Technik

Kemmler und Hengstmann entwickeln neutrale Silo-Kontrolle

Immer den richtigen Sand im Beton

Moderne Mischanlagen sind in der Lage, eingegebene oder hinterlegte Rezepturen sehr genau zu dosieren und zu dokumentieren. Aus den archivierten Chargenprotokollen lässt sich jederzeit belegen, dass die Mischanlagensteuerung die Dosierklappen der Silos für Zuschläge, Bindemittel, Zusatzmittel, Zusatzstoffe usw. geöffnet und Material aus dem jeweiligen Silo in richtiger Menge in die nachfolgende Waage abgegeben hat.

Lkw vor Silo

Eine Schwachstelle hierbei war jedoch bis heute, ob sich auch das richtige Material im richtigen Silo befunden hat. Besonders bei den Zuschlägen, die täglich in öfters erheblichen Mengen angeliefert werden, kann es immer wieder vorkommen, dass der Mischmeister das falsche Silo für den anliefernden Material-LKW freigibt. Die Mischmeister haben z.T. mehrere Mischanlagen gleichzeitig zu steuern, es kommt zu Ablenkungen durch Telefonate, Kübelbahnstörungen, Wünsche nach Feuchtigkeitsänderungen aus der Produktion, Vertreterbesuche, Materialdisposition usw.

Aufgrund dieser „Multitasking“-Anforderung an den oder die Mischmeister kommt es manchmal vor, dass der Mischmeister den Drehverteiler an der Spitze des Materialsilos einer Turmanlage versehentlich nicht auf die Brechsand-Kammer, sondern auf die Rheinsand- oder eine beliebige andere Kammer einstellt. Gleiches kann mit den Beschickungsbändern in einer Reihendoseuranlage passieren. Ein typischer menschlicher Fehler ohne jegliche Sabotageabsicht – und schon befindet sich das falsche Zuschlagmaterial in der falschen Silo-Kammer.

Produktionsstörung aufgrund menschlicher Fehler …

Die Folgen eines solchen Missgeschicks können schwerwiegend sein. In der Regel wird nicht sofort bemerkt, dass der Drehverteiler auf das falsche Silo eingestellt ist. Würde dies zufällig geschehen, könnte der Elevator natürlich angehalten und der Drehverteiler auf das richtige Silo umgestellt werden. Die wahrscheinlichere Folge aber ist, dass der Zug Sand unerkannt in das 8/16er- oder ein beliebiges anderes Silo gefördert wird.

Erst beim Verarbeiten des Betons wird irgendwann zeitversetzt klar, dass die Beton-Mischung mehr oder weniger Grobanteile besitzt als die Mischungen zuvor. In der Regel wird auch nicht sofort beim ersten Verdacht die Produktion angehalten – die nächste Mischung könnte ja wieder normal sein.

Erhält das Labor dann davon Kenntnis, kann der Laborant zwar durch Auswaschung und Absiebung der Probe die Abweichung der Sieblinie vom gewünschten Rezept nachweisen. Das ändert aber nichts an der Tatsache, dass sich falsch zusammengesetzter Beton bereits in der Schalung oder im Fertigteilwerk auf der Produktionspalette befindet – oder bereits mehrere Bauteile mit dieser Fehlmischung betoniert worden sind. Den Beton aus der Schalung oder von der Palette zu entfernen, bedeutet großen Aufwand. Die gesamte Bewehrung – eventuell samt Schalung – muss neu verlegt bzw. hergestellt werden. Belässt man den falsch zusammengesetzten Beton jedoch in der Schalung, kann dies einen Qualitätsmangel am Betonbauteil darstellen. Im Fertigteilwerk werden die vermutlich von der Fehlmischung betroffenen Bauteile im Sinne der Qualitätstreue konsequent neu hergestellt. Die vermischten Zuschläge im Silo müssen aus dem Silo herausgeholt und entsorgt werden, was das Entstehen von Material-, Geräte- und Personalkosten sowie die Behinderung der Produktion bedeutet.

Unterschiedliche Sandsorten
Unterschiedliche Sandsorten werden sicher erkannt.

… und weit reichende Folgen für die Lieferkette

Wirtschaftlich betrachtet, bedeutet die Entsorgung in der Regel Kosten im vier- bis fünfstelligen Bereich – besonders, wenn die Produktions-Stillstandskosten ebenfalls bewertet werden. Noch gravierender würde es, wenn Bauteile minderer Qualität auf der Baustelle zu Beanstandungen führten, zum Austausch oder zu Schäden bei der Weiterverarbeitung, etwa zum Wandplatzen beim Ausbetonieren von Doppelwänden. Der Imageverlust für das Unternehmen wäre dabei noch deutlich höher zu bewerten als der finanzielle Schaden.

Die Firma Beton Kemmler in Tübingen als Hersteller von Betonfertigteilen und Fertiggaragen wollte den Fehler, der durchaus mehrmals im Jahr auftreten kann, beseitigen. Im Sinne einer lückenlosen Qualitätssicherung suchte sie eine Möglichkeit, mittels einer neutralen Kontrolleinrichtung die Entscheidung des Mischmeisters für die Anwahl eines bestimmten Zuschlagstoffsilos nochmals zu prüfen und, falls sich ein Widerspruch zwischen der Entscheidung des Mischmeisters und der technischen Kontrolle ergeben sollte, die Beschickung sofort zu stoppen.

Mit der Firma Hengstmann Solutions aus Oberbayern trat ein Partner auf den Plan, der sich zutraute, die unterschiedlichen Zuschlagstoffe mittels Bildverarbeitung sicher zu erkennen und auf die Übereinstimmung mit der von der Mischanlagensteuerung vorgegebenen Sortenbezeichnung zu prüfen. Eine besondere Schwierigkeit bestand dabei im genauen Unterscheiden der 3 verwendeten, unterschiedlichen Sandsorten.

Die Entwicklungsarbeit zog sich über mehrere Jahre hin, und nach Erreichen der Serienreife wurde das System erstmalig in die Mischanlagensteuerung der Fa. Simma eingebunden.

Kamera über dem Materialstrom
Kamera über dem Materialstrom, Abstreifer über dem Material zur Wahrung des stets gleichen Abstands zwischen Kamera und Material, seitlicher Scheinwerfer zur Beleuchtung.

Der Ablauf in der Praxis

Nachdem der LKW-Fahrer vom Mischmeister eine Abladestelle zugewiesen bekommen hat, stellt der Mischmeister den Drehverteiler an der Mischanlage auf die gewünschte Silokammer ein. Der Fahrer kippt sein Material in den Tiefsilobunker.

Nachdem die gesamte Förderstrecke angelaufen ist, wird nach einer in der Steuerung einstellbaren Vorzieh-Zeit ab dem Anlaufen der Rüttelrinne das angewählte Material sowie die zu verwendende Kamera von der Mischanlagensteuerung an die Korngrößen-Erkennungssoftware gesendet und diese gestartet. Die Materialoberfläche wird mit einem Abstreifer eingeebnet, um immer denselben Abstand der Material-Oberfläche zur Kamera zu wahren.

Diese schießt bei kurzzeitiger Scheinwerferbeleuchtung mehrere Bilder vom Material. Die Software, die mit hinterlegten Bildern „trainiert“ wurde, erkennt die Materialsorte. Es folgt die Prüfung, ob das Resultat mit derjenigen Sorte, deren Silo vom Drehverteiler angewählt wurde, übereinstimmt.

Das Ganze findet statt, bevor das Material den Elevator erreicht.

Wird das aufgegeben Material als richtig erkannt, erhält der Anlagenfahrer eine Meldung auf der Visualisierung und die Beschickung wird ohne Unterbrechung fortgeführt. In dieser Meldung muss natürlich die Bezeichnung „Kerngröße“ noch in „Korngröße“ geändert werden.

Ergibt sich ein Widerspruch zwischen der Material- bzw. Siloanwahl des Mischmeisters und des von Hengstmann erkannten Materials, schaltet die Mischanlagensteuerung den Transport des zweifelhaften Materials (Rüttelrinne, Band o.Ä.) vor dem Erreichen des Elevators ab. Der Mischmeister wird informiert und muss seine Silo-Entscheidung überprüfen.

Zwei mögliche Optionen

Restart

Szenario: Der Mischmeister hat seinen Irrtum erkannt, stellt das richtige Silo ein und mit „Restart“ erfolgt eine neuerliche Prüfung.

Erkennung „Aus“

Szenario: Das Kontroll-System hat sich geirrt, die Beschickung wird ohne positive Überprüfung fortgesetzt. Erstaunlich ist die hohe Erkennungswahrscheinlichkeit von über 95%. Zu Testzwecken wurden über Monate hinweg immer wieder absichtlich falsche Silos angewählt, was das System, von ganz wenigen Ausnahmen abgesehen, zuverlässig bemerkte und die Beschickung stoppte. Nach jetzigem Kenntnisstand schließt das von Hengstmann Solutions entwickelte Verfahren der Bildverarbeitung im Betonbereich erstmals die Überwachungslücke in der Materialkette vom angelieferten Rohmaterial Kies, Splitt und Sand bis zum hergestellten Betonbauteil.

Bildschirmfoto
Bildschirmfoto
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