Energieeffiziente Automatisierung in der Bauchemie

1 Kundenprofil Ardex

ARDEX ist seit über 60 Jahren die Kompetenzmarke des Fachhandwerks und Fachgroßhandels in der Bauindustrie. Mit exzellenten Produkten von höchster Verarbeitungsqualität hat sich das Unternehmen zu einem Qualitätsführer einer ganzen Branche entwickelt. Die Firma ARDEX stellt ein breites Spektrum an bauchemischen Produkten her (Bild 1). Für Anwendungen im Rohbau sind dies z. B. Betonspachtel, Estriche und Vergussmörtel. Daneben werden auch Fliesenkleber, Natursteinkleber, Fugenmörtel, Wandspachtelmassen und Fassadenspachtel hergestellt. Alle Produkte müssen optimal auf die Verarbeitungsprozesse abgestimmte Funktionen haben und zeichnen sich durch konstant gleichmäßige und hochwertige Qualität aus.

Die ARDEX-Gruppe ist mit über 37 Tochtergesellschaften in mehr als 50 Ländern auf allen Kontinenten vertreten. Der Wittener Familienbetrieb ist längst ein international operierendes Unternehmen und weltweit einer der führenden Anbieter qualitativ hochwertiger Spezialbaustoffe. ARDEX forscht und arbeitet in seinem Entwicklungscenter im Rahmen präzise gesteuerter Forschungsprozesse an immer neuen Ideen und innovativen Produktsystemen. Ob Grundierung, Kleber, Spachtelmasse, Abdichtung oder Beschichtung: Alle Produktentwicklungen von ARDEX dienen dem Ziel, den Partnern im Fachhandwerk systematisch die Arbeit zu erleichtern und die Bandbreite an kreativen Möglichkeiten zu erweitern. Die große Erfahrung mit Materialien und Verarbeitungsprozessen sowie der ständige Dialog mit den Kunden sind die wichtigsten Inspirationsquellen überhaupt.

Die hohe ARDEX-Qualität schützt natürlich auch vor Folgekosten. Dank ihrer immensen Zuverlässigkeit bieten die Systeme jederzeit ein Höchstmaß an Verarbeitungssicherheit. Dies ist ein nicht zu unterschätzender Faktor, denn er erspart Reklamationen und unüberschaubare Nachbesserungen. Jeder perfekt ausgeführte Auftrag wirkt sich positiv auf den guten Ruf des Verarbeiters aus.

2 Investitionsziele bei ARDEX

An erster Stelle der Investitionsziele steht die Produktqualität: ARDEX-Kunden können sich jederzeit auf die zugesicherten Produktfunktionen, wie z.  B. leichte, effiziente und schnelle Verarbeitbarkeit, verlassen. Daneben ist die Flexibilität in der Produktion ein weiteres wichtiges Kriterium.

Eine neue Anlage in Witten sollte die laufende Verbesserung und Optimierung der Produkte und die problemlose Produktion von Neuentwicklungen ermöglichen. Die Zukunftssicherheit sollte neben innovativer Automatisierungstechnik auch durch wegweisende Prozessleit- und Visualisierungstechnik gewährleistet sein. Die Ziele:

1. Automatisierung von über 50 Rohstoffen, speziell die Integration der Mittel- und Kleinkomponenten, in  mehr als
50 Rezepten mit bis zu 20 Komponenten,

2. Größtmöglicher Durchsatz bei Einhaltung höchster Dosier- und Wiegegenauigkeiten,

3. Energieeffizientes Handling großer Produktmengen in einem Turmkonzept mit vertikalem Materialfluss,

4. Kontrollsiebung aller eingesetzten Rohstoffe zur Vermeiden von „Kometenbildung“ bei der Verarbeitung,

5. Höchste Flexibilität bei Produktumstellung durch reinigungsfreundliche Systeme mit äußerst geringen Produk­tionsstillstandszeiten,

6. Restmengenfreier Produktwechsel bei Spezialprodukten und Vormischungen,

7. Staubarme, ergonomische Arbeitsplätze durch geschlossene Systeme,

8. Schonendes, störungsfreies Fördern von schwierigen Rohstoffen, wie z.  B. Titandioxid

9. Prozesstransparenz, Produktionssicherheit und Dokumentation aller Rezepturen mit Anbindung an das übergeordnete Host-System.

10. Wartungs- und servicefreundliches Gesamtsystem, das mit zukunftssicheren Bauteilen eine hohe Verfügbarkeit sicherstellt.

3 Automatische Rohstoffbereitstellung

„Bereits in der Projektphase wurde uns bewusst, dass der Schlüssel für eine erfolgreiche Produktion vor dem eigentlichen Mischprozess liegt, weil dort der Grundstein für die Güte und sprichwörtliche Qualität unserer Produkte liegt“, so Peter Kawka, Werksleiter bei ARDEX Witten. „Für uns war das Sieben aller eingesetzten Rohstoffe ein Muss. Neben den Vibrationssiebmaschinen im Bereich der Großmengen überzeugen die Wirbelstrom-Siebmaschinen von AZO durch kompakte Bauweise und Effizienz“ knüpft Klaus Behrendt, Leiter Corporate Engineering bei ARDEX, an.

4 Die AZO Lösung im Detail

Nach einer eingehenden Projektstudie entschied man sich bei ARDEX für ein vertikales Turmkonzept (Bild 2). Hierbei werden alle Rohstoffe pneumatisch nach oben gefördert und dann im freien Fall dosiert, gewogen und dem Misch- und den anschließenden Abfüllprozessen zugeführt. Die Gesamtanlage gliedert sich in sieben Teilbereiche:

1. Automatisierung der Großmengen

2. Handling von Vormischungen und Spezialprodukten

3. Materialbereitstellung der Mittelkomponenten

4. AZO COMPONENTER^® zum automatischen Wiegen von Additiven

5. Mischerebene

6. Abfüllen der Fertigprodukte und Vormischungen

7. Prozessleittechnik zur Prozesssteuerung und Visualisierung der gesamten Anlage

Für die Lagerung der Großmengen stehen 15 Silos aus Normalstahl zur Verfügung, die sich über mehrere Ebenen erstrecken. Diese Silos werden über die Befüllleitungen aus Silofahrzeugen beschickt. Die Überwachung und Plausibilisierung erfolgt über die Vorwahl im Wareneingang sowie über die Sensorik an den Anschlüssen der Förderleitung. Durch diese Überwachung ist sichergestellt, dass die richtigen Produkte in die dafür vorgesehenen Silos gelangen. Zur Entleerung des Silofahrzeuges wird aufbereitete Druckluft stationär zur Verfügung gestellt. Dies verhindert, dass Luftfeuchtigkeit in die hygroskopischen Produkte eingeblasen wird, was zwangsläufig zu Verklumpungen führen würde. Da es sich in vielen Fällen um schleißende Produkte handelt, wie z.  B. Zement, Faserstoffe, Kreide, Gips, Dispersionspulver und Sand, sind die Befüllleitungen mit Kugelbögen ausgestattet. Die Leitungen sind so montiert und integriert, dass sie bei eventuellem Verschleiß schnell mit Hilfe eines Hebezeuges ausgetauscht werden können. Dies geschieht vierteljährlich vorbeugend.

Sämtliche Silos sind mit groß dimensionierten Filtern und Füllstandmesssystemen ausgestattet. Ein Teil der Silos ist produktabhängig mit Explosionsschutz versehen, der ein Höchstmaß an Sicherheit bietet. Auch das Design der Siloausläufe ist den Produkteigenschaften angepasst. Die Varianten reichen von einem einfachen Auslaufkegel über Vibrationsböden bis hin zu Vibrationsböden mit zusätzlichen Belüftungsdüsen (Bild 3). So ist sichergestellt, dass alle Produkte First In – First Out ausgetragen werden. Um die Produkte in die Behälterwaagen zu dosieren, werden passend dimensionierte, frequenzgeregelte Dosierschnecken eingesetzt. Da von verschiedenen Produkten sowohl große als und auch kleine Mengen gefördert werden, sind die Schnecken teilweise „Huckepack“ ausgeführt, d. h. einer großen Schnecke ist eine kleine Schnecke nachgeschaltet, die Kleinmengen dosiert.

Zum genauen Dosieren aller Komponenten sind die ­Schnecken frequenzgeregelt, so dass auch bei den Großmengen sehr hohe Genauigkeiten bei gleichzeitig sehr hohen Leistungen erreicht werden. Eine Kontrollsiebmaschine ist zwischen Dosierschnecke und Waage installiert. Sie löst Verklumpungen auf oder scheidet sie aus. Die exakt gewogenen Chargen werden in einen Vorbehälter über den Mischern für Fertigmischungen entleert.

Nach den Erfahrungen von ARDEX bieten AZO DOSITAINER^® ein Höchstmaß an Flexibilität bei Produktwechsel und ermöglichen u.  a. das ideale, restmengenfreie Wechseln von Vormischungen. Das neue Materialzuführungskonzept setzt kreativen Innovationen keine Grenzen und lässt laufende Rezeptoptimierungen zu. Sicheres, verwechslungsfreies Rohstoffhandling in der Materialbereitstellungsebene wird durch Bedienerführung an Monitoren und Barcodeüberwachung sämtlicher Rohstoffe erreicht.

Zur Herstellung von Vormischungen werden verschiedene Gipssorten aus den Großmengensilos entnommen und in die entsprechende Behälterwaage dosiert. Auch hier wird mit Grob-/Feinumschaltung bei der Dosierung und einer Kontrollsiebung gearbeitet. Weitere an der Rezeptur beteiligte Rohstoffe werden vorgewogen direkt über einen Einfülltrichter mit integriertem Kontrollsieb in den Mischer gegeben. Nach dem Herstellen einer homogenen Mischung kann diese sowohl in Big-Bags als auch in AZO DOSITAINER^® abgefüllt werden. Diese können dann im AZO COMPONENTER^® als wechselnde Komponenten wieder in den weiteren Prozess eingeschleust werden.

Auf der ebenerdigen Materialbereitstellungsebene werden die Mittelkomponenten aufgegeben, die in Säcken oder Big-Bags angeliefert werden. Die Sackware wird staubarm in Einfülltrichter gefüllt und mittels Saugförderung schonend und staubfrei in Tagessilos über dem AZO COMPONENTER^® gefördert. Über einen Kupplungsbahnhof kann die Verteilung auf die ­jeweiligen Vorratsbehälter vorgenommen werden. Angelieferte Big-Bags werden in den Big-Bag Entleerstationen staubdicht angedockt und entleert (Bild 4). Diese Rohstoffe werden ebenfalls über pneumatische Saugfördersysteme in die Tagessilos gefördert. Eine separate Station bietet die Möglichkeit, Sackware in AZO DOSITAINER^® umzufüllen. Diese Container mit integrierter Dosierschnecke können dann als Wechselkomponenten auf den AZO COMPONENTER^® aufgesetzt werden. Bei Produktwechsel können die AZO DOSITAINER^® ohne hohen Reinigungsaufwand einfach und schnell ausgetauscht werden, was ein besonderer Vorteil dieses Systems ist. Farben und spezielle Steueradditive, die sich nicht pneumatisch fördern lassen, werden über Einfülltrichter direkt oberhalb des AZO COMPONENTERS^® aufgegeben. Alle bereitgestellten Komponenten werden sicher ausgetragen und mit Wirbelstrom-Siebmaschinen kontrollgesiebt. Über Dosierschnecken erfolgt eine exakte Dosierung der Komponenten in die fahrbaren Waagen des AZO COMPONENTERS^®.

Für ARDEX bietet der AZO COMPONENTER^® eine hohe Flexibilität mit den Wechselwaagen im Bereich der automatischen Additivbereitstellung. Höchste Dosier-Genauigkeiten bei den Steueradditiven sind ein Alleinstellungsmerkmal, das ARDEX im internationalen Wettbewerb hervorhebt. Zu ­Pro­-jekt­beginn hat ARDEX nach einer Firma gesucht, die stark ist in der Kleinmengendosierung (Bild 5). Mit AZO wurde ein Partner gefunden, der alle Komponenten in den Automatisierungsprozess integrierte. Fast keiner der Wettbewerber von AZO hat sich die Automatisierung der Farben und Steuer­ad­ditive zugetraut, wie sie die AZODOS^®-Systeme bewältigen.

Der AZO COMPONENTER^® ist mit zwei fahrbaren Waagen ausgestattet, die entsprechend der Rezeptur die jeweiligen Dosierstellen anfahren. Hier wird eine staubdichte Verbindung hergestellt und automatisch eine Aspiration angeschlossen. Nun können die Komponenten exakt in die als Container ausgebildeten Waagen eindosiert werden. Rieselschutzschieber verhindern ein Nachrieseln aus den Dosierstellen. Da Steueradditive und Farben sehr genau zugeführt werden müssen, werden für diesen Bereich AZODOS^®-Dosiergeräte als Negativ-Waagen eingesetzt. Diese haben einen kleineren Wiegebereich als die fahrbaren Waagen und können deshalb kleine Produktmengen sehr exakt wiegen. Sobald ein Rezept abgearbeitet ist und sich alle Komponenten in der fahrbaren Waage befinden, fährt diese über eine Entleerstation. Mittels einer Andockvorrichtung und der patentierten Andockmanschette wird eine staubdichte Verbindung hergestellt und die komplette Charge in den darunter liegenden Mischer für Fertigmischungen entleert. Um bei Produktwechsel Zeit zu sparen, können die Container auf den fahrbaren Waagen entnommen und durch frisch gereinigte ersetzt werden. So gibt es keinerlei Verzögerungen, da sofort weiter produziert werden kann.

Für das Herstellen der Fertigmischungen stehen zwei Horizontalmischer zur Verfügung sowie ein weiterer Mischer für die Vormischungen in ähnlicher Ausführung. Einfülltrichter direkt über den Mischer bieten die Möglichkeit der Handzugabe. Dies kann nach einer Probenahme zur Einstellung der Charge genutzt werden. Auch hier lässt das Gesamtkonzept in punkto Flexibilität keine Wünsche offen.

„Der enge Dialog zwischen der Projektplanung und Produktion der Firma ARDEX und den AZO Ingenieuren führte zu einem optimal auf unsere Bedürfnisse zugeschnittenes Konzept mit hohem Nutzen, welches uns weiteres Wachstum ermöglicht und uns keine Kapazitätsgrenzen setzt“ sagt Peter Kawka. Wie schon bei der Produktannahme sind auch beim Abfüllen die verschiedensten Gebindeformen möglich (Bild 6). So können die Fertigmischungen über eine vollautomatische Absack- und Palettieranlage in Säcke gefüllt und eingelagert werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, Container und Big-Bags über entsprechende Befüllstationen zu befüllen.

Für Ardex war besonders wichtig, einen Partner für das gesamte Projekt in Bezug auf die Verfahrenstechnik und die Steuerungstechnik zu haben. Klare Zuständigkeiten zwischen AZO und hsh ermöglichten die optimale Anbindung unserer Produktion an das MES und Host-System. Von der zentralen Schaltwarte aus haben die Bediener die gesamte Produktion im Überblick (Bild 7). Die übersichtliche Prozessvisualisierung gibt dem Bediener jederzeit Auskunft über den aktuellen Stand der Produktion. Auf einen Blick können beispielsweise Füllstände, Parameter oder der Mischerstatus erfasst werden. Durch die Anbindung an den Host-Rechner ist ein schnittstellenfreies Arbeiten möglich. Die Bediener in der Produktion bekommen an übersichtlich gestalteten farbigen Monitoren genaue Instruktionen, welche Produkte wo eingefüllt werden müssen. Ein Barcodesystem verhindert hier, dass es zu Verwechslungen kommt. Des Weiteren besteht über Bedienterminals die Möglichkeit, in den automatischen Prozess einzugreifen. So kann man aus dem automatischen Prozess in einen halbautomatischen Semiprozess oder in einen Einzelsteuerungsprozess wechseln. Entsprechende Protokolle für die Rezepturdokumentation werden ausgedruckt. Dies gilt auch für Warenbegleitscheine, Etiketten etc. Erst das optimale Zusammenspiel von Verfahrenstechnik und Steuerungstechnik bietet ein Höchstmaß an Produktionssicherheit und -transparenz sowie die Dokumentation aller produzierten Waren.

5 Fazit

„In Bezug auf Energieeffizienz hat die neue Anlage in ­Witten Vorbildcharakter für unsere weltweiten Werke. Der Modul­gedanke sowohl im Bereich der Verfahrens- als auch in der Steuerungstechnik wird bei uns zum Weltstandard werden“, sagt Peter Kawka.

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