Hart im Nehmen müssen in Stabwalzwerken eingesetzte RFID-Systeme sein – schließlich setzen Temperaturen bis +120 °C, Wasserdampf, Säuren und Schmutzablagerungen den Transpondern und den Schreiblese­köpfen zu. Eine Möglichkeit, diesen Herausforderungen zu begegnen, sind Ganzmetall-Systeme aus Edelstahl. Für eine solche entschied sich die Firma Friedrich Kocks, die auf die Entwicklung von Walzblöcken spezialisiert ist.

Stabstähle können als Vorprodukt für Achsen und Wellen, rotationssymmetrische Werkzeuge oder Präzisionsdrehteile dienen. Die Herstellung erfolgt durch mehrstufiges Reduzieren eines Knüppels. Dazu wird der Vorblock zunächst im Wärmofen erhitzt und anschließend in einer Entzunderungsanlage vom Zunder befreit. Erst danach erfolgt der Verfahrensschritt des Reduzierens in einer Formstahlstraße bestehend aus Vor- und Zwischenstraße sowie der Fertigstraße, bei Kocks ein Reduzier- und Sizingblock (RSB). Ein solcher RSB besteht aus drei bis zwölf Gerüstplätzen, wobei an jedem Gerüstplatz jeweils ein 3-Walzen-Gerüst zum Einsatz kommt. Die 3-Walzen-Technologie erlaubt das drallfreie Walzen von Qualitätsstählen, Sondergüten, Superlegierungen, gesinterten Materialien sowie NE-Metallen und deren Legierungen. Jedes Gerüst benötigt einen speziellen Walzensatz aus drei Walzen mit einem bestimmten Profil, das durch die Einsatzposition des Gerüsts im Walzblock vorgegeben wird. Je nach zu walzendem Abmessungsbereich werden die Gerüste mit einem anderen Walzensatz ausgestattet.

Für einen reibungslosen Prozessablauf ist es entscheidend, dass jedes Gerüst mit dem richtigen Satz Walzen an dem vorgesehenen Platz im Walzblock steht. Ist das nicht der Fall, kommt es zu Fehlwalzungen oder im schlimmsten Fall zum Steckenbleiben des Stabes in der Anlage. Hohe Stillstandzeiten und Kosten sind die Folge.

Prozessabsicherung mit RFID

Jedes Gerüst sowie die Führung, die den Stab von Gerüst zu Gerüst führt, ist mit einem Ganzmetall-­Transponder aus­gestattet.

© Kocks

Überprüfte früher der Maschinenführer, ob der Walzblock korrekt bestückt wurde, übernimmt das heute ein RFID-System. Dazu wurde bei Kocks jedes Gerüst und die Führung, die den Stab von Gerüst zu Gerüst führt und ein Drehen beim Walzen verhindert, mit einem RFID-Transponder ausgerüstet. Jeder Gerüstplatz verfügt über entsprechende Schreibleseköpfe. Genutzt wird das Ganzmetall-125-kHz-System von Contrinex. Die robusten Ganzmetall-Transponder werden bündig in die Walzgerüste integriert und fallen so kaum auf. Sie enthalten jeweils eine eindeutige ID, die einem Gerüst zugeordnet ist. Der Schreiblesekopf liest diese ID aus, die von einer speziellen PC-Software in eine Datenbank geschrieben wird. In der Datenbank sind die aktuellen Gerüstdaten hinterlegt, die den Gerüsten über die ID zugeordnet sind.

Eigenentwickelte Software-Lösungen

Um bei der Umstellung auf einen anderen Abmessungsbereich möglichst wenig Zeit zu verlieren, werden die auszutauschenden Gerüste für die nächste Aufgabe vorab vorbereitet. Werden beim anschließenden Gerüstwechsel Fehlbestückungen erkannt, erhält der Walzer über die zugehörige Bedienoberfläche eine Meldung, so dass er entsprechende Korrekturen vornehmen kann.

Bei der Gerüstvorbereitung werden die Gerüste mit einem Handlese­gerät ausgelesen und so eindeutig identifiziert.

© Kocks

Damit auch bei der Gerüstvorbereitung alles zueinander passt und Fehler vor dem Einsetzen in den Walzblock ausgeschlossen werden können, entwickelte Kocks einen Handscanner mit integriertem Schreiblesekopf für die Erkennung der Gerüste. Der Scanner erfasst die Daten des Gerüst-Transponders und leitet sie an einen PC weiter. Eine spezielle Bedienoberfläche zeigt dem Werker an, ob alles korrekt montiert und eingestellt wurde. Die erforderlichen Software-Komponenten für Datenauswertung, Benutzerführung und Bedienoberflächen entwickelten die IT-Spezialisten von Kocks in Eigenregie.

Die Schreibleseköpfe werden zy­klisch abgefragt und damit sämtliche Veränderungen des Systems erfasst und in die Datenbank geschrieben. Die Anwendungen sind PC-basiert; ein TCP/IP-Server dient zur Übertragung der Signale über das lokale Ethernet-Netzwerk (LAN) anstelle einer Anbindung und Auswertung über eine speicherprogrammierbare Steuerung. Der Transponder enthält aktuell lediglich die Gerüst-ID; Kocks hat sich jedoch die Möglichkeit offen gehalten, ihn künftig auch mit Informationen beschreiben zu können.

In Schutzart IP69K

Die Ganzmetall-RFID-Datenträger und -Schreibleseköpfe aus V4A-Edelstahl eignen sich für einen Temperaturbereich zwischen –40 und +125 °C. Kocks setzt Transponder vom Typ ‚RTL 0262-001‘ mit einem Durchmesser von 26 mm und der Schutzart IP69K ein. Die Transponder sind bündig in Metall einbaubar und lassen sich durch das Metall hindurch beschreiben beziehungsweise lesen. Die Speicherkapazität der Tags beträgt 120 Worte zu je 16 Bit. Diese oder gleich ganze Speicherbereiche lassen sich mittels Passwort lese- und/oder schreibschützen. Die Anzahl der Schreibzyklen beträgt bei diesem Datenträgertyp 100.000, die Zahl der Lesezyklen ist unbegrenzt.

Die RFID-Auswertgeräte gibt es wahlweise mit Schnittstellen zu RS485, Profibus, Devicenet und Ethernet/IP. Kocks entschied sich für ein Gerät zum Anschluss von vier Schreibleseköpfen und serieller RS485-Schnittstelle in Kombination mit einem separaten TCP/IP-Interface, das die Daten aus der Auswert-Einheit an einen PC überträgt.

Die Ausrüstung der Stabwalzwerke mit RFID-Systemen hat ­neben der ­erhöhten Prozesssicherheit einen weiteren Vorteil: Mit Hilfe des Systems ­lassen sich sämtliche Prozessdaten gerüstspezifisch erfassen. Zu jeder Zeit bekannt ist nicht nur der aktuelle ­Zustand der Gerüste, sondern auch, welches Gerüst wann, wo und in welchen Zustand eingesetzt wurde oder welche Tonnagen es in einem bestimmten Zeitraum gewalzt hat. Dies gibt dem Walzwerk-Betreiber die Möglichkeit zu einer besseren Ressourcenplanung, zum Beispiel bei der Wartung und Instandhaltung der Gerüste oder der Beschaffung der Walzen.

Autor: Oliver Schleicher ist Geschäftsführer von Contrinex Deutschland in Leinfelden-Echterdingen.