Qualitäts- & Prozessoptimierung: Feuchtemessung in der Gipsfaserplatten Produktion
18.02.2020 | von Mirande Wolvekamp
Qualitätsverbesserung von Gipsfaserplatten bei der Firma Fermacell-James Hardie mit Hilfe einer Online-Feuchtemessung von ACO
Fermacell Gipsfaserplatten - wer kennt sie nicht? In den siebziger Jahren legte die Fermacell GmbH den wesentlichen Grundstein ihres Erfolges mit der Entwicklung eines Werkstoffes, der heute in der Bauindustrie nicht mehr wegzudenken ist.
Prodkutionsprozess von Gipsfaserplatten
Fermacell Gipsfaserplatten bestehen hauptsächlich aus Gips, einem Nebenprodukt der Rauchgasentschwefelung in Kohlekraftwerken und Papierfasern aus recyceltem Altpapier. Diese beiden Rohstoffe werden gemischt und nach Zugabe von Wasser – ohne Bindemittel – unter hohem Druck zu stabilen Platten gepresst. Bevor die Platten jedoch im letzten Produktionsschritt mit einem wasserabweisenden Mittel imprägniert werden können, muss im Kern der Platten eine Restfeuchte zwischen 1,2% und 2% erreicht werden. Liegt der Feuchtigkeitsgehalt unter 1,2% besteht die Gefahr das die Platten Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen und aufquellen. Oberhalb von 2% Wassergehalt entwässern sich die Platten selbst und verändern Ihre Abmaße. Der Zielwert für einen optimalen Produktionsprozess ist ein Feuchtigkeitsgehalt von circa 1,5%. Um dieses Ziel zu erreichen werden die Gipsfaserplatten mit Hilfe eines Etagentrockner getrocknet. Dieser Etagentrockner nutzt das Feuchtemesssignal als Regelgröße.
Feuchtemessung – eine Muss in der Gipsindustrie?
Nach der Trocknung muss die Restfeuchte kontinuierlich überprüft werden. Da die zunächst manuell vom Laborpersonal entnommenen Proben und die anschließende Auswertung im Labor (Atline Feuchtemessung) weder kostengünstig noch zeitnah waren, wurde nach einer alternativen Feuchtemesslösung gesucht. Diese sollte es ermöglichen, gezielt in den Trocknungsprozess bei der Gipsfaserplatten Herstellung einzugreifen.
Am Ende viel der Entscheid die finale Lösung des Messpoblems durch die Integration einer Inline-Feuchtemessung im Produktionsprozess zu lösen. Das Signal der Feuchtesensoren dient der Trocknersteuerung als Prozessregelgröße. Somit kann die Temperatur- und Durchlaufgeschwindigkeit im Etagentrockner gesteuert werden.
Durch die Temperatur- und Geschwindigkeitssteuerung des Trockners wird die Qualität der Gipsfaserplatten gesichert und Ausschuss vermieden. Zu feuchte Gipsfaserplatten werden verschrottet und als wiederverwerteter Rohstoff dem Produktionsprozess wieder zugeführt.
Weitere Applikationsberichte und Fallbeispiele für die Feuchtemessung in der Gipsindustrie:
Wie funktioniert eine Feuchtemessung?
Die Feuchtesensoren von ACO arbeiten mit dem kapazitiven Messprinzip. Beim kapazitiven Wirkprinzip wird über die Änderung der Permittivität (Dielektrizitätskonstane) des gemessenen Materials in Referenz zu der Permittivität des Wasssers Rückschluss auf die Restfeuchte in der Gipsphaserplatte gezogen.
Die Signalübertragung zwischen der Auswerteeinheit (DIGISYS) und der übergeordneten Steuerung erfolgt über Profibus DP oder analoge Normsignale. Für jeden Feuchtesensor wird ein Messwert an das Prozessleitsystem (PLS) übertragen, um die Feuchteverteilung innerhalb der Plattenbreite zu erkennen.
Die Kalibrierung der Feuchtemessung wird bei der Inbetriebnahme direkt im Produktionsprozess mit Hilfe einer übersichtlichen Kalibriersoftware durchgeführt. Die Kalibrierdaten werden in der Auswerteeinheit (DIGISYS) des Feuchtemesssystems gespeichert. Sollte ein Feuchtesensor ausgetauscht werden müssen, ist keine Neukalibrierung notwendig. Bis zu 16 Feuchtesensoren können an eine Auswerteinheit angeschlossen werden. Jeder Feuchtesensor ist in der Lage, 16 verschiedene Materialkurven (hier: für die unterschiedlich dicken Platten) zu speichern und zu auszuwerten. Die Eindringtiefe des Feuchtesensors beträgt je nach Material und Einbausituation bis zu 150mm. Die Sensorelektronik der Feuchtemessung ist in einem robusten „goldenen“ Edelstahlgehäuse eingebaut, das mit dem mitgeliefertem Klemmring flexibel im Produktionsprozess montiert werden kann.
Lesen Sie unseren ausführlichen Bericht: Wie funktioniert eine Feuchtemessung?
Prozessintegration der Feuchtemessung bei der Produtkion von Gipsphaserplatten
Einer der wichtigsten Aspekte bei der Realisierung einer Feuchtemessung im Produktionsprozess ist die richtige Einbauposition der Feuchtesensoren. In diesem Fall wurde nach dem Etagentrockner eine Einbaumöglichkeit gesucht, die es erlaubt die Restfeuchte ohne großen Aufwand in unterschiedlich dicken Platten zu messen. Einerseits darf der Ablauf der Anlage auf keinen Fall gestört oder behindert werden, andererseits sollte die höchste Messgenauigkeit erzielt werden. Daher wurde entschieden, von unten (innerhalb der Transportrollenbahn) zu messen. Dadurch kann der Feuchtesensor eine kontinuierliche Messung über die gesamte Länge der Platte durchführen, ohne den normalen Produktionsprozess zu behindern.
Prozessüberwachung und Prozesssteuerung durch eine Feuchtemessung
Die Messungen zeigten einen unterschiedlichen Verlauf des Feuchtegehalts der Gipsfaserplatten über deren Fläche. Ein Feuchtesensor alleine liefert keine reproduzierbare Messwerte, um Unterschiede im Feuchtigkeitsgehalt der 12 Platten zu erkennen und den Etagentrockner zu steuern. Um die Verteilung der Restfeuchte über die gesamte Plattenbreite von 2,5m zu erfassen und auszuwerten, ist es notwendig mindestens drei Feuchtesensoren über die gesamte Plattenbreite zu installieren.
