Radar für die Stahlverarbeitung

  • 18. March 2015

Mikrometergenaue Kontrolle mit Millimeterwellen minimiert den Ausschuss.

Abstände präzise zu vermessen, ist in der Fertigungstechnik entscheidend – etwa bei der Rohproduktion von Stahl. In einem Stahlwerk werden täglich mehrere Tonnen des Werkstoffs verarbeitet. Glühend heiße, etwa 20 Zentimeter dicke Blöcke aus gegossenem Stahl werden zu dünnen, kilometerlangen Stahlbändern gewalzt und anschließend zu Rollen aufgewickelt. Mit einer Geschwindigkeit von bis zu zwanzig Metern pro Sekunde saust das Blech durch die Walzen. Bei diesem Vorgang geraten die Platten oft zu breit. Die überschüssigen Ränder müssen im Nachhinein abgeschnitten werden – das bedeutet einen hohen Materialverlust. Ein neues Millimeterwellen-Radar des Fraunhofer-Instituts für Hochfrequenzphysik und Radartechnik schafft hier Abhilfe. Im laufenden Betrieb misst es die Breite der Stahlbänder mit einer Genauigkeit von Mikrometern. Damit lässt sich die Walzanlage so regulieren, dass weniger Verschnitt entsteht und erheblich Kosten gespart werden können.

Bandwalzwerk

Abb.: Forscher installieren das Radar in einem Bandwalzwerk in Eisenhüttenstadt. (Bild: FHR)

Zwei seitlich der Walzen angebrachte Radarsensoren messen den Abstand zur Stahlkante. „Unser Radar sendet durchgehende elektromagnetische Signale aus, die von der rechten und linken Bandkante reflektiert werden. Sende- und Empfangssignal werden mithilfe numerischer Algorithmen miteinander verglichen. Anhand dieses Vergleichs lässt sich die Breite des Blechs berechnen“, erläutert Nils Pohl vom FHR die Funktionsweise des Systems. Das Radar, das Abstände bis zu mehreren Metern mit einer Präzision von nur einem Mikrometer erfasst, misst zudem sehr schnell: pro Sekunde 5000 Mal. Eigens entwickelte Siliziumchips ermöglichen diese Werte.

Ein weiterer Vorteil: Das System funktioniert selbst bei widrigen Umwelt­bedingungen wie Staub, Hitze, Wasserdampf und Nebel. „Die heißen Stahlbänder müssen beim Walzen mit Wasser gekühlt werden. Dabei bildet sich vor allem im Winter starker Wasserdampf. Laser und Kameras messen zwar auch sehr genau, sie eignen sich aber nicht für den Einsatz in Umgebungen mit hoher Feuchtigkeit und schwankenden Lichtverhältnissen. Radarsignale hingegen durchdringen auch Staub und Nebel sehr gut“, so Pohl.

Aufgrund seiner geringen Sendeleistung, die unter der eines Mobil­funk­telefons liegt, lässt sich das Radar in jeder Umgebung ohne weitere Sicherheitsanforderungen betreiben. Da die Sensoren seitlich der Walzen angebracht werden, lässt sich das System problemlos in bestehende Anlagen integrieren. Derzeit läuft es deutschlandweit in drei Stahlwerken im Testbetrieb. Künftig soll das Hochfrequenzradar, das mit elektromagnetischen Wellen im Frequenzbereich ab 30 GHz arbeitet, in Serie gefertigt werden. Dabei beschränkt sich das Einsatzgebiet nicht nur auf die Stahlindustrie. Auch die Kunststoffbranche könnte von dem Präzisionswerkzeug profitieren – etwa um die Dicke von Rohren zu vermessen.

FG / RK

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