Ik heb de hoofdoorzaak gevonden waarom mijn zoekopdracht de sharding-sleutel niet gebruikte. Het draait allemaal om de verzameling.
Sharding-sleutel gebruik altijd collation : { locale : "simple" } om een binaire vergelijking te maken, terwijl in mijn geval mijn verzameling en indexen zijn ontworpen om "collation" : { "locale" : "en_US", "strength" : 2 } te gebruiken .
Nadat ik mijn collectie opnieuw heb ontworpen zonder enige sortering, is alles nu in orde.