Firmengründer Gerd Arnold stieß vor30 Jahren eher zufällig auf das riesigeAutomatisierungspotential in Beton-werken, als ihn eine schweizerischeFirma zunächst nur für die Installationeines Endschalters engagierte. Wäh-rend der Montage wurde dem Erfin-der klar, dass in dieser Branche inpuncto Rationalisierung durch Tech-nik ein enormer Nachholbedarf be-steht. Bald darauf hatte Arnold seinenersten Betonautomaten zur Steuerungvon Rezepturen konstruiert – ein fort-schrittliches Gerät mit digitalen Schal-tern und im Klartext zu programmieren.

Von da ab waren die Weichen gestellt,und das Unternehmen ist der Beton-branche bis heute treu geblieben:„Unser Betonautomat hat zu einer Flutvon Aufträgen geführt. Wir haben unsvon da ab ganz auf diese Branche kon-zentriert und immer weiter speziali-siert.“ Heute entwickeln und produ-zieren die Schwarzwälder ausschließ-lich Feuchtemess-Systeme und fahrengut damit, wie Geschäftsführer WalterWerne berichtet: „Wir haben im Laufeder Jahre ein Know-how auf dem Ge-

biet der kapazitiven Feuchtemessungangesammelt, das unsere Kunden aufder ganzen Welt schätzen. Das betrifftnicht nur die Herstellung, sondern auchden Service rund um den Einbau. Wirnehmen die Herausforderungen vorOrt an und reagieren individuell aufdie jeweiligen Anlagen. Da wir einkleines Team sind und auch bleibenwerden, können wir auch in Spezial-fällen schnell und flexibel reagieren.“ Im vergangenen Jahr, 2002, dreißigJahre nach Firmengründung durchGerd Arnold, haben Walter Werneund Andreas Thiel die Firmenleitungübernommen, und das Unternehmenheißt jetzt Arnoldautomation Werne& Thiel GdbR. DieFirma ist seit 1997mit dem Qualitäts-management Sys-tem ISO 9001 zer-tifiziert und hatauch die Zusatz-zertifizierung zurProduktion von ex-geschützten Feuch-temess-Systemen.

Feuchtemessung – entscheidender Faktor bei der Prozessoptimierung

Um wettbewerbsfähig zu bleiben, ra-tionalisieren moderne Betonwerke soweit es geht, müssen aber gleichzeitighöchste Qualität liefern. Für den Misch-vorgang bedeutet das, eine möglichstgroße Menge in kürzester Zeit zu ho-mogenisieren und durchzusezten.Was so einfach klingt, beinhaltet vieleVariablen: laufende Kosten, Ersatzteil-kosten, Standzeiten, Homogenität derMischung, Datenerfassung, Verkür-zung der Mischzykluszeit, Definition

Beton hat sich längst zu einem Hightechprodukt ent-wickelt. Moderne Betonwerke verlassen sich längstnicht mehr nur auf ihre Erfahrung, denn unterschied-liche Betone erfordern spezielle, genau berechneteRezepturen. Um diese konstant und gleichmäßig zuhalten, kommt heute modernste Technik zum Ein-

satz – wie etwa die Feuchtemess-Systeme der FirmaArnold aus Wutöschingen-Degernau, Deutschland.Ihre Sonden arbeiten auf Basis der hochfrequenten,kapazitiven Messung und ermitteln den Feuchtig-keitsgehalt bereits vor der Verwiegung direkt im Silooder auf den Förderbändern.

Feuchtemesstechnik aus dem Schwarzwald – weltweit bewährt

Feuchtemess-Sonde auf einem Schlitten imFörderbandeinsatz Feuchtemess-Sonde im Silo

��

B E TB E T O N T EO N T E C H N I KC H N I K

Q u a l i t ä t s b e t o n d u r c h P r o z e s s o p t i m i e r u n g

Sonderdruck aus Sonderdruck ausBetonWerkBWI International

Heft 04-03

arnold_d_04-2003 19.10.2004 9:06 Uhr Seite 1

des Mischziels und die Vermeidungvon Klumpenbildung.

Dazu müssen Materialflussdiagramme,Befüllung mit Zuschlagstoffen unddie Entleerung der Mischung genausoberücksichtigt werden wie der be-nötigte Platzbedarf, die Dosierung,Messungen und die Art der Prozess-steuerung. In diesem Zusammenhangspielen zwei Parameter eine entschei-dende Rolle: die Konsistenz und dieFeuchtigkeit des Produktes und derZuschlagstoffe. Denn nahezu jedes Ma-terial ist entweder feucht oder hat eine

Restfeuchte, die unter anderem auchdurch Beimengung von Zusätzen odervon der Luftfeuchte herrührt.

Bei der Herstellung von Beton ent-scheidet der Wasser-Zement-Faktor maß-geblich über die Qualität und Festig-keit des Produkts. Insbesondere dieFeuchtigkeit im Sand spielt eine ent-scheidende Rolle dabei, die Rezepturmöglichst konstant und gleichmäßigzu halten. Diesen Faktor zu kontrollie-ren und entsprechend reagieren zukönnen ist die Aufgabe der Arnold-Mess-Systeme. Die Sonden messen den Was-

sergehalt schon vor oder während derVerwiegung direkt im Silo oder aufden Förderbändern. Eingebaut im Sand-silo oder per Schlitten auf dem För-derband, messen sie die Feuchtigkeitin den jeweiligen Behältern und sen-den die Daten zur Steuereinrichtung,die automatisch die Nachdosierung vonWasser im Mischer regelt. Zur optima-len Steuerung sind in der Praxis meis-tens mehrere Sonden installiert, etwaim Silo zur Feuchtemessung, im Mate-rialfluss des Auslaufbereichs oderaußerhalb des Silos im Materialflusssowie auch auf dem Förderband undim Mischer selbst.

Arnold hat sein System der Hochfre-quenz-kapazitiven Feuchtemessung imLaufe der Jahre auf der Basis der vorOrt in den Werken gesammelten Er-fahrungen kontinuierlich weiterent-wickelt mit dem Ziel, ein Kosten- undEnergie sparendes, zuverlässiges unddabei robustes Feuchtemess-Systemherzustellen. Mit den heutigen Gerä-ten lassen sich vielfältige Informatio-nen online ermitteln: ● die Feuchte und somit der Wasser-

gehalt der Zuschlagstoffe ● die Feuchte und die Homogenität

der ‚Trockenmischung’● die Feuchte und die Homogenität

der ‚Nassmischung’● Anzeige, wann Gemisch homogen

ist● Verhalten der Wasserdosierung (kon-

tinuierliche oder komplette Was-serzugabe)

● Leermeldung Silo oder Behälter

Diese Informationen geben wichtigeEntscheidungshilfen für den Produk-tionsprozess. Auf der Basis der ermit-telten Parameter lässt sich der gesamteMischprozess überwachen und proto-kollieren. Darüber hinaus ermöglichendie gewonnenen Angaben eine Anpas-sung der Wasserzugabe – entwederlangsam während des Mischens oderim Schwall. Abhängig von Mischer undMaterial bewirkt jeweils die eine oderandere Variante eine optimale Misch-zeit und Homogenität.

Hochfrequenz-kapazitive Feuchtemessung: zuverlässig und genau

Arnold-Feuchtemess-Systeme arbeitenauf dem Prinzip des kapazitiven Hoch-frequenzverfahrens. Es wird der Un-terschied der Dielektrizitätskonstantevon Wasser (ε = 80) und der des zu

Sonde mit Knickarm für flexible Einstellung vor Ort

ÜbersichtlicheAnzeige derMesswerte im Display

B E TB E T O N T EO N T E C H N I KC H N I K

arnold_d_04-2003 19.10.2004 9:06 Uhr Seite 2

messenden Materials ausgewertet. Diemeisten Baumaterialien haben eineDielektrizitätskonstante von ε = 3...10.Durch den Wasseranteil im Messmate-rial ergibt sich somit ein großer Be-reich der auswertbaren Dielektrizitäts-konstante, welche im hochfrequentenkapazitiven Messfeld eine hohe Auflö-sung erreichen lässt. Das erzielte Sig-nal wird in der Sondenelektronik aus-gewertet und als Mess-Signal (0-10VDCoder 0/4-20mA) für die Feuchte aus-gegeben.

Für eine onlinemessung im Beton-werk positioniert man die Sonde so,dass das Schüttgut über sie hinwegströmt. Auch bei schnell fließendemMaterial gibt es sofort ein Mess-Signal– je nach Material bis zu einer Ein-dringtiefe von 100 bis 150 Millimeterin das Schüttgut. Das Resultat: Nichtnur der Wassergehalt direkt an derSensormessfläche wird erkannt, sondernein großer Querschnitt des Schütt-stroms wird gemessen.

Das analoge Ausgangsmess-Signal derFeuchtemes-Sonde wird direkt mittelsSteuerung, PC oder SPS im Prozessab-lauf verarbeitet oder an ein Auswerte-gerät angeschlossen. Die von der Son-de gesendeten Signale können übri-gens von jeder Soft- und Hardwareverarbeitet werden. Damit die Feuch-temess-Systeme einwandfrei funktio-nieren, ist ein einmaliger Abgleich aufdas jeweilige Messgut erforderlich. An-hand von zwei Messpunkten (trockenund nass) wird die Sonde auf das Mess-material und auf die Einbaubedingun-gen einkalibriert.

Gewusst, wie – richtiger Einbau entscheidend für den Erfolg

„Gerade bei der Feuchtemessung spieltdie Erfahrung eine entscheidendeRolle“, so Werne. „Wir erleben es im-mer wieder, dass grundlegende Dingeeinfach falsch gemacht werden. Wennich die Feuchte erst im Mischer messe,ist „das Kind bereits in den Brunnengefallen“, denn im Sand ist schon Was-ser enthalten, ich muss also vorher eineSand-Wasser-Korrektur vornehmen“.Der Geschäftsführer hat unzählige Be-tonwerke besucht, kennt daher die

Herausforderungen vor Ort genauund weiß, was anlagentechnisch er-forderlich ist.

Eine klassische Fehlerquelle ist, so Wer-ne, die Positionierung der Sonde beimEinbau: „Entscheidend ist die gleichbleibende Materialdichte vor der Son-de während der Dosierung – unab-hängig vom Messverfahren. Um keineFehler zu machen, muss man eigent-lich nur ein wesentliches Grundprin-zip der Feuchtemesstechnik im Blickbehalten: Keines der gängigen Mess-verfahren misst direkt den Wasseran-teil im Messmedium, sondern bestimmtdiesen über verschiedene physikali-sche Effekte. Das bedeutet auch, dassandere – unerwünschte – physikalischeParameter, hervorgerufen etwa durchDichteschwankungen, Salzgehalt, Sieb-linienveränderung usw., die Messungbeeinflussen können.“

„Wir machen uns“, so Werne, „beim Hoch-frequenz-kapazitiven Mess-System eineelektrische Feldveränderung zunutze,die durch Wassermoleküle im Mess-bereich des Sensors verursacht wirdund dann von der Sensorelektronikerfasst und zum Feuchteausgangssig-nal ausgewertet wird. Da aber auchwechselnde Materialdichte im Schütt-strom sowie wechselnde Luftanteilezwischen Sonde und Messmaterial einezusätzliche Feldveränderung mitver-ursachen können, wird klar, warumdie richtige Positionierung des Sen-

Beispiel für die Anordnung der Sonden im Betonwerk

Der Klassiker: FMG-Feuchtemessgerät, tausendfach weltweit im Einsatz

B E TB E T O N T EO N T E C H N I KC H N I K

arnold_d_04-2003 19.10.2004 9:06 Uhr Seite 3

sors für ein zuverlässiges und präzisesMessergebnis von entscheidender Be-deutung ist.“

Kurze Wege – schnelle Lösungen

Wenn die Schwarzwälder seit Bestehenihres Unternehmens noch nie einenEinbruch hatten, liegt das wohl nichtzuletzt am Erfindungsreichtum derFeuchtemess-Spezialisten. UnzähligePatente belegen die Innovationskraftder Firma. Um effizient zu bleiben,werden viele Routinejobs, wie zumBeispiel die Herstellung der Edelstahl-Sondengehäuse, an Partnerbetriebe imUmland vergeben. „Unsere Stärke istEntwicklung und Forschung“, so Werne,„und wir können auf individuelleKundenanforderungen schnell reagie-ren. Dieser Handlungsspielraum isterfolgsentscheidend für uns, deshalb

wollen wir uns auch nicht vergrößern,sondern weiter spezialisieren.“

Aufgrund ihres Engagements vor Orthaben die Schwarzwälder enge Kun-denbindungen aufgebaut, ihre techni-sche Kompetenz wird akzeptiert undgern in Anspruch genommen. Zu Recht,denn in vielen Betrieben hat sich dieInstallation eines ausgeklügelten Feuch-temess-Systems bereits nach wenigenWochen amortisiert. �

Entwicklungs-IngenieurHerbert Siebold

Firmengründer Gerd Arnold mit dem ersten selbst entwickeltenBetonautomaten

Der Geschäftsführender Gesellschafter Walter Werne (r.) und Gesellschafter Andreas Thiel

B E TB E T O N T EO N T E C H N I KC H N I K

Arnold automation FeuchtemesssystemeWerne & Thiel GdbRUntere Mühlewiesen 2a79793 Wutöschingen-Degernau, DEUTSCHLANDTel.: ++49 (0) 77 46 / 24 25Fax: ++49 (0) 77 46 / 25 88E-Mail: info@arnold-automation.deInternet: www.arnold-automation.de

Weitere Informationen:

�by

ad-

med

ia V

erla

g G

mbH

· In

dust

riest

raße

180

· D

-509

99 K

öln

· Tel

efon

++4

9 (0

) 22

36 /

96

23 9

0 · T

elef

ax +

+ 49

(0) 2

2 36

/ 96

23

96 ·

ww

w.b

wi-w

eb.d

e

arnold_d_04-2003 19.10.2004 9:06 Uhr Seite 4