zusammenhänge zwischen den Durchsätzen im bzw. durch ein System, den Anlagenparametern sowie den Materialeigenschaften und deren Verteilung wieder. Somit ist es möglich, auf Grundlage einer experimentell für verschiedene Betriebszustände ermittelten Datenbasis, Vorausberechnungen zu beliebigen Anlageneinstellungen für den untersuchten Stoff vorzunehmen. Im Idealfall kann so mit nur wenigen Vorversuchen die optimale Einstellung für die gewünschten Produktparameter gefunden werden.

Modelle zur anschaulichen Darstellung von Aufbereitungsprozessen

Bei der visuellen Modellierung geht es um die durch Animationen veranschaulichte Darstellung von Funktionsweisen und Abläufen in Materialverarbeitungsmaschinen und –verfahren auf dem Computer. Damit werden moderne, auf elektronischen Medien beruhende Lehrmittel für die Aus-und Weiterbildung bereitgestellt. Gegenüber Schemaskizzen, Fotos und Videos, die gegenwärtig für die Darstellung der Funktionsweisen von Maschinen verwendet werden, wird dadurch ein wesentlicher Fortschritt hinsichtlich der Anschaulichkeit und Verständlichkeit erreicht. Die visuelle Modellierung (e-processing) bietet außerdem den Vorteil, den Informationsgehalt von Darstellungen auf dem Sektor der Verfahrenstechnik essentiell zu verbessern. Die Softwaremodule zu technischen Prozessen, die in Vorlesungen, für Vorträge oder Präsentationen ebenso wie als Anlage in Fachbüchern Verwendung finden können, verkörpern eine völlig neue Qualität bei der Prozessdarstellung. Sie beschränken sich nicht auf die Wiederholung vorhandener Texte und Bilder auf den neuen Medien, sondern nutzen die Möglichkeiten dieser Medien zu bewegten, animierten Prozessdarstellungen.

Im ersten Beispiel (Bild 1) soll ein Animationsmodell für die Zerkleinerung im Backenbrecher behandelt werden. Ausgehend von einer Darstellung, welche die wichtigsten Bauteile des Brechers zeigt und einer Analyse der Bewegungsabläufe des Materials und der Anlagenteile wird eine Bildfolge erstellt, die den Zerkleinerungsvorgang anschaulich macht. Gerade die Funktion des Kniehebelsystems ist schwer anhand eines einzelnen Bildes zu erklären, durch die Animation hingegen ist die Kraftübertragung zwischen den einzelnen Bauteilen gut zu veranschaulichen.

Bild 1: Darstellungen aus der Backenbrecheranimation (links) sowie Bauteilbe-
schreibung (rechts)

Ein weiteres Beispiel für e-processing ist die Darstellung der Klassierung in einem Sichter (Bild 2). Da hier komplexe Bewegungsabläufe stattfinden, die in verschiedenen Bereichen des Sichters ablaufen, wurden zwei Animationen zur Darstellung der Funktionsweise erstellt.

Die erste Animationsebene wurde vertikal durch den Sichter gelegt, so daß die vertikalen Bewegungen der Partikel verfolgt werden können. Die zweite Animationsebene verläuft horizontal durch den Sichter und zeigt das Partikelverhalten am Sichtrad. Hier ist z.B. zu erkennen, wie große, massereiche Teilchen durch die Rotationskraft nach außen gedrückt bzw. am Sichtrad abgewiesen werden und wie kleine Partikel mit dem Luftstrom durch das Sichtrad in das Innere gelangen.

Bild 2: Darstellungen aus der Sichteranimation: vertikale und horizontale Animationsebenen

Ebenso wie bei der Brecheranimation wird auf räumliche Darstellungen verzichtet, um eine gute Übersichtlichkeit zu bewahren. Die Zeit wird als Dimension in die Animation des Sichters einbezogen, natürlich muß besonders bei diesem Parameter erheblich von den tatsächlichen Verhältnissen abgewichen werden.