Samstag, 8. April 2023 · 0 min read
Problemlösung bei der automatisierten Verpackung von Holz
Wie viele andere Branchen wird auch die holzverarbeitende Industrie immer stärker industrialisiert, und der Automatisierungsgrad ist hoch – ebenso wie der Durchsatz. NorraTimber betreibt ein Sägewerk und eine Holzveredelungsanlage, in der egalisierte Hölzer, Nut- und Federplatten sowie behandelte und egalisierte Dielenbretter hergestellt und verpackt werden.
Das Unternehmen hatte einige Probleme mit einem Kantenschutzapplikator, der bei der Endverpackung des fertigen Holzes erhebliche Produktionsstörungen verursachte. N63 AB löste dieses Problem mit Hilfe von Test- und Messsystemen von Dewesoft.
N63 Degrees AB ist ein Beratungsunternehmen für Ingenieurdienstleistungen mit Sitz in der Stadt Nälden in der nordschwedischen Region Jämtland. Diese Region wird von Kiefern- und Fichtenwäldern dominiert und ist in hohem Maße von den Einkünften abhängig, die diese generieren.
Die Forstwirtschaft ist in Schweden ein großes Geschäft. Rund 70 % der schwedischen Landfläche sind von Wäldern bedeckt, und 80 % dieser Waldflächen werden aktiv genutzt. Nach Angaben des schwedischen Forstwirtschaftsverbands gehört Schweden weltweit zur Top 10 der Holzexportländer insgesamt und ist dabei der drittgrößte Exporteur von Zellstoff, Papier und Schnittholz. Die schwedische Forstwirtschaft zählt über 70 000 Beschäftigte und darüber hinaus weitere 50 000 Einzelunternehmen.
Der Kunde
Norra Skog ist eine Vereinigung von 27 000 privaten Waldbesitzern, denen zusammen etwas mehr als 2,3 Mio. Hektar Waldland in Nordschweden gehören, was in etwa der halben Landfläche Schwedens entspricht. Der Holzeinschlag beläuft sich auf jährlich knapp über 3 Mio. Kubikmeter (Festmeter ohne Rinde).
Norra Skog hat ihren Hauptsitz in Umeå, umfasst elf Holzeinzugsgebiete mit rund 30 lokalen Büros und beschäftigt rund 600 Angestellte, sowie noch einmal fast ebenso viele Mitarbeiter im Forst- und Transportbereich.
Norra Timber, die industrielle Sparte des Unternehmens, betreibt drei Sägewerke, vier Verarbeitungsbetriebe und eine Pfostenfabrik. Zusammen produzieren diese Betriebe jährlich fast 800 000 Kubikmeter Holzprodukte und etwa 60 000 gedrechselte Pfosten aus Kiefernholz. Für 2020 wurde der Gesamtumsatz auf beinahe 400 Mio. Euro geschätzt.
Eines der Sägewerke befindet sich in Hissmofors bei Krokom am Ufer des Indal. Die Gemeinde ist zwar klein, hat aber eine auf das späte 19. Jahrhundert zurückgehende industrielle Tradition, die auf einem Wasserkraftwerk basiert und eine Zellstoff-, eine Tabak-, eine Sulfit- und eine Streichholzfabrik umfasste, von der heute aber nur noch das Sägewerk verblieben ist.
Das Sägewerk Hissmofors hat derzeit eine Jahresproduktion von etwa 160 000 m³, die aber in den nächsten Jahren auf 200 000 m³ gesteigert werden soll.
Die Verpackungsmaschinen des Sägewerks stammen von Signode, einem führenden Anbieter von Transportverpackungen. Das amerikanische Unternehmen stellt Schutzverpackungen sowie Geräte und Maschinen zur Anbringung von Verpackungsmaterialien her.
Die Produkte von Signode werden zum Verpacken, Bündeln, Unitisieren, Schützen und Sichern von Waren für die Lagerung und den Transport eingesetzt. Für das Sägewerk ist die Lieferqualität von größter Bedeutung, da beschädigte Holzpakete allen Beteiligten Verluste bringen.
Die Herausforderung
Die betreffende Holzveredelungsanlage hat einen maximalen Durchsatz von ca. 400 Metern Holz pro Minute. Am Ende der Linie wird das Holz in Pakete gestapelt, und diese Pakete werden dann durch eine einzige Holzpresse geführt. Dort wird jedes von ihnen komprimiert und automatisch umreift. Heraus kommt ein in eine Schutzfolie gehülltes und fest umreiftes Holzpaket, das für den Transport zum Einzelhändler bereit ist.
Da die Presskraft recht hoch und die Umreifung starr ist, ist es ein kritischer Teil des Prozesses, das fertige Holz zu schützen. Automatische Applikatoren bringen zu diesem Zweck vor der Umreifung des Pakets an allen vier Kanten Kantenschützer aus Pappe an. Ohne diesen Schutz beschädigt die Umreifung das Holz an den Paketkanten und kann zu Reklamationen aufgrund von Qualitätsmängeln führen.
Das Problem wurde entdeckt, als Kundenreklamationen aufgrund von Holzbeschädigungen durch unzureichenden Kantenschutz eingingen und große Mengen von Pappkantenschützern unter der Holzpresse gefunden wurden.
Das Unternehmen leitete eine Fehlersuche ein, und es wurden mehrere Versuche unternommen, die Umreifungseinheit zu justieren und sogar auszutauschen, ohne dass das Problem gelöst werden konnte. Selbst Fachleute für das Umreifungssystem wurden hinzugezogen, aber auch diese Maßnahme blieb ohne Erfolg. Die Tragweite des Problems war immens, da eine defekte Holzpresse einen Engpass für die gesamte Produktionslinie darstellt, weil alle Holzpakete diese Maschine durchlaufen müssen.
Fehlersuche und Lösung
N63 verfügt nicht über ausreichendes Fachwissen über die Anlage an sich, andererseits hat das Unternehmen aber langjährige Erfahrung mit der industriellen Fehlersuche und mit Messtechnik. Der übliche Ansatz besteht darin, zunächst ein Verständnis für die Situation zu schaffen.
Das Grundprinzip des Applikators ist ein Vakuum. Der Kantenschutz (aus einem Pappmaterial) wird mittels eines Vakuumwerkzeugs aus einem Spender aufgenommen und auf der Kante des Holzpakets platziert, bevor die Umreifung erfolgt.
Der Kantenschutzapplikator versagte nicht ständig, vielmehr trat das Problem in unregelmäßigen Abständen und scheinbar zufällig auf. Erschwerend kam hinzu, dass die Holzpresse aus Sicherheitsgründen umzäunt war, was die visuelle Inspektion während des Betriebs behinderte.
Die Messanordnung war sehr einfach. Zum Einsatz kam das Datenerfassungssystem DEWE-43 von Dewesoft mit einem induktiven Näherungssensor. Dieser Sensor wurde dazu verwendet, anzuzeigen, wann der Kantenschutzapplikator in Betrieb ging.
Der Kantenschutzapplikator wurde mittels einer synchronisierten Hochgeschwindigkeitskamera vom Typ DS-CAM-120 überwacht. Dabei wurde die Videoaufnahme durch den Näherungssensor getriggert. Jedes Mal, wenn der Kantenschutzapplikator in Betrieb ging, wurden so einige Sekunden Videomaterial (mit 100 fps) aufgezeichnet.
Die Messausrüstung wurde einige Tage lang vor Ort belassen, um ihre Aufgabe zu erfüllen. Dann wurden die Daten heruntergeladen und gemeinsam mit dem Wartungsteam der Anlage analysiert.
Die Analyse der Aufzeichnungen ergab, dass es mehr als 20 Zyklen dauerte, bis der erste Fehler bei der Aufnahme eines Kantenschutzes auftrat. Dank des Konzepts der ereignisgetriggerten Videoaufzeichnungen und der dadurch stark komprimierten visuellen Daten dauerte es jedoch nur einige Minuten, bis festgestellt wurde, dass der Applikator den Kantenschutz während des Aufnahmevorgangs nicht immer festhalten konnte. Aus irgendeinem Grund gelang es ihm manchmal nicht, das Vakuum aufrechtzuerhalten.
Sehen Sie sich die Aufzeichnung des Messvorgangs an:
Nach einer Vor-Ort-Prüfung der Maschine kam man zu dem Schluss, dass die Ursache eine Fehlausrichtung zwischen dem Kantenschutzspender und dem Applikator sein musste. Weitere Untersuchungen ergaben, dass das Aufnahmewerkzeug nicht nur nicht mit der Kantenschutz-Beschickungsvorrichtung fluchtete, sondern die Ausrichtung zudem auch durch die Presskräfte der Zylinder beeinträchtigt wurde, und zwar aufgrund einer durch die Kompression des Holzpakets verursachten elastischen Verformung der Maschinenstruktur.
Nachdem die Ursache gefunden war, war die Lösung so einfach wie die Messanordnung: Unter dem Rahmen der Holzpresse wurde ein Stützbalken platziert, und die Montageposition des Applikators wurde leicht verändert, um die verbleibende Ausrichtungsabweichung zu kompensieren. Die Lösung funktionierte auf Anhieb, und das Problem ist seit diesen Verbesserungen nicht mehr aufgetreten.
Fazit
Die Produktionskapazität konnte sofort wiederhergestellt werden, und die Kundenreklamationen wegen Qualitätsmängeln im Zusammenhang mit Holzschäden aufgrund eines fehlenden Schutzes der Kanten gingen drastisch zurück.
Die Schlüsselfaktoren für den Erfolg:
Die Einfachheit des Ansatzes, einschließlich der problemlosen Konfiguration des Messsystems, bedeutet, dass die Schwelle für die Anwendung solcher Methoden niedrig ist.
Die Kamerakonfiguration mit Ereignistrigger und einer angemessenen Framerate (100 fps) ermöglichte einen detaillierten Einblick in die Ursache des Problems.
Dank der Erfahrung und Expertise des Troubleshooting-Teams konnte die Fehlerursache schnell identifiziert und eine einfache Lösung für das Problem gefunden werden.
Mit der passenden Ausrüstung kann eine Fehlerbehebung einfach, schnell und effektiv sein. Die Lösung des Problems ist dabei oft nicht der schwierigste Part – die größte Herausforderung besteht vielmehr darin, die Ursache zu verstehen und zu identifizieren.
Die Videoaufzeichnung mit hoher – oder zumindest höherer – Geschwindigkeit ist bei der Fehlersuche in bestimmten industriellen Abläufen sehr effektiv. Bei automatisierten Produktionslinien, wie z. B. in Sägewerken und ähnlichen Anlagen, kann diese Methode zudem auch ein sehr nützliches Instrument zur Optimierung und weiteren Steigerung des Durchsatzes sein.
Mit IP-Video synchronisierte Messungen bieten große Vorteile, wenn es um die Effektivität der Analyse und des Verständnisses des Prozesses geht.
Die Kombination eines DEWE-43A mit einer ausreichend schnellen, synchronisierten Kamera stellt eine recht kostengünstige Methode zur Verbesserung von Fehlerbehebungsmöglichkeiten dar. Mit einer adäquaten Auswahl an Sensoren wird große Flexibilität zu einem vernünftigen Preis geboten.
