Qualitäts- & Prozessoptimierung: Feuchtemessung in der Gipsfaserplatten Produktion

<p>Ziel der Online-Feuchtemessung bei fermacell® – James Hardie:</p>

• Herstellung hochwertiger Platten durch verbesserte Feuchtesteuerung im Prozess.
• Ein System zur Nachverfolgung der Feuchte pro Gipsfaserplatte – von der Produktion bis zum Kunden.
• Gasersparnis durch Überwachung der Feuchte vor und nach der Trocknung.

James Hardie ist seit über 130 Jahren für seine Innovationen in der Bauindustrie bekannt. fermacell®, eine Division von James Hardie, ist verantwortlich für äußerst vielseitige und hochwertige Gipsfaserplatten für Innenanwendungen wie Wände, Decken und Böden.

<p>Herstellungsprozess für Gipsfaserplatten</p>

fermacell® Gipsfaserplatten enthalten keine gesundheitsschädlichen Stoffe. Die Platten enthalten keinen Klebstoff, wodurch Geruchsbelästigungen entfallen und die homogene Plattenstruktur besser „atmen" kann.

Die Platten werden imprägniert, um sie wasserabweisend und feuerbeständig zu machen. Im letzten Produktionsschritt werden die Platten mit einem wasserabweisenden Mittel imprägniert. Bevor dies geschehen kann, muss der Restfeuchtegehalt in den Platten zwischen 1,2 % und 2 % liegen. Liegt der Feuchtegehalt unter 1,2 %, besteht die Gefahr, dass die Platten Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen und aufquellen. Auch die Gasverbrauchskosten steigen bei niedrigerem Feuchtegehalt drastisch an. Übersteigt der Feuchtegehalt 2 %, können die Platten beim Trocknen durch Schrumpfung maßlich instabil werden. Der Zielfeuchtegehalt für einen optimalen Produktionsprozess liegt zwischen 1,5 und 1,9 %.

Die Gipsfaserplatten werden mit einem Plattentrockner in Kombination mit einem Inline-Feuchtemesssystem von ACO optimal getrocknet, um dieses Ziel zu erreichen.

<p>Prozessintegration der Feuchtemessung</p>

ACO liefert ein kapazitives Feuchtemesssystem, das bis zu 150 mm tief in das Produkt messen kann – also direkt bis in den Kern der Faserplatte. Das DMMS-System kann bis zu 16 Sensoren in einer Wago-SPS verbinden und verarbeiten. Alle Werte können einfach über ProfiNet gelesen und verarbeitet werden. Die Installation der Sensoren ist ein wichtiger Punkt, der besondere Aufmerksamkeit erfordert.

Die Messung erfolgt direkt nach der Schleifmaschine. Platten unterschiedlicher Dicke (10, 12,5, 15 und 18 mm) werden über den Sensor transportiert.

Um Blockaden zu vermeiden und eine kontinuierliche Feuchtemessung zu gewährleisten, werden die Gipsfaserplatten direkt inline auf der Rollenbahn gemessen. Dadurch kann der Sensor kontinuierliche Feuchtemessungen über die gesamte Plattenlänge durchführen, ohne aktiv in den Produktionsprozess der Gipsfaserplatten einzugreifen. Eine einzigartige Montagevorrichtung mit speziellen Rollen hat den Einfluss von Vibrationen auf der Bahn reduziert, gewährleistet den konstanten Abstand der Feuchtemessung zu den Faserplatten und verringert den Verschleiß der Montageplatten und der Faserplatten. Druckluft sorgt außerdem dafür, dass die Rollen und der Sensor sauber bleiben, was den Wartungsaufwand reduziert.

Um sicherzustellen, dass alle Sensoren korrekt installiert sind und ordnungsgemäß funktionieren, werden ihre Rohwerte mit einer Pertinax-Platte überprüft. Diese Schnellprüfung reduziert den Wartungsaufwand.

Für die verschiedenen Dicken der Faserplatten sind vier Kurven im System gespeichert. Diese Daten werden über ProfiNet eingelesen und als Feuchtewert in den Platten angezeigt. Obwohl der Abstand zwischen den Platten und dem Sensor bei allen drei Sensoren ähnlich ist, werden sie alle mit derselben Kurve kalibriert, was die Kalibrierzeit reduziert.

<p>Feuchtemessung im Labor</p>

Bei fermacell® wird dasselbe DMMS-Feuchtemesssystem wie bei der Online-Feuchtemessung auch im Labor eingesetzt, jedoch in einer stationären Offline-Konfiguration. Früher mussten die Platten 24 Stunden im Labor getrocknet werden, um die Feuchtewerte zu erhalten. Jetzt stehen die Feuchtewerte innerhalb von Sekunden zur Verfügung. Das Messsystem wird nach Firmenvorschriften kalibriert und regelmäßig mit einer Pertinax-Prüfplatte kontrolliert.

Ein Aufkleber auf der Platte aus der Produktion kann mit einem QR-Handscanner gescannt werden, um die richtige Kalibrierkurve bzw. Plattendicke auszuwählen. Über die ProfiNet-Kommunikation wählt der QR-Code die richtige Dicke der Platten aus und liefert einen genauen Feuchtegehalt. Die Werte aus dem Labor müssen mit den Online-Feuchtewerten übereinstimmen. Dies bietet eine zusätzliche Qualitätskontrolle der Platten.

Diese Werte werden über Ethernet aufgezeichnet und gespeichert – für Qualitäts- und Verbesserungszwecke.

<p>Vorteile der Online-Feuchtemessung</p>

Um zu verhindern, dass Platten zu lange getrocknet werden – was sowohl kostenintensiv als auch qualitätsmindernd ist –, wurden zusätzliche Online-Feuchtemessungen vor und nach dem Trockner sowie vor der Einlagerung montiert. Dies ermöglicht eine effektivere Überwachung und Steuerung des Trocknungsprozesses und der Qualitätskontrolle, was zu besseren Platten und erheblichen Einsparungen beim monatlichen Gasverbrauch führt.

Wie funktioniert eine Feuchtemessung?

ACO-Feuchtesensoren arbeiten nach dem kapazitiven Messprinzip. Die Signalübertragung zwischen der Auswerteeinheit (DIGISYS) und dem übergeordneten Leitsystem erfolgt entweder über Profibus DP oder über analoge Standardsignale. Für jeden Feuchtesensor wird der gemessene Wert an die Prozesssteuerung (PLC) übertragen, um die Feuchteverteilung über die gesamte Breite der Gipsfaserplatte zu erfassen.

Die Kalibrierung des Feuchtemesssystems wurde während der Inbetriebnahme direkt im laufenden Produktionsprozess mit einer einfach zu bedienenden Kalibriersoftware durchgeführt. Die Kalibrierdaten werden in der Auswerteeinheit (DIGISYS) gespeichert. Muss ein Sensor ersetzt werden, ist keine erneute Kalibrierung erforderlich.

An eine Auswerteeinheit können bis zu 16 Feuchtesensoren angeschlossen werden. Jeder Feuchtesensor kann 16 verschiedene Materialkurven speichern und verwenden. Die Eindringtiefe des Feuchtesensors beträgt – abhängig von Material und Einbausituation – bis zu 150 mm. Die Elektronik des Feuchtesensors befindet sich in einem robusten, „goldfarbenen“ Edelstahlgehäuse, das mit dem mitgelieferten Spannring flexibel montiert werden kann.

Lesen Sie einen ausführlichen Artikel über: Wie funktioniert eine Feuchtemessung?

Prozessintegration der Feuchtemessung: So integrieren Sie eine Feuchtemessung in den Produktionsprozess von Gipsfaserplatten!

Einer der wichtigsten Aspekte bei der Realisierung einer Feuchtemessung ist die korrekte Einbauposition der Feuchtesensoren. In diesem speziellen Fall wurde eine Einbaumöglichkeit gesucht, die es erlaubt, die Feuchte in Gipsfaserplatten unterschiedlicher Stärke ohne großen Aufwand zu messen. Einerseits darf der Materialfluss des Systems nicht negativ beeinträchtigt werden, andererseits soll die bestmögliche Messgenauigkeit erreicht werden.

Aus diesen beiden Gründen wurde entschieden, die Gipsfaserplatten inline direkt im Transport-Rollenförderer zu messen. Dadurch kann der Sensor eine kontinuierliche Feuchtemessung über die gesamte Plattenlänge durchführen, ohne aktiv in den Produktionsprozess der Gipsfaserplatten einzugreifen.

Prozessüberwachung und Prozesssteuerung: Wie eine Feuchtemessung in einen Produktionsprozess für Gipsfaserplatten integriert werden muss.

Die ersten Testmessungen zeigten, dass der Bodentrockner nicht homogen trocknet. Ein einzelner Sensor ist nicht in der Lage, Unterschiede im Feuchtegehalt der 12 Gipsfaserplatten zu erkennen. Um die Verteilung der Restfeuchte über die gesamte Breite der Gipsfaserplatten mit einer Gesamtbreite von 2,5 m erfassen und auswerten zu können, ist es notwendig, mindestens drei Feuchtesensoren über die gesamte Plattenbreite verteilt zu installieren.

Zur Steuerung des Gipstrockners werden die gemessenen Feuchtewerte der 12 Gipsfaserplatten gemittelt. Mit diesem durchschnittlichen Feuchtewert der Platten kann der Trockner geregelt werden. Zuvor wurden die Platten mit einem tragbaren Feuchtemessgerät („Bindicator“) überwacht, dessen Messwerte jedoch nicht sehr genau waren. Durch dieses Handmessgerät ergab sich tendenziell ein hoher Anteil minderwertiger Gipsfaserplatten, die zudem häufig von Kunden zurückgesandt wurden. Nach der Ausstattung der Produktionslinie mit einer ACO-Feuchtemessung gingen die qualitätsbedingten Rückläufe aufgrund falscher Feuchtewerte schnell zurück, und die Produktion erreicht nun eine deutlich konstantere Qualität.