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Auf dem Weg zur digital rückverfolgbaren Betonwarenproduktion


Kortmann Beton GmbH & Co. KG, 48465 Schüttorf, Deutschland


Im Nordwesten Deutschlands setzt ein mittelständisches Betonsteinwerk zum großen Sprung an – Ziel ist die digital nachverfolgbare und steuerbare Produktion. Im ersten Anlauf wurde hochautomatisierte Anlagen- und Fördertechnik installiert. Zusätzlich werden nach und nach sämtliche bei der Herstellung der Betonwaren anfallenden, relevanten Daten erfasst und ausgewertet, angefangen bei der Mischanlage über Steinfertiger, Trockenkammer und bis hin zur Paketierung.

Christian Jahn, CPI worldwide, Deutschland

Selten gewährt eine Firma Einblick in eine noch andauernde Umbaumaßnahme. Eher wird das abgeschlossene Projekt präsentiert. Bei Kortmann Beton ist das anders – gleich zweimal innerhalb von einem Jahr durfte der BWi-Redakteur das Betonsteinwerk in Schüttorf besuchen.
Der Umbau geht voran. Rasend schnell: Die alte Umlaufanlage wurde komplett ersetzt durch eine neue, hochautomatisierte Anlage. Darüber hinaus ist ein neues Palettenlager mit Palettenzuführung gebaut und in Betrieb genommen.

Bestand erfasst, Ziel definiert

Spricht man mit Geschäftsführer Henning Kortmann, wird klar, dass es mit dem Austausch der Anlagentechnik nicht getan ist. Der Austausch ist vielmehr nur der sichtbare Teil eines viel tiefer greifenden Umbruchs, der quer durch alle Etagen des Unternehmens geht, von ganz oben bis ganz nach unten an die Unternehmenswurzeln.
Diesen tiefgreifenden Umbruch könnte zugleich niemand glaubhafter repräsentieren als eben dieser 31-jährige, selbstbewusste und Energie versprühende Henning Kortmann. 2012 trat der gelernte Groß- und Außenhandelskaufmann mit zusätzlicher betontechnologischer Ausbildung in die Unternehmensführung ein und übernahm als Geschäftsführer in der dritten Generation nach und nach die Aufgaben seines Vaters.

„In vielen Branchen ist die Nachverfolgbarkeit der Produktion heute Standard. In unserer Betonwelt dagegen ist das noch nicht so, aus unterschiedlichen Gründen“, sagt Kortmann. Zwar gebe es Teillösungen, wenn einzelne Maschinen ihre eigenen Betriebsdaten nutzten, um Prozess-Effizienz und Produktqualität zu steigern; ganzheitliche Lösungen, die alle Maschinendaten eines Umlaufs zu diesem Zweck verwerteten, habe er bisher nicht gesehen. „Unser Ziel ist aber genau das: Wir wollen sämtliche relevanten Maschinen- und Anlagendaten des Umlaufs erfassen, damit die Produktion nachverfolgbar und besser steuerbar wird“, so Kortmann.

Also machte das Management zunächst eine Bestandsaufnahme. Kortmann besuchte zahlreiche Betonsteinwerke in Europa, die ähnlich aufgestellt sind wie sein Unternehmen. Er sah sich an, was die Werke machen und wie. Anschließend schrieben er und seine Kollegen aus der Unternehmensleitung einen Plan für den Umbau des Unternehmens. Dieser „Masterplan“, wie ihn Kortmann nennt, umfasste weit mehr als hundert Einzelprojekte; alle mit dem einen Ziel, die Produktion insgesamt nachverfolgbar und besser steuerbar zu machen.

Produktionssteuerungssystem des Steinfertigers als Datenknotenpunkt

Gleich in zweifacher Hinsicht ist der neue Hess Multimat RH 1.500-3 mit MAC-8-Steuerung jetzt das Herzstück der Produktion: Erstens formt er aus dem frischen Beton die Produkte und verdichtet sie. Die Großbrettmaschine mit der maximalen Brettgröße von 1.400 x 1.100 mm in der Standardausführung wurde für den Hochleistungsbereich entwickelt. In Abhängigkeit von den Maschineneinstellungen, der Betonrezeptur und anderen Faktoren liegen die Taktzeiten bei 10,5 s für einen Standardpflasterstein mit den Maßen 10 x 20 x 6 cm ohne Vorsatzschicht und bei 12,5 s für den Standardpflasterstein mit denselben Maßen mit Vorsatzschicht; entsprechend können in einer 8-h-Schicht 2.517 m2 bzw. 2.114 m2 gefertigt werden. Hohlblocksteine mit den Maßen 20 x 40 x 20 cm produziert der Multimat in 14,5 s; in einer 8-h-Schicht insgesamt 20.258 Stück.

„Im drei-Schicht-Betrieb produziert der neue Hess-Steinfertiger bei uns heute allein mehr Betonwaren als zuvor die beiden alten Steinfertiger zusammen“, sagt Kortmann zufrieden.

Zweitens und viel entscheidender für das große Ziel der Nachverfolgbarkeit hat Kortmann Beton das Produktionssteuerungssystem der Anlage zum zentralen Knotenpunkt gemacht – dort laufen jetzt alle Daten der einzelnen Umlauf-Komponenten zusammenlaufen. Die Produktionssteuerung erfasst also nicht nur die Betriebsdaten des Multimat-Steinfertigers und wertet diese aus; sie empfängt auch die Daten von Qualitätsprüfungseinrichtungen auf der Nass- und auf der Trockenseite, führt sie zusammen und wertet sie aus.

Zu den Qualitätsprüfungseinrichtungen auf der Nassseite gehören das laserbasierte Steinhöhenmesssystem von R&W und der Quaver zur Prüfung der Verdichtung von Vorsatz und Kern, von Oberflächenpermeabilität, Produkthöhe und -gewicht, Frischrohdichte sowie von möglichen Verdichtungsunterschieden über das gesamte Produktionsbrett.
Die Nassseite ist soweit technisch auf dem Stand der Zeit, der Umbau ist dort weitgehend abgeschlossen, nur kleine Korrekturen der Fördereinrichtungen werden demnächst noch umgesetzt.

Automatisierte Qualitätsprüfung auf der Trockenseite

Die eigentliche „anlagentechnische Revolution“ findet bei Kortmann Beton auf der Trockenseite statt. Die gesamte Qualitätsprüfung der Betonwaren, die, aus der Trockenkammer kommend, zur weiteren Bearbeitung wieder in den Umlauf eingeschleust werden, hat das Unternehmen automatisiert.

Zentral sind die vom spezialisierten Hamburger Ingenieurbüro ibea entwickelte Einheit BT Master SC mit integrierter 2D-Zeilenkamera und integriertem 3D-Laser sowie der darauffolgende Kuka-Sortierroboter (s. a. CPi 06/2019). Die Einheit erkennt unerwünschte Farbunterschiede, Lunker oder feine Risse auf der Oberfläche eines Betonprodukts sowie geometrische Abweichungen von der gewünschten Form. Der Kuka-Sortierroboter, den Kortmann Beton nach dem gleichnamigen Disney-Film-Helden „WALL E“ getauft hat, tauscht die als fehlerhaft erkannten Betonwaren gegen fehlerfreie aus.

Die 2D-Zeilenkamera ist an einem Portal befestigt, das das Förderband orthogonal zur Förderrichtung überspannt – das Förderband transportiert die Produktionsunterlagen mit den Betonwaren also darunter hindurch. Die Kamera erfasst die Betowaren Zeile für Zeile und leitet diese Aufnahmen an den Computer der Auswertungseinheit weiter.

Der 3D-Laser des BT Master SC ist ebenfalls oberhalb der Förderstrecke angebracht. Der Laserstrahl trifft von oben orthogonal zur Förderrichtung auf das Förderband, über dessen gesamte Breite. Auf dem Förderband durchfahren die Produktionsunterlagen mit den darauf liegenden Betonwaren diesen „Laser-Vorhang“, wobei sich die geometrischen Umrisse im Laserlicht abzeichnen. Eine hochauflösende 3D-Kamera, die in Laufrichtung des Transportbands etwas hinter dem Lasergerät oben am Portal der Scannereinheit befestigt ist, hält diesen Vorgang im Bild fest. Breite und Höhe bspw. eines Pflastersteins lassen sich so über dessen gesamte Länge exakt bestimmen. Das 3D-Messmodul erfasst Produktbreiten, -höhen, -winkel und -längen mit einer Genauigkeit von 0,1 mm bzw. 0,5o – Flügeligkeiten oder Verbiegungen des Produkts werden sicher erkannt. Diese Informationen gibt die Einheit an den Computer der Auswertungseinheit weiter.

Der Computer wertet die Informationen von 2D-Zeilenkamera und 3D-Laser aus und informiert den Kuka-Roboter darüber, welche Betonware auf der gerade geprüften Produktionsunterlage, auf welcher Position genau zu stark von den vorgegebenen Parametern abweicht, somit als fehlerhaft gilt und ausgetauscht werden muss.
Die Übertragung und Auswertung der Informationen läuft extrem schnell ab, damit der Kuka-Roboter seine Sortier-Anweisungen bereits erhalten hat, wenn das Förderband die Produktionsunterlage mit den fehlerhaften Betonwaren in seinen Aktionsradius bewegt.

KBH-Hubtische für ununterbrochene Produktion

Da der Roboter für den eigentlichen Austauschprozess Zeit benötigt, mussten in seinem Aktionsradius zwei Hubtische in die Fördereinrichtung integriert werden. Der erste Hubtisch hebt die Produktionsunterlage mit den fehlerhaften Betonwaren darauf an. Der zweite Hubtisch, der in Förderrichtung auf den ersten folgt, hebt eine Produktionsunterlage mit ausschließlich fehlerfreien Betonwaren darauf an.

In Schritt eins entnimmt der Roboter nun mit einem Vakuumgreifer eine fehlerhafte Betonware von der Produktionsunterlage von Hubtisch eins und entsorgt sie in einen neben ihm stehenden Container – in einem weiteren Modernisierungsprojekt will Kortmann Beton den Container durch ein orthogonal vom Förderband des Umlaufs abgehendes weiteres Förderband ersetzen, das die vom Roboter aussortierten und auf diesem neuen Band abgelegten, fehlerhaften Betonwaren aus dem Roboter-Käfig und letztlich aus der Halle ausschleust.

„Zurzeit ist es so, dass Mitarbeiter den Container aus dem Roboter-Käfig herausholen müssen, wenn er voll ist. In Zukunft, wenn das zusätzliche Förderband die fehlerhaften Steine abtransportiert, wird der Roboter eine autonome Arbeitsstation sein“, so Kortmann.

Ist die fehlerhafte Betonware also aussortiert, folgt Schritt zwei. Der Roboter entnimmt eine fehlerfreie Betonware von der Produktionsunterlage von Hubtisch zwei und fügt sie passgenau in die Lücke auf der Produktionsunterlage auf Hubtisch eins ein.

„Wir haben den Austauschprozess so definiert, dass maximal drei Steine auf dem Brett ausgetauscht werden. Wenn es auf einem Brett mehr als drei fehlerhafte Steine gibt, wird die gesamte Steinlage entfernt. Das Aussortieren von mehr als drei Steinen rechnet sich betriebswirtschaftlich bei uns einfach nicht“, so Kortmann.

Die folgenden Produktionsunterlagen bewegt das Förderband während des gesamten Austauschprozesses weiter unter den beiden Hubtischen hindurch. „So ist ein fortlaufender, ungestörter Produktionsablauf gewährleistet. Zum Stau käme es nur, wenn gleich auf mehreren aufeinander folgenden Produktionsunterlagen fehlerhafte Betonwaren gefunden würden. Das wäre dann schlecht. Aber das ist ja auch nur ein Worst Case-Szenario“, so Kortmann.

Etiketten mit Paket-ID

Ebenfalls bereits umgesetzt ist das Leerpaletten-Lager im Außenbereich neben der Produktionshalle. Die Fördertechnik stammt von Rekers. Die leeren Paletten werden in die Halle eingeschleust und verfahren auf einem parallel zum Förderband der Trockenseite installierten Förderband, entgegengesetzt zur Produktionsrichtung. Ein Umsetzer von KBH entnimmt die Steinlagen von den Produktionsunterlagen auf dem Förderband der Trockenseite und legt sie auf der Palette auf dem parallel verlaufenden Förderband ab. Es folgen ein Folienaufleger und die horizontale und vertikale Umreifung von Hersteller Cyklop.

„Am Ende werden auf den Kreuzungspunkten der horizontalen und vertikalen Umreifungen automatisiert Etiketten mit der jeweiligen Paket-ID aufgeklebt. Die Etiketten geben Auskunft darüber, aus welchen Steinlagen ein Paket zusammengestellt ist. Und zu jeder Steinlage wiederum habe ich alle Informationen aus dem Mischer, aus dem Steinfertiger, aus der Trockenkammer und so weiter“, so Kortmann. Vom Endprodukt, dem Pflasterstein, ausgehend, kann Kortmann so den gesamten Produktionsprozess zurückverfolgen bis zu den Bestandteilen der Betonmischung. Qualität lässt sich durchgängig überwachen und auch nachsteuern.

Die Druckvorrichtung für die Etiketten entwickelt Kortmann Beton derzeit selbst. Denn eine zusätzliche Drucksoftware soll nicht zum Einsatz kommen. Vielmehr soll das ebenfalls gerade erst eingeführte ERP-System von Hersteller Softbauware die Anweisungen direkt an den Drucker geben. „Das Bereitstellen der Daten ist kein Problem. Derzeit suchen wir aber nach einem Thermotransfer-Drucker, der auch in der Vertikalen verfahrbar ist und so die Kreuzungspunkte der Umreifung ansteuern und die Etiketten aufbringen kann“, so Kortmann.

Autonome Stapler im Freilager

Viele Einzelprojekte auf der langen Liste für den Unternehmensumbau haben Kortmann und seine Belegschaft bereits abgehakt. Mittelfristig steht unter anderem noch der Abriss des bestehenden Mischturms an, in dem seit Langem sehr zuverlässig zwei Teka- und ein Pemat-Mischer den Kernbeton und seit Kurzem ein neuer Haarup-Mischer den Vorsatzbeton anmischen. Ein komplett neuer Mischturm mit großer Reihendosieranlage soll an derselben Stelle gebaut werden.

Ein anderes Projekt wirkt geradezu fantastisch: Im Freilager will Kortmann Beton in Zukunft autonom fahrende Stapler einsetzen. Das Unternehmen beteiligt sich an einem entsprechenden Forschungs- und Entwicklungsprojekt, an dem u. a. das Fraunhofer Institut federführend mitarbeitet.

„Im Freilager werden wir Platz für rund 350 Steinpakete haben. Ein Kran wird jedes einzelne Steinpaket exakt an einem zuvor festgelegten Platz abstellen. Das ist eine Grundvoraussetzung für den Einsatz von autonomen Staplern, die nur dann die Steinpakete finden und aufnehmen können“, so Kortmann. Andere Grundvoraussetzungen sind, dass die Stapler unabhängig von den Witterungsverhältnissen funktionieren und dass sie Kollisionen mit Menschen vermeiden, die sich in das Freilager verirrt haben. „Im Indoor-Bereich funktioniert der Einsatz der autonomen Stapler ja bereits. Wir werden das eben auch im Outdoor-Bereich umsetzen“, sagt Kortmann wie selbstverständlich. Für den Manager sind die autonomen Stapler am Ende auch nur ein Projekt auf der abzuarbeitenden Maßnahmenliste auf dem Weg zur digitalen, nachverfolgbaren Betonwarenproduktion.

Kortmann Beton – Unternehmensgeschichte

Schon mindestens einmal in der Unternehmensgeschichte war Kortmann Beton ganz vorne mit dabei was die Maschinen- und Anlagentechnik betrifft. Bei dem Betonsteinwerk im niedersächsischen Schüttorf, unweit der deutschen Grenze zu den Niederlanden, war in den 1980er Jahren eine der ersten automatisierten Umlaufanlagen in Deutschland in Betrieb, mit einem Steinfertiger der Firma Henke. In gewissem Sinne scheint sich Geschichte also zu wiederholen, wenn heute Henning Kortmann als Geschäftsführer in der dritten Generation das Unternehmen auf den allerneuesten Stand der automatisierten und digital rückverfolgbaren Produktion bringt.

Die Ursprünge von Kortmann Beton liegen in den 1950er. Damals in den Aufbaujahren im zerstörten Nachkriegsdeutschland bediente der Baustoff-Fuhrmannshandel die große Nachfrage nach Baumaterial.

In den 1970er Jahren dann erwarb das Unternehmen eine Beteiligung an einem Betonwerk in Gronau, rund 25 km Luftlinie entfernt vom heutigen Kortmann Beton-Standort Schüttorf. Mit einem Bodenfertiger wurden Pflastersteine und Steine für die Entwässerung von Höfen und Straßen hergestellt.

Vom SVB zur digitalen Produktion

An den neuen, heutigen Standort wechselte das Unternehmen im Jahr 1983 und die eingangs genannte Henke-Umlaufanlage nahm bald den Betrieb auf. Sechs Jahre später kam ein zweiter Steinfertiger von Hersteller Schlosser dazu (dieser Steinfertiger läuft bis heute, soll aber abgeschaltet werden, sobald alle rund 200 vorhandenen Steinformen auf dem neuen, kürzlich in Betrieb genommenen Hess-Steinfertiger eingefahren sind).

Den nächsten Entwicklungsschub erlebte das Unternehmen als in den 1990er Jahren selbstverdichtender Beton (SVB) populär wurde und auch Kortmann Beton Fertigteile aus SVB ins Portfolio aufnahm. Das Unternehmen importierte damals Polycarboxylate selbst direkt aus Japan. Bis heute sind bei Kortmann Beton viele Systeme eine Kombination aus erdfeucht gefertigten Produkten und Wetcast-Produkten.

„2012 bin ich dann ins Unternehmen eingestiegen. Ich habe mich zunächst einmal um die Themen Marketing, Vertrieb und Einkauf gekümmert“, sagt der 31-jährige Henning Kortmann, der in einer dualen Ausbildung ein betriebswirtschaftliches Bachelor-Studium abgeschlossen hat. „Seit 2014 bin ich in der Geschäftsführung und seit vier Jahren kümmere ich mich um das Thema Produktion.“

Kortmann erfasste zunächst einmal den Ist-Stand und entwickelte dann sehr schnell seine Vision von dem Betonsteinwerk, das so aufgestellt ist, dass man auch „die nächsten dreißig Jahre gern darin arbeiten“ will. „Klar war, dass wir alles hier umsetzen wollten, was heute technisch möglich ist“, so Kortmann entschlossen.

Weitere Themen, die für das Management von Kortmann Beton ganz oben auf der Agenda stehen, sind die Gewinnung und Speicherung von Solarenergie für den Eigenbedarf und das Recycling von Betonbruch.

Kortmann Beton verfügt bereits über mehrere Tausend Quadratmeter Solarpaneele auf den Hallendächern und weitere 10.000 m2 sind in mehreren Etappen in Planung; außerdem interessiert sich das Management für eigene Batterien für die Energiespeicherung.

Mit eigener Aufbereitungstechnik wird sortenreiner Betonbruch aufbereitet und als Gesteinskörung wieder in der Produktion verwendet. Darüber hinaus führt Kortmann Beton Probesiebungen von nicht sortenreinem Material durch, um dessen mittelfristige Verwendbarkeit zu testen.
Kortmann Beton macht heute mit 140 Mitarbeitern einen Jahresumsatz i. H. v. 20 Mio. Euro.


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