Optische Dickenmessung bewährt sich in dichtem Walzölnebel
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Auszug aus STAHL + TECHNIK 2 (2020), Heft 5, Seite 34 – 36.
34 | TECHNIK
Nachdruck verboten. © DVS Media GmbH, Düsseldorf
Kaltwalzen von Band: Laseroptisches Dickenmesssystem mit extrem steiler Hochlaufkurve
Optische Dickenmessung bewährt sich in
dichtem Walzölnebel
Bei Outokumpu Nirosta in Dillenburg wird Bandmaterial aus Edelstahl kundenspezifisch kaltgewalzt. Für die
Überwachung des Walzprozesses wird dabei nun das laseroptische Dickenmesssystem „VTLG“ von Vollmer
eingesetzt. Es hat ein Röntgenmessgerät ersetzt und vereinfacht aufgrund der Materialunabhängigkeit des
Verfahrens die Produktionsabläufe. Trotz der schwierigen Umgebungsbedingungen, z.B. in extrem dichtem
Walzölnebel, arbeitet es mikrometergenau.
D
as Outokumpu-Werk in Dillenburg Am 20-Rollen-Kaltwalzgerüst „Sund- den. Dies führte teilweise dazu, dass das
ist ein modernes Kaltwalzwerk, das wig 1350“, Bild 1, war über 20 Jahre lang Walzen von Coils aus neuen Werkstoffen
überwiegend Band aus Edelstahl eine radiometrische Dicken-Messanlage in zurückgestellt werden musste, bis die Kor-
herstellt. Es erfüllt höchste Anforderun- Betrieb, deren Versorgung mit Ersatzteilen rekturfaktoren der Legierungsanalyse im
gen an die Oberflächenqualität – zum nicht mehr gesichert war. Da ohne präzise radiometrischen Messgerät eingepflegt
Beispiel als Fassadenverkleidung in der Dickenmessung nicht gewalzt werden waren.
Architektur. kann, hätte ein Defekt die Versorgungssi-
Das zwischen 2,5 und 6,0 mm dicke cherheit des gesamten Werkes gefährdet. Herausfordernde
Vormaterial, das aus den Werken des Kon- Außerdem war der Betrieb des Mess- Randbedingungen
zerns in Finnland und Schweden stammt, systems mit hohem Aufwand verbunden:
wird auf eine Dicke zwischen 0,15 und Da die Messung von den Materialeigen- Auf der Suche nach einer Alternative nahm
4,0 mm gewalzt und nach Kundenwunsch schaften der Bänder beeinflusst wird, das Projektteam Kontakt mit Vollmer auf,
geglüht, gebeizt, gespalten und querge- mussten die Parameter des Messgerätes denn das laseroptische Dicken-Messsys-
teilt. für jede neue Legierung eingepflegt wer- tem „VTLG“ hatte sich zu diesem Zeit-
punkt in Dutzenden von Werken bereits
bewährt und dort den Wartungsaufwand
deutlich reduziert.
Bei Vielrollengerüsten entsteht jedoch
üblicherweise mehr Walzölnebel als beim
Kaltwalzen mit Duo- oder Quartogerüsten
und bei Edelstahl noch einmal deutlich
mehr, da hier mit besonders hohen Kräften
gearbeitet wird. Am Gerüst in Dillenburg
entwickelt sich am Walzspalt bei einer
Bandgeschwindigkeit von bis zu 880 m/min
und hohen Verformungswerten ein beson-
ders dichter Ölnebel, Bild 2.
Hinzu kam, dass die Oberfläche des
3-D-blankgeglühten Materials, das den
überwiegenden Anteil des Produktspekt-
rums des Werkes darstellt, stark spiegelt.
Außerdem war der Bauraum sehr
begrenzt, denn das Gerüst ist besonders
kompakt gebaut, um den Abstand zwi-
Bild 1. Das 20-Rollen-Kaltwalzgerüst „Sundwig 1350“ im Werk Dillenburg. Das VTLG ist schen den beiden Haspeln – und somit
links an der hellblauen Kontrollleuchte neben dem Bedienpult am Gerüst zu erkennen nicht ausgewalzte Bereiche – möglichst
(Foto: Vollmer) gering zu halten.
Jörg Kazmierski, Teamleiter Produktion; Andreas Zeidler, Electrical Engineer Cold Rolling, Outokumpu Nirosta GmbH,
Dillenburg; Elke Roller, Vertriebsleiterin, Friedrich Vollmer Feinmessgerätebau GmbH, Hagen.
Kontakt: roller@vollmergmbh.de
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Insgesamt hatte das Projektteam von
Outokumpu Bedenken, ob eine optische
Messung unter diesen Bedingungen abso-
lut zuverlässig arbeiten und präzise Ergeb-
nisse liefern kann.
Das Projekt
Die Spezialisten von Vollmer waren sich
jedoch sehr sicher, dass das laseroptische
Dickenmesssystem VTLG auch am Gerüst
in Dillenburg zuverlässig arbeitet. Deshalb
schlugen sie vor, ein System zunächst nur
auf einer Seite einzubauen, Bild 3. Für den
unwahrscheinlichen Fall, dass es sich nicht
bewähren sollte, würden sie es gegen ein
Röntgengerät aus der eigenen Produktion
tauschen. Dies stellte somit für beide
Seiten eine Win-win-Situation dar. Bild 2. Selbst dichter Ölnebel beeinflusst die Messgenauigkeit des VTLG nicht (Foto:
So hatte Outokumpu die Möglichkeit, Vollmer)
jederzeit wieder auf die Röntgentechnik
zurückzugehen, und Vollmer hatte die
Gelegenheit, den Nachweis zu erbringen, sowie für die Qualitätssicherung. Mit einer am Auslauf einer Ofenlinie oder in der
dass das Gerät auch unter schwierigsten internen Messrate von bis zu 80 kHz liefert Beize ebenso genau wie in einem kli-
Bedingungen zuverlässig arbeitet. Das der skalierbare Analogausgang im Millise- matisierten Labor.
Röntgensystem auf der anderen Seite kundenbereich ein Signal, das die hoch Darüber hinaus überprüft das System
blieb zunächst in Betrieb. dynamische Dickenregelung ermöglicht. vor jedem Banddurchlauf seine Justie-
Für die Installation des VTLG konnte der VTLG misst die Dicke des Bandes abso- rung mit einem Kalibriernormal, das in
Unterbau des vorhandenen Röntgenmess- lut, also ohne Einfluss der Materialeigen- den C-Rahmen integriert ist: Der Rah-
gerätes weiterhin benutzt werden, Bild 4. schaften, jedoch berührungslos und aus men fährt bei Messbeginn automatisch
Am Gerüst selbst brauchten nur sehr sicherem Abstand. Mit einer Messgenauig- in die Linie und misst auf dem Weg
geringfügige Umbauten vorgenommen keit bis zu ±1 μm erzielt es die gleiche dorthin die Dicke von vier integrierten,
werden. Die Hardware-Schnittstellen zu Präzision wie taktile und Röntgen-Mess- DAkkS-zertifizierten Endmaßen, die das
den übergeordneten Systemen hat Vollmer geräte. Dickenspektrum des Gerüstes reprä-
eins zu eins übernommen, nur der Inhalt Vollmer bietet unterschiedliche Mess- sentieren. So prüft sich das VTLG stän-
der Telegramme wurde angepasst. Auch bereiche von 0,015 bis 12,0 mm Dicke. Mit dig selbst und korrigiert sich gegebe-
in Bezug auf den Laserschutz waren keine Maulweiten des C-Rahmens von 135 oder nenfalls automatisch.
baulichen Maßnahmen erforderlich. 205 mm befinden sich die Sensoren in Zur hohen Genauigkeit des Systems
Dank der guten Vorbereitung auf bei- sicherem Abstand vom Band. Die Mess- trägt auch wesentlich bei, dass beide
den Seiten waren die Demontage des tiefe beträgt je nach Gerätetyp zwischen Sensoren exakt synchron arbeiten. So
alten Gerätes sowie der Einbau und die 400 und 1.200 mm. Je nach Messbereich eliminiert VTLG den Einfluss der Band-
Inbetriebnahme des neuen trotz der liegt der Platzbedarf in Walzrichtung zwi- bewegung während der Messung.
schwierigen Einbausituation nach drei schen 170 und 200 mm. Freiblaseinrichtungen gewährleisten
Tagen termingerecht abgeschlossen. Am VTLG eignet sich nicht nur für die Mes- den zuverlässigen Betrieb auch unter
20. August 2019 ging das VTLG in Betrieb. sung im Walzgerüst, sondern ebenso für den rauen Umgebungsbedingungen im
den Einsatz in Beizen, in der Adjustage, an Walzgerüst: Sowohl die Ein- und Aus-
Die Technik im Detail Bandfräsen oder in Scherenlinien. trittsfenster der Sende- und der Emp-
Vier Konstruktionsmerkmale tragen zur fangsoptik als auch der Strahlengang
Das Banddickenmessgerät VTLG arbeitet hohen Genauigkeit des Systems bei: die werden ständig mit sauberer Luft
nach dem Prinzip der Lasertriangulation. Temperaturstabilisierung des Messrah- gespült, damit Dampf oder Nebel aus
Es zeichnet sich besonders durch seine mens, die automatische Überprüfung der dem Walzgerüst die Messung nicht stö-
robuste Konstruktion aus: Obwohl es opti- Kalibrierung vor jedem Band, die Freiblas- ren.
sche Komponenten enthält, kann es in einrichtungen und die Synchronizität der Die Laser entsprechen der Laserschutz-
unmittelbarer Nähe des Walzspaltes in das Messwerterfassung: klasse 3B. Das bedeutet, dass in den
Walzgerüst eingebaut werden. Auch unter Die thermische Ausdehnung des meisten Fällen keine zusätzlichen Maß-
derart widrigen Umständen erzielt es C-Rahmens kompensiert Vollmer mit- nahmen für den Arbeitsschutz erforder-
höchste Genauigkeit. So eröffnet das hilfe eines intelligenten Temperaturma- lich sind.
VTLG vollkommen neue Möglichkeiten für nagements. Auf diese Weise ist die Für die Kommunikation mit der Anlagen-
die schnelle und präzise Dickenregelung Messung der Banddicke im Walzgerüst, steuerung verfügt das System über alle
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noch nicht vorliegt, können sofort
gewalzt werden, nachdem sie im Werk
eingetroffen sind. Besonders vor dem
Hintergrund, dass immer mehr neue
Werkstoffe entwickelt werden, hat das
VTLG auch in dieser Hinsicht im Ver-
gleich mit der radiometrischen Messung
deutliche Vorteile.
Die Bedienung beschränkt sich auf
das Ein- und Ausfahren des Messbügels.
Die aktuelle Banddicke wird numerisch
angezeigt, außerdem stellt die ergänzen-
de VGraph-Software von Vollmer
Dicken-Längsprofile dar.
Bewährt hat sich auch die automatische
Kalibrierung des Systems vor jedem Stich:
Vor dem Einfädeln eines neuen Bandes
fährt das VTLG vollautomatisch einen
Bild 3. Das VTLG ist nur wenige Zentimeter vom Walzspalt entfernt installiert (Foto: DAkkS-zertifizierten Endmaßsatz in den
Vollmer) Messbereich und justiert sich so automa-
tisch selbst. Dies gibt den Werkern bei
jedem einzelnen Band die Gewissheit,
üblichen Schnittstellen: PROFINET, PRO- gen die geforderte Messgenauigkeit im dass die Dickenmessung zuverlässig arbei-
FIBUS, Hardwareschnittstelle oder TCP/IP. µm-Bereich. tet.
Die Bedienung über ein Touchpanel Die Akzeptanz bei den Bedienern des Der Aufwand für die Wartung ist sehr
erschließt sich leicht und intuitiv, umfang- Walzgerüstes war auf Anhieb sehr hoch, gering. Das Innere des Messbügels ist so
reiche Diagnosehinweise unterstützen den da das Messgerät sofort zuverlässig arbei- gut geschützt, dass sie sich auf das Reini-
Bediener. tete. gen der von außen zugänglichen optischen
Seit der Inbetriebnahme arbeitet die Komponenten im Abstand von jeweils eini-
Sofort hohe Akzeptanz Laser-Dickenmessung zuverlässig, es gab gen Tagen beschränkt. Sie kann vom
keinerlei durch sie bedingte Produktions- Bedienpersonal zu beliebigen Zeiten
Vom ersten Band an, das langsam gewalzt ausfälle – ein wichtiger Aspekt, wenn man durchgeführt werden, ohne dass der
wurde, lief das System mit der spezifizier- in Betracht zieht, dass ohne Dickenmes- Strahlenschutzbeauftragte die Freigabe
ten Präzision. Bereits beim zweiten Coil sung nicht gewalzt werden kann. erteilen müsste.
wurde die Geschwindigkeit auf 880 m/min Im Gegensatz zum Röntgenverfahren
erhöht. Auch die dann sehr ausgeprägte bietet die laseroptische Messung auf- Grünes Licht für weitere Systeme
Entwicklung von Ölnebel beeinflusste die grund der Unabhängigkeit von den Mate-
Messergebnisse in keiner Weise: Das rialeigenschaften hohe Flexibilität beim Mit der Genauigkeit im µm-Bereich ent-
VTLG erzielt unter allen Betriebsbedingun- Walzen: Auch Stahlsorten, deren Analyse spricht das VTLG den Anforderungen des
Kaltwalzens sogar für dünne Bänder, die
engste Vorgaben an die Dickentoleranz
erfüllen müssen. Der Einsatz in Dillenburg
hat bewiesen, dass das optische System
auch unter rauen Umgebungsbedingun-
gen im Vergleich mit den bisher üblichen
radiometrischen Geräten deutliche Vortei-
le bietet: Es arbeitet völlig unabhängig von
der Legierung, senkt den Wartungsauf-
wand deutlich und steigert so die Verfüg-
barkeit des Walzgerüstes.
Aufgrund der guten Erfahrungen mit
dem ersten System hat Outokumpu
bereits wenige Wochen nach dessen
Inbetriebnahme die Montage des Sys-
tems für die zweite Seite des Gerüstes in
Auftrag gegeben. Ebenso ist geplant,
auch die weiteren Gerüste im Werk mit
der laseroptischen Dickenmessung auszu-
Bild 4. Der C-Bügel des VTLG in der Parkposition (Foto: Vollmer) statten.
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