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HZDR: Smarte Sensoren steuern Industrieprozesse von morgen

  • Eine am HZDR entwickelte Methode erlaubt die berührungslose Messung einer heißen Stahlschmelze – eine wichtige Voraussetzung, um das Befüllen der Gussform mit flüssigem Stahl zu steuern.

Moderne hochparallele Rechnerarchitekturen sind heute in der Lage, riesige Datenmengen in hoher Geschwindigkeit zu verarbeiten. Damit können bildgebende Verfahren zunehmend die Rolle von Sensoren übernehmen, mit denen sich Maschinen und Industrieanlagen steuern lassen. In dem europäischen Verbundprojekt TOMOCON arbeiten zwölf Forschungseinrichtungen aus neun Ländern zusammen mit 15 namhaften Industrieunternehmen an neuen bildgebenden Sensoren und daran, diese in die Steuerung und Regelung verfahrenstechnischer Prozesse einzubinden. Start des Netzwerks ist am 1. September, die Koordination liegt beim Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR).



Das wissenschaftliche Thema des neuen Europäischen Trainings-Netzwerks "Smart Tomographic Sensors for Advanced Industrial Process Control" (TOMOCON) ist im Kontext der Digitalisierung industrieller Prozesse hochaktuell. Bildgebende Messverfahren haben – insbesondere mit der Entwicklung ultraschneller paralleler Datenverarbeitung – ein enormes Potenzial als Sensoren zur Echtzeit-Steuerung von Prozessen und Anlagen. Bekannt ist dieses Thema etwa aus dem Bereich des sogenannten autonomen Fahrens.

"Gemeinsam mit unseren internationalen Partnern wollen wir 15 jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern eine umfassende Doktorandenausbildung bieten. Neben ihren Forschungsprojekten sollen sie in den beteiligten Industrieunternehmen tätig werden. Drei Sommerschulen und ein Training zu Soft Skills durch die Graduierten-Akademie der TU Dresden runden das Ausbildungsprogramm ab", erläutert der Projektkoordinator Professor Uwe Hampel vom HZDR. 

Für viele industrielle Prozesse sind vor allem tomographische Messverfahren von großem Interesse, weil sie berührungsfrei Einblicke in die Anlagen liefern. Dabei gilt es, die Herausforderungen im industriellen Einsatz zu meistern. Um nur einige Fragestellungen zu nennen: Wie geht man mit aggressiven Prozessbedingungen oder hohen Datenraten um? Wie kann man Parameter für die Steuerung und Regelung intelligent aus Bilddaten extrahieren? Wie sehen neue Formen der Mensch-Maschine-Kommunikation aus? Entsprechend breit sind die Forschungsthemen für die 15 Nachwuchswissenschaftler, denn sie betreffen so unterschiedliche Gebiete wie die Mess- und Sensortechnik, Prozesstomographie, Prozesssteuerung und -regelung, Prozessmodellierung, Mensch-Maschine-Interaktion und massiv-parallele Datenverarbeitung.

Effiziente Industrieprozesse der Zukunft

Einen starken Praxisbezug erlangt das Vorhaben durch vier ausgewählte technische Demonstrationen. Bei der sogenannten Inline-Phasentrennung werden Flüssigkeiten verschiedener Dichte durch Zentrifugieren direkt im Inneren von Strömungskanälen getrennt. Die Steuerung mit tomographischen Sensoren soll die Trenngüte signifikant verbessern und die Bildung von Emulsionen vermindern. Dies stößt auf großes Interesse bei Unternehmen der Chemie- und Mineralöl-Verfahrenstechnik, wie den beteiligten Unternehmen Linde, Shell und Total.

Beim zweiten Thema geht es um den kontinuierlichen Stahlguss, für den das HZDR eine eigene Magnetfeld-Tomographie entwickelt hat, um das Befüllen der Gussform mit flüssigem Stahl zu steuern. Gemeinsam mit der österreichischen Primetals Technologies und der TATA Steel wird das Verfahren nun bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten qualifiziert. 

Drittens soll eine tomographische Feuchtemessung die Prozesstrocknung mit Mikrowellen energetisch optimieren. Dies wird anhand der Trocknung von imprägnierten Schäumen aus Kunststoff mit dem Anlagenhersteller Vötsch Industrietechnik und dem Anwender Pinta Elements demonstriert. Und schließlich kommen in der Kristallisation Ultraschall-Techniken zur Anwendung, die das Wachstum der Kristalle steuern und gleichzeitig deren Verteilung im Reaktor messen sollen. Dieses Thema begleiten die Sulzer AG und DuPont. "Am HZDR verfolgen wir insbesondere die beiden ersten Themen sehr aktiv", betont Uwe Hampel, der zugleich eine Stiftungsprofessur an der TU Dresden innen hat. "Wir sind stolz darauf, dass unser Vorhaben auch zu einer nachhaltigen Vernetzung akademischer und industrieller Partner in Europa und darüber hinaus beiträgt. Für das HZDR und die TU Dresden sind die in TOMOCON bearbeiteten Fragestellungen zentrale Probleme der Forschung zu effizienten Industrieprozessen der Zukunft. Deshalb werden auch zwei der insgesamt 15 Doktoranden an der TU promovieren."

Weitere Informationen zu TOMOCON

Die EU fördert jährlich im Rahmen der Marie-Sklodowska-Curie-Aktionen themenoffen internationale Doktoranden-Netzwerke, sogenannte Innovative Training Networks. Die Förderung solcher Netzwerke ist sehr begehrt. Im Aufruf 2017 gingen insgesamt 1.718 Anträge bei der EU ein. Weniger als zehn Prozent kommen zur Förderung. Das vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf koordinierte Projekt hat eine Laufzeit von vier Jahren und startet am 1. September 2017. Das Fördervolumen beträgt knapp vier Millionen Euro.

Akademische Partner

Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (Deutschland, Koordinator), Chalmers University of Technology (Schweden), Delft University of Technology (Niederlande), Institut National Polytechnique de Toulouse (Frankreich), Karlsruhe Institute of Technology (Deutschland), Lappeenranta University of Technology (Finnland), Technical University of Liberec (Tschechien), University of Technology Lodz (Polen), University of Bath (Großbritannien), University of Eastern Finland (Finnland), Technische Universität Dresden (Deutschland), Universidade Federal do Paraná Curitiba (Brasilien)

Industriepartner

Netrix S.A. (Polen), Teletronic Rossendorf GmbH (Deutschland), Rocsole Ltd. (Finnland), CERG Fluides S.A.S. (Frankreich), Frames Group B.V. (Niederlande), Vötsch Industrietechnik GmbH (Deutschland), Pinta Elements GmbH (Deutschland), Primetals Technologies Austria GmbH (Österreich), Siemens AG (Deutschland), Linde AG (Deutschland), Total S.A. (Frankreich), Tata Steel Europe Ltd. (Niederlande), Shell Global Solutions International BV (Niederlande), DuPont Ltd. (Finnland), Sulzer AG (Schweiz)

Über das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

Das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) forscht auf den Gebieten Energie, Gesundheit und Materie. Folgende Fragestellungen stehen hierbei im Fokus:

  • Wie nutzt man Energie und Ressourcen effizient, sicher und nachhaltig?
  • Wie können Krebserkrankungen besser visualisiert, charakterisiert und wirksam behandelt werden?
  • Wie verhalten sich Materie und Materialien unter dem Einfluss hoher Felder und in kleinsten Dimensionen?

Zur Beantwortung dieser wissenschaftlichen Fragen betreibt das HZDR große Infrastrukturen, die auch von externen Messgästen genutzt werden: Ionenstrahlzentrum, Hochfeld-Magnetlabor Dresden und ELBE-Zentrum für Hochleistungs-Strahlenquellen.Das HZDR ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, hat fünf Standorte (Dresden, Freiberg, Grenoble, Hamburg, Leipzig) und beschäftigt rund 1.100 Mitarbeiter – davon etwa 500 Wissenschaftler inklusive 150 Doktoranden.

Weiterführende Links
www.hzdr.de  

Foto: HZDR/F. Bierstedt