Gesteigerte Fertigungsqualität

Anno Jordan und Matthias Irle, Servotechnik Metall, Qualitätssichernde Systeme bei der EMG Automation GmbH, Wenden

„Wir haben mit dem Online-Messsystem durchweg positive Erfahrungen gesammelt“, meint Dipl.-Ing. Matthias Geler, als Betriebsingenieur mitverantwortlich für die Fertigung in der Feuerverzinkung 1 (FV 1), die monatlich durchschnittlich 45.000 Tonnen Stahl verarbeitet. „Rund 95 Prozent davon ist kaltgewalzter Stahl von 0,36 bis 3 mm Dicke, der Rest Warmband bis 4mm Dicke. Hinsichtlich der Blechstärke ist dies eine enorme Bandbreite für eine Feuerverzinkung und daher ein entscheidender Vorteil unserer Fertigung“, betont Geler, der weiß, worauf es bei der Oberflächenveredelung ankommt. Sowohl die technologischen Eigenschaften, also Zugfestigkeit und Streckgrenze, als auch die Oberflächeneigenschaften bestimmen maßgeblich die Qualitäten von feuerverzinktem Stahl. „Einer der wichtigsten Parameter für die Oberflächenqualität ist der arithmetische Mittenrauwert Ra. In der letzten Zeit wird aber auch auf feuerverzinktem Feinblech die Spitzenzahl pro Zentimeter für unsere Kunden zunehmend relevant.“

Für die von den Kunden geforderte Rauheit und Spitzenzahl und damit eine auch ansprechende Optik der Oberfläche sorgt das Dressiergerüst in der FV 1. Geler: „Wir nutzen hierfür als einzige Feuerverzinkung Walzen mit Pretex-Strukturierung. Die Walzen verfügen über eine sehr harte Oberfläche, auf der sich gewissermaßen Halbkugeln im µ-Bereich befinden. Neben ihrer besonderen Texturierung zeichnen sich die Pretex-Walzen durch besonders hohe Standzeiten bei geringem Rauheitsverlust aus. Mit den Halbkugeln werden Kalotten in das verzinkte Stahlband eingeprägt. So erzielen wir eine Rauheit im üblichen Bereich von 1,2 bis 1,8 µm, die notwendig ist, damit z.B. das zum Korrosionsschutz und zur Verbesserung der Tiefzieheigenschaften aufgebrachte Öl auf Stahlbändern für die Automobilindustrie haften bleibt.“

Die traditionelle Methode zur Bestimmung der Rauheit ist der Tastschnitt. „Ein etabliertes Verfahren, das allerdings entscheidende Nachteile hat“, gibt der Betriebsleiter der FV 1 von Salzgitter Flachstahl, Sven Schulz, zu bedenken: „Da ein Tastschnitt am Auslauf der Feuerverzinkung nur punktuell erfolgen kann, sagt letztlich auch ein Mittelwert zur Rauheit, ermittelt aus drei Tastschnitten am Anfang, in der Mitte und am Ende des Bandes, nichts über die Oberflächenqualität des gesamten Coils aus. Daher kam es in der Vergangenheit mitunter zu Reklamationen. Auf der anderen Seite ist diese Methode nun mal ein von den Kunden akzeptiertes Verfahren zur Bestimmung der Oberflächenqualität.“

Ein Dilemma, das man bei Salzgitter Flachstahl GmbH so nicht hinnehmen wollte und daher Ausschau nach einem System zur kontinuierlichen Messung der Oberflächenqualität – genauer Rauheit – hielt. Die Lösung sollte aber nicht irgendein System sein, sondern von vorneherein bei der Integration in die Feuerverzinkungslinie auch über ein hohes Automatisierungspotenzial verfügen.

„Wir haben mehrere Rauheitsmessgeräte getestet und uns schließlich für EMG SORM 3plus entschieden – und das aus ganz entscheidenden Gründen“, so Matthias Geler. Das System sei durch seinen robusten Aufbau absolut „Hütten-tauglich“, also im rauen Umfeld der Stahlverarbeitung auch zuverlässig einsetzbar.

„Was uns jedoch noch viel mehr überzeugt hat, ist die Tatsache, dass EMG SORM 3plus Daten liefert, die sich über Tastschnitte am Bandauslauf verifizieren lassen“, betont Geler und erklärt, warum: „Unsere Kunden beurteilen nun mal die Qualität der von uns gelieferten Coils unter anderem anhand der Messwerte, die wir mittels Tastschnitt ermitteln. Letztlich steht dem Kunden selbst diese Methode zur Verfügung, um unsere Messergebnisse zu überprüfen. Für uns ist EMG SORM 3plus daher in erster Linie als Prozessregelsystem interessant. Noch während der laufenden Fertigung können wir unmittelbar auf Basis der von dem System online ermittelten und angezeigten Rauheitswerte über eine Regelung der Walzkraft am Dressiergerüst auf die Oberflächenqualität Einfluss nehmen. Wenn Sie so wollen, wissen wir bereits nach dem Dressieren, was uns beim Tastschnitt am Bandauslauf erwartet.“

EMG SORM 3plus wurde entwickelt, um berührungslose Online-Messungen der Oberflächenrauheit an kaltgewalzten Bandstählen vorzunehmen. Da das Band für diese Messungen nicht gestoppt werden muss, konnte das System der EMG Automation GmbH bei Salzgitter Flachstahl problemlos als Prozessregelsystem in die Feuerverzinkung integriert werden. Doch die Ingenieure der FV 1 in Salzgitter gingen noch einen Schritt weiter. Die Messwerte von EMG SORM 3plus liefern nicht nur mit Tastschnitten vergleichbare Daten, sondern können – da sofort verfügbar – zudem zur unmittelbaren Regelung des Dressiergerüsts über die SPS genutzt werden.

„Wir haben aus diesem Grunde eine Software entwickeln lassen, die auf Grundlage der von uns zuvor in der SPS hinterlegten Werte für entscheidende Parameter, u.a. Bandabmessungen, Zinkauflage, Güte und Bandgeschwindigkeit, direkt auf die Messwerte von EMG SORM 3plus reagieren und die Walzkraft des Dressiergerüstes bei Bedarf via SPS korrigieren kann. Da die Software selbstlernend ist, haben wir im Zusammenspiel mit dem Online-Messsystem der EMG unser Ziel, den Automatisierungsgrad der FV 1 nachhaltig zu steigern, erreicht“, erklärt Geler.

EMG Automation, Wenden

511

Ein homogener Laserstrahl wird auf die Stahloberfläche fokussiert und trifft dort mit einem Durchmesser von etwa 5 bis 7 µm auf. Die sehr feinen Unebenheiten der Oberfläche reflektieren den Strahl, wobei 20 in einem Halbkreis angeordnete Empfänger diese Rückstrahlung aufnehmen. EMG SORM 3plus tastet dabei 8s lang alle 5 µm einige Millionen Punkte auf der Oberfläche in Bandlaufrichtung ab, berechnet in wenigen Sekunden die Rauheitswerte über diese Strecke und beginnt wieder zu messen. Die durch die Rückstrahlung ermittelten Werte werden in einem Auswerterechner abgespeichert. Dieser setzt die Daten in ein Profil um, das wiederum als Grundlage für die Berechnung der Parameter Rauheit und Spitzenanzahl dient. Ein Signal übermittelt während der Messung an EMG SORM 3plus die Bandgeschwindigkeit, damit das Gerät die für die spezifische Prüfung erforderlichen Zeitintervalle erkennt.

Die Salzgitter Flachstahl GmbH (SZFG) ist die größte Tochtergesellschaft im Salzgitter Konzern. SZFG beschäftigt rd. 4500 Mitarbeiter und erzeugte 2004 etwa 4,1 Millionen Tonnen Stahl und erzielte einen Umsatz von ca. 1,9 Milliarden Euro.

Im integrierten Hüttenwerk werden Warmbreitband, Bandstahl, Kaltfeinblech und oberflächenveredelte Produkte von 0,4 bis 25 mm Dicke und bis 1.850 mm Breite hergestellt. Zum Herstellungsprogramm gehören Zieh-, Tiefzieh- und Sondertiefziehstähle, Bau- und Feinkornstähle sowie hochfeste Stähle.

Die wichtigsten Abnehmer der Flachprodukte sind Stahlhandel, Fahrzeughersteller sowie deren Zulieferer, Kaltwalzer, Röhren-/ Großröhrenhersteller sowie die Bauindustrie.

Das Potenzial des Werkstoffs Stahl ist längst noch nicht erschöpft. So verfügen zum Beispiel die höherfesten isotropen Stähle für den Automobilbau über sehr gute Umform- und Verarbeitungseigenschaften. Die höhere Festigkeit ermöglicht die Herstellung von Bauteilen mit geringerer Blechdicke, erfüllen aber dennoch die geforderten Crash-Eigenschaften. Innovationen wie das PRETEX-Verfahren im Bereich der Oberflächentechnik erzielen Verbesserungen der Verarbeitungseigenschaften beim Umformen und Lackieren.

Für die Herstellung hochwertiger Stahlprodukte setzt der Salzgitter Konzern auf moderne Fertigungstechnologien zur Stahlerzeugung und Weiterverarbeitung. Mit umfangreichen Investitionen in neue Anlagentechniken zur Verbesserung und Modernisierung der Verfahrenstechnologien gewährleistet Salzgitter Flachstahl die Einhaltung aller Qualitätsanforderungen für die Zukunft.