Die Feuchtemessung von Schüttgütern ist in vielen Bereichen, wie der Steine- und Erden-, der Glas- und der Nahrungsmittelindustrie, wesentlicher Bestandteil der Prozesssteuerung. Höhere Qualitätsanforderungen, gesteigerte Anlagenproduktivität sowie effizientere Produktionsprozesse bedingen eine genaue Kenntnis des Prozessparameters „Schüttgutfeuchte“. Gerade in einem wirtschaftlich schwierigen Umfeld können die unten aufgeführten Prozessoptimierungen zu einem Wettbewerbsvorteil führen.
Platzierung der Messsensoren
Feuchtemesssensoren kommen je nach Anlagenkonzept an unterschiedlichsten Stellen zum Einsatz. Zunächst sollen bei gravimetrischen Dosier- und Wiegeanlagen die erwähnten Sensoren für eine exakte Netto-Dosierung der Zuschläge sorgen. Die Prozesssteuerung kann nun den bekannten Wasseranteil berücksichtigen und bei der Dosierung und Verwiegung ausgleichen. Die Sensoren werden je nach Dosieranlagenkonzept auf Bändern, im Silo oder am Siloauslauf installiert. Nun sollte man meinen, dass dies ausreicht, um eine exakte Steuerung des Prozessablaufs gewährleisten zu können – was aber aus verschiedenen Gründen nicht der Fall ist. Wie die tägliche Praxis zeigt, ist innerhalb von Silos keine gleichmäßige Feuchteverteilung gegeben. Dies ist auch der Grund für den Einsatz von Systemen, die einen kontinuierlichen Siloaustrag sicherstellen. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass nur ein prozentualer Querschnitt der einzelnen Komponenten erfasst wird – man geht von etwa 30 Prozent aus. Der Grund hierfür ist, dass Schüttgüter, welche nicht direkt mit der Sonde in Berührung kommen, messtechnisch nicht erfasst werden. Weitere Gründe können beispielsweise eine hohe Dosiergeschwindigkeit der einzelnen Komponenten oder große Schüttgutmengen bei der Verwiegung sein. Auch können eine Vielzahl von Komponenten in separaten Schüttgutbehältern gegen eine alleinige Messung in den Silos zur Prozesssteuerung sprechen. Deshalb sollte eine Feuchtemessung im Mischer selbst in Betracht gezogen werden.
Feuchtemessung in Mischern
Bei Mischsystemen mit feststehendem Mischtrog und rotierenden Mischwerkzeugen wird der Sensor zweckmäßigerweise im Bodenbereich montiert. In Ausnahmefällen kann auch der untere Bereich der Mischerwand geeignet sein. In Mischern mit drehendem Mischtrog wurde der Sensor häufig in eine separate, mit einer Widia-Panzerung versehene Stabsonde integriert. Bei einigen Mischertypen können die Sensoren auch im Bodenwandabstreifer aufgenommen werden. Allerdings muss bei beiden Ausführungen eine konstante Reinigung der Messoberfläche gesichert sein. Diese kann zum einen durch das Mischgut selbst erreicht werden – in der Praxis ist das Reinigen gerade bei groben Schüttgütern mit Korngrößen über acht Millimetern relativ unproblematisch. Bei feinen Produkten, Kleinstmengen oder Mischungen mit stark anhaftenden Zusätzen ist jedoch häufig nur noch eine Reinigung mit einem separaten Hochdruck-Reinigungsaggregat möglich. Das wird aber von den Anlagenbetreibern im Allgemeinen abgelehnt, da die Reinigungseinrichtung zusätzlich Kosten und Wartung verursacht sowie für den Prozess unnötiges Wasser in den Mischer eingebracht wird. Darüber hinaus gibt es auch Prozesse, bei denen eine ausreichende Abreinigung selbst mit einer Hochdruckanlage nicht mehr möglich ist. Bei Mischertypen mit feststehendem Trog und rotierenden Mischsternen ist die Reinigung der Sonden über eine optimal eingestellte Mischerschaufel gewährleistet. Das war der Ansatz, ähnliche Bedingungen in einem drehenden Trogmischer zu schaffen. Dazu war eine Sensoreinheit für extrem geringe Platzverhältnisse zu entwickeln. Sowohl an der rotierenden Außenseite als auch am drehenden Trogboden sind unmittelbar verschiedenste Anbauten, wie z.B. Getriebekästen, Zahnkränze sowie Schutzgitter und -bleche angebracht, die nur wenige Millimeter Überstand zulassen.
System-Neuentwicklung
Bei der System-Neuentwicklung mussten folgende Anforderungen berücksichtigt und umgesetzt werden:
- kompakte Maße für Sensor und Auswerteeinheit;
- geringe Stromverbräuche für lange Laufzeiten der drahtlosen Feuchtemesssonde vor Akkutausch bzw. Aufladen;
- Verwendung von Standardakkus;
- einfache Installation und Integration in neue und vorhandene Anlagen.
Die beschriebene Neuentwicklung konnte bei einem namhaften Betonhersteller in Südwestdeutschland eingebaut und erprobt werden. Die Forderung war eine exakte Feuchtemessung in einem Intensivmischer mit drehendem Trog, in dem verschiedenste Produkte für den Tiefbau hergestellt werden. Hier werden Mischungen für verschiedene Verbrauchsstellen erzeugt, die sich in der Konsistenz, der Menge und der Rezeptur sehr stark unterscheiden können. Auch ist eine sehr enge zeitliche Taktung der aufeinander folgenden Mischungen elementar, um die unterschiedlichsten Abrufstellen mit der gewünschten Betonmenge ohne Wartezeiten versorgen zu können.
Funk-Feuchtemesssystem FL Mobimic-Slim Line
Diese Anforderungen konnten durch den Einsatz eines Funk-Feuchtemesssystems FL Mobimic-Slim Line in einem Eirich DE22-Mischer erfüllt werden. Die Mikrowellensonde wurde an einer geeigneten Stelle in den Mischtrog eingebaut, getrennt von der zugehörigen Auswerteelektronik. Die fand ihren Platz auf der rotierenden, äußeren Trogwand. Das hat den Vorteil, dass zum einen im Verschleißfall geringere Instandhaltungskosten anfallen und zum anderen Einstellparameter beim Sondentausch erhalten bleiben. Ein besonderes Interesse galt der guten Zugänglichkeit des Akkus und einer möglichst langen Betriebsdauer pro Ladung. Hierfür wurden gut verfügbare Lösungen für Betriebszeiten von mehreren Produktionstagen gefunden. Die Auswerteelektronik überträgt die Messdaten via Bluetooth. Dabei stellen auch metallische Abdeckungen bzw. Schutzbleche kein Hindernis für die einwandfreie Messwertübertragung dar. Die Empfangseinheit wandelt das digitale Bluetooth-Signal in ein analoges Ausgangssignal, das zur exakten Wasser-Zugabeberechnung direkt an ein Wasserdosiergerät oder eine Prozesssteuerung gegeben wird.
Schnelle installation und Inbetriebnahme
Installation und Inbetriebnahme wurden innerhalb weniger Stunden im Zuge der plan mäßigen Wartungsarbeiten der Mischanlage durchgeführt. Nach zwei Wochen im Betrieb konnte bereits ein positives Resümee der durchgeführten Investition gezogen werden:
- Die im Mischerboden eingebaute Messsonde bleibt über den kompletten Produktionstag (bis zu 15 Stunden) frei von jeglichen Anhaftungen und muss weder manuell noch automatisch gereinigt werden.
- Darüber hinaus dürfte der Verschleiß an der Messsonde sehr viel geringer als bei der Stabsonden-Lösung sein, da sich die Messsonde mit dem Mischtrog dreht, sodass die für den Verschleiß maßgeblichen mechanischen Scherkräfte deutlich geringer sind.
- Auch ist die Gefahr einer Zerstörung durch manuelles oder mechanisches Reinigen oder durch Fremdkörper, wie z.B. sehr grobe Körnung, minimiert.
- Eine weitere positive Erkenntnis ergab sich hinsichtlich sehr kleiner Mischungschargen. Eine ausreichende Mischerbefüllung war bisher Voraussetzung, um die Messsonde im Stab oder dem Bodenwandabstreifer ausreichend zu umströmen. Erste Versuche haben gezeigt, dass sehr kleine Chargen nicht mehr mit einer fest vorgegebenen Wassermenge hergestellt werden müssen, sondern im Vollautomatikbetrieb produziert werden können.
Keine Zunahme der Mischzeit
Befürchtungen über eine Zunahme der Mischzeit stellten sich rückblickend als nicht zutreffend heraus. Stattdessen konnte gegenüber dem Einbau im Stab bzw. Bodenwandabstreifer eine kürzere Nettotagesproduktionszeit erreicht werden. Aus dem beschriebenen Einsatzfall lassen sich vielfältige Einsatzmöglichkeiten in anderen Industriebereichen oder Produktionsprozessen ableiten. Grundsätzlich ist festzuhalten, dass ein zuverlässiges Feuchtemonitoring in drehenden Trommeln oder bewegten Schüttgutbehältern durch die Funk-Feuchtemesstechnik überhaupt erst möglich wird. Sowohl beim Trocknen, Homogenisieren, Pelletieren, Fördern von Schüttgütern oder auch in Coatingprozessen lassen sich hiermit überzeugende wirtschaftliche Vorteile erzielen. Mit der Entwicklung der Firma Franz Ludwig wurden Mischprozesse bei der Schüttgutverarbeitung vereinfacht und produktionsnotwendige Abläufe verbessert.
