Soluzione idraulica completa in un laminatoio
Costruzione di macchine speciali Ratio-Drive^®, cilindro idraulico, unità di bloccaggio

Alla fine del treno di laminazione attende quindi una particolare sfida tecnica: uno spintore di frenatura trasporta le barre lunghe al massimo 40 metri lateralmente verso il letto di raffreddamento. La successiva barra di laminazione si sposta a velocità costante accanto alla barra tagliata. Quest'ultima – non appena si è fermata – viene sollevata nel letto di raffreddamento a pettine. Anche la nuova barra di laminazione viene ora spostata, ancora incandescente, tramite lo spintore di frenatura verso il letto di raffreddamento. Questo ribaltamento è un atto di forza: entro 1,4 s, lo spintore di frenatura deve spostare un carico fino a 12 tonnellate composto da componenti e barra di laminazione. Tre cilindri idraulici eseguono un movimento sincrono di oltre 160 mm con elevata accelerazione, massa e velocità con una precisione di +/- 1,5 mm. Questo processo viene realizzato tramite Ratio-Drive^®, una soluzione di azionamento lineare completa di Hänchen. La base hardware sono i 3 cilindri idraulici, che sostituiscono la precedente elettromeccanica. In questo modo, gli intervalli di manutenzione e l'usura possono essere notevolmente ridotti. Nel 2006, GMH ha effettuato questo cambio tecnologico verso l'idraulica. Per il Dr. Jürgen Wagner, responsabile del team di manutenzione meccanica, era importante non solo ricevere hardware, ma sviluppare insieme a Hänchen una soluzione tecnologica completamente nuova. “Hänchen ha fornito il know-how per l'intera integrazione del sistema.”

L'applicazione Ratio-Drive^® sostituisce una costruzione elettromeccanica. A causa dei suoi movimenti sinusoidali inflessibili prescritti da un eccentrico e del comportamento di avviamento e regolazione “duro” dell'attuatore, ciò ha comportato un elevato carico sui componenti. A ciò si sono aggiunti i carichi di vibrazione dovuti alla regolazione continua. La conseguenza è stata una corrispondente e pronunciata fatica del materiale su una moltitudine di punti di collegamento e inversione. I carichi sono stati aumentati perché lo spintore di frenatura poteva essere azionato solo tramite un unico punto di intervento. In questo caso si sono verificate elevate forze di leva. L'elettromeccanica composta da motore, cambio, frizione, blocchi di inversione e albero eccentrico era, secondo l'esperienza dei manutentori, sfruttata al massimo. Pertanto, Georgsmarienhütte (GMH) ha deciso di passare dalla meccanica all'idraulica.

La soluzione fornita da Hänchen comprende idraulica, elettronica, software, elaborazione dati e ingegneria, ovvero l'intera idro-meccatronica, dal cilindro idraulico alla programmazione del controllo sviluppata autonomamente e configurata. I cilindri idraulici sono il core business di Hänchen nella produzione. In GMH vengono utilizzati cilindri idraulici nella cosiddetta esecuzione Servocop^®. Questa serie standard è qui dotata di un trasduttore di posizione e trasduttore di pressione integrati. È particolarmente a basso stick-slip, ha un basso momento di stacco, una risposta sensibile e un'ottima riproducibilità dei movimenti, è ottimizzata per l'attrito e a perdita zero. Questi cilindri idraulici sono estremamente robusti e progettati per velocità fino a 1 m/s. Nonostante queste caratteristiche prestazionali, l'esecuzione Servocop^® è notevolmente più economica dei modelli di fascia alta Servofloat^® e Servobear^®. Con questi ultimi due, Hänchen può realizzare di serie in altre applicazioni velocità fino a 4 m/s, frequenze fino a 500 Hz con curve e forze regolate fino a 9 MN con una precisione di posizionamento di pochi μm. Le costruzioni speciali raggiungono prestazioni ancora più elevate.

Per GMH come committente, il compito principale consisteva nell'integrazione del sistema e nell'ingegneria: altrettanto decisiva quanto la precisione della sincronizzazione era la programmazione di un'interazione il più delicata possibile con i materiali di tutti i componenti. Particolari sfide sono state le elevate masse, le accelerazioni estreme, i molteplici accoppiamenti forzati e le interazioni meccaniche dovute, tra l'altro, al gioco termicamente condizionato dei componenti. Pertanto, la configurazione fine è stata eseguita sul sistema in funzione.

Dopo l'attivazione del movimento tramite una nuova specifica di posizione, il sistema di calcolo in tempo reale implementato da Hänchen come componente del Ratio-Drive^® in combinazione con il software Ratio-Drive^® calcola la sequenza di movimento precisa. “Per noi, la regolazione decentralizzata è un cambiamento, poiché si lavora con un sottosistema indipendente”, riferisce Burkhard Schmidt, responsabile del team di manutenzione elettrica. “A causa della precisione nella regolazione sincrona, abbiamo optato per un sistema indipendente che Hänchen ha completamente progettato, responsabilizzato e integrato. In questo caso, ISIS, il nostro partner per il controllo, era subfornitore, in modo che Hänchen avesse il ruolo di appaltatore generale.” I trasduttores di posizione integrati nei tre cilindri idraulici forniscono i valori effettivi per il circuito di regolazione chiuso e li segnalano al controllo dell'impianto tramite il bus. Tuttavia, il modo in cui i cilindri idraulici raggiungono la loro posizione in modo sincrono e con il minor carico possibile per la meccanica è un compito interno per il software Ratio-Drive^®. Si basa su un sistema modulare che gli sviluppatori di software svevi hanno ripetutamente ampliato e ottimizzato nel corso degli anni. A ciò si aggiunge in GMH il controllo della sequenza specifico per il cliente programmato individualmente. Gli unici collegamenti sono il bus come interfaccia elettronica, i tre punti di intervento sul cursore come interfacce meccaniche e l'alimentazione di energia elettrica. L'intero Ratio-Drive^® ha quindi la funzione di una black box integrata nell'impianto.

Isteresi prossima allo 0
Nell'ambito di questo concetto di black box, il movimento viene eseguito dai cilindri idraulici, in cui la forza e la velocità possono essere regolate in qualsiasi momento. In questo modo, l'accelerazione può essere definita entro ampi limiti per ogni segmento del movimento, il che riduce al minimo l'usura del materiale grazie alle curve di accelerazione ottimizzate dal sistema. Anche le perdite per attrito dovute a sporco e altri disturbi svolgono solo un ruolo minore. In molte situazioni, il sistema può compensare le influenze tramite una pressione più elevata; i possibili errori possono quindi essere corretti durante la successiva manutenzione. Si evitano costosi tempi di fermo dell'impianto. Tuttavia, il vantaggio principale è la bassa isteresi: “L'isteresi tende a 0”, riassume il Dr. Wagner. “In questo modo, percorriamo sempre posizioni chiaramente definite.”Il sistema completo di azionamento, nato dalla competenza di sistema della manutenzione GMH e dal know-how idro-meccatronico di Hänchen, si è dimostrato valido in due anni. E non è tutto: “Sono già previsti altri progetti futuri.”