Konverterlagerdiagnose

Ein Konverter ist ein hitzefester Behälter, in dem bei ca. 1.500 °C Stahl produziert wird. Große Konverter fassen über 300 Tonnen flüssiges Material und werden ca. 50-mal pro Tag neu befüllt. Zum Be- und Entladen muss der Konverter geschwenkt werden. Dies geschieht über Zapfen, die in Wälzlagern geführt sind. Diese Konverterlager führen nur gelegentlich Drehbewegungen aus, die zudem kleiner als eine ganze Umdrehung sind. Gleichzeitig müssen sie eine große statische Last sowie durch den Produktionsprozess hervorgerufene dynamische Belastungen aufnehmen. Dies kann zu Schädigungsprozessen führen.

Die GfM hat für die Diagnose von Konverterlagern ein zuverlässiges Diagnoseverfahren geschaffen und mehrfach erfolgreich eingesetzt. Hierfür werden lediglich der Drehwinkel und Signale von Wegsensoren verwendet, die direkt an der Welle messen. Die Sensorik lässt sich an bestehenden Anlagen nachträglich installieren.

Bild 1: Prozessgröße des Schwingwegs gemessen am Konverterlager (oben), Position des Konverterlagers als Drehwinkel (unten)

Die dem zugrunde liegende Idee ist, dass einerseits eine örtlich begrenzte Unregelmäßigkeit im Wälzlager auch zu einer minimalen Bewegung der Welle führen muss, die dann mit dem Drehwinkel des Konverters korreliert. Andererseits ist auch Verschleiß messbar, der gerade an derart langsam laufenden Lagern kaum vermeidbar ist und über kurz oder lang eine bleibende Lageänderung der Welle nach sich zieht. Analysiert werden demzufolge einmal der dynamische Anteil des Wegsignals zum Erkennen von lokalen Lagerschäden sowie die Änderung des statischen Anteils zum Erkennen von umlaufenden Schädigungsprozessen.

Die aufgezeichneten Signale werden mit Hilfe der Statistik weiterverarbeitet. Es erfolgt eine Klassierung und die Bildung von Langzeittrends. Dies ermöglicht es, sowohl Veränderungen der Wellenposition als auch Schäden an den Konverterlagern separat zu detektieren.

Bild 2: Korreliertes Signal des Wegsensors. Die Oszillation des Signals entspricht der Außenringüberrollordnung des Konverterlagers

Analog zu den Überrollfrequenzen bei der klassischen Wälzlagerdiagnose ergeben sich Oszillationen in einem bestimmten Abstand. Diese lassen sich anhand der Kinematik exakt dem verbauten Wälzlager zuordnen. Bild 2 zeigt ein real gemessenes korreliertes Signal, das einen Schaden am Außenring eines Konverterlagers zeigt.

Bild 3: Spektrogramm über der Zeit. Dargestellt ist der Schwingweg am Konverterlager in Abhängigkeit zum Drehwinkel.

Die Darstellung der korrelierten Signale eines Wegsensors im zeitlichen Verlauf (Bild 3) ermöglicht es, einen Trendverlauf zum Schädigungszustand der verbauten Wälzlager zu generieren. Anhand dieser Daten können dann Ausfallwahrscheinlichkeiten ermittelt werden, die dabei helfen, ungeplante Stillstände am Konverter zu reduzieren.