Einseitige Belastung
Looper-Drehgeber für Warmbreitbandstraße bei Voestalpine
In einem Warmwalzwerk sind Drehgeber extremen Bedingungen ausgesetzt. Gleichzeitig ist es erforderlich, dass sie möglichst lange verschleißfrei laufen, denn ein Bandstillstand bedeutet hohe Kosten für den Betreiber. Die Voestalpine Stahl GmbH setzt auf Looper-Drehgeber, denn dank spezieller Konstruktionsmerkmale werden diese den Anforderungen in der Schwerindustrie gerecht.
Schmutz und extreme Temperaturen, Kühlflüssigkeit und Öl, Vibrationen und Stöße: In Warmwalzwerken herrschen anspruchsvolle Bedingungen. Technische Geräte in diesen Umgebungen wie etwa ein Schlingenheber (Looper), der die korrekte Massenflussregelung auf einer Warmbreitbandstraße gewährleistet, müssen diesen Einflüssen standhalten können. Im Warmwalzwerk der Voestalpine Stahl GmbH in Linz sind seit Anfang 2012 sukzessive sechs Looper-Drehgeber ALS 40 K im Einsatz. Zuverlässigkeit, Langlebigkeit und Betriebssicherheit sind die Eigenschaften der Drehgeber, die die Verantwortlichen der Steel Division im Voestalpine-Konzern überzeugt haben. „Wir haben einige Drehgeber von anderen Herstellern getestet und waren immer unzufrieden. Keines von den bisher eingesetzten Produkten konnte den Anforderungen in unserem Werk gerecht werden“, beschreibt Alfred Pichler, Elektroingenieur bei der Voestalpine Stahl GmbH, die Situation. Die Steel Division ist die größte Einheit des österreichischen Voestalpine-Konzerns und erzeugt hochwertige Flachstahlprodukte u.a. für die Automobil-, Bau-, Hausgeräte- und Energieindustrie. Die im Warmwalzwerk hergestellten Stahlbänder dienen als Grundlage für Karosserien von Personen- und Lastkraftwagen, Autokräne, landwirtschaftliche Maschinen, Behälter wie Gasflaschen oder Blechverkleidungen. Entsprechend der Produktionsroute im Warmwalzwerk kommen die in speziellen Öfen auf rund 1.200°C erwärmten Brammen auf die Warmbreitbandstraße. Diese ist rund 450m lang und verfügt neben Stoß- und Hubbalkenofen, Stauchgerüst und Vorgerüst, Kühlstrecke und Haspelanlage auch über eine Fertigstraße mit sieben hintereinander angeordneten Walzgerüsten. An der Fertigstraße der Warmbreitbandstraße sind die Looper-Geber installiert. Durch die Walzgerüste werden die 35mm dicken Vorstreifen geführt und reduzieren die Blechdicke des Warmbandes auf ein Endmaß von minimal 1,4mm. Laut Voestalpine entsteht an der Breitbandstraße ein bis zu 1,7km langes und bis zu 1,75m breites Stahlband in weniger als drei Minuten. Auf diese Weise werden an der Warmbreitbandstraße jährlich rund 4,5Mio. Tonnen warmgewalztes Stahlband hergestellt. Zwischen den sieben Walzgerüsten fördert eine Rolle (Looper) das Stahlband in die Höhe. So entsteht zwischen den Gerüsten ein bestimmter Bandzug. Der Drehwinkel bzw. die Drehbewegung des Schlingenhebers muss permanent über einen Ist-Wertgeber, den sogenannten Looper-Drehgeber, erfasst werden. Indem er die Schlingenlänge ändert, kann er Massenfluss-Störungen im Walzprozess messen und auffangen. Der Geber misst den Drehwinkel des Bandes, damit die Regelung aufgrund des gemessenen Winkels den Bandzug konstant halten kann.
Extreme Schwingungen und 1.000°C Bandtemperatur
Kritisch für den Looper-Drehgeber sind die Gegebenheiten am Einbauort in der Fertigstraße: Der Drehgeber nimmt die Schwingungen des Breitbandes auf und ist durch die Vibrationen hohen Schockbelastungen ausgesetzt; wegen der Bandtemperatur von ca. 1.000°C herrscht große Hitze, kombiniert mit hoher Feuchtigkeit durch in diesem Bereich verwendetes Kühlwasser. Die Umgebung des Walzgerüstes ist zusätzlich stark durch Zunderstaub belastet. Eine weitere Belastung ergibt sich durch die Einsatzart des Drehgebers. „Da der Anstellwinkel nur bis ca. 45° beträgt, wird der Drehgeber nur partiell belastet, verbunden mit unzureichender Lagerschmierung“, erläutert Frank Tscherney, Mitglied der Geschäftsführung bei Hübner Giessen. Bei Looper-Anwendungen schwingt das Kugellager grundsätzlich in einer 45°-Drehbewegung vor und zurück und wird nie komplett um 360° gedreht. Bei einem klassischen Drehgeber wird immer nur eine Stelle des Lagers belastet und das Kugellager unzureichend geschmiert. Diese Einflüsse wirken sich direkt auf die Lebensdauer des Looper-Drehgebers aus. Bisher eingesetzte Geräte erreichten nicht die von Voestalpine geforderte Lebensdauer. „Zum Teil mussten wir die Geber nach sechs Monaten austauschen. Der Grund: Defizite in der Mechanik und bei der Dichtheit der Geräte“, erklärt Pichler. Der ALS 40 K erreicht dagegen aufgrund seiner besonderen konstruktiven Auslegung das Zwei- bis Dreifache der bisher üblichen Lebensdauer für Drehgeber.
Schockbelastungen bis 450g
Ein wichtiger Parameter für die Lebensdauer von Lagern ist die Tragzahl. Der Looper-Drehgeber verfügt über eine 40% höhere dynamische Tragzahl als Standard-Geber. Er ist mit speziell dimensionierten Lagern mit Stahlbuchse und einem für die Belastung geeigneten Lagergehäuse ausgestattet. Um die hohe Lebensdauer zu gewährleisten, sind die Lager nicht primär für hohe Drehzahlen, sondern für hohe Schockbelastungen bis 450g ausgelegt. Der zulässige Temperaturbereich reicht bis 100°C. Für eine verschleißfreie 45°-Drehbewegung des Kugellagers nutzt Hübner ein Solid-Grease-Lagerfett mit einer auf den besonderen Bewegungsfall abgestimmten Viskosität. Das Fett ist fester, wodurch die Lagerkugeln auch bei einseitiger Drehbewegung im Fett eingebettet sind. Die Reibung am Außenring des Lagers, die die Abnutzung und Verlustleistung beschleunigen würde, wird somit verhindert. Der Drehgeber weist eine verstärkte Welle mit einem Durchmesser von 11 oder 14mm aus hochfestem, rostfreiem Stahl auf. Da der Dichtring die Schutzart IP67 aufweist, ist garantiert, dass Flüssigkeiten und Schmutz von der Anlage abgehalten werden. Die Schutzart gilt für das gesamte Gerät und damit auch für Klemmkasten sowie Steckverbindungen. Bei Voestalpine ist der ALS 40 K in der Variante B5 Flansch und mit SSI-Schnittstelle im Einsatz. Neben der Flanschbauform ist der Looper-Geber auch als Bauform (B35) mit Flansch und Fuß erhältlich. Er verfügt über alle gängigen Schnittstellen wie SSI-, Inkremental-, Profibus- oder Ethercat-Schnittstelle und andere. Die Versorgungsspannung beträgt 12 bis 30V (DC) bei einer Auflösung von 13Bit Singleturn (8.192 Schritte/Umdrehung).
