Entwicklung von Verfahren und Bohrtechniken zur zufälligen Volumenelemententnahme aus Ballen

Für den Umgang mit Abfällen ist das Wissen über die Zusammensetzung wichtig. Erkenntnisse darüber werden u. a. mit Hilfe von zeitaufwendigen, händischen Probenahmen aus gepressten Abfällen gewonnen. In der vorliegenden Dissertation werden Verfahren und Bohrtechniken zur zufälligen Volumenelemententnahme aus Ballen entwickelt. Neben der stofflichen Charakterisierung von Ballen aus dem Bereich der Leichtverpackungen sollen Verfahren zur Entnahme von Proben über zufällig ausgewählte x-, y- und z-Koordinaten diskutiert werden. Zur Probenentnahme sind geeignete Bohrer und Steuerungstechniken zu konzipieren. Des Weiteren dient die Dissertation als Grundlage für das Normverfahren Ballenbeprobung. Um die technischen Eigenschaften von Ballen aus Sortierfraktionen zu ermitteln, wurden acht Sortier- und Recyclingbetriebe besucht. Von den zurzeit 31 Ballenarten, mit unterschiedlichen Inhaltsstoffen, wurden die Abmessungen und jeweiligen Durchschnittsgewichte für die zurückliegenden sechs Monate aufgenommen. Anhand dieser grundlegenden Daten sind die Dichten der Ballen und die Verdichtungsgrade der Ballenpressen berechnet worden. Diese Datenberechnung ist nötig, damit die aus dem Ballen zu entnehmende Menge im Vorfeld der Probenahme bestimmbar ist. Als Basis der zufallsgenerierten Bohrpunktermittlung wurden die Bindedrähte, mit denen die Inhaltsstoffe im Ballen fixiert sind, sowie die Randbereiche des Ballens untersucht. Ebenso sind Schlangen-, Forstner- und Bohrkernbohrer an Ballen der Produktspezifikationen Kunststoff-Folien sowie Misch-PET 70/30 getestet worden. Fokus lag hierbei auf der Schneidleistung, der damit verbundenen Erwärmung, den Auswirkungen auf das Bohrgut und der Störanfälligkeit. Ausgewählte Richtlinien/Normen wurden hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit für die Ballenbeprobung betrachtet. Ballen weisen durchschnittlich Abmaße von 1085 x 1026 x 1167 mm bei einem Gewicht von 531 kg und einer entsprechenden Dichte von 409 kg/m³ auf. Sie werden mit Kanalballenpressen hergestellt, die das Ausgangsmaterial im Durchschnitt um das Siebenfache verdichten. Da bisher verwendete Richtlinien/Normen überwiegend für Pro-benahmen aus Haufwerken gelten, ist das Verfahren der „Ballenbeprobung zufallsgeneriert“ entwickelt worden. Mit diesem kann auf Basis der Dimensionen, des nutzbaren Volumens und der Bohrtechnik eine zufallsorientierte Probenahme aus Ballen stattfinden. Das Verfahren wurde auf die LAGA PN 98, die integrale Charakterisierung und die Probenahme nach Grünem Punkt beispielhaft übertragen, um die Beprobung von Ballen unter Anwendung etablierter Vorschriften zu ermöglichen. Für die Probenahme ist der Zackenbohrer konstruiert worden, welcher bis zu 600 mm lange Volumenelemente mit Hilfe von 90° zum Umfang gesetzten Wendeschneidplatten herausbohrt. Die maximale Erwärmung eines Volumenelements ist im Vergleich zu einer konventionellen Betonbohrkrone mit 40 °C halb so groß. Nach dem Verfahren der „Ballenbeprobung zufallsgeneriert“ sind bei einem Bohrerdurchmesser von 60 mm und einer Volumenelementlänge von 100 mm für eine zehn Liter umfassende Probe fünf Volumenelemente zufallsbasiert herauszubohren. Für den Zufallsgenerator und eine zu automatisierende Ballenbeprobungsmaschine wurden Programmablaufpläne erstellt. Erstmals sind Ballen mit ihren physischen Eigenschaften katalogisiert. Insgesamt wurden vier Probenahmeverfahren, ein Bohrertyp und ein schematischer Ablauf der Steuerung entwickelt. Dabei liegen die Entnahmezeiten für die Erzeugung einer Laborprobe, bei Anwendung auf die Produktspezifikation „350 – Mischkunststoff“, zwischen 1,5 und 24 Minuten.