Sensorik, die allen Widerständen trotzt

Looper-Drehgeber für die Schwerindustrie mit außergewöhnlicher Langlebigkeit

 

In Kürze

  • Ziel: Maximale Verfügbarkeit und Lebensdauer des für Drehwinkelerfassung des Schlingenhebers (Looper) notwendigen Drehgebers trotz extremer  Umgebungsbedingungen
  • Umsetzung: Einsatz des speziell für diese Anwendung entwickelten Looper-Drehgebers  ALS 40 K mit Spezial-Kugellagern und extra robuster Bauweise
  • Ergebnis: Praxiserprobte zwei- bis dreifach längere Lebensdauer des Looper-Drehgebers im Vergleich zu Drehgebern anderer Hersteller
Der Looper-Drehgeber ALS 40 K von Hübner ist aufgrund seiner besonderen konstruktiven Auslegung prädestiniert für die Schwerindustrie.Der Looper-Drehgeber ALS 40 K von Hübner ist aufgrund seiner besonderen konstruktiven Auslegung prädestiniert für die Schwerindustrie.  
Der Spezial-Drehgeber ALS 40 K von Hübner ist am Schlingenheber der voestalpine-Fertigstraße installiert.Der Spezial-Drehgeber ALS 40 K von Hübner ist am Schlingenheber der voestalpine-Fertigstraße installiert.  
40 Prozent höhere dynamische Tragzahl als Standard- Geber: Speziell dimensionierte Lager unter anderem mit einem für die Belastung geeignetem Lagergehäuse sind dafür verantwortlich.40 Prozent höhere dynamische Tragzahl als Standard- Geber: Speziell dimensionierte Lager unter anderem mit einem für die Belastung geeignetem Lagergehäuse sind dafür verantwortlich.  
Fertigstraße mit sieben Walzgerüsten: Weniger Stillstandzeiten in der Warmbreitbandstraße von voestalpine dank der Looper-Drehgeber von Hübner.Fertigstraße mit sieben Walzgerüsten: Weniger Stillstandzeiten in der Warmbreitbandstraße von voestalpine dank der Looper-Drehgeber von Hübner.  
 

In einem Warmwalzwerk sind Drehgeber unwirtlichen 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 nach dem Versuch verschiedener Geber auf die Looper-Drehgeber der Gießener Johannes Hübner GmbH. 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 unwirtlichen Einflüssen standhalten können. Im Warmwalzwerk der voestalpine Stahl GmbH in Linz sind seit Anfang 2012 sukzessive sechs Looper-Drehgeber ALS 40 K der Gießener Johannes Hübner GmbH im Einsatz. Zuverlässigkeit, Langlebigkeit und Betriebssicherheit sind die Eigenschaften des ALS 40 K, die die Verantwortlichen der Steel Division im voestalpine-Konzern überzeugt haben. „Wir haben einige Drehgeber von anderen Herstellern getestet und waren immer unzufrieden. Keiner von den bisher eingesetzten Produkten konnte den Anforderungen in unserem Werk gerecht werden“, beschreibt Alfred Pichler, Elektroingenieur bei voestalpine Stahl GmbH, die Situation. 

Die „Steel Division“ ist die größte Einheit des österreichischen voestalpine-Konzerns und erzeugt hochwertige Flachstahlprodukte unter anderem 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 Grad Celsius erwärmten Brammen  auf die Warmbreitbandstraße. Diese ist rund 450 Meter 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 von Hübner installiert. Durch die Walzgerüste werden die 35 Millimeter dicken Vorstreifen geführt und reduzieren die Blechdicke des Warmbands auf ein Endmaß von minimal 1,4 Millimeter. Laut voestalpine entsteht an der Breitbandstraße ein bis zu 1,7 Kilometer langes und bis zu 1,75 Meter breites Stahlband in weniger als drei Minuten. Auf diese Weise werden an der Warmbreitbandstraße jährlich rund 4,5 Millionen Tonnen warmgewalztes Stahlband hergestellt.

Zwischen den sieben Walzgerüsten fördert eine Rolle, der Schlingenheber oder 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 Istwertgeber, 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. Das Warmband läuft exakt in das Walzgerüst ein – ein wichtiger Prozess für die Produktivität in der Anlage.

Speziell für Schwerindustrie-Anwendungen konstruiert

Kritisch für den Looper-Drehgeber sind die Gegebenheiten am Einbauort in der Fertigstraße: Der Drehgeber nimmt die Schwingungen des Breitbandes auf und ist durch diese Vibrationen hohen Schockbelastungen ausgesetzt; wegen der Bandtemperatur von ca. 1.000 Grad Celsius 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 Grad 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-Grad-Drehbewegung vor und zurück und wird nie komplett um 360 Grad 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 Standard-Geräte erreichten die von voestalpine geforderte Lebensdauer nicht. „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 Looper-Drehgeber ALS 40 K von Hübner ist aufgrund seiner besonderen konstruktiven Auslegung prädestiniert für Einsätze in der Schwerindustrie. Er erreicht das Zwei- bis Dreifache der bisher üblichen Lebensdauer für Drehgeber. Der Vorteil für den Kunden: Die Anlage ist kontinuierlich verfügbar, da der Looper-Drehgeber seltener gewartet oder ausgetauscht werden muss. Die Stillstandzeiten der Anlage – besonders die ungeplanten Stillstände – reduzieren sich. Alfred Pichler bestätigt: „Unterbrechungen an der Fertigstraße kosten uns mehrere Tausend Euro pro Stunde, wenn die Anlage stillsteht, und verzögern die Produktion.“

Verstärkte Welle, Schock resistente Lager 

Ein wichtiger Parameter für die Lebensdauer von Lagern ist die Tragzahl. Der Hübner-Looper-Drehgeber ALS 40 K verfügt über eine 40 Prozent höhere dynamische Tragzahl als Standard-Geber. Er ist mit speziell dimensionierten Lagern  mit Stahlbuchse und einem für die Belastung geeignetem Lagergehäuse ausgestattet. Um die hohe Lebensdauer zu gewährleisten, sind die Lager nicht primär für hohe Drehzahlen, sondern für hohe Schockbelastungen bis 450 g ausgelegt. Der zulässige Temperaturbereich reicht bis 100 Grad Celsius. Für eine verschleißfreie 45-Grad-Drehbewegung des Kugellagers nutzt Hübner ein Solid-Grease-Lagerfett mit auf den besonderen Bewegungsfall abgestimmter 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 14 Millimetern aus hochfestem, rostfreiem Stahl auf – ein weiteres Konstruktionsmerkmal, das die Lebensdauer des Drehgebers erhöht. Der ALS 40 K besitzt zudem eine Radialwellen-Dichtung mit zusätzlicher Schutzlippe. Die Dichtung des Drehgebers läuft direkt auf der Antriebswelle nahe dem Warmband. Spritzwasser, Öl oder Kühlflüssigkeit könnten in den Drehgeber eindringen. Da der Dichtring die hohe Schutzart IP67 aufweist, ist garantiert, dass Flüssigkeiten und Schmutz von der Anlage abgehalten werden. Die hohe Schutzart IP66 / IP67 gilt für das gesamte Gerät und damit auch für Klemmkasten sowie Steckverbindungen. „Je höher die Schutzart, desto höher die Lebensdauer des Geräts. Das zeigt: Unser Spezial-Drehgeber ist ideal für die Schwerindustrie geeignet“, so Tscherney. Bei voestalpine ist der ALS 40 K in der Variante B5 Flansch und mit SSI-Schnittstelle im Einsatz. Neben der Flanschbauform ist der Loopergeber auch als Bauform (B35) mit Flansch und Fuß erhältlich. Er verfügt zudem über alle gängigen Schnittstellen wie SSI-, Inkremental-, PROFIBUS- oder EtherCAT-Schnittstelle und andere. 

Der neue Drehgeber liefert eine garantiert hohe Signalqualität. Die Versorgungsspannung beträgt 12 bis 30 Volt (DC) und eine Auflösung von 13 Bit Singleturn (8.192 Schritte pro Umdrehung). Alfred Pichler resümiert: „Die Looper-Drehgeber, die wir bisher verwendet haben, verfügten zwar über die gleichen technischen Voraussetzungen zum Beispiel bei der Auflösung wie das Hübner-Gerät. Der Unterschied liegt aber in der Betriebssicherheit: Der Hübner-Drehgeber ist einer der zuverlässigsten Produkte in dieser unwirtlichen Umgebung.“