Zustandsüberwachung

In der Produktion und Verarbeitung von Wellpappverpackungen ist der Aspekt der Überwachung der Zustände ein bedeutender Faktor. Diese Überwachung spielt eine entscheidende Rolle bei der Qualitätssicherung der Produkte und ergo bei der Zufriedenheit der Kunden. Sie bildet die Grundlage für reproduzierbare Ergebnisse in komplexen Prozessketten, macht Abweichungen von Spezifikationen frühzeitig sichtbar und erlaubt ein vorausschauendes Eingreifen, bevor Ausschuss oder Stillstände entstehen. Durch konsistente Prozessüberwachung werden zudem Abmessungen, Planlage und mechanische Kennwerte stabil eingehalten, was sich direkt auf die Funktionsfähigkeit der Verpackung in Transport, Lagerung und Handling auswirkt.

Darüber hinaus trägt eine konsequent umgesetzte Zustandsüberwachung wesentlich zur Prozessstabilität, zur Minimierung von Ausschuss und Nacharbeit sowie zur Einhaltung spezifizierter Toleranzen bei. Sie unterstützt Rückverfolgbarkeit, Auditfähigkeit und eine belastbare Dokumentation von Prüf- und Prozessdaten über den gesamten Lebenszyklus eines Auftrags – vom Wareneingang der Papiere über die Wellpappenanlage bis zum fertigen Zuschnitt und der konfektionierten Kartonage. Ergänzend verbessert sie die Transparenz entlang der Wertschöpfung, erleichtert Ursache-Wirkungs-Analysen bei Reklamationen und stärkt die Konformität gegenüber kundenspezifischen Anforderungen sowie einschlägigen Normen. In Summe erhöht ein strukturiertes Condition Monitoring die Liefertreue und die Robustheit der Verpackungsqualität unter variierenden Umgebungsbedingungen wie Temperatur- und Feuchteschwankungen.

Definition: Was versteht man unter der Überwachung des Zustands?

Unter dem Begriff der Überwachung von Zuständen versteht man die Überprüfung, Untersuchung und Kontrolle unterschiedlicher Parameter während eines Produktionsprozesses. Im speziellen Kontext der Wellpappherstellung und -verarbeitung bezieht sich dies auf die Überwachung des Zustandes der eingesetzten Maschinen, Materialien und personellen Ressourcen. Ziel ist es, kritische Einflussgrößen auf Produktqualität, Prozessfähigkeit und Termintreue messbar zu machen und geeignete Korrekturmaßnahmen abzuleiten. Condition Monitoring umfasst damit sowohl die technische Perspektive (Sensorik, Messmittel, Datenanalyse) als auch organisatorische Elemente (Prüfpläne, Freigabekriterien, Eskalationswege).

Im engeren Sinne umfasst die Zustandsüberwachung sowohl kontinuierliche Inline-Messungen als auch stichprobenbasierte Offline-Prüfungen. Überwacht werden typischerweise:

• Materialparameter: Feuchtegehalt der Papierbahnen, Grammatur, Klebstoffeigenschaften (Viskosität, Temperatur), Planlage und Verzug. Ergänzend relevant sind der Cobb-Wert (Wasseraufnahme), die Oberflächenenergie für sichere Verklebungen, der Feststoffgehalt von Leimen sowie Faserrichtung und mechanische Vorbelastung der Liner und Wellenpapiere.
• Produktkennwerte: Kantenstauchwiderstand (ECT), Stapelstauchwiderstand (BCT), Rill- und Ritzqualität, Maßhaltigkeit der Zuschnitte, Druckbild und Registerhaltigkeit. Je nach Anforderung kommen auch Durchstoßarbeit, Kantenqualität, Falzwiderstand und Klebenahtfestigkeit hinzu.
• Maschinen- und Prozessdaten: Bahnzug, Schwingungen an Lagern und Aggregaten, Temperaturprofile, Durchsatz, Taktzeiten, Stillstandsgründe, Energieverbrauch. Zusätzlich werden Vorheizer- und Vorwärmer-Settings, Dampfdruck, Leimspalt, Pressdruck, Feuchteprofile über die Bahnbreite sowie Rollenwechsel (Spleiß-Events) überwacht.
• Organisationale Faktoren: Qualifikation der Mitarbeitenden, Einhaltung von Prüfplänen, Kalibrierstatus der Messmittel. Ebenso wichtig sind dokumentierte Freigabeprozesse, Schichtübergaben, Prüfmittelverwaltung, Lenkung von Dokumenten und Trainingsstände für Prüf- und Rüstprozesse.

Die Anwendungsgebiete in der Wellpappindustrie

Die Überwachung von Zuständen findet in mehreren Bereichen der Wellpappindustrie Anwendung. Sie wird zur Kontrolle der Materialqualität, Maschinenleistung und Prozessoptimierung genutzt. Durch die permanente Überwachung können Probleme frühzeitig erkannt und entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden. Dabei spielt die lückenlose Verknüpfung von Wareneingangsdaten, Produktionsparametern und Endprüfergebnissen eine zentrale Rolle, um Korrelationen zu erkennen und Abweichungen wirksam zu beherrschen.

Entlang der Prozesskette ergeben sich typische Einsatzpunkte:

• Wareneingang: Prüfung von Papierfeuchte, Grammatur und Rollenqualität, Sichtkontrolle auf Beschädigungen. Ergänzend werden Rollenbreite, Hülsenzustand, Feuchtegleichgewicht nach Lagerdauer und eindeutige Chargenkennzeichnung erfasst, um die Rückverfolgbarkeit sicherzustellen.
• Wellpappenanlage (Corrugator): Kontrolle von Leimauftrag, Temperaturen, Bahnzug, Profiltreue und Planlage. Zusätzlich relevant sind Dampf- und Vorheizer-Setpoints, Restfeuchte nach Trocknung, Synchronität der Aggregate sowie die Überwachung von Bahnkanten und Spleißstellen zur Vermeidung von Rissen.
• Weiterverarbeitung (Stanzen, Rillen, Falten, Kleben): Überwachung der Rilltiefe, Messer- und Stanzwerkzeugverschleiß, Klebenahtfestigkeit und Maßhaltigkeit. Auch die Positioniergenauigkeit von Nutzen, die Falzkraftverteilung, die Verklebungsqualität bei Hotmelt/Kaltleim und die Toleranzeinhaltung an Ausschnitten und Schlitzen werden dokumentiert.
• Druck und Veredelung: Registerkontrolle, Farbdichte und Oberflächenqualität. Ergänzt durch Tonwertzunahme, Passerabweichungen, Abriebfestigkeit und Trocknungsgrad lässt sich die Stabilität des Druckbilds sichern.
• Intralogistik, Lagerung, Versand: Klimaüberwachung (Temperatur/rel. Luftfeuchte), Stapelhöhen, Palettierung und Ladungssicherung. Zusätzliche Messpunkte betreffen Umlagerungsintervalle, Verpackung der Paletten, Feuchteaufnahme im Lager sowie Prüfungen an Transportkennzeichnungen und Barcodes.

Methoden der Zustandsüberwachung

Es gibt diverse Methoden zur Überwachung von Zuständen im Bereich der Wellpappenherstellung und -verarbeitung. Einige Beispiele sind die visuelle Inspektion, die Messung von Schwingungen, Temperaturkontrollen und die Analyse von Betriebsdaten. Durch den Einsatz moderner Technologien wie Maschinenlernen oder künstlicher Intelligenz können diese Prozesse weiter automatisiert und verbessert werden. Ebenso wichtig sind robuste Standardarbeitsanweisungen, klar definierte Messstellen und qualifizierte Prüfmittel, die wiederholbare Ergebnisse ermöglichen.

In der Praxis wird häufig ein Methodenmix eingesetzt:

• Visuelle Inspektion (manuell oder kamerabasiert): Erkennung von Verzug, Delamination, Druckfehlern, Kantenbrüchen. Ergänzt durch Beleuchtungs- und Kontrastoptimierung lassen sich kleinste Defekte sicherer erkennen.
• Inline-Sensorik: Feuchte- und Temperatursensoren, Bahnzugmessung, Leimauftragssensoren, Laser- und Kameramesstechnik für Abmessungen und Planlage. Linienkameras und 3D-Systeme erfassen Profiltreue und Zuschnittmaße mit hoher Wiederholgenauigkeit.
• Schwingungs- und Akustikmessung: Zustandsdiagnose an Lagern, Antrieben und Ventilatoren zur frühzeitigen Erkennung von Verschleiß. Trendsignale erlauben eine vorausschauende Instandhaltung.
• Thermografie: Kontrolle von Heiz- und Trocknungszonen sowie Hotmelt-/Leimtemperaturen. Temperaturfelder zeigen Inhomogenitäten und Energieverluste auf.
• Labor- und Offline-Tests: ECT/BCT, Feuchtegehalt, Rill-/Falzprüfungen, Zugfestigkeit von Liner und Wellenpapier. Ergänzend können Cobb-Tests, Durchstoß- und Kantenzerreißprüfungen eingesetzt werden.
• Datenbasierte Verfahren: Statistische Prozesskontrolle (SPC), Regelkarten, Prozessfähigkeitskennzahlen (z. B. Cp/Cpk), Trendanalysen, Anomalieerkennung. Modellbasierte Vorhersagen (Predictive Quality) helfen, Zielwerte stabil zu halten.
• Zustandsorientierte Instandhaltung: Kombination aus Sensorik, Grenzwerten und Ereignisprotokollen zur Planung von Wartungen. MTBF/MTTR-Kennzahlen unterstützen die Priorisierung von Maßnahmen.

Messgrößen, Grenzwerte und Dokumentation

Für die Auswertung werden Sollbereiche und Eingriffsgrenzen definiert, Prüfmittel regelmäßig kalibriert und Ergebnisse revisionssicher dokumentiert. Typische Messgrößen sind u. a. Feuchtegehalt der Papiere (prozessabhängig), Leimviskosität innerhalb eines spezifizierten Fensters, ECT/BCT nach Vorgabe sowie maßliche Toleranzen an Zuschnitten und Rillungen. Eine klare Zuordnung von Prüfintervallen, Probenahmeplänen und Freigabekriterien verhindert Fehlentscheidungen und gewährleistet Reproduzierbarkeit. Vertiefende Erläuterungen zu Pappkartons und Bauarten finden sich hier: Vertiefende Erläuterungen zu Pappkartons und Bauarten.

Zur Erhöhung der Aussagekraft werden Messunsicherheiten berücksichtigt, Messmittelrückführung auf Normale dokumentiert und Prüfmittel-Fähigkeitsnachweise (z. B. Wiederhol- und Vergleichbarkeitsanalysen) geführt. Zeitgestempelte Datensätze, eindeutige Chargen-IDs und eine konsistente Benennung von Messpunkten erleichtern Auswertungen und Audits. Grenzwertkonzepte umfassen Vorwarn- und Eingriffsgrenzen, definierte Reaktionszeiten und verantwortliche Rollen.

Dateninterpretation und Alarmkonzepte

Effektive Zustandsüberwachung beruht auf nachvollziehbaren Alarmkonzepten. Warn- und Eingriffsgrenzen (Ampellogik) leiten Maßnahmen ab, z. B. Parameternachstellung, Geschwindigkeitsreduktion, Werkzeugwechsel oder Chargensperre. Dashboards und Andon-Anzeigen beschleunigen die Reaktion, während Ursachenanalysen (z. B. 5-Why, Ishikawa) die nachhaltige Fehlervermeidung unterstützen.

Ergänzend erhöhen Ereignis- und Störgrundkataloge die Vergleichbarkeit, während automatische Benachrichtigungen (z. B. bei Trendbrüchen) eine zeitnahe Intervention sichern. Regelkarten mit geeigneten Stichprobenplänen verhindern Übersteuerung, und periodische Review-Meetings stellen sicher, dass Grenzwerte und Prüfpläne bei Produkt- oder Prozessänderungen angepasst werden.

Relevante Normen und Prüfverfahren

In der Wellpappverarbeitung kommen anerkannte Normen und Prüfmethoden zum Einsatz, die Vergleichbarkeit und Konformität sicherstellen. Beispiele sind: ECT nach DIN EN ISO 3037, BCT nach DIN EN ISO 12048, Grammatur nach DIN EN ISO 536, Feuchtebestimmung nach DIN EN ISO 287, Cobb-Test nach ISO 535 sowie Rill- und Falzprüfungen nach gängigen Verbands- und Normvorgaben. Die Auswahl der Verfahren richtet sich nach Produkttyp, Schutzfunktion und geforderter Maßhaltigkeit der Zuschnitte.

Implementierung in der Praxis

Ein schrittweises Vorgehen hat sich bewährt: (1) Kritische Qualitätsmerkmale und Prozessparameter definieren, (2) Messstellen und Sensorik auswählen, (3) Grenzwerte, Stichproben- und Prüfpläne festlegen, (4) Datenerfassung und -speicherung standardisieren, (5) Visualisierung, Alarmierung und Eskalation definieren, (6) Schulung der Mitarbeitenden und Wirksamkeitskontrolle. Regelmäßige Wirksamkeits-Audits, Gemba-Begehungen und Shopfloor-Routinen verankern die Zustandsüberwachung im Tagesgeschäft.

Datenmanagement und Integration

Für konsistente Prozessdaten ist die Integration von Maschinen, MES, ERP und QM-Systemen entscheidend. Einheitliche Zeitbasis (Zeitsynchronisation), klare Verantwortlichkeiten, Datenvalidierungen und standardisierte Schnittstellen (z. B. OPC UA) bilden die Basis für verlässliche Analysen. Versionierte Prüfpläne, nachvollziehbare Änderungen (Change Control) und einheitliche Nomenklaturen vermeiden Inkonsistenzen und stärken die Rückverfolgbarkeit über alle Fertigungsstufen.

Vor- und Nachteile der Überwachung von Zuständen

Die Vorteile der Zustandsüberwachung liegen vor allem in der Sicherung der Produktqualität, der Vermeidung von Produktionsausfällen und in der Prozessoptimierung. Mithilfe von Zustandsüberwachung können Unregelmäßigkeiten frühzeitig erkannt und behoben werden, was eine gleichbleibende Produktqualität sicherstellt. Darüber hinaus führt sie zu einer höheren Effizienz und Wirtschaftlichkeit der Produktion. Ein Nachteil ist der notwendige Einsatz von Ressourcen für die Überwachung selbst, sowohl im Bereich der Technik als auch im Bereich des Personals. Zudem kann der Einsatz moderner Technologien hohe Investitionskosten verursachen. Auch die Datenpflege, die Sicherstellung der Datenqualität und die kontinuierliche Qualifizierung der Mitarbeitenden erfordern Aufmerksamkeit, zahlen sich jedoch durch stabilere Prozesse und geringere Fehlerraten aus.

• Vorteile: Stabilere Prozesse, reduzierte Ausschuss- und Nacharbeitsquoten, planbare Wartungen, höhere Lieferzuverlässigkeit, verlässliche Einhaltung von Spezifikationen.
• Herausforderungen: Datenqualität und -integration, Schulungsbedarf, initialer Aufwand für Sensorik und IT, potenzielle Fehlalarme bei unzureichender Parametrierung.
• Kosten-Nutzen-Abwägung: Laufende Bewertung von Nutzenkennzahlen (z. B. OEE, First-Pass-Yield) gegenüber Aufwand für Messmittel, Wartung und Datenpflege.
• Risikomanagement: Absicherung über FMEA, Control-Plan und Eskalationslogik; regelmäßige Reviews bei Produktwechseln und saisonalen Klimaeffekten.

Praxisbeispiele aus der Wellpappverarbeitung

• Feuchte-Derating: Ein Anstieg der Materialfeuchte führt zu sinkendem ECT. Eine zeitnahe Anpassung von Temperatur und Bahnzug stabilisiert die Profilqualität.
• Werkzeugverschleiß: Schwingungsmonitoring an Stanzen detektiert Lagerprobleme frühzeitig; ein geplanter Tausch verhindert Qualitätsmängel an Rillungen.
• Leimauftrag: Inline-Sensorik erkennt ungleichmäßigen Klebstoffauftrag; eine Korrektur verhindert Delamination und Planlagefehler.
• Druckregister: Kamerasysteme melden Abweichungen; sofortige Justage reduziert Makulatur und sichert die Maßhaltigkeit der Zuschnitte.
• Warp-Kontrolle: Überwachung der Feuchte- und Temperaturprofile über die Bahnbreite ermöglicht das Gegensteuern von Verzug mittels Vorheizer- und Dampf-Setup.
• Spleiß-Management: Ereigniserfassung bei Rollenwechseln und korrelierte Qualitätsprüfungen verhindern, dass Spleißzonen in kritische Verpackungsbereiche gelangen.
• Klimatisierung im Lager: Sensorik für Temperatur und relative Luftfeuchte reduziert Schwankungen der Papierfeuchte und stabilisiert ECT/BCT vor der Weiterverarbeitung.
• Barcode- und Kennzeichnungsprüfung: Inline-Verifikation stellt sicher, dass Rückverfolgbarkeit und Lieferkettentransparenz erhalten bleiben.

Zusammenfassung:

• Die Zustandsüberwachung hilft, Veränderungen in der Leistung oder Qualität von Produkten wie Verpackungen aus Wellpappe rechtzeitig zu erkennen und eventuell notwendige Anpassungen vorzunehmen. Sie reduziert Ausschuss, stabilisiert Prozessparameter und verhindert Folgekosten durch frühzeitige Korrekturen.
• Mit präziser Zustandsüberwachung wird die Lebensdauer von Verpackungen aus Wellpappe optimiert, indem Schäden oder Abnutzung frühzeitig erkannt und behoben werden können. Gleichzeitig bleiben mechanische Kennwerte (z. B. ECT/BCT) innerhalb der Vorgaben und die Maßhaltigkeit der Zuschnitte wird abgesichert.
• Die Zustandsüberwachung ermöglicht ein effektives Tracken der Wellpappen-Verpackungen und trägt damit maßgeblich zur Effizienz in der Lieferkette bei. Transparente Prozess- und Prüfdatensätze unterstützen Rückverfolgbarkeit, Auditfähigkeit und belastbare Freigaben.
• Kernpunkt: Ein strukturiertes Zusammenspiel aus Sensorik, klaren Grenzwerten, qualifizierten Prüfplänen und zielgerichteter Datenanalyse bildet die Grundlage für reproduzierbare Qualität in der Wellpappverarbeitung.