Hilchenbach, 01. Oktober 2018

ALUMINIUM 2018: Das "Anti Chatter Device" reduziert Vibrationen im Kaltwalzwerk

Ein Highlight der ALUMINIUM 2018 in Düsseldorf wird die Präsentation der aktiven Schwingungsdämpfung (Anti Chatter Device) für Kaltwalzanlagen sein. Damit kann besonders den bei Tandemanlagen auftretenden Schwingungen begegnet werden, die zu Qualitätsmängeln am Walzgut und Anlagenschäden führen. Durch die Schwingungsdämpfung können Walzgeschwindigkeit und Ausbringung erhöht sowie die Qualität verbessert werden.

Die zukunftsweisende Technologie ist bereits in einer ersten Pilotanwendung im Einsatz und wird live auf der ALUMINIUM 2018 in Düsseldorf präsentiert.

Im Vorfeld der Messe besuchten wir Ralf Ohrndorf, Sebastian Richard und Dr. Matthias Krüger und sprachen über das Produkt und den Messeauftritt.

Erklären Sie uns bitte kurz, was Ihre Aufgabe bei SMS group ist.

Ralf Ohrndorf:

Meine Aufgabe als Leiter Technical Sales Aluminium ist das weltweite Key-Account-Management für Aluminium, die Geschäftsentwicklung und die Implementierung des Walzwerkportfolios der SMS group in der Aluminiumindustrie.

Dr. Matthias Krüger:

Als Fachbereichsleiter der Entwicklung (Fachbereich Mechatronische Systeme) kümmere ich mich um die Bearbeitung mechatronischer Aufgabenstellungen. Hierzu gehören neben Schwingungsproblemen z. B. die Entwicklung, Realisierung und Inbetriebnahme technologischer Regelsysteme oder neuer hydraulisch-/mechanisch-/elektrischer Anlagenkomponenten in Kalt- und Warmwalzwerken sowohl in Entwicklungs- als auch in Kundenprojekten.

Sebastian Richard:

Die Schwerpunkte meiner Arbeit als Entwicklungsingenieur im Fachbereich Mechatronische Systeme in Hilchenbach sind neben Schwingungsproblemen an Kaltwalzwerken und entsprechenden Einrichtungen zur Schwingungsunterdrückung die automatisierte Auswertung von Massendaten von Anlagen hinsichtlich unterschiedlicher Qualitätskriterien. Darüber hinaus beschäftige ich mich mit dynamischen Simulationen sowie mit technischen Berechnungen im Umfeld von Kalt- und Warm-Flachwalzwerken.

Welche Produkte stehen im Mittelpunkt ihres Messeauftritts?

Ralf Ohrndorf:

Die SMS group stellt auf der ALUMINIUM 2018 das gesamte Produktportfolio aus. Hierzu gehören u.a. Gießereieinrichtungen, Wärmebehandlungsanlagen, Barrensägen, Barrenfräsen, Plattenrecker, Bandbehandlungslinien, Strangpressen, Logistiklösungen, Verpackungslinien, etc.  Für Flachwalzwerke geht es neben Neuanlagen zu Aluminium Warm- und Kaltwalzwerken ebenfalls um Modernisierungskonzepte bestehender Anlagen mit dem Ziel der Produktionssteigerung, Qualitätsverbesserung der Walzprodukte sowie das Anpassen der Anlagen auf neue Marktanforderungen. Bei den Anlagenmodernisierungen bieten wir ganz spezifische kundenorientierte Lösungen, die je nach Produkt- und Marktausrichtung der Anwender Wettbewerbsvorteile generieren.

Am Messestand der SMS group werden Sie die Besucher unter anderem am Exponat „Anti Chatter Device“ begrüßen. Was erwartet den Kunden dort?

Sebastian Richard:

In einer unserer „Technology Corners“ stellen wir zusammen mit unserem Partner ERAS einen Schwingungssimulator aus, der das Verhalten eines Walzgerüstes simuliert. Hier sind – nahezu wie bei einem Walzgerüst auch – zwei Walzen eingebaut. Die Oberwalze generiert eine Schwingung durch die Rotation, während die Unterwalze starr eingebaut ist. Durch auf die Oberwalze wirkende Aktuatoren, eingebaut auf Antriebs- wie Bedienseite, kann eine Gegenschwingung erzeugt werden, die das „Chattern“ kompensiert.

In Kaltwalzwerken können Schwingungen von mechanischen Teilen und/oder Bandschwingungen einige Qualitätsparameter, wie beispielsweise Dicke, Form und Oberflächenqualität, beeinflussen. Da Schwingungen in der Regel bei höheren Geschwindigkeiten auftreten, muss die Walzgeschwindigkeit von ein- oder mehrgerüstigen Walzwerken für Stahl und Aluminium meist begrenzt werden.

Die größten Schwingungsprobleme beim Betrieb von Kaltwalzwerken entstehen durch das sogenannte 3. Oktav Chatter (100 Hz – 160 Hz) und 5. Oktav Chatter (> 440 Hz).

Das 3. Oktav Chatter ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet: Prozessinstabilität im letzten oder vorletzten Walzgerüst aufgrund einer selbsterregten Schwingung, vertikale Schwingung des Walzensatzes sowie Schwingung des Bandzugs im Einlauf und daraus resultierend Schwingung der Auslaufdicke bis hin zum Bandriss.

Für diese Problematik hat die SMS group gemeinsam mit einem Partner das Anti Chatter Device (ACD) entwickelt.

Die zentrale Funktion des ACD ist die aktive Bedämpfung der 3. Oktav Chatterschwingung. Hierbei wird unter Berücksichtigung des Übertragungsverhaltens der eingesetzten Piezo-Aktuatoren eine Gegenschwingung mit gleicher Frequenz, geeigneter Amplitude sowie entgegengesetzter Phasenlage (180 Grad) zur unerwünschten Schwingung erzeugt, so dass diese ausgelöscht werden kann. Der Mechanismus der aktiven Bedämpfung führt damit praktisch zu einer erhöhten Dämpfung im Walzgerüst.

Zur Erkennung und Überwachung des 3. Oktav Chatter und anderer Schwingungen im Walzgerüst ist es vorteilhaft, zusätzlich zur Installation des ACD das Schwingungs-Monitoring-System Genius CM Chatter plus einzusetzen. In Kopplung mit der Level 1 – Automation der Anlage ist dieses in der Lage, den aufgrund einer Chatter-Früherkennung notwendigen Abbremsvorgang der Anlage innerhalb von etwa 100 ms einzuleiten und so Chatter-bedingte Bandrisse wirkungsvoll zu verhindern.

Was ist Ihrer Meinung nach das Highlight an Ihrem Produkt und welche Vorteile bringt dieses Produkt den Kunden?

Dr. Matthias Krüger:

Eine erste Pilotinstallation dieser neuen, aktiven Dämpfungstechnologie wurde 2017 an einer laufenden 4-gerüstigen Aluminium-Tandemkaltwalzstraße der SMS group in Betrieb genommen. Betriebsergebnisse vom Juli 2017 zeigen bei aktiver Anti Chatter Regelung eine deutliche Reduktion der gemessenen Schwingungsamplituden im Chatter-Frequenzbereich. Die Installation des Systems in der Pilotanlage hat damit die prinzipielle Funktionsfähigkeit der Piezoaktuatorik und der Anti Chatter Regelung gezeigt. Nach einigen Anpassungen ermöglichte das System eine deutliche Erhöhung der Walzgeschwindigkeit, die zuvor durch 3. Oktav Chatter limitiert war, was eine deutliche Produktionssteigerung für das Walzwerk bedeutet.