-
Die
Erfindung betrifft eine Galvanisieranlage nach dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 sowie ein Galvanisierverfahren nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 12.
-
Eine
gattungsgemäße Galvanisieranlage ist aus der
JP 58174597 A bekannt.
Die Galvanisieranlage weist ein Galvanisierbad auf, in das ein zu
galvanisierendes Objekt eingebracht wird. Zur Abscheidung einer
Galvanisierschicht auf dem Objekt wird diesem ein Galvanisierstrom
zugeleitet. Dieser Galvanisierstrom wird mittels eines niederohmigen
elektrischen Widerstands (shunt) gemessen und an eine Steuervorrichtung
ausgegeben. Die Steuervorrichtung steuert oder schaltet in Abhängigkeit
dieses Messsignals sowie weiterer Messwerte den dem Objekt zuzuführenden
Galvanisierstrom, um die Abscheidung einer Galvanisierschicht mit
einer gewünschten Dicke zu erreichen.
-
Die
Beschichtung des Objekts ist direkt abhängig vom Strom,
der dem Objekt zugeführt wird. Die Herstellung hochwertiger
Bauteile in Galvanisieranlagen erfolgt aus Kapazitäts-
und Kostengründen mit Hilfe von Warenträgern,
die mehrere Objekte (Bauteile) zur gleichzeitigen Beschichtung aufnehmen
können. In einem idealen Fertigungsprozess werden bei der
galvanischen Behandlung baugleiche Objekte gleich stark beschichtet,
da aufgrund der Parallelschaltung gleicher Widerstände
(gleiche Objekte) am Warenträger der jedem Objekt zugeführte Strom
gleich ist. Aufgrund von Kontaktproblemen, Anodenanordnungen, Strö mungsverhältnissen
im Galvanisierbad und weiteren Randbedingungen ergeben sich Abweichungen
bei der Stromaufteilung, die zu fehlerhaften Beschichtungen einzelner
oder auch aller Objekte führen.
-
Zwei
wesentliche Fehler, die bei der Galvanisierung auftreten, sind die
Dickenschwankungen der Galvanisierschicht auf den einzelnen Objekten
und die Doppelbeschichtung. Die Schichtdickenschwankungen entstehen
infolge der ungleichmäßigen Stromverteilung auf
die einzelnen Objekte. Durch Messen der Schichtdicke nach dem Galvanisiervorgang
können diese Schwankungen nachträglich erkannt
werden. Dies erfordert jedoch einen aufwendigen, häufig
manuellen Arbeitsschritt. Doppelbeschichtungen entstehen, wenn bei
dem Galvanisiervorgang der Stromfluss zu dem Objekt, beispielsweise
bei Kontaktproblemen, kurzfristig unterbrochen wird. Je nach Galvanisierverfahren
sind bei Stromunterbrechungen ab etwa 20 ms bereits Doppelbeschichtungen
möglich. Eine Doppelbeschichtung lässt sich nach
Abschluss des Galvanisiervorgangs nicht zerstörungsfrei
erkennen.
-
Eine Überwachung
eines Warenträgerstroms, d. h. ein Gesamtstrom (Summenstrom),
der einem Warenträger beispielsweise von einem Gleichrichter
zugeführt wird, lässt keine Aussage über
die Einzelströme für die an dem Warenträger
angeordneten Objekte zu. Aus dem Verhältnis von Spannung (Badspannung)
und Strom (Warenträgerstrom) kann der galvanisch aktive
Widerstand des Warenträgers bestimmt werden. Dieser verändert
sich, falls Objekte keinen Kontakt aufweisen. Da häufig
lediglich einzelne Objekte nicht kontaktiert sind, ändert
sich der Widerstand in diesen Fällen nur geringfügig
und ist daher über eine Spannungsmessung nicht zuverlässig
erfassbar.
-
Das
Messen des Galvanisierstroms mit Hilfe elektrischer Shunts liefert
aufgrund ihrer niederohmigen Eigenschaft relativ kleine Signalspannungen,
in der Regel in der Größenordnung von ca. 60 bis
100 mV. Derart kleine Signalspannungen sind besonders störanfällig
im Hinblick auf die elektromagnetische Verträglichkeit
(EMV) der beim Galvanisierprozess eingesetzten elektrischen Betriebsmittel.
Ferner ist bekannt, dass eine Übertragung von Messsignalen von
einem Warenträger zum Wannenrand des Galvanisierbads mittels
so genannter Kontaktplatten störanfällig ist,
insbesondere bei geringen Signalspannungen. Die Kontaktplatten sind
einer starken Verschmutzung und Korrosion ausgesetzt und erfordern dar über
hinaus das genaue Positionieren des Warenträgers. Außerdem
ist die Signalerfassung insbesondere kleiner Signalspannungen abhängig
von der Länge der Übertragungsleitung zum Galvanisierbad.
-
Hiervon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Galvanisieranlage
bereitzustellen, die eine verbesserte, zuverlässigere und
genauere Erfassung der Einzelströme am Warenträger ermöglicht,
die den zu galvanisierenden Objekten zugeführt werden.
Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, ein Galvanisierverfahren
bereitzustellen, bei dem die Einzelströme, die den zu galvanisierenden
Objekten zugeführt werden, am Warenträger einer
Galvanisieranlage zuverlässiger und genauer erfasst werden.
-
Diese
Aufgabe wird in Bezug auf die Galvanisieranlage durch die kennzeichnenden
Merkmale des Patentanspruchs 1 sowie in Bezug auf das Galvanisierverfahren
durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 12 gelöst.
Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren
die Unteransprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die
in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale
in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert
werden können.
-
Eine
erfindungsgemäße Galvanisieranlage weist wenigstens
die folgenden Komponenten auf: ein Galvanisierbad; wenigstens einen
Warenträger zur Aufnahme oder Halterung wenigstens eines
Objekts und zur Einbringung des Objekts in das Galvanisierbad; wenigstens
eine Leitung zum Anlegen eines Galvanisierstroms an das Objekt;
wenigstens einen Stromsensor zur Messung des Galvanisierstroms und
Ausgabe des zugehörigen Messsignals über wenigstens
eine Signalleitung; und eine Auswerteeinheit zur Erfassung des Messsignals,
wobei der Stromsensor ausgelegt ist, den Galvanisierstrom kontaktlos
zu messen. Das kontaktlose Messen des Galvanisierstroms bietet den
Vorteil, dass Störungen des Messsignals aufgrund von Kontaktproblemen vermieden
werden. Folglich ist eine zuverlässige, kontinuierliche
und genaue Erfassung des Galvanisierstroms möglich.
-
Bevorzugt
ist eine erfindungsgemäße Galvanisieranlage derart
ausgestaltet, dass die Anzahl der Stromsensoren mindestens der Anzahl
der Leitungen zum Anlegen des Galvanisierstroms an das Objekt entspricht.
Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da sie die Erfassung
der jedem einzelnen Objekt zugeführten Einzelströme
ermöglicht. Folglich sind Fertigungsfehler während
des Galvanisiervorgangs, z. B. Schichtdickenschwankungen infolge
uneinheitlicher Stromzufuhr und Doppelbeschichtungen aufgrund von
kurzzeitigen Stromunterbrechungen, für jedes einzelne Objekt
erkennbar. Beim Auftreten von Fertigungsfehlern, insbesondere bei
der Galvanisierung hochwertiger Bauteile, können somit
gezielt einzelne fehlerhafte Objekte (Bauteile) aussortiert werden.
Folglich lässt sich der Produktionsausschuss erheblichen
reduzieren, da nunmehr einzelne, fehlerhafte Objekte im Gegensatz
zu kompletten Objekt-Chargen aussortiert werden können.
-
Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Galvanisieranlage ist die
Anordnung des Stromsensors am Warenträger. Diese Anordnung
ist deswegen von großem Vorteil, da hierdurch alle möglichen Störeinflüsse
bis zum Objekt erfasst werden. Insbesondere betrifft dies Kontaktierungsfehler
an den Verbindungsstellen der jeweiligen Zuleitungen. Folglich ist
eine bestmögliche Erfassung des dem Objekt zugeführten
Galvanisierstroms unmittelbar am Warenträger möglich.
-
Besonders
vorteilhaft ist die Verwendung eines Hall-Sensors als Stromsensor.
Dieser gestattet das berührungslose Erfassen des Galvanisierstroms und
zeichnet sich allgemein durch eine hohe Genauigkeit, kurze Ansprechzeit,
geringe Temperaturdrift, ausgezeichnete Linearität und
einen großen Frequenzbereich aus. Der Hall-Sensor ermöglicht
folglich eine zuverlässige und genaue Erfassung des Galvanisierstroms
während des gesamten Galvanisiervorgangs. Bevorzugt ist
der Stromsensor gasdicht gekapselt und/oder in einem Kunststoff
oder Harz eingegossen. Auf diese Weise ist der Stromsensor vor chemischen
Einwirkungen der Galvanisierumgebung geschützt. Somit ist
ein zuverlässiger Betrieb des Stromsensors während
des gesamten Galvanisiervorgangs sichergestellt.
-
Bevorzugt
ist die Galvanisieranlage derart ausgestaltet, dass die Auswerteeinheit
am Warenträger angeordnet ist. Folglich können
die durch den Stromsensor ausgegebenen Messsignale durch die Auswerteeinheit
am Warenträger erfasst und ausgewertet werden. Somit ist
keine Übertragung der Messsignale vom Warenträger
zum Wannenrand mittels Kontaktplatten/Kontaktstifte erforderlich.
Folglich werden zusätzliche Fehlerquellen, nämlich
die Verschmutzung und Korrosion der Kontaktplatten/Kontaktstifte
sowie eine fehlerhafte Positionierung des Wa renträgers,
beseitigt. Dies ermöglicht eine zuverlässige und
genaue Erfassung der vom Stromsensor ausgegebenen Messsignale.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Galvanisieranlage ist
die Auswerteeinheit ausgelegt, die erfassten Messsignale zu analysieren
und zugehörige Auswertedaten zu erzeugen. Dementsprechend
ist eine Vorverarbeitung der vom Stromsensor ausgegebenen Messsignale
durch die Auswerteeinheit möglich. Als Ergebnis der Messsignalanalyse
erzeugt die Auswerteeinheit entsprechende Auswertedaten. Die Auswertedaten
können anschließend zur Überwachung des
Galvanisiervorgangs weiterverarbeitet werden. Die für die Überwachung zu
berücksichtigende Datenmenge wird folglich durch die Messsignalvorverarbeitung
durch die Auswerteeinheit erheblich reduziert. Somit ist eine zeitlich
nahezu lückenlose Erfassung des Galvanisierstroms möglich,
ohne den Verarbeitungsaufwand zur Überwachung des Galvanisiervorgangs
zu erhöhen.
-
In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Galvanisieranlage
ist die Auswerteeinheit ausgelegt, die Messsignale und/oder die
Auswertedaten drahtlos an eine Steuereinrichtung der Galvanisieranlage
und/oder eine separate Datenverarbeitungseinrichtung zu übertragen.
Die drahtlose Übertragung bietet den Vorteil, dass beispielsweise
keine Kontaktplatten/Kontaktstifte zur Übertragung der Messsignale
und/oder Auswertedaten vom Warenträger zum Wannenrand vorzusehen
sind. Somit werden Übertragungsfehler infolge von Korrosion
und Verschmutzung der Kontaktplatten/Kontaktstifte oder einer ungenauen
Positionierung des Warenträgers ausgeschlossen. Die Positionierqualität
der Warenträger hat auf die Datenübertragung somit
keinen Einfluss. Ferner ist eine elektrische Installation lediglich
am Warenträger erforderlich. Eine elektrische Verbindung
vom Galvanisierbad zur Steuereinrichtung und/oder Datenverarbeitungseinrichtung,
die herkömmlich mittels Vielfachsteckern, beispielsweise 50-fach-Steckern,
hergestellt wird, entfällt. Folglich ist eine zuverlässige Überwachung
des Galvanisiervorgangs gewährleistet. Die Steuereinrichtung und/oder
Datenverarbeitungseinrichtung befindet sich vorteilhafter Weise
in einem anderen Raum als die Galvanisieranlage, insbesondere befindet
sich in diesem anderen Raum keine Galvanisieranlage, sondern es
herrschen normale Umweltbedingungen.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Galvanisieranlage ist
die Auswerteeinheit ausgelegt, die Auswertedaten mittels an dem
Wannenrand des Galvanisierbads angeordneter Kontaktstifte an die
Steuereinrichtung der Galvanisieranlage und/oder die separaten Datenverarbeitungseinrichtung
digital zu übertragen. Die digitale Übertragung der
Auswertedaten vom Warenträger zum Wannenrand lässt
sich mittels bekannter Fehlererkennungs- und/oder Fehlerkorrekturverfahren
absichern. Dies ermöglicht eine zuverlässige Überwachung
der Betriebsparameter während des Galvanisiervorgangs.
-
In
einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Galvanisieranlage
versorgt ein Akkumulator den Stromsensor und die Auswerteeinheit
mit elektrischer Energie. Hierdurch ist eine Energieversorgung des
Stromsensors und der Auswerteeinheit unabhängig von einer
externen Energiequelle möglich. Folglich ist ein Höchstmaß an
Flexibilität für den Einsatz der erfindungsgemäßen
Galvanisieranlage gewährleistet.
-
Das
erfindungsgemäße Galvanisierverfahren weist bevorzugt
die folgenden Schritte auf: Einbringen wenigstens eines Objekts,
das an einem Warenträger angeordnet ist, in ein Galvanisierbad;
Anlegen eines Galvanisierstroms mittels wenigstens einer Leitung
an das Objekt; Messen des Galvanisierstroms mittels wenigstens eines
Stromsensors und Ausgeben eines zugehörigen Messsignals über
wenigstens eine Signalleitung; und Erfassen des Messsignals durch
eine Auswerteeinheit, wobei das Messen des Galvanisierstroms mittels
des Stromsensors kontaktlos erfolgt. Das kontaktlose Messen des
Galvanisierstroms bietet den Vorteil, dass Störungen des Messsignals
aufgrund von Kontaktproblemen vermieden werden. Folglich ist eine
zuverlässige, kontinuierliche und genaue Erfassung des
Galvanisierstroms möglich. Der Warenträger lässt
sich genauso handhaben wie ein Warenträger ohne Stromerfassung,
es sind keine zusätzlichen Maßnahmen aufgrund
der Stromerfassung notwendig. Die Teile der Stromerfassung sind
dem Warenträger fest zugeordnet.
-
In
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Galvanisierverfahrens
erfolgt das Anlegen des Galvanisierstroms mittels mehrerer Leitungen und
das Messen des Galvanisierstroms an jeder Leitung. Diese Ausgestaltung
ist besonders vorteilhaft, da sie die Erfassung der jedem einzelnen
Objekt zugeführten Einzelströme ermöglicht.
Folglich sind Fertigungsfehler während des Galvanisiervorgangs, z. B.
Schichtdickenschwankungen infolge uneinheitlicher Stromzufuhr und
Doppelbeschichtungen aufgrund von kurzzeitigen Stromunterbrechungen,
für jedes einzelne Objekt aktuell erkennbar. Beim Auftreten
von Fertigungsfehlern, insbesondere bei der Galvanisierung hochwertiger
Bauteile, können somit gezielt einzelne fehlerhafte Objekte
(Bauteile) aussortiert werden. Folglich lässt sich der
Produktionsausschuss erheblichen reduzieren, da nunmehr einzelne,
fehlerhafte Objekte im Gegensatz zu kompletten Objekt-Chargen aussortiert
werden können. Die Überprüfung von Objekt-Chargen
wird vereinfacht und verkürzt.
-
In
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Galvanisierverfahrens
analysiert die Auswerteeinheit das Messsignal und erzeugt zugehörige Auswertedaten.
Dementsprechend führt die Auswerteeinheit eine Vorverarbeitung
der vom Stromsensor ausgegebenen Messsignale durch. Als Ergebnis
der Messsignalanalyse erzeugt die Auswerteeinheit entsprechende
Auswertedaten. Die Auswertedaten können anschließend
zur Überwachung des Galvanisiervorgangs weiterverarbeitet
werden. Die für die Überwachung zu berücksichtigende
Datenmenge wird folglich infolge der Messsignalvorverarbeitung durch die
Auswerteeinheit erheblich reduziert. Somit ist eine zeitlich nahezu
lückenlose Erfassung des Galvanisierstroms möglich,
ohne den Verarbeitungsaufwand zur Überwachung des Galvanisiervorgangs
zu erhöhen.
-
In
einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung des Galvanisierverfahrens überträgt
die Auswerteeinheit das Messsignal und/oder die Auswertedaten drahtlos
an eine Steuereinrichtung und/oder eine separate Datenverarbeitungseinrichtung.
Die drahtlose Übertragung bietet den Vorteil, dass beispielsweise
keine Kontaktplatten/Kontaktstifte zur Übertragung der
Messsignale/Auswertedaten vom Warenträger zum Wannenrand
vorzusehen sind. Somit werden Übertragungsfehler infolge
von Korrosion und Verschmutzung der Kontaktplatten/Kontaktstifte oder
einer ungenauen Positionierung des Warenträgers ausgeschlossen.
Folglich ist eine zuverlässige Überwachung des
Galvanisiervorgangs gewährleistet.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung des Galvanisierverfahrens überträgt
die Auswerteeinheit die Auswertedaten digital mittels an dem Wannenrand des
Galvanisierbads angeordneter Kontaktstifte an eine Steuereinrichtung
und/oder eine separate Datenverarbeitungseinrichtung. Die digitale Übertragung
der Auswerte daten vom Warenträger zum Wannenrand lässt
sich mittels bekannter Fehlererkennungs- und/oder Fehlerkorrekturverfahren
absichern. Dies ermöglicht eine zuverlässige Überwachung
der Betriebsparameter während des Galvanisiervorgangs.
-
Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung eines nicht einschränkend zu verstehenden
Ausführungsbeispiels der Erfindung, das im Folgenden unter
Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert wird.
In dieser Zeichnung zeigen:
-
1 eine
perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Galvanisieranlage
gemäß der vorliegenden Erfindung,
-
2 eine
seitliche Schnittansicht einer Ausführungsform der Galvanisieranlage
gemäß der vorliegenden Erfindung,
-
3 eine
frontale Schnittansicht einer Ausführungsform der Galvanisieranlage
gemäß der vorliegenden Erfindung,
-
4 eine
Querschnittsansicht in Explosionsdarstellung eines Stromsensors
zur Messung eines Galvanisierstroms und Ausgabe eines zugehörigen
Messsignals über eine Signalleitung und
-
5 eine
Draufsicht auf eine Deckplatte des Stromsensors gemäß 4.
-
Die
in den 1 bis 3 schematisch dargestellte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Galvanisieranlage umfasst
im Wesentlichen ein Galvanisierbad 20, einen Warenträger 22,
mehrere zu galvanisierende Objekte 24 und eine Auswerteeinheit 32.
-
An
dem Warenträger 22 sind sechs baugleiche Objekte 24 (Bauteile)
mittels aus dem Stand der Technik bekannter Halterungen einzeln
angebracht. Diese Halterungen werden daher hier nicht näher
erläutert. Der Warenträger 22 dient dazu,
die aufgenommenen Objekte 24 für den Galvanisiervorgang
in das Galvanisierbad 20 einzutauchen und zu halten. Jedes
Objekt 24 ist mit einer Leitung 26 verbunden. Die
Leitung 26 führt von dem Objekt 24 zu
einer Warenträger- Stromsammelschiene 34. Jede
Leitung 26 stellt folglich eine elektrisch leitende Verbindung
zwischen der Stromsammelschiene 34 und jeweils einem Objekt 24 her.
Die Stromsammelschiene 34 ist wiederum mittels einer Leitung
mit einem Pol einer Gleichstromquelle 40 (Gleichrichter)
verbunden. Der andere Pol der Gleichstromquelle 40 ist
mittels einer weiteren Leitung mit einer Galvanisierbad-Stromsammelschiene 36 verbunden.
An die Stromsammelschiene 36 ist in bekannter Weise wenigstens
eine Anode angeschlossen. Die Anode wird für den Galvanisiervorgang
ebenfalls in das Galvanisierbad 20 eingetaucht. Während
des Galvanisiervorganges leitet die Gleichstromquelle 40 den
zur Galvanisierung aller Objekte 24 erforderlichen Strom
zur Warenträger-Stromsammelschiene 34. Von dort
wird der Galvanisierstrom (Summenstrom) mittels der jeweiligen Leitungen 26 auf
die einzelnen Objekte 24 aufgeteilt und an diese angelegt.
Der einem einzelnen Objekt 24 zugeführte Galvanisierstrom
(Einzelstrom) wird von jeweils einem Stromsensor 28 gemessen.
In der hierin beschriebenen Ausführungsform ist der verwendete
Stromsensor 28 ein Hall-Sensor. Der Hall-Sensor 28 ist
in der Lage, den durch die Leitung 26 fließenden
Galvanisierungsstrom berührungslos und verlustlos zu messen.
Der Hall-Sensor 28 ist ein ringförmiges Element,
durch dessen Mitte die Leitung 26 geführt wird.
Ferner ist der Hall-Sensor 28 mit einer Signalleitung 30 verbunden, über
die das erfasste Strommesssignal ausgegeben wird. Die Signalleitung 30 ist
elektrisch leitend mit der Auswerteinheit 32 verbunden.
Die Auswerteinheit 32 erfasst das von dem Hall-Sensor 28 übertragene
Strommesssignal.
-
In
dem in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel
sind sechs Objekte 24 an dem Warenträger 22 angebracht,
die jeweils über insgesamt sechs Leitungen 26 mit
der Warenträger-Stromsammelschiene 34 verbunden
sind. Bei der Erfassung der Objekteinzelströme sind insgesamt
sechs Hall-Sensoren 28 jeweils an einer Leitung 26 angeordnet,
die wiederum über insgesamt sechs Signalleitungen 30 mit
der Auswertereinheit 32 verbunden sind. Die Anzahl der
in den 1 bis 3 dargestellten Objekte 24,
Leitungen 26, Stromsensoren 28 und Signalleitungen 30 ist
keineswegs einschränkend zu verstehen. Vielmehr kann diese
Anzahl frei gewählt werden und wird in der Regel von der
Größe der Galvanisieranlage, der Größe
des Warenträgers 22, der Größe
und Geometrie der Objekte 24 sowie der elektrischen Leistungsfähigkeit
der Gleichstromquelle 40 abhängen. In der hierin
beschriebenen Ausführungsform ist die Anzahl der Stromsensoren 28 und
der Leitungen 26 gleich der Anzahl der Objekte 24,
da somit die Erfassung der Objekteinzelströme möglich
ist.
-
Die
in dem Ausführungsbeispiel eingesetzten Hall-Sensoren
28 arbeiten
nach dem „Closed Loop Hall Effect” (Kompensations-Stromwandler). Der
durch einen Primärstrom (Strom durch die Leitung
26)
erzeugte Magnetfluss wird mit Hilfe einer Sekundärspule
kompensiert, wobei ein Hall-Sensor mit zugehöriger Elektronikschaltung
verwendet wird. Der sekundärseitige Kompensationsstrom
ist ein exaktes Abbild des Primärstromes. Derartige Stromsensoren
sind beispielsweise aus der Patentschrift
EP 0 738 894 B1 oder
US 5,146,156 bekannt. Der Hall-Sensor
28 ist
auf einer Platine montiert, an der auch die Signalleitung
30 angeschlossen
ist. Der Hall-Sensor
28 ist in einem PVC-Gehäuse
eingesetzt und in einem Kunststoff oder Harz eingegossen.
-
In 4 ist
ein Stromsensor 28 schematisch dargestellt. Insbesondere
zeigen die 4 eine Querschnittsansicht des
Stromsensors 28 und die 5 eine Draufsicht
auf die Deckplatte 41 des Stromsensors 28. Der
Stromsensor 28 weist im Wesentlichen ein ringförmiges
Hall-Element 46 auf, das in einem Vergussmaterial 47 eingekapselt
ist. Das Vergussmaterial 47 ist wiederum zwischen den Mantelflächen
eines zylinderförmigen Außenrohres 48 und
eines Innenrohres 50 eingebettet. An den Stirnseiten ist
der Stromsensor 28 durch jeweils eine Deckplatte 42 und
eine Bodenplatte 44 begrenzt. Sowohl die Deckplatte 42 als
auch die Bodenplatte 44 weisen einen Leitungsdurchgang 54 auf.
Die Leitungsdurchgänge 54 der Deckplatte 42 und
der Bodenplatte 44 sind im eingebauten Zustand koaxial zum
Innenrohr 50 angeordnet und weisen einen Durchmesser auf,
der im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Innenrohrs 50 entspricht.
Der Leitungsdurchgang 54 dient der Durchführung
einer stromführenden Leitung, beispielsweise Leitung 26. Die
Deckplatte 42, die Bodenplatte 44, das Außenrohr 48 und
das Innenrohr 50 schließen den auf diese Weise
gebildeten ringförmigen Innenraum, in dem das Hall-Element 46 und
das Vergussmaterial 47 eingebettet sind, nach außen
gasdicht ab. Ferner ist in der Deckplatte 42 ein Signalleitungsauslass 52 vorgesehen.
Durch diesen wird die Signalleitung 30 aus dem Stromsensor 28 nach
außen geführt. Die Signalleitung 30 besteht
in dem hierin beschriebenen Ausführungsbeispiel aus einem
vieradrigen, geschirmten Kabel mit einer chemiebeständigen
Ummantelung. Auch sie ist wie die Stromsensoren 28 fest
mit dem Warenträger 22 verbunden.
-
Wie
den 1 bis 3 zu entnehmen ist, ist jede
Signalleitung 30 jedes Stromsensors 28 mit der
Auswertereinheit 32 verbunden, die auf dem Warenträger 22 angeordnet
ist. Die Auswertereinheit 32 weist ein Gehäuse,
insbesondere ein PVC-Gehäuse auf. Das Gehäuse
der Auswertereinheit 32 schließt den umgebenen
Innenraum nach außen derart ab, dass keine Verschmutzungen
der Galvanisierumgebung in diesen Innenraum eindringen können.
Alle Signalleitungen 30 sowie die Zuleitung der Spannungsversorgung
sind mittels dichter, z. B. bekannter PG-Verschraubungen an dem
Gehäuse befestigt und in dieses geführt. In dem
Gehäuse der Auswertereinheit 32 sind im Wesentlichen
wenigstens ein Signalerfassungsmodul, ein Busmastermodul, ein Datenkommunikationsmodul
und eine Spannungsversorgung untergebracht.
-
Das
Signalerfassungsmodul dient der Erfassung der von dem Stromsensor 28 über
die Signalleitung 30 ausgegebenen Messsignale. Hierzu weist das
Signalerfassungsmodul mehrere Signaleingänge auf. In dem
hierin beschrieben Ausführungsbeispiel verfügt
ein Signalerfassungsmodul über sechs Signaleingänge,
an denen jeweils eine Signalleitung 30 angeschlossen werden
kann. Mehrere Signalerfassungsmodule lassen sich mit Hilfe des Busmastermoduls
koppeln und gleichzeitig betreiben. In dem hierin beschriebenen
Ausführungsbeispiel lassen sich auf diese Weise bis zu
15 Signalerfassungsmodule an einem Busmastermodul betreiben, womit sich
folglich bei Vollausbau bis zu 90 Einzelströme je Auswertereinheit 32 erfassen
lassen.
-
Das
Signalerfassungsmodul umfasst im Wesentlichen elektrische Messbrücken
für die Stromsensoren 28, eine Analog-Digital-Wandlung
der erfassten Messsignale, eine Analyse und Überwachung
der Messsignale auf Fehlerbilder, die Erzeugung von Auswertedaten
aus den Messsignalen zur Weiterverarbeitung und eine Kommunikationsschnittstelle
zum Busmastermodul.
-
Die
Messsignale werden in dem hierin beschriebenen Ausführungsbeispiel
für jeden Signaleingang mit einer möglichst hohen
Abtastrate erfasst, besonders bevorzugt mit einer Abtastrate von
etwa 1000 Hz. Da eine solch große Datenmenge der Messsignale
von einer nachgelagerten Datenverarbeitungseinrichtung nicht verarbeitet
werden kann, erfolgt bereits eine Vorverarbeitung und Analyse der Messsignale
in der Auswerteeinheit 32 selbst. Als Ergebnis dieser Analyse
erzeugt die Auswerteeinheit 32 den Messsignalen zugeordnete
Auswertedaten.
-
Die
Datenvorverarbeitung und Analyse umfasst in dem hierin beschriebenen
Ausführungsbeispiel im Wesentlichen die folgenden Punkte:
- – Mittelwertbildung mit Min- und Max-Werterfassung über
einen Zeitraum von bevorzugt 1 Sekunde. Diese Mittelwertbildung
erfolgt mit einer reduzierten Abtastrate von etwa 100 Hz, so dass
der Mittelwert auf ca. 100 Messwerten basiert, die in dem Erfassungszeitraum
erfasst werden.
- – Berechnung der Standardabweichung der erfassten Messwerte
- – Fehlererkennung „Strom zu hoch”
Die
Auswerteeinheit 32 erhält von einer zentralen Steuereinrichtung
der Galvanisieranlage eine Obergrenze für die Stromüberwachung.
Bei einer Überschreitung der Obergrenze generiert die Auswerteinheit 32 einen
Alarm und überträgt diesen bei der nächsten
Datenübermittlung (maximal nach einer Sekunde) an die Steuereinrichtung
der Galvanisieranlage. Diese Fehlererkennung basiert auf einer Abtastrate
von ca. 1000 Hz.
- – Fehlererkennung „Strom zu tief”
Die
Auswerteeinheit 32 erhält von einer zentralen Steuereinrichtung
der Galvanisieranlage eine Untergrenze für die Stromüberwachung.
Bei einer Unterschreitung der Untergrenze generiert die Auswerteinheit 32 einen
Alarm und überträgt diesen bei der nächsten
Datenübermittlung (maximal nach einer Sekunde) an die Steuereinrichtung
der Galvanisieranlage. Diese Fehlererkennung basiert auf einer Abtastrate
von ca. 1000 Hz.
- – Fehlererkennung „Stromunterbrechung”
Die
Auswerteeinheit 32 erhält von einer zentralen Steuereinrichtung
der Galvanisieranlage eine Untergrenze und eine Zeitdauer für
die Überwachung einer Stromunterbrechung. Bei einer Unterschreitung
der Untergrenze über die vorgegebene Zeitdauer hinaus,
generiert die Auswerteeinheit 32 einen Alarm und überträgt
diesen bei der nächsten Datenübermittlung (maximal
nach einer Sekunde) an die Steuereinrichtung der Galvani sieranlage.
Diese Fehlererkennung basiert auf einer Abtastrate von ca. 1000
Hz.
-
Das
Busmastermodul hat in der Auswerteeinheit 32 die Aufgabe,
die Daten der Signalerfassungsmodule einem genormten Kommunikationssystem
zur Verfügung zu stellen. Die Datenübertragung
erfolgt in dem hierin beschriebenen Ausführungsbeispiel
bevorzugt über den Profinet-Standard. Die Daten aus den
Signalerfassungsmodulen werden über das Bussystem an das
Busmastermodul übertragen. Das verwendete Bussystem garantiert auch
bei Vollausbau eine Buszykluszeit von maximal einer Sekunde für
alle Busteilnehmer, so dass alle Daten alter angeschlossenen Busteilnehmer
wenigstens einem pro Sekunde an das Busmastermodul übertragen
werden können. Ferner können über das Bussystem
verschiedene Parameter, beispielsweise Überwachungsparameter,
an die Signalerfassungsmodule übertragen werden.
-
Die
Datenübertragung von dem Busmastermodul der Auswerteeinheit 32 an
die zentrale Steuereinrichtung der Galvanisieranlage erfolgt bevorzugt drahtlos
mittels des in dem Gehäuse der Auswerteeinheit 32 untergebrachten
Datenkommunikationsmoduls. Wahlweise kann die Datenübertragung
die Übermittlung von Messwerten der in den Signalerfassungsmodulen
erfassten Messsignale und/oder von Auswertedaten umfassen. Die drahtlose
Datenübertragung kann beispielsweise über allgemein
bekannte Drahtlosverbindungen, insbesondere Standardfunkverbindungen,
erfolgen. Besonders bevorzugt eignet sich hierfür beispielsweise
eine WLAN-Funkverbindung. Für die drahtlose Datenübertragung
ist außerhalb des Gehäuses der Auswerteeinheit 32 eine
Antenne 33 vorgesehen, wie in den 1 bis 3 dargestellt
ist.
-
Die
Stromversorgung für die Auswerteeinheit 32 sowie
der darin enthaltenen elektronischen Komponenten und der Stromsensoren 28 kann
bei geringer elektrischer Leistungsaufnahme über die Stromversorgung
der Gleichstromquelle 40 (Gleichrichter) erfolgen, falls
die zur Stromversorgung benötigte Leistung im Vergleich
zu der von der Gleichstromquelle 40 abgegebenen Leistung
vernachlässigbar ist. Beispielsweise ist dies bei einer
elektrischen Leistungsaufnahme von etwa 25 Watt und einer Gleichstromquellenleistung
von 5000 Watt der Fall.
-
In
dem Fall, dass kleine Gleichstromquellen (Gleichrichter) zum Einsatz
kommen und die elektrische Leistungsaufnahme der auf dem Warenträger 22 zu
versorgenden Komponenten nicht vernachlässigt werden kann,
ist eine separate Zuleitung über einen beispielsweise zweipoligen
Wannenrandkontakt möglich.
-
Alternativ
kann ein Akkumulator den Stromsensor 28 und die Auswerteeinheit 32 mit
elektrischer Energie versorgen.
-
Die
Auswerteeinheit 32 verfügt über ein spezielles
Energiemanagement. Drei Betriebsarten werden hierbei unterschieden:
- – Produktionsbetrieb
Der Warenträger 22 liegt
auf dem Galvanisierbad 20 auf und es wird Metall abgeschieden.
Die Gleichstromquelle 40 (Gleichrichter) ist aktiv und die
Stromversorgung erfolgt über die Einspeisung der Gleichstromquelle 40.
Die Auswerteeinheit 32 ist in dieser Betriebsphase mit
allen Funktionen verfügbar. Ein Akkumulator wird hierbei
aufgeladen. Diese Betriebsphase ist zeitlich nicht beschränkt.
- – Transportbetrieb
Der Warenträger 22 wird
im Anlagenbereich transportiert. Die Spannungsversorgung erfolgt dann über
einen Akkumulator. Die Kommunikation zu der Auswerteeinheit 32 ist
aktiv, wohingegen das Meßsystem abgeschaltet ist. Dieser
Betriebszustand wird für den Warenträgeraustausch oder
bei längeren Anlagenstörungen benötigt.
- – Speicherbetrieb
Der Warenträger 22 wird
im Anlagenbereich abgelegt und längere Zeit nicht verwendet.
Die Spannungsversorgung erfolgt dann über einen Akkumulator.
Die Kommunikation zu der Auswerteeinheit 32 ist deaktiviert.
Dieser Betriebszustand wird bei dem Austausch von Warenträgern,
die selten benötigt werden, benötigt. Ab einer
sehr langen Lagerzeit, beispielsweise über 100 Stunden,
muss der Warenträger 22 auf einer Ladestation
wieder aktiviert werden. Da Warenträger nach einer langen
Stillstandszeit in der Regel gereinigt werden, kann diese Aktivierung
auf einer Reini gungsstation oder einem speziellen Speicherplatz mit
Stromeinspeisung erfolgen.
-
Die
Verbindung von der Steuereinrichtung der Galvanisieranlage zu den
Auswertegeräten erfolgt über einen oder mehrere
WLAN-Access-Points. Bei großen Anlagen besteht die Möglichkeit,
mehrere Access Points einzusetzen und ein bekanntes Roaming-Verfahren
durchzuführen.
-
Die
Galvanisieranlagen sind zur Speicherung und Anzeige der Messwerte
und Störmeldungen mit einer Steuereinrichtung und/oder
einer separaten Datenverarbeitungseinrichtung ausgestattet, in der
die Messwerte und Störmeldungen aufgenommen und verarbeitet
werden. Die Datenverarbeitungseinrichtung stellt dem Anlagenbetreiber
bereits bei dem Galvanisiervorgang und auch später beim Entladen
der Warenträger die gespeicherten Daten zur Verfügung.
Die Datenverarbeitungseinrichtung verwaltet die für die
Fertigung relevanten Produktionsparameter, wie z. B. den Solleinzelstrom
der Objekte 24 und überträgt die Grenzwerte
zur Generierung der Stör-/Alarmmeldungen an die Auswerteeinheit 32 auf
dem Warenträger 22. Die über die Warenträger 22 erfassten
und zur Datenverarbeitungseinrichtung und/oder zur Steuereinrichtung übertragenen
Messwerte und/oder Auswertedaten werden gespeichert und dem Anlagenbetreiber
zur Verfügung gestellt. Somit stehen in der Steuereinrichtung
für jeden Warenträger 22 alle Messwerte
für jede Messstelle und alle Störmeldungen während
der Galvanisierbehandlung zur Verfügung. Die Daten können
unterschiedliche aufbereitet und dem Anlagenbetreiber angezeigt
werden.
-
Für
den Sonderfall, dass ein oder mehrere Objekte 24 keinen
Kontakt haben und der Summenstrom der Gleichstromquelle 40 sich
nun auf die verringerte Anzahl der Objekte 24 aufteilt,
ist eine Schichtdickenerhöhung die Folge. Die Datenverarbeitungseinrichtung
oder die Steuereinrichtung der Galvanisieranlage kann in diesem
Fall in den Regelungsprozess der Gleichstromquelle 40 eingreifen und
den Sollstrom entsprechend der Anzahl der ausgefallenen Objekte 24 reduzieren.
-
Das
hierin beschriebene Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Galvanisieranlage ist keineswegs einschränkend zu verstehen.
Verschiedene Abänderungen der bevorzugten Ausführungsform
sind für einen Fachmann offensichtlich und können
von diesem leicht hergestellt werden, ohne vom Schutzumfang der
vorliegenden Patentansprüche abzuweichen.
-
So
lassen sich mit der erfindungsgemäßen Galvanisieranlage
beispielsweise auch Objektgruppen, die auf einzelnen Gestellen an
einem Warenträger angebracht sind und über lediglich
eine Leitung mit Galvanisierstrom versorgt werden, überwachen. In
diesem Fall kann eine Aussage für die gesamte Gruppe, nicht
jedoch für ein einzelnes Objekt (Bauteil) getroffen werden.
-
Ferner
lassen sich die in der bevorzugten Ausführungsform verwendeten,
berührungs- und verlustfrei messenden Stromsensoren (Hall-Sensoren) beispielsweise
durch elektrische Shunts ersetzen.
-
Für
die drahtlose Datenübertragung von der Auswerteeinheit
zur Steuereinrichtung der Galvanisieranlage und/oder Datenverarbeitungseinrichtung lässt
sich neben einer WLAN-Funkverbindung zum Beispiel ebenfalls eine
auf Glasfaserkabel oder Infrarotlicht basierende Datenübertragung
realisieren.
-
Ferner
ist anstelle der drahtlosen Datenübertragung an die Steuereinrichtung
der Galvanisieranlage und/oder die separate Datenverarbeitungseinrichtung
auch eine digitale Übertragung der Daten mittels an dem
Wannenrand des Galvanisierbads angeordneter Kontaktstifte möglich.
-
Darüber
hinaus ist die Auswahl der in der Auswerteeinheit verwendeten Signalerfassungsmodule
und Busmastermodule nicht beschränkt, sofern die Module
in der Lage sind, die anfallende Datenmenge in einer vorgegebenen
Mindestzeitspanne zu verarbeiten. Ferner lässt sich der
in der bevorzugten Ausführungsform verwendete Profinet-Standard auch
durch andere Standards ersetzen, die die gleiche Funktionalität
bereitstellen, zum Beispiel DeviceNet-Standard.
-
- 20
- Galvanisierbad
- 22
- Warenträger
- 24
- Objekt
- 26
- Leitung
- 28
- Stromsensor
- 30
- Signalleitung
- 32
- Auswerteeinheit
- 33
- Antenne
- 34
- Warenträger-Stromsammelschiene
- 36
- Galvanisierbad-Stromsammelschiene
- 40
- Gleichstromquelle
- 42
- Deckplatte
- 44
- Bodenplatte
- 46
- Hall-Element
- 47
- Vergussmaterial
- 48
- Außenrohr
- 50
- Innenrohr
- 52
- Signalleitungsauslass
- 54
- Leitungsdurchgang
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 58174597
A [0002]
- - EP 0738894 B1 [0032]
- - US 5146156 [0032]