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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektierung von Bandanschlägen eines Bandes gegen Beschichtungselektroden einer Bandbeschichtungsanlage, bei welchem ein von dem elektrischen Strom zur Beschichtung des Bandes abhängiges Stromsignal erzeugt wird und über eine Schwellwertanalyse ermittelt wird, ob ein Bandanschlag erfolgt ist. Daneben betrifft die Erfindung ein Computerprogramm sowie eine Bandbeschichtungsanlage.
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Bei der elektrolytischen Beschichtung von Bändern aus Metall, beispielsweise aus Stahl oder aus einer Stahllegierung, werden die Bänden gegenüber Beschichtungselektroden elektrisch geladen, so dass über eine Elektrolytlösung eine Abscheidung eines Metalls einer die elektrische Aufladung bewirkenden Beschichtungselektrode auf das Band erfolgt. Dieser Vorgang wird in Bandbeschichtungsanlagen durchgeführt, in welchen das zu beschichtende Band mit hoher Geschwindigkeit in dichtem Abstand an Beschichtungselektroden vorbeigeführt wird, so dass die elektrolytische Abscheidung auf dem Band erfolgen kann. Der Abstand der Beschichtungselektroden, die zwischen Band und Beschichtungselektrode anliegende elektrische Spannung und der daraus resultierende elektrische Stromfluss ermöglicht es den Energieeinsatz zur Beschichtung und die Beschichtungsstärke zu steuern. Allgemein ist die Beschichtungsgeschwindigkeit abhängig von der Höhe des Stroms, welcher zwischen den Beschichtungselektroden und dem zu beschichtenden Band fließt. Bei gleicher Spannung erhöht sich beispielsweise bei Verringerung des Bandabstands zur Beschichtungselektrode der Strom und insofern auch die Beschichtungsgeschwindigkeit. Um die Bandgeschwindigkeit maximal zu halten, werden deshalb minimale Abstände zwischen Beschichtungselektrode und Band sowie maximale Beschichtungsströme verwendet. Dabei kommt es zu Anschlägen des Bandes gegen eine Beschichtungselektrode, beispielsweise weil das Band Beulen oder Knicke aufweist, die den Abstand zur Beschichtungselektrode unkontrolliert verringern. Bei Anschlägen des Bandes entsteht ein Kurzschlussstrom, welcher zu einer Beschädigung des Bandes aber auch der Beschichtungselektrode führen kann. Häufig muss der Abstand der Beschichtungselektroden zum Band nachreguliert werden, um weitere Bandanschläge zu vermeiden.
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Aus dem Stand der Technik sind Verfahren bekannt, um Bandanschläge gegen die Beschichtungselektroden zu detektieren. Aus der offen gelegten japanischen Patentanmeldung
JP 02134553 A ist ein Verfahren zur Detektierung von Bandanschlägen bekannt, bei welchem der Beschichtungsstrom gemessen, die zeitliche Ableitung des Stromsignals ermittelt und überprüft wird, inwieweit das Signal der zeitlichen Ableitung des Stromsignals innerhalb eines zu erwartenden Bereichs liegt oder nicht. Sofern der wert innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt, wird das Signal der zeitlichen Ableitung des Stroms ausgegeben. Es hat sich aber gezeigt, dass das bekannte Verfahren aufgrund der starken Signalschwankungen des Stromsignals bzw. des hohen Anteils an Störsignalen nur eine unzureichende Detektierung von Bandanschlägen ermöglicht.
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Aus den veröffentlichten japanischen Patentanmeldungen
JP 05033197 A ,
JP 04191400 A und
JP 01219192 A sind darüber hinaus Verfahren zur Fehlerdetektion beim metallischen Beschichten von Bändern bekannt.
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Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein gattungsgemäßes Verfahren zur Detektierung von Bandanschlägen vorzuschlagen, welches eine verbesserte Erkennung von Bandanschlägen ermöglicht und ein zur Durchführung des Verfahrens geeignetes Computerprogramm sowie eine entsprechende Beschichtungsanlage für Bander vorzuschlagen.
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Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird für ein gattungsgemäßes Verfahren die oben aufgezeigte Aufgabe dadurch gelöst, dass das Stromsignal einer Glättung unterzogen wird, durch gleitende Mittelwertbildung ein Idealstromwert aus dem geglätteten Stromsignal ermittelt wird, ein Differenzsignal durch Bildung der Differenz zwischen Stromsignal und Idealstromwert erzeugt wird, aus dem Differenzsignal die Gleichstromanteile eliminiert werden und eine Schwellwertanalyse des so erhaltenen Differenzsignals erfolgt.
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Es hat sich gezeigt, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren die Erkennung von Bandanschlägen während des Beschichtungsvorgangs in Bandbeschichtungsanlagen deutlich verbessert werden kann, ohne dabei zu empfindlich zu sein, so dass auch andere Störungen ungewollt als Bandanschläge erkannt werden und zu Produktionsstillständen oder -störungen führen. Zunächst werden über die Glättung des Stromsignals alle hochfrequenten Störungen, welche nicht auf Bandanschläge und die zugehörigen Kurzschlussströme zurückführbar sind, eliminiert. Die gleitende Mittelwertbildung erzeugt nun einen zeitlich variablen Idealstromwert, welcher vom Stromsignal subtrahiert wird. Hierdurch wird der Anteil des eingestellten Beschichtungsstroms aus dem Stromsignal entfernt. Das erhaltene Differenzsignal enthält nunmehr nur noch kurzeitige Änderungen des Stromsignals. Gleichstromanteile in dem Differenzsignal, welche beispielsweise auf eine Erhöhung des Beschichtungsstroms zurückzuführen sind, werden aus dem Differenzsignal entfernt, so dass nur noch Differenzsignale erhalten werden, bei welchen der Beschichtungsstrom über den Idealstromwert deutlich ansteigt und anschließend unter den Idealstromwert abfällt. Diese Signalform ist typisch für Anschläge des Bandes gegen die Beschichtungselektrode, da aufgrund des Kurzschlussstroms die Beschichtungselektrodenspannung abfällt und der Beschichtungsstrom somit kurzzeitig sinkt. Über eine Schwellwertanalyse können jetzt die mit einer kurzzeitigen, starken Erhöhung des Beschichtungsstroms einhergehenden Bandanschläge detektiert werden. Vorzugsweise erfolgt die Schwellwertanalyse über Diskriminatoren, mit welchen beispielsweise ein für eine Steuerung des Beschichtungselektrodenabstands Signal erzeugt werden kann. Im Gegensatz zu den Verfahren aus dem Stand der Technik wird das erfindungsgemäße Verfahren durch eine produktionsbedingte Änderung des Beschichtungsstroms, beispielsweise durch die Änderung des Beschichtungselektrodenabstands, nur wenig beeinflusst. Die Detektierung der Bandanschläge erfolgt damit unabhängig von Änderungen entsprechender Verfahrensparameter.
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Gemäß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Glättung des Stromsignals ein Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz von 5 bis 50 Hz verwendet. Ein entsprechender Tiefpassfilter bewirkt eine ausreichende Glättung des Stromsignals und filtert alle Störungen, welche eine deutlich höhere Frequenz haben, heraus. Sehr gute Ergebnisse werden mit einem bei einer Grenzfrequenz von 10 Hz erreicht.
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Um das erfindungsgemäße Verfahren zur Detektierung von Bandanschlägen weiter zu verbessern, wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung zur Glättung des Stromsignals ein Tiefpassfilter in Form eines Butterworthfilters 4. bis 6. Ordnung verwendet. Butterworthfilter sind kontinuierliche Frequenzfilter, die so ausgelegt sind, dass der Frequenzgang unterhalb der Grenzfrequenz möglichst lange horizontal verläuft, so dass Signale unterhalb der Grenzfrequenz nur eine geringe Änderung erfahren. Butterworthfilter 4. bis 6. Ordnung zeigen darüber hinaus eine extrem hohe Dämpfung der Signale oberhalb der Grenzfrequenz.
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Erfolgt die gleitende Mittelwertbildung über 20 bis 50, vorzugsweise 30 Stromsignalwerte, kann ein an den zeitlichen Verlauf des Stromsignals gut angepasster, zeitlich veränderlicher Idealstromwert bestimmt werden, mit welchem sehr gute Ergebnisse hinsichtlich des Differenzsignals und der anschließenden Detektierung der Bandanschläge ermöglicht wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Eliminierung des Gleichstromanteils des Differenzsignals durch Verwendung einer Fourier-Transformation. Die Fourier-Transformation des Differenzsignals transformiert dieses in einen Frequenzraum, so dass der Anteil der Frequenzen erhalten wird, aus welchem das Differenzsignal zusammengesetzt ist. Bei der Rücktransformation aus dem Frequenzraum kann nun auf einfache Weise der Gleichstromanteil durch entsprechende Nichtberücksichtigung der Anteile 0. Ordnung eliminiert werden. Diese Berechnung erfolgt vorzugsweise durch eine Fast-Fourier-Transformation (FFT) und der inversen Inverse-Fast-Fourier-Transformation (IFFT). Das Differenzsignal kann sowohl zunächst mit einer FFT als auch zuerst mit einer IFFT transformiert und anschließend über eine IFFT respektive eine FFT aus dem Frequenzraum zurücktransformiert werden.
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Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass das Differenzsignal durch einen Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz von 5 bis 50 Hz, vorzugsweise von 10 Hz, gefiltert wird. Das so erhaltene Differenzsignal kann besonders gut zur Schwellwertanalyse verwendet werden, da hochfrequente Störungen, welche beispielsweise durch die Filterung bzw. die Eliminierung des Gleichstromanteils in das Differenzsignal eingebracht werden können, erneut eliminiert werden. Diskriminatoren können bei Erkennung eines Bandanschlags einheitliche Bandanschlagserkennungssignale erzeugen, welche durch Steuerungen von Bandbeschichtungsanlagen erkannt werden.
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Eine weitere Verbesserung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird gemäß einer nächsten Ausgestaltung dadurch erreicht, dass der Abstand des Bandes zu den Bandbeschichtungselektroden abhängig von der Detektierung von Bandanschlägen geändert wird. Die Steuerung des Bandabstands abhängig von der Detektierung von Bandanschlägen kann zu einer deutlichen Verringerung der Bandanschläge während der Beschichtung führen und eine weitere Automatisierung der Bandbeschichtung ermöglichen.
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Im Hinblick auf die Sicherung einer möglichst hohen Bandqualität kann das erfindungsgemäße Verfahren dadurch weiterverbessert werden, dass bei der Detektierung eines Bandanschlags gegen eine Beschichtungselektrode dessen Bandposition bestimmt und in Datenspeichermitteln abgespeichert wird. Einerseits wird die Qualitätsanalyse des Bands hierdurch deutlich erleichtert. Andererseits kann eine vorbeugende Instandhaltung der Beschichtungselektroden erfolgen, so dass der Ausschuss der Beschichtungsanlage weiter gesenkt wird.
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Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe durch ein Computerprogramm dadurch gelöst, dass ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Detektierung von Bandanschlägen in einer Bandbeschichtungsanlage mittels des Computerprogrammes unter Verwendung von Datenspeichermitteln und Prozessormitteln ausführbar ist. Das Computerprogramm kann auf einem beliebigen Datenspeichermedium zur Verfügung gestellt werden.
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Schließlich wird die oben aufgezeigte Aufgabe gemäß einer dritten Lehre der vorliegenden Erfindung für eine Bandbeschichtungsanlage dadurch gelöst, dass Mittel zur Steuerung des Abstandes der Beschichtungselektroden zum Band und Mittel zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Detektierung von Bandanschlägen, vorzugsweise unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Computerprogramms, vorgesehen sind.
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Bandbeschichtungsanlagen sind üblicherweise mit einer Mehrzahl von Bandbeschichtungselektroden ausgestattet, deren Stromsignale beispielsweise einzeln abgegriffen bzw. ermittelt werden. Da ein Bandanschlag gegen eine Beschichtungselektrode an einer beliebigen Elektrode erfolgen kann, ist es vorteilhaft, wenn alle Beschichtungselektroden der Bandbeschichtungsanlage über das erfindungsgemäße Verfahren überwacht und Bandanschläge an diesen Elektroden detektiert werden.
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Bandbeschichtungsanlagen weisen daher vorzugsweise an jeder Beschichtungselektrode Mittel zur Steuerung des Abstand der Beschichtungselektrode zum Band auf.
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Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten das erfindungsgemäße Verfahren auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird verweisen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche sowie andererseits auf die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in
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1 eine schematische Darstellung einer Bandbeschichtungsanlage mit vier Beschichtungselektroden,
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2 eine schematische Ansicht einer Beschichtungselektrode aus dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Bandbeschichtungsanlage und
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3 typische Stromsignale sowie deren Aufbereitung gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt den typischen Aufbau eines Bereichs einer Bandbeschichtungsanlage, in welcher ein Band 1 zwischen Beschichtungselektroden 2a bis 2d hindurchgeführt wird, wobei durch Elektrolytzugabe über die Elektrolytzuführungen 3a und 3b ein Elektrolytfilm zwischen den Beschichtungselektroden 2a bis 2d und dem Band 1 erzeugt wird, so dass das Material der Beschichtungselektroden 2a bis 2d sich elektrolytisch auf dem Band 1 abscheidet. Das Band 1 wird mit hoher Geschwindigkeit, beispielsweise mit 20 m/min, durch die Bandbeschichtungsanlage geführt. Die Stromrollen 4a sowie die Gegenrolle 4b ermöglichen es, dass ein Stromfluss von den Beschichtungselektroden 2a über den nicht dargestellten Elektrolyten und die Stromrolle 4a erfolgen kann. Vor dem Eintritt des Bandes in den Bereich der Beschichtungselektroden 2a bis 2d ist jeweils eine Staubürste 5a und 5b vorgesehen, welche die Menge des auf dem Band befindlichen Elektrolyten reguliert. Zum Transport des Bandes sind Bandtragerollen 6a und 6b vorgesehen sowie für den Abfluss der Elektrolyten ein Elektrolytabfluss 7.
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2 zeigt nun in einer schematischen Ansicht den Bereich der Beschichtungselektroden 2b und 2d sowie das zwischen diesen verlaufende Band 1. Dieses weist, wie in 2 dargestellt, einen deutlichen Knick in Richtung der Beschichtungselektrode 2b auf. Idealerweise würde das Band exakt zwischen beiden Elektroden durchgeführt, wie zusätzlich durch das Band 1' dargestellt ist. Im Betriebsfalle der Bandbeschichtungsanlagen weisen die Bänder jedoch nicht immer einen idealen Bandverlauf auf, so dass es zu entsprechenden Änderungen der Bandposition, wie versiegend dargestellt, kommt. Wird eine Ausbeulung des Bandes 1 so groß, dass das Band gegen die Beschichtungselektrode, beispielsweise gegen die Beschichtungselektrode 2b, anschlägt, fließt ein Kurzschlussstrom, welcher einerseits zur Beschädigung des Bandes 1 und der Beschichtungselektrode 2b führen kann. Anschließend fällt der Beschichtungsstrom aufgrund der Entladung der Beschichtungselektroden 2b unterhalb des eingestellten Beschichtungsstromwertes ab.
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Erfindungsgemäß werden nun Stromsignale der einzelnen Beschichtungselektroden 2a bis 2d ermittelt und einer Glättung zugeführt. Das geglättete, zeitabhängige Stromsignal 8 der Beschichtungselektrode 2b ist in 3 in einem Graphen dargestellt, wobei dessen Abszisse die Zeitachse darstellt und die Ordinate die Höhe des Beschichtungsstroms anzeigt. Das gefilterte Stromsignal 8 wird vorzugsweise mit einem Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz von 10 Hz und einer Butterworth-Charakteristik 4. bis 6. Ordnung erzeugt. Man erkennt, dass in dem Stromsignal 8 einzelne Störungen vorhanden sind, welche auf einen Bandanschlag schließen lassen. Darüber hinaus enthält das Signal 8 eine Stufe (Pfeil), d. h. eine Erhöhung des Beschichtungsstroms. Diese Stufe wird beispielsweise durch die Änderung des Bandabstands zur Beschichtungselektrode bei gleich bleibender Spannung erzeugt.
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Aus dem Stromsignal 8 wird nun über eine gleitende Mittelwertbildung ein zeitlich veränderlicher Idealstromwert 9 ermittelt, welcher in 3 ebenfalls dargestellt ist. Bei der Idealstromwertermittlung werden vorzugsweise jeweils 30 Messwerte innerhalb eines mitlaufenden zeitlichen Intervalls gemittelt.
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Wird nun die Differenz zwischen dem ermittelten und gefilterten Stromsignal 8 und dem Idealstromwert gebildet, erhält man das Differenzsignal 10, in welchem weiterhin die Stromänderung durch einen deutlichen Gleichstromanteil (Pfeil) zu erkennen ist. Um entsprechende, einen Bandanschlag nicht anzeigende Signale aus dem Differenzsignal zu entfernen, wird das Differenzsignal einer Fourier-Transformation insbesondere einer FFT unterzogen und das Differenzsignal entsprechend in den Frequenzraum transformiert. Im Frequenzraum kann nunmehr durch einfaches Unterdrücken bestimmter Frequenzanteile, beispielsweise der Frequenzanteile 0. Ordnung und eine anschließende Rücktransformation durch Anwendung einer IFFT der Gleichstromanteile im Differenzsignal eliminiert werden. Anschließend erhält man das Signal 11, welches vorliegend noch zusätzlich über einen Tiefpassfilter, vorzugsweise ebenfalls mit Butterworth-Charakteristik 4. bis 6. Ordnung gefiltert wurde, um hochfrequente Einflüsse zu reduzieren. Am Signalverlauf des nunmehr erhaltenen Auswertesignals 11 sind lediglich Bandanschläge durch Ausschläge zu erkennen. Über eine Schwellwertanalyse können die Bandanschläge einfach detektiert und in elektronisch auswertbare Signale umgewandelt werden.
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Vorzugsweise wird das so erhaltene Differenzsignal über Diskriminatoren ausgewertet, die dann für Steuerungen beispielsweise der Beschichtungselektrodenabstände von Bandbeschichtungsanlagen verwertbare bzw. auswertbare Signale liefern.
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Vorzugsweise werden in einer Bandbeschichtungsanlage alle Bandbeschichtungselektroden über das erfindungsgemäße Verfahren überwacht und entsprechend der Bandabstand gesteuert.
