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Automatisierung
Umform- und Veredelungsanlagen
6. Anlagenüberwachung und Fehlerdiagnose
6.1 Ursachendiagnose und Vermeidung von periodischen Bandfehlern und
Schwingungen in Walzanlagen
Ansprechpartner: Dr. Jan Polzer
Walzanlagen sind komplexe maschinelle Systeme, in denen eine Vielzahl von Schwingungen
mit unterschiedlichen Auswirkungen bei verschiedenartigen Ursachen auftreten können.
Schwingungen des Walzgerüstes und des Antriebes können sich negativ auf die Lebensdauer
und den Zustand der Anlage bzw. der einzelnen Bauteile auswirken, außerdem
beeinflussen sie in starkem Maße den Umformprozess und die Produktqualität. So
entstehen neben Drehzahlschwankungen und Walzenbewegungen letztlich z.B. zyklische
Änderungen der Dicke von gewalztem Band. Verursacht werden Walzwerksschwingungen
vorrangig durch periodische Anregungen, durch prozess- oder anlagenbedingte Schläge
oder Stöße sowie durch Selbsterregungseffekte infolge von Prozessinstabilitäten.
Ursachen von Schwingungen
Die Schwingungsursachen bei einer Walzanlage kann man hinsichtlich Anregungsmechanismus
und Frequenz wie folgt einteilen:
Anregungen proportional zur Walzendrehzahl durch Walzenunwuchten oder Walzenexzentrizitäten
(bei Stützwalzen z.B. im Quarto bis ca. 5 Hz, bei Arbeitswalzen z.B. im
20-Rollen-Gerüst bis 50 Hz),
Anregungen proportional zur Drehzahl vor- bzw. nachgelagerter Rollen durch deren
Unwuchten oder Exzentrizitäten (im Bereich von 30...60 Hz),
Unwuchten oder Exzentrizitäten der Haspeln und Anregung proportional zur Drehzahl
von Ab- bzw. Aufhaspel (Frequenz durchmesserabhängig 2...30 Hz),
Anregungen proportional zur Antriebsdrehzahl durch Fluchtungs- oder Teilungsfehler im
Antriebsstrang (insbesondere mit doppelter Drehfrequenz),
Defekte in Gleitlagern (Stützwalze) und Anregung proportional zur Walzendrehzahl
(Subharmonische, bei Öl-Wirbel 42%...48% der Drehzahl),
Defekte in Wälzlagern (Stütz- und Arbeitswalzenlager), Anregung durch Überrollfrequenzen,
deren Vielfache und Walzenriffel, proportional zur Walzendrehzahl
(50...1000 Hz) sowie durch Stoßimpulse (bis über 20 kHz),
periodische Anregungen aus dem Getriebe durch Zahneingriffe (500...1500 Hz und
Harmonische),
Anregungen durch lokale Zahnradschäden im Getriebe,
periodische Fehler des einlaufenden Bandes (z.B. Querwellen) und Anregung proportional
zur Bandeinlaufsgeschwindigkeit (im Bereich 100...1000 Hz),
periodische Fehler auf den Walzen (z.B. Wellen oder Härteschwankungen) und
Anregung proportional zur Walzendrehzahl (Drehzahl x Fehleranzahl),
periodische Prozessfehler aufgrund defekter Mess-, Stell-, oder Regelsysteme,
Eigenschwingungen des Antriebsstrangs im Bereich der ersten Torsionseigenfrequenz
(bei ca. 10 Hz), insbesondere durch drehzahlproportionale Fremderregung sowie Selbsterregung
(„Torque-Chatter“), aber auch höherer Torsionsmoden sowie Biegeschwingungen
(bis ca. 100 Hz),
Schwingungen und Bewegungen („Klappern“) der Walzeneinbaustücke (10...100 Hz),
30 November 2011