Edelstahl ist ein kostbares Material. Bei der Herstellung wird allerdings relativ viel Ausschuss produziert, weil das Metall nicht mehr gleichmäßig dünn wird, wenn abgenutzte Arbeitswalzen gewechselt werden müssen. Hans-Joachim Felkl (58) hat ein neues Verfahren zum Walzenwechsel entwickelt, das das Material schont. Pro Jahr kann so mindestens sieben Prozent mehr Durchsatz erbracht werden.
Edelstahl ist ein kostbares Material. Bei der Herstellung wird allerdings relativ viel Ausschuss produziert, wenn das Walzwerk angehalten werden muss um abgenutzte Arbeitswalzen gegen neue auszuwechseln. Wenn das Walzwerk stillsteht, entstehen Dickenfehler im Endprodukt, die die Qualitätsanforderung nicht genügen. Hans-Joachim Felkl (58) aus Erlangen hat ein neues Verfahren zum Walzenwechsel entwickelt, durch das das Material seine Solldicke beibehalten kann. Pro Jahr kann eine so ausgerüstete Kaltwalzanlage mindestens sieben Prozent mehr Durchsatz erbringen und 6000 Tonnen Fertigprodukt vor der Verschrottung retten.
Um dünnes Edelstahlblech herzustellen, wird das Material als Band durch eine Walzstraße getrieben, in dem bis zu fünf Walzgerüste das Metall bearbeiten. Von Walzgerüst zu Walzgerüst wird das Stahlband dünner. Die beiden Arbeitswalzen eines Walzgerüsts müssen zur Aufarbeitung ausgetauscht werden, wenn ihre Oberfläche und Kontur nicht mehr gut genug sind, um einwandfreies Edelstahl zu erzeugen. Dazu wird die gesamte Anlage angehalten und die betreffenden Arbeitswalzen mit einer speziellen Konstruktion aus dem Walzgerüst herausgezogen. Läuft die Anlage wieder hoch, ist das Edelstahlband an der Stelle, an der der Walzprozess unterbrochen wurde, nicht gleichmäßig dünn gewalzt worden. Dieses Stück muss herausgeschnitten und als Ausschuss eingeschmolzen werden. Nach Felkls Berechnung handelt es sich bei einem durchschnittlichen Edelstahlwalzwerk um jährlich knapp 6000 Tonnen Material, was einem Wert von etwa 4,5 Millionen Euro entspricht. Darüber hinaus ergibt sich auch durch den Stillstand der Anlage ein Produktionsausfall, den der Erfinder pro Jahr mit etwa 62.000 Tonnen veranschlagt. Stünde die Anlage nicht still,
könnten etwa sieben Prozent mehr Durchsatz und damit ein Zusatzgewinn von
etwa 4,0 Millionen Euro erzielt werden.
„Der Ausfall muss meiner Meinung nach nicht sein“, erklärt der Erfinder, der Spezialist für Regelungstechnik von Walzanlagen ist. Seine Erfindung ist eine neue Strategie für den Walzprozess und die Regelungstechnik, die es erlaubt, abgenutzte Arbeitswalzen auszuwechseln, ohne die Anlage anzuhalten. Dafür benötigt die Walzstraße ein zusätzliches Walzgerüst. „Die Idee ist, dass die Walzstraße weiter läuft, während ein Walzenpaar ausgetauscht wird“, erklärt Felkl. Das zusätzliche Walzgerüst übernimmt den Arbeitsschritt des ausgefallenen. „Das Schwierige ist, den dicken Keil, der an der Stelle im Edelstahlband entsteht, an dem das Walzgerüst herausgenommen wird, wieder auszuwalzen“, erklärt Felkl. Dafür muss das Walzgerüst mit den neuen Walzen, an dem der Keil ankommt, auf die Geschwindigkeit des Stahlbandes synchronisiert und gezielt zum Einsatz gebracht werden. Das Stahlband steht unter großem Zug in der Walzstraße. „Die Motoren der Walzstraße sind sehr leistungsfähig“, sagt der Spezialist für die Steuerung von automatisierten Walzanlagen. „Die Kunst ist es, sämtliche Regler der Anlage so zu koordinieren, dass das Stahlband beim Auswalzen der Verdickung nicht reißt.“ Mit Felkls Regelstrategie, die rund 20 Regler koordiniert, werden die Kräfte so ausgeglichen, dass die Walzstraße ruhig weiterläuft und der Edelstahl von gleichmäßiger Qualität ist. „Diese Lösung hat außerdem den Vorteil, dass immer ein Ersatzwalzgerüst zur Verfügung steht“, sagt Felkl. Damit können die enormen Einbußen, die Stahlwalzwerke erleiden, wenn ein Walzgerüst wegen Reparatur ausfällt, minimiert werden.
Diese konkrete Erfindung Felkls wurde bisher noch nicht in einem Walzwerk umgesetzt. „Das zusätzliche Walzgerüst stellt eine sehr hohe Investition dar, die sich aber schnell amortisiert“, erklärt Felkl. Er hat diese Strategie auf Anregung der Vertriebsabteilung entwickelt, die nach innovativen Lösungen zur wirtschaftlichen Optimierung von Walzwerken gesucht hatte. Dass das Prinzip funktioniert, weiß Felkl aufgrund der Erfahrung mit ähnlichen komplexen, bereits umgesetzten Lösungen und „einer Simulation, die in meinem Kopf abläuft“. Während die Kollegen Entwicklungen hauptsächlich am Computer simulieren, stellt sich Felkl die neuen Abläufe gerne vor. Natürlich rechnet er die genauen Abläufe ebenfalls am Computer durch. Felkl hat nach seinem Studium der Elektrotechnik an der Technischen Universität Stuttgart direkt bei Siemens angefangen. Zehn Jahre lang setzte er neue Anlagen in der Grundstoffindustrie in Betrieb. „In dieser Zeit habe ich sehr gründlich gelernt, was in einer Anlage funktioniert und was nicht“, erklärt er. Ergänzt wurde dieses Wissen durch seine anschließenden Erfahrungen als Vertriebsgruppenleiter für Kaltwalzwerke. Seit 1999 ist Felkl als Leitender Ingenieur im Sektor Industrie in Erlangen tätig und schneidert maßgerechte Automatisierungslösungen für Walzwerke. In dieser Zeit hat er 28 Erfindungen gemeldet. Seine Ideen mündeten in 27 Schutzrechtsfamilien, die insgesamt 54 Einzelpatente enthalten.
Der gebürtige Schwabe hält sich mit Fahrradfahren fit. „Meistens beschränkt sich das allerdings darauf, mit dem Rad zur Arbeit zu fahren“, sagt er lachend, „es sind ja nur 42 Kilometer.“ In seiner Arbeitseinstellung sei er „typisch schwäbisch“. Und was bedeutet das? „Man lebt eher zum Arbeiten als umgekehrt“, erklärt der Erfinder mit leichtem Bedauern.