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DER KONSTRUKTEUR 1-2/2018

DER KONSTRUKTEUR 1-2/2018

ANTRIEBSTECHNIK PRODUKTE

ANTRIEBSTECHNIK PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Hohe Verfügbarkeit, enges Toleranzband, vorgegebene Schichtdicke schnell erreichen – das sind die Kernforderungen der Metallindustrie an die Bandverzinkung. Die Synergien durchgängiger Automation auf Basis von Servoantrieben helfen, all dies effizient zu realisieren. Die heutige Duma-Bandzink GmbH entstand 2012 aus dem Zusammenschluss der bereits früher kooperierenden Unternehmen Duma-Maschinen- und Anlagenbau und Band-Zink. Seit 2014 sind die verschiedenen Abteilungen und Unternehmensbereiche von Duma-Bandzink auch an einem gemeinsamen Standort als Mitglied der SMS-Gruppe am neuen SMS-Standort in Mönchengladbach angesiedelt. Die Fusion förderte den Aufbau der eigenen Elektrokonstruktion. Eine spannende Entwicklung, findet Senior-Projektleiter Frank Autor: Norbert Maleszka, Siemens AG, Essen Heiermann: „Vorher wurden Elektro-Engineering und Programmierung von einem externen Dienstleister übernommen. Mit der eigenen Elektrokonstruktion werden die möglichen Synergien zwischen Maschinenbau, Automatisierung, Regelkonzepten und verschiedenen Prozessstationen weit besser genutzt als bisher. Davon profitieren Produktivität und Zuverlässigkeit unserer Maschinen und Anlagen.“ Jüngstes Beispiel ist eine Bandverzinkungsmaschine des Typs Air Knife Professional. Bei der neuen Generation dieser Maschine hat Duma-Bandzink alle Positionierantriebe auf Servo-Technik umgestellt. Die dabei eingesetzten Simotics-Servomotoren vom Typ 1FK7 sind kompakter und dynamischer als die bisher verwendeten Asynchronmotoren; in Verbindung mit Sinamics-S120-Umrichtern ist damit ein sehr schnelles und hochgenaues Positionieren möglich. Das verbessert zum einen die Prozessqualität, zum anderen minimiert sich der Zeitaufwand für die Inbetriebnahme. ANLAGENKONZEPT MIT SERVOANTRIEBEN Eine Bandverzinkungsanlage besteht aus der Zinkbadausrüstung, die das Blechband über Rollen durch das Zinkbad führt, sowie aus einer Abstreifvorrichtung, die überschüssiges, noch flüssiges Zink bis auf die geforderte Schichtdicke abstreift. Bei der Air Knife Professional wird der flüssige Zink, den das Blechband beim Durchlauf durchs Zinkbad aufnimmt, mit Druck- 22 DER KONSTRUKTEUR 1-2/2018

ANTRIEBSTECHNIK 02 01 01 Achsnahe Konzentration von Antriebssignalen spart Steckverbindungen zwischen austauschbaren und stationären Maschinenmodulen ein 02 Für das schnelle und hochgenaue Positionieren kommen Simotics-1FK7-Servomotoren an Sinamics- S120-Umrichtern zum Einsatz luft oder Stickstoff bis auf die vorgegebene Schichtdicke abgeblasen. Die Schichtdicke wird dabei im Wesentlichen durch Bandgeschwindigkeit, Düsenabstand und Düsendruck beeinflusst. Das Air Knife besteht aus einer über die ganze Maschinenbreite reichenden Schlitzdüse mit ca.1,2 mm Öffnungsweite. Hier tritt ein Luftstrom mit bis zu 900 mbar Druck aus – das bedeutet Strömungsgeschwindigkeiten nahe an der Schallgeschwindigkeit. Dieser brachiale, aber wohldosierte Luftstrom wird von zwei Sinamicsgeregelten 200-kW-Kompressoren erzeugt. Sein auf das Blech wirkendes Druckpolster streift überschüssiges Zink berührungslos und verschleißfrei ab. Ein patentierter servogesteuerter Radialregler innerhalb der Schlitzdüse ermöglicht die bis auf ein Promille gleichmäßige Verteilung des Abstreifdrucks über die gesamte Bahnbreite. Außerdem sind in die Schlitzdüsen servoverfahrbare Blenden integriert. Sie schiebern die Schlitzdüse rechts und links vom durchlaufenden Blechband ab. Dadurch wird ein Entweichen des Abstreifmediums außerhalb des Bandbereichs verhindert. Das spart Luft und Energie – vor allem aber teuren Stickstoff. Nicht zuletzt wird so auch der Geräuschpegel erheblich reduziert. Das Air Knife kann für den Produktwechsel bei durchlaufendem Blechband und ohne Beeinträchtigung der Schichtstärkenregelung stoßfrei von Luft- auf Stickstoffbetrieb und zurück umgeschaltet werden. Das Abblasen des überschüssigen Zinks mit Stickstoff verhindert selbst minimale Lufteinschlüsse in der Zinkschicht. Kantenmasken am Rand des Blechbands verhindern Luftwirbel, die zur lokalen Verfälschung des Abstreifdrucks und zu Kantenaufwachsungen führen würden. Diese Kantenmasken werden mit nur einem bis zwei Millimetern Abstand dynamisch mit den seitlichen Bewegungen des Blechbands mitgeführt – in der neuen Maschinengeneration nun ebenfalls berührungslos und servogesteuert. DYNAMISCHE UND PRÄZISE PERFORMANCE Das Zusammenwirken all dieser Maßnahmen ermöglicht es, die Stärke der auf dem Blech verbleibenden Zinkschicht sehr genau zu dosieren: Die Abweichung von der vorgegeben Schichtdicke liegt unter einem Prozent – und das bei Bahngeschwindigkeiten bis 200 m/min und Bahnbreiten bis 1960 mm. „Ob beim Positionieren, bei der Druck- und Abstandsregelung oder beim Nachführen der Kantenmasken: Die Qualität der Regelvorgänge ist entscheidend für die Qualität der Verzinkung“, betont der Senior-Projektleiter. „Mit der Kombination der Servo-Antriebe mit den Standard-PID-Reglern der Simatic-Steuerung erzielen wir auf einfache Weise die benötigte Regelqualität.“ Die Regler arbeiten im Closed-Loop-Betrieb, eine Vorsteuerung steigert die Dynamik der Druckregelung. Die Schichtdickenerfassung übernimmt entweder eine radiologische Messung kurz hinter den Abstreifdüsen, also im Heißbereich des Prozesses; oder sie erfolgt im Kaltbereich – weit hinter dem Zinkbad. In diesem Fall kompensiert ein Prozessmodell des Abstreifvorgangs die ansonsten sehr langen Zeitkonstanten der Regelung. An den Stellen des mit bis zu 200 m/min durchlaufenden Blechbands, an denen die von verschiedenen Coils stammenden Segmente verschweißt sind, werden die Stärken des neuen Antriebskonzepts besonders deutlich: Durch die Schweißnaht, eventuelle Überlappungen und gegebenenfalls auch durch den Produktwechsel auf eine andere Blechstärke ändert sich hier die Blechstärke sprunghaft. Dann muss die Abstandsregelung die Schlitzdüsen und Kantenmasken in kürzester Zeit in einen sicheren Abstand zurückziehen und anschließend neu positionieren. Mit dem Umstieg auf Servoantriebe und eine sehr steife, schwingungsarme Mechanik ist die Regelung in diesen kritischen Prozessphasen spürbar performanter geworden. DER KONSTRUKTEUR 1-2/2018 23

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