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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung von Schwingungszuständen eines Bandes einer Bandbehandlungsanlage, insbesondere einer Schmelztauchbeschichtungsanlage mit mindestens einem Sensor, Mitteln zur Übertragung der Messsignale des Sensors, einer Auswerteeinheit und Anzeigemitteln. Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Bandbehandlungsanlage, insbesondere einer Schmelztauchbeschichtungsanlage.
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Bandbehandlungsanlagen werden zur Oberflächenbehandlung von Bändern, insbesondere Stahlbändern, eingesetzt. Beispielsweise werden elektrolytische Bandbeschichtungsanlagen eingesetzt, um beispielsweise elektrolytisch verzinkte Stahlbänder herzustellen. Bei Schmelztauchbeschichtungsanlagen, welche ebenfalls für die Verzinkung von Stahlbändern eingesetzt werden, durchläuft das Band ein schmelzflüssiges Metallbad, so dass sich auf der Oberfläche des Bandes eine Legierungsschicht aus dem Grundwerkstoff des Bandes und dem schmelzflüssigen Beschichtungsmetall bildet. Bandbehandlungsanlagen weisen in der Regel eine Vielzahl an Rollen auf, über welche das Band geführt wird und unter Spannung gehalten wird. Sowohl bei der elektrolytischen Beschichtung von Bändern als auch bei der Schmelztauchbeschichtung von Bändern, insbesondere von Stahlbändern, führen Bandschwingungen zu Qualitätsproblemen hinsichtlich der Oberflächenbeschichtung. Bandschwingungen können beispielsweise durch defekte Rollen und ungleichmäßige Bänder ausgelöst werden. Allerdings können sie auch Folge von nicht aufeinander abgestimmten Fertigungsparametern der Bandbehandlungsanlage sein. Durch beide Faktoren erhöht sich der Verschleiß an den Lagern der eingesetzten Rollen, insbesondere solchen Rollen, die zur Aufrechthaltung der Spannung des Bandes zugbelastet sind. Die entsprechenden Rollen müssen daher frühzeitig ausgetauscht werden.
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Hierdurch entstehen erhöhte Kosten aufgrund von Ausfallzeiten der Bandbehandlungsanlage für den Austausch der Rollen. Diese Probleme betreffen insbesondere Rollen, welche, wie bei Schmelztaubeschichtungsanlagen, in einem Bad angeordnet sind und zur Bandführung verwendet werden, da sie per se Einflüssen des jeweiligen beispielsweise galvanischen/elektrolytischen Bades oder Schmelzebades ausgesetzt sind und damit bereits einem erhöhten Verschleiß unterliegen.
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Aus dem Stand der Technik ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 102 34 047 A1 ein Verfahren zur Erkennung von Fehlern und Ursachenzuordnung von periodischen Fehlern in qualitätsrelevanten Prozessgrößen in Walzwerken und Bandbehandlungsanlagen bekannt, bei welchem beispielsweise Walzendrehzahlen, Wickelumdrehungen aber auch Walzenradien, Übersetzungen und Dickenreduktionen gemessen werden, um Fehlerursachen zu ermitteln und den ermittelten Schwankungen zuzuordnen. Allerdings werden lediglich die Umdrehungsgeschwindigkeiten der einzelnen Wickel oder Walzen gemessen und einer Frequenzanalyse unterzogen. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2007 039 699 A1 ist dagegen ein Verfahren zum Überwachen von Schwingungspegelwerten einer Vorrichtung bekannt, wobei eine frequenzbandbezogene Schallüberwachung an einer oder mehrerer Mess-Positionen in Abhängigkeit des Betriebspunktes der überwachten Vorrichtung durchgeführt wird. Zur Überwachung der Schwingungszustände der Vorrichtung werden Beschleunigungssensoren eingesetzt.
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Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung von Schwingungszuständen eines Bandes einer Bandbehandlungsanlage, insbesondere einer Schmelztauchbeschichtungsanlage zur Verfügung zu stellen, mit welcher bzw. mit welchem der Schwingungszustand des zu behandelnden Bandes auf einfache Weise bestimmt werden kann und Maßnahmen gegen erhöhten Verschleiß und Qualitätsproblemen der Beschichtung eingeleitet werden können.
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Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die aufgezeigte Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Bestimmung von Schwingungszuständen eines Bandes einer Bandbehandlungsanlage, insbesondere einer Schmelztauchbeschichtungsanlage dadurch gelöst, dass mit dem mindestens einen Sensor die Schwingungen des Bandes in mindestens eine Raumrichtung erfassbar sind, über die Mittel zur Datenübertragung die Messsignale an die Auswerteeinheit übermittelbar sind und über die Anzeigemittel die ausgewerteten Messsignale angezeigt werden können.
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Es hat sich gezeigt, dass die direkte Messung und Darstellung der Schwingungen des Bandes in mindestens eine Raumrichtung, insbesondere in mindestens zwei Raumrichtungen, vorzugsweise in drei Raumrichtungen, besonders bevorzugt separat in den drei Raumrichtungen eine Möglichkeit bietet, Ursachen der Schwingungen zu ermitteln und Gegenmaßnahmen im Betrieb der Bandbehandlungsanlage bzw. Schmelztauchbeschichtungsanlage einzuleiten. Durch die Analyse der Schwingungen des Bandes in die vorzugsweise drei Raumrichtungen und den Möglichkeiten zur Einleitung von Gegenmaßnahmen, beispielsweise durch Änderung der Parameter der Bandbehandlungsanlage, beispielsweise der Band- oder Rollengeschwindigkeit, wird ermöglicht, Schwingungen entgegen zu wirken und damit einen vorzeitigen Verschleiß der Lager von Rollen entgegenzuwirken. Hierdurch werden gleichzeitig Qualitätsproblemen aufgrund zu starker Schwingungen des Bandes während der Beschichtung bzw. Behandlung des Bandes verhindert. Im Ergebnis kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf einfache Weise die Standzeit der in der Bandbeschichtungsanlage verwendeten Rollen, beispielsweise der Badrollen, deutlich verlängert werden und gleichzeitig eine Qualitätssteigerung in Bezug auf die Oberflächenbehandlung in der Bandbehandlungsanlage erzielt werden. Sollte eine Änderung des Schwingungszustandes des Bandes über optimierte Fertigungsparameter nicht möglich sein, kann die gemessene zu starke Schwingung auch zur Fehleranalyse herangezogen werden, um zu ermitteln, ob ein Rollendefekt vorliegt. Vorzugsweise ist ein Sensor vorgesehen, welcher kontinuierlich die Bandschwingungen in mindestens eine Raumrichtung, insbesondere in mindestens zwei Raumrichtungen, vorzugsweise in drei Raumrichtungen misst, so dass ein sofortiger Eingriff ermöglicht wird.
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Gemäß einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist mindestens ein Beschleunigungssensor vorgesehen, mit welchem die Beschleunigung mindestens eines Bandanlagenmittels, beispielsweise einer mit dem Band in Kontakt stehenden Rolle und/oder eines mit dem Band indirekt in Kontakt stehenden Ofenrüssels, der Bandbehandlungsanlage in mindestens eine Raumrichtung, insbesondere in mindestens zwei Raumrichtungen, vorzugsweise in drei Raumrichtungen, besonders bevorzugt separat in drei Raumrichtungen messbar ist. Es hat sich gezeigt, dass die auf die Rollen der Bandbehandlungsanlage, beispielsweise auf die Bodenrolle einer Schmelztauchbeschichtungsanlage wirkenden Beschleunigungen den Schwingungszustand des Bandes abbilden und eine präzise Einleitung von Gegenmaßnahmen gegen zu starke Schwingungen ermöglichen. Die Schwingungen des Bandes werden auch durch die Metallschmelze auf den in das Bad hineinragenden Ofenrüssel, der verhindern soll, dass das heiße Band vor dem Eintauchen in die Metallschmelze mit Sauerstoff/Luft in Kontakt kommt, übertragen, so dass auch in diesem Fall eine präzise Einleitung von Gegenmaßnahmen gegen zu starke Schwingungen möglich ist. Es wurde beobachtet, dass insbesondere die Messung der Beschleunigung von Bandanlagenmitteln, beispielsweise eines Ofenrüssels einer Schmelztauchanlage, Hinweise auf das Vorhandensein von Oberflächenfehlern ermöglicht. Die vorzugsweise drei Raumrichtungen werden beispielsweise orthogonal zueinander gewählt, so dass diese getrennt analysiert werden können. Vorzugsweise können die Raumrichtungen durch die jeweilige Bandebene oder auch einfach orthogonal zueinander festgelegt sein. Eine weitere Möglichkeit besteht darin eine Raumrichtung in Axialrichtung der Rollen festzulegen und die anderen frei von dieser beispielsweise senkrecht und horizontal zum Boden zu wählen.
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Vorzugsweise sind vor allem die zugbelasteten Rollen einer Badbehandlungsanlage und/oder ein Ofenrüssel mit entsprechenden Sensoren ausgestattet, da hier die vom Band auf die Rolle ausgeübten Kräfte bzw. Beschleunigungen besonders groß und leicht messbar sind.
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Bevorzugt weist jede mit dem Band in Kontakt stehende Rolle der Bandbehandlungsanlage oder Schmelztauchbeschichtungsanlage einen Beschleunigungssensor auf. Hierdurch wird eine sehr präzise Überwachung des Bandzustandes ermöglicht.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist der mindestens eine Sensor eine Abtastrate von mindestens 500 Hz, vorzugsweise von mindestens 1000 Hz auf und umfasst optional einen Tiefpassfilter. Die für den Verschleiß der Lager und die Qualitätsprobleme identifizierten Schwingungen weisen Frequenzen von etwa 0 bis 250 Hz auf, so dass eine Abtastrate von mindestens 500 Hz, vorzugsweise von mindestens 1000 Hz vorgesehen ist, um die Schwingungen entsprechend gut auflösen zu können. Das so erstellte Signal wird optional über einen Tiefpassfilter derart gefiltert, dass nur Schwingungen von 0 bis etwa 250 Hz an die Auswerteeinheit weitergeleitet werden. Alle übrigen Signale werden über den Tiefpassfilter stark gedämpft. Es wurde festgestellt, dass die höherfrequenten Anteile oberhalb von mehr als 250 Hz nur eine geringe Rolle in Bezug auf die erzielte Oberflächenqualität mit der Behandlungsanlage spielen, so dass über den Tiefpassfilter eine Reduktion der Datenmenge erreicht werden kann.
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Um die Kommunikation mit der Auswerteeinheit über die Mittel zur Datenübertragung zu verbessern, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass der mindestens eine Sensor Mittel zur Erzeugung von Datenpaketen umfasst, welche an die Auswerteeinheit übermittelbar sind. Die Datenpakete enthalten vorzugsweise eine Anzahl von Messwerten, welche einer Zweier-Potenz entspricht. Beispielsweise können die Messwerte zur Auswertung in Datenpakete mit 2048, 4096 oder 8192 Messwerten zusammengefasst werden, um auf einfache Weise digital in der Auswerteeinheit ausgewertet werden zu können. Durch die Erstellung und Übermittlung von Datenpaketen der Messsignale des Sensors an die Auswerteeinheit wird die Sicherheit der Datenübertragung von Sensor an die Auswerteeinheit deutlich vergrößert und der Datenverkehr zur Auswerteeinheit verringert.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst die Auswerteeinheit Mittel zur Fast-Fourier-(FFT)-Analyse, über welche eine Aufteilung der Messsignale oder Datenpakete in eine Mehrzahl an Frequenzbänder und deren Amplituden durchführbar ist. Über die FFT-Analyse besteht die Möglichkeit, die in mindestens eine Raumrichtung, insbesondere in mindestens zwei Raumrichtungen, vorzugsweise in drei Raumrichtungen ermittelten Beschleunigungswerte in den Frequenzraum zu transformieren und auf einfache Weise in Bezug auf die Frequenz und deren Amplitude auszuwerten. Damit lässt sich, beispielsweise für jede einzelne Rolle der Bandbehandlungsanlage, der Schwingungszustand des Bandes eindeutig charakterisieren. Vorzugsweise werden die tiefpassgefilterten Messsignale in drei bis acht Frequenzbänder unterteilt, wobei die Aufteilung der Frequenzbänder beliebig ist und beispielsweise für niedrigere Frequenzen eine feinere Einteilung verwendet wird als für höhere Frequenzen. Dies hat seine Ursache darin, dass insbesondere die niedrigeren Frequenzen, beispielsweise unterhalb von 10 Hz, einen größeren Einfluss auf die Bandqualität besitzen als höherfrequente Schwingungen. Um die Schwingungszustände des Bandes trotz der unterschiedlichen und gleichzeitig auftretenden Frequenzen vergleichen zu können, ist vorzugsweise gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung unter Verwendung der Auswerteeinheit eine Schwingungskenngröße für den Schwingungszustand des Bandes erzeugbar. Eine frequenznormierte Schwingungskenngröße kann beispielsweise dadurch erzielt werden, in dem die in den Frequenzbändern ermittelte, jeweilige Maximalamplitude und die zugehörige Frequenz bestimmt wird und anschließend die Maximalamplitude mit dem Quadrat der ermittelten Frequenz dividiert wird. Hierdurch wird eine Kennzahl ermittelt, welche die Amplitude der Schwingung frequenznormiert angibt und insofern eine einfache Kenngröße angibt, die die Schwingung des Bandes in die drei Raumrichtungen beschreibt. Diese Schwinungskenngröße macht sich zu Nutze, dass die Amplitude einer Bandschwingung beim Zugrundelegen eines mechanischen Modells umgekehrt proportional zum Quadrat der Frequenz der Schwingung ist. Über die Anzeigeeinheit der Vorrichtung kann die Kenngröße der Schwingungszustände des Bandes auf einfache Weise einem Bediener grafisch angezeigt werden, beispielsweise in Form von Balken oder Zahlenwerten. Die frequenznormierten Kenngrößen der verschiedenen Frequenzbänder können auch pro Raumrichtung addiert und zu einer Gesamtschwingungskenngröße zusammen geführt werden. Es ist aber auch denkbar, eine andere frequenznormierte Kenngröße zu verwenden.
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Beispielsweise kann eine vereinfachte Schwingungskenngröße durch die Einteilung in Frequenzbänder und die gemessenen Beschleunigungsamplituden beispielsweise über Gewichtungsfaktoren ermittelt werden, so dass auch hier eine Summenbildung der gewichteten Beschleunigungen pro Raumrichtung zu einem Gesamtschwingungskennwert pro Raumrichtung ermöglicht wird. Die unterschiedlichen Schwingungskenngrößen in den verschiedenen Raumrichtungen der verschiedenen an der Bandbehandlungsanlage beteiligten Bandanlagensmittel, wie beispielsweise Ofenrüssel und/oder Bandrolle, können zur Änderung der Parameter der Bandbehandlungsanlage herangezogen werden und zu einer Qualitätsverbesserung der Bandbehandlung genutzt werden.
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Gemäß einer weiteren Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben einer Bandbehandlungsanlage, insbesondere einer Schmelztauchbeschichtungsanlage gelöst, wobei die von mindestens einem Sensor in mindestens eine Raumrichtung, insbesondere in mindestens zwei Raumrichtungen, vorzugsweise in drei Raumrichtungen erfassten Schwingungen des Bandes gemessen werden, die Messsignale des mindestens einen Sensors unter Verwendung von Datenübertragungsmitteln an eine Auswerteinheit übertragen werden, unter Verwendung der Auswerteeinheit ausgewertet, unter Verwendung von Anzeigemitteln angezeigt werden und Parameter der Bandbehandlungsanlage zumindest teilweise abhängig vom ermittelten Schwingungszustand des Bandes derart eingestellt werden, dass die gemessenen Schwingungen in ihrer Amplitude vorbestimmte Grenzwerte einhalten.
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Bevorzugt werden die Schwingungen der drei Raumrichtungen separat angezeigt, so dass eine einfache Analyse des Schwingungszustandes möglich ist.
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Es hat sich herausgestellt, dass durch die Erfassung der Schwingungen des Bandes besonders bevorzugt separat in drei Raumrichtungen es möglich ist, über Veränderungen von Parametern der Bandbehandlungsanlage, beispielsweise der Bandgeschwindigkeit, des Bandzuges etc. die Schwingungen derart zu beeinflussen, dass ihre Auswirkungen auf die Qualität der Bandbehandlung, beispielsweise der Oberflächenbeschichtung, reduziert werden. Daneben kann auch ein verringerter Verschleiß in den Lagern der mit dem Band in Kontakt stehenden Rollen der Bandbehandlungsanlage erreicht werden. Die Standzeit der Rollen der Bandbehandlungsanlagen kann dadurch deutlich verlängert werden und Ausfallzeiten der Bandbehandlungsanlage reduziert werden. Insbesondere bei Schmelztauchbeschichtungsanlagen trifft dies auf die in den Metallschmelzen angeordneten Badrollen zu, welche bereits durch die Anwesenheit der Metallschmelzen einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt sind.
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Wird gemäß einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens mit dem mindestens einen Sensor zur Schwingungsmessung die Beschleunigung mindestens eines Bandanlagenmittels, beispielsweise einer mit dem Band in Kontakt stehenden Rolle, insbesondere einer Badrolle, und/oder einem mit dem Band indirekt in Kontakt stehenden Ofenrüssel gemessen, steht eine einfache Möglichkeit zur Verfügung den Schwingungszustand eines Bandes in mindestens eine Raumrichtung, insbesondere in mindestens zwei Raumrichtungen, vorzugsweise in alle drei Raumrichtungen messen zu können.
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Werden gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens die Messsignale durch den Sensor mit einer Abtastrate von mindestens 500 Hz, vorzugsweise von mindestens 1000 Hz ermittelt und optional über einen Tiefpassfilter gefiltert, können mit ausreichender Genauigkeit die Schwingungszustände des Bandes in alle drei Raumrichtungen separat gemessen und analysiert werden. Über den Tiefpassfilter werden die nicht relevanten höherfrequenten Signale ausgefiltert, so dass eine Analyse lediglich die relevanten Frequenzanteile von etwa 0 Hz bis 250 Hz durchgeführt werden kann. Durch den Tiefpassfilter wird insbesondere auch das Datenvolumen, welches an die Auswerteinheit übermittelt wird, reduziert.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung werden die Messsignale in Datenpakete zusammengefasst, so dass der Datentransfer zwischen Sensor und Auswerteeinheit reduziert wird. Darüber hinaus wird die Übertragungssicherheit der Daten bei einer Übertragung in Datenpaketen deutlich verbessert. Die Datenpakete enthalten eine vorbestimmte Anzahl von Messungen, welche bevorzugt einer Zwei-Potenz entspricht, vorzugsweise enthalten diese 2084, 4096 oder 8192 Messwerte. Hierdurch wird die Auswertung der Datenpakete erleichtert.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden unter Verwendung der Auswerteeinheit die Messsignale oder Datenpakete einer Fast-Fourier-(FFT-)Analyse zur Unterteilung der Messsignale in mehrere Frequenzbänder unterzogen. Diese Frequenzanalyse ermöglicht die Ermittlung der zugehörigen Amplituden zu den Frequenzen, so dass auf einfache Weise ermittelt werden kann, welche Schwingungsfrequenzen mit maximaler Amplitude auftreten. Die Fast-Fourier-(FFT-)Analyse stellt eine einfache Möglichkeit dar, die ermittelten Messsignale in den Frequenzraum zu transformieren und Frequenzen und deren Amplituden zu analysieren. Insbesondere Gegenmaßnahmen, beispielsweise die Änderung von Parametern der Bandbehandlungsanlage, werden hierdurch unmittelbar sichtbar.
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Bevorzugt werden kontinuierliche Messungen der Schwingungen des Bandes unter Verwendung der genannten Sensoren durchgeführt, um zu jedem Zeitpunkt den Schwingungszustand des Bandes ermitteln und darstellen zu können.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird unter Verwendung der Auswerteeinheit eine frequenznormierte Schwingungskenngröße ermittelt, welche beispielsweise dadurch berechnet werden kann, dass die maximale Amplitude in einem Frequenzband ermittelt wird, die zugehörige Frequenz bestimmt wird und die Maximalamplitude mit dem Quadrat der zugehörigen Frequenz dividiert wird. Dadurch dass, wie bereits ausgeführt, die Amplitude der Schwingungen umgekehrt proportional zur Frequenz der Schwingung ist, kann anhand dieser Auswertung eine einfache Schwingungskenngröße ermittelt werden, welche Auskunft über eine zu starke Schwingung in einem bestimmten Frequenzbereich gibt. Insbesondere können hierdurch Resonanzen und Überhöhungen der Amplitude auf einfache Weise festgestellt werden.
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Wie bereits ausgeführt können für jede Raumrichtung dann die in den Frequenzbändern gemessenen Beschleunigungsamplituden durch Gewichtungsfaktoren gewichtet und anschließend zu einer für jede Raumrichtung bestimmbaren Gesamtschwingungskenngröße addiert zu werden.
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Schließlich wird vorzugsweise der Schwingungszustand des Bandes durch Darstellung der Schwingungskenngröße unter Verwendung der Anzeigeeinheit angezeigt, wobei ein Unter- und/oder Überschreiten eines vorbestimmten Wertes einer Schwingungskenngröße optisch und/oder akustisch signalisiert wird. Die Darstellung der aktuellen Schwingungskenngröße kann beispielsweise durch ein Balkendiagramm, durch eine einfache Zahl aber auch durch diverse andere grafische Darstellungselemente durchgeführt werden. Insbesondere eine optische oder akustische Signalisierung durch eine Warnleuchte kann beispielsweise auf einfache Weise einem Bediener einer Bandbehandlungsanlage schnell Informationen in Bezug auf den Schwingungszustand des Bandes und damit auch die Bandbehandlungsqualität geben. Damit kann der Bediener aber auch unmittelbar in den Prozess der Bandbehandlung positiv durch Reduzierung der Schwingungen eingreifen. Ein verringerter Verschleiß der in der Bandbehandlungsanlage vorhandenen Rollen und deren Lager ist die Folge. Gleichzeitig wird die Qualität der Bandbehandlung deutlich verbessert.
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Die Festlegung der Grenzwerte bzw. des vorbestimmten Wertes der Schwingungskenngröße ist abhängig vom Produkt, der Fertigungsanlage sowie der gewünschten Oberflächenqualität. Diese können daher beliebig eingestellt und während des Bandbehandlungsprozesses angepasst werden.
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Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in
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1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Bestimmung von Schwingungszuständen eines Bandes einer Bandbehandlungsanlage in einem Blockdiagramm,
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2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Bestimmung von Schwingungszuständen eines Bandes einer Bandbehandlungsanlage ebenfalls als Blockdiagram sowie
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3 eine schematische Schnittansicht des Schmelzbads einer Schmelztauchbeschichtungsanlage.
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In 1 ist zunächst in einem Blockdiagramm eine Vorrichtung zur Bestimmung von Schwingungszuständen eines Bandes einer Bandbeschichtungsanlage dargestellt, welche einen Sensor 1 aufweist, der die Schwingungen eines Bandes besonders bevorzugt in drei separate Raumrichtungen messen kann. Zur Übertragung der Messsignale sind hier mit einem Pfeil die Mittel 2 zur Übertragung des Messsignals des Sensors 1 an eine Auswerteeinheit 3 dargestellt. Die Auswerteeinheit 3 wertet die ermittelten Messsignale aus und stellt sie der Anzeigeeinheit 4 zur Verfügung, welche diese anzeigt. Zur Messung der Schwingung des Bandes bevorzugt in drei Raumrichtungen kann vorzugsweise ein Beschleunigungssensor 5 verwendet werden, welcher vorzugsweise die Beschleunigung mindestens einer mit dem Band in Kontakt stehenden Rolle misst. Die ermittelten Beschleunigungswerte in alle drei Raumrichtungen können einem beispielsweise im Sensor vorgesehen Tiefpassfilter 6 zugeführt werden, welcher die hochfrequenten Anteile oberhalb von etwa 250 Hz stark dämpft bzw. abschneidet. Der Tiefpassfilter 6 kann aber auch extern als eigenständiges Bauteil vorgesehen sein.
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Der Sensor 5 erfasst vorzugsweise die Schwingungen der mit dem Band in Kontakt stehenden Rolle, beispielsweise einer Bodenrolle einer Schmelztauchbeschichtungsanlage, mit einer Abtastrate von mindestens 500 Hz, vorzugsweise von mindestens 1000 Hz, so dass die für die Qualitätsprobleme und Lagerverschleiß relevanten Frequenzen der Schwingungen von 0 bis etwa 250 Hz noch sehr gut aufgelöst werden. Darüber hinaus umfasst der Sensor 1 vorzugsweise Mittel zur Erzeugung von Datenpaketen 7, um die gemessenen Messsignale paketweise an eine Auswerteeinheit 3 zu übermitteln. Die Auswerteeinheit 3 umfasst bevorzugt Mittel zur Durchführung einer FFT-Analyse, so dass eine Transformation der Messsignale in den Frequenzraum durchgeführt werden kann. Mit dieser Maßnahme können die Messung in den Frequenzraum transformiert werden in eine Mehrzahl an Frequenzbändern und deren Amplituden überführt werden. Hierdurch wird die Analyse der Messsignale deutlich erleichtert.
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Es zeigt sich, dass spezifische Frequenzen bei unterschiedlichen Ursachen unterschiedlich stark hervorgehoben werden. Um die Analyse der ermittelten Messsignale in alle drei Raumrichtungen weiter zu vereinfachen, wird gemäß des Ausführungsbeispiels eine frequenznormierte Kenngröße für den Schwingungszustand durch die Auswerteeinheit
3 ermittelt. Vorzugsweise werden alle Raumrichtungen getrennt analysiert, um die Ursache der Schwingungen leichter ermitteln zu können. Das bedeutet auch, dass vorzugsweise für alle Raumrichtungen separat eine Schwingungskenngröße ermittelt wird, welche frequenznormiert sein kann. Setzt man eine elastische, mechanische Schwingung voraus, kann ausgenutzt werden, dass die Amplitude der Schwingungen umgekehrt proportional zum Quadrat deren Frequenz ist. Dividiert man die maximale Amplitude der Frequenz in einem Frequenzband mit dem Quadrat der zugehörigen Frequenz kann eine frequenznormierte Schwingungskenngröße auf einfache Weise bereitgestellt werden. Eine einfache für das jeweilige Frequenzband normierte Schwingungskenngröße kann beispielsweise auch über einen für jedes Frequenzband spezifischen Faktor berechnet werden, so dass eine Gesamtschwingungskenngröße pro Raumrichtung ermittelt und dem Bediener angezeigt werden kann. Beispielsweise können folgende Frequenzbänder bis 100 Hz mit Gewichtungsfaktoren festgelegt wird:
| Frequenzband Hz | Faktor |
| 0–1,5 | 10 |
| 1,51–5 | 5 |
| 5,01–10 | 2,5 |
| 10,01–20 | 0,5 |
| 20,01–40 | 0,15 |
| 40,01–100 | 0,01 |
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Denkbar ist natürlich auch eine andere Einteilung der Frequenzbänder und Gewichtungsfaktoren.
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In jede der drei Raumrichtungen, also beispielsweise quer zur Bandbewegung sowie in der Senkrechten und Horizontalen können die gewichteten Schwingungskenngrößen addiert und dem Bediener als Maß für die Oberflächenqualität angezeigt werden.
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Im Ergebnis bleibt für den Bediener eine Schwingungskenngröße, welche in Abhängigkeit der gewünschten Qualität, des verarbeiteten Produkts aber auch der Fertigungsanlage zudem auch derart bestimmt werden kann, dass der Bandbehandlungsprozess mit der gewünschten Qualität erfolgt bzw. der angestrebte verringerte Lagerverschleiß der Bandrollen erzielt wird. Beispielsweise kann vorbeugend auf Lagerverschleiß durch zu starke Schwingungen durch Änderung von Verfahrensparameter der Bandbehandlungsanlage Einfluss genommen werden. Hierzu wird die Schwingungskenngröße in der Anzeigeeinheit 4 dargestellt und nach Änderung der Verfahrensparameter wie Bandzug oder Bandgeschwindigkeit beobachtet. Bevorzugt werden die Schwingungskenngrößen aller drei Raumrichtungen separat angezeigt, so dass eine vollständige Analyse des Schwingungszustandes optisch möglich ist.
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Oberflächenbeschichtungsfehler können beispielsweise durch Verringerung der Schwingungen des Ofenrüssels 13 einer Tauschschmelzbeschichtungsanlage verringert werden.
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Vorzugsweise kann eine Darstellung der Schwingungskenngröße optisch und/oder akustisch erfolgen, beispielsweise wenn ein vorbestimmter Grenzwert der Schwingungskenngröße über- und/oder unterschritten wird, so dass ein Alarmsignal an den Bediener übermittelt werden kann.
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2 zeigt nun ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Bestimmung von Schwingungszuständen eines Bands einer Schmelztauchbeschichtungsanlage in einem einfachen Blockdiagramm. Das Blockdiagramm zeigt zunächst die beiden Sensoren 8 und 9, welche jeweils die Beschleunigung in drei Raumrichtungen einer Bodenrolle bzw. einer Stabilisierungsrolle messen. Sowohl die Stabilisierungsrolle wie auch die Bodenrolle sind zugbelastet, wie später in 3 gezeigt wird. Durch die Zugbelastung treten an der Bodenrolle sowie an der Stabilisierungsrolle Schwingungen auf, welche durch die Bandschwingungen hervorgerufen werden. Die Schwingungen führen zu Beschleunigungen der entsprechenden Rollen, welche durch Sensoren 8, 9 gemessen werden können. Die Messdaten werden beispielsweise an einen Verstärker 10 geleitet, wo sie zunächst verstärkt, tiefpassgefiltert und in Datenpakete umgewandelt werden. Es ist aber auch denkbar, dass der Sensor 8 oder 9 Datenpakete erzeugt und an die Auswerteeinheit übermittelt.
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Die Auswerteeinheit 3 wertet die vom Verstärker 10 gesandten Datenpakete aus und übermittelt an die Anzeigeeinheit 4 beispielsweise für jede Rumrichtung eine frequenznormierte Kenngröße für den Schwingungszustand des Bandes. Die Anzeigeeinheit 4 kann beispielsweise an der Bandbehandlungsanlage selbst, also beispielsweise an der Schmelztauchbeschichtungsanlage angeordnet sein und ihre Daten wiederum an einen Hauptleitstand weiterleiten. Dargestellt werden in der Anzeigeeinheit 4 oder im Hauptleitstand 11 die Schwingungskenngrößen separat für drei Raumrichtungen, so dass die Schwingungsrichtungen für alle drei Raumrichtungen separat analysiert und bewertet werden können. Hierdurch wird ermöglicht, frühzeitig auf unerwünschte Schwingungszustände des verarbeiteten Bandes zu reagieren und gegebenenfalls über Parameteränderungen, beispielsweise die Zugspannung oder Durchlaufgeschwindigkeiten, eine Schwingungsdämpfung und damit eine Verbesserung der Oberflächenqualität der Bandbehandlung zu erzielen.
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3 zeigt in einer schematischen Schnittansicht das Schmelztauchbad einer Schmelztauchbeschichtungsanlage für die Düsenverzinkung. Das Stahlband 12 wird über ein Bandanlagenmittel 13, insbesondere über einen Ofenrüssel 13 einer Bodenrolle 14 zugeführt, die im flüssigen Metallschmelzebad abgeordnet ist und an dieser umgelenkt. Die Stabilisierungsrolle 15 wird verwendet, um auch beim Ausführen des Bandes aus dem Schmelzebad eine vorgegebene Spannung des Stahlbandes 12 aufrechtzuerhalten. Über Abstreifdüsen 16 wird die Beschichtungsdicke eingestellt. Es wird deutlich, dass eine Änderung des Abstandes des Stahlbandes zu den Abstreifdüsen, beispielsweise durch Schwingungen, unmittelbar zu Beschichtungsproblemen führen kann.
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Um den Beschichtungsprozess zu optimieren, weisen sowohl der Ofenrüssel 13, die Bodenrolle 14 als auch die Stabilisierungsrolle 15 jeweils einen Beschleunigungssensoren 8, 9, 17 auf. Eine Analyse der Beschleunigungswerte in drei Raumrichtungen der genannten mit dem Band und/oder indirekt in Kontakt stehenden Bandanlagenmittel ermöglicht es, den Schwingungszustand des Bandes festzustellen und damit eine Aussage über die Qualität der Beschichtung der Bänder zu treffen. Es ist leicht vorstellbar, dass im Falle der dargestellten Schmelztauchbeschichtungsanlage eine Schwingung des Bandes den Abstand zu den Abstreifdüsen 16 temporär verändert und damit zu Beschichtungsschwankungen führen kann. Durch die kontinuierliche Analyse des Schwingungszustandes des Bandes, beispielsweise im Schmelztauchbad, können unerwünschte Schwingungszustände des Bandes reduziert und im besten Fall unterdrückt werden. Eine verlängerte Standzeit der Rollen sowie ein verbesserter Beschichtungsprozess ist die Folge.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10234047 A1 [0004]
- DE 102007039699 A1 [0004]
