DE102020120238A1

DE102020120238A1 - Vorrichtung zur induktiven Messung von Kantenpositionen eines Metallbandes

Info

Publication number: DE102020120238A1
Application number: DE102020120238.5A
Authority: DE
Inventors: Steffen Dombrowski; Hubert Schwan; Marco KWIATKOWSKI
Original assignee: EMG Automation GmbH
Current assignee: EMG Automation GmbH
Priority date: 2020-07-31
Filing date: 2020-07-31
Publication date: 2022-02-03
Also published as: CN114061422A

Abstract

Vorrichtung (10) zur induktiven Messung der Kanten und/oder der Lage eines Metallbandes (1) bei einer Bandkantenerfassung, insbesondere im Hochtemperaturbereich bis zu 800° C bei Feuerbeschichtungsanlagen in Herstellungsprozessen von Metallbändern (1) mit flüssigen Metallbädern, Heizöfen oder Temperierungsanlagen, wobei auf einer Seite einer Bandkante (11) wenigstens eine von einer Wechselspannung gespeiste Primärspule (2) als Sender und auf der anderen Seite der Bandkante (11) wenigstens eine Sekundärspule (3) als Empfänger angeordnet ist, mit einer Erregerschaltung zum Einspeisen von Wechselspannung in die Primärspule (2) und mit einer Detektorschaltung zum Bestimmen der in der Sekundärspule (3) durch den Kopplungseffekt mit der Primärspule (2) induzierten Spannung, wobei die Vorrichtung (10) eine im Wesentlichen U-Form mit einer Verbindungsplatte (7) zwischen den Spulen (2, 3) zum teilweisen Umgreifen der Bandkanten (11) des Metallbandes (1) aufweist, wobei die Spulen (2, 3) jeweils an Außenseiten von Bandkanten (11) des Metallbandes (1) miteinander gekoppelt angeordnet sind und dass die Spulen (2, 3) aus mit Dickschichttechnik auf hochtemperaturbeständigem Material über Siebdruck, Lasern oder eine Dispersion als Trägerelementen (4) aufgebrachten Leiterbahnen (13) gebildet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur induktiven Messung und Erfassung der Kanten und Lage eines Metallbandes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Vorrichtungen dienen der Kantenerfassung von Metallbändern in Produktionsanlagen. Bei Anlagen für die Herstellung von Metallblechen oder Metallbändern werden zur Messung der Lage und Position des Metallbandes innerhalb von Feuerbeschichtungsanlagen oder ähnlichen Bearbeitungsanlagen herkömmlicherweise Sensoren verwendet, welche die Position und Lage des Metallbandes im laufenden Herstellungsprozess ermitteln. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf solch eine Vorrichtung zur Messung der Lage des Metallbandes bzw. der Bandkanten in derartigen Herstellungsanlagen für Metallbänder, bei welcher die Bestimmung der Position einer Bandkante des Metallbandes gezielt feststellbar ist, um die angeschlossenen Komponenten nachzuregeln oder um die Bandlaufregelung zu verbessern. Die Erfindung der vorliegenden Anmeldung bezieht sich insbesondere auf solche induktiven Messvorrichtungen, mittels welchen die Kante des zu überwachenden Metallbandes auch bei verschiedenen extremen Betriebsbedingungen und insbesondere auch bei sehr hohen Temperaturen im Metallbearbeitungsprozess sicher und genau erfasst werden kann.
In der Vergangenheit wurden hierzu im Stand der Technik verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Messung der Lage und Kanten derartiger Metallbänder im Herstellungsprozess vorgeschlagen. Aus EP 0 945 381 B1 ist beispielsweise eine Vorrichtung zur induktiven Messung der Lage des Metallbandes bekannt, bei welcher mittels einer als Sender dienenden Primärspule und einer gegenüberliegend angeordneten und als Empfänger dienenden Sekundärspule mit einem induktiven Messverfahren die Mittenlage und Position des Metallbandes für eine Bandlaufregelung erfasst wird. Die Primärspule und die Sekundärspule dieser bekannten Vorrichtung weisen eine Rechteckform oder Trapezform auf und befinden sich weitestgehend über bzw. unter der Fläche des Metallbandes, also auch in einem Mittenbereich, um eine Bandlaufregeleinrichtung zum Nachstellen der Position des Metallbandes im Herstellungsprozess zu ermöglichen. Diese bekannte Vorrichtung besteht aus Spulen in Form von auf Leiterplatten gedruckten rechteckigen Spulen oder in Form von mittels Laserstrahl aus einem Blech ausgeschnittenen Spulen. Diese Vorrichtung hat sich für die Regelung des Bandlaufs von Metallbändern bei den meisten Anwendungen bewährt. Nachteilig ist jedoch, dass mit solchen bekannten induktiven Messvorrichtungen eine gezielte und genaue Erfassung von Bandkanten insbesondere an Bereichen mit höheren Temperaturen nicht ohne weiteres möglich ist. Die Sekundär- und Primärspulen müssen aufgrund des gedruckten Materials, z. B. FR4-Material, einen gewissen Abstand zu temperaturkritischen Bereichen, wie zum Beispiel dem Glühofen, in Feuerbeschichtungsanlagen haben oder aufwendig gekühlt oder geschützt werden, um genaue Messergebnisse liefern zu können. Außerdem ist die Kantenerfassung und damit oft die Bandlaufregelung derartiger induktiver Messvorrichtungen nur im Zusammenhang mit der Bandlaufsteuerung der gesamten Anlage selbst zu verwirklichen und ermöglicht nicht immer ein gezieltes einzelnes Nachführen oder Einstellen der Komponenten im Seitenbereich des Metallbandes.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur induktiven Messung der Lage von Kanten von Metallbändern vorzuschlagen, welche eine reproduzierbare und sichere Messung der Bandkante in kritischen Umgebungsbedingungen auch in einem Hochtemperaturbereich an bis zu 800° C heißen Metallbändern und deren Kanten in insbesondere Feuerbeschichtungsanlagen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur induktiven Messung der Lage eines Metallbandes ist eine Vorrichtung, welche für eine Bandkantenerfassung vorgesehen ist, also eine Einrichtung, mittels welcher die Sensorik oder andere Komponenten oder Anlagenbestandteile der Bandkante des Metallbandes im Vorbeilaufen gezielt und sicher nachfolgen können. Insbesondere sind solche Einrichtungen der Anlage die induktiven Messsensoren selbst oder sogenannte Kantenmasken. Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient insbesondere auch für eine Bandkantenfolgeeinrichtung in einem Hochtemperaturbereich bei Temperaturen der Metallbänder von bis zu 800° C im Rahmen von Feuerbeschichtungsanlagen, wobei auf einer Seite einer Bandkante des Metallbandes wenigstens eine von einer Wechselspannung gespeiste Primärspule als Sender und auf einer anderen Seite der Bandkante wenigstens eine Sekundärspule als Empfänger der Messvorrichtung angeordnet ist, wobei eine Erregerschaltung zum Einspeisen von Wechselspannung in die Primärspule und eine Detektorschaltung zum Bestimmen der in der Sekundärspule (Empfänger) durch den Kopplungseffekt mit der Primärspule induzierten Spannung vorgesehen sind, wobei die Vorrichtung der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Spulen jeweils an Außenseiten von Bandkanten des Metallbandes miteinander gekoppelt angeordnet sind und dass die Spulen aus mit Dickschichttechnik oder Dickschichthybridtechnik auf hochtemperaturbeständigem Material als Trägerelementen aufgebrachten Leiterbahnen gebildet sind. Die Dickschichttechnik kann einen Siebdruck, Lasern oder eine Dispersion umfassen. Die Vorrichtungen weisen eine im Wesentlichen U-Form mit einer Verbindungsplatte zwischen den Spulen zum Umgreifen der Bandkanten auf. Die als Sender und Empfänger dienenden Primärspulen und Sekundärspulen sind somit erfindungsgemäß nicht über dem Metallband selbst in einem Mittenbereich, sondern an einer Seite des Metallbandes, nämlich direkt im Bereich der Bandkante, angeordnet. Ferner sind die Spulen des Senders und des Empfängers an der Bandkante an einer Außenseite miteinander über die Verbindungsplatte gekoppelt.
Die Kopplung kann über eine fest verbundene Kopplung oder über eine verstellbare festgelegte Kopplung erfolgen, so dass sich der Abstand und die Position zwischen den Spulen nicht verändern. Außerdem sind erfindungsgemäß die Spulen aus einem speziellen Material als Plattenmaterial oder Folienmaterial für die Trägerelemente gebildet, und die Leiterbahnen sind in einer speziellen Form auf die Trägerelemente aufgebracht. Die Trägerelemente der Spulen der Empfängerseite und der Senderseite sind erfindungsgemäß aus einem hochtemperaturbeständigen Material hergestellt. Ein hochtemperaturbeständiges Material ist insbesondere solch ein hitzebeständiges bzw. hochtemperaturbeständiges Material, welches Temperaturen auch von bis zu 800° C ohne Beeinträchtigung der Struktur und Funktion der Spulen gewährleistet. Des Weiteren sind die Leiterbahnen auf den Spulen des Empfängers und des Senders der induktiven Messvorrichtung gemäß der Erfindung durch eine Dickschichttechnik im Siebdruckverfahren oder mittels Dispersion oder Lasern auf diesen temperaturbeständigen Trägerelementen aufgebracht. Die Leiterbahnen werden somit auf einem auch gegenüber hohen Temperaturen beständigen Material der Trägerelemente durch beispielsweise eine Art lithographisches Verfahren in einer sogenannten Dickschichttechnik oder Dickschicht-Hybridtechnik auf die jeweilige Form und die jeweilige Länge hin auf das Material der Trägerelemente aufgebracht. Die so gebildeten Spulen weisen besondere Eigenschaften in technischer Hinsicht und hinsichtlich der Genauigkeit der Messung in einem Bereich auch von hohen Temperaturen auf: Die Messungen sind präzise über einen sehr breiten Temperaturbereich. Das temperaturbeständige Material gewährleistet, dass die Spulen nicht wie bei herkömmlichen derartigen gewickelten Spulen oder Leiterbahnen auf einfachen Leiterplatten (Platinen) durch höhere Temperaturen beschädigt werden oder in den elektronischen und mechanischen Eigenschaften verändert werden. Die in Form einer Dickschichttechnik so hergestellten Leiterbahnen nach der Erfindung sind außerdem sehr präzise und können auch bei sehr geringen Abmessungen genau auf die jeweiligen Trägerelemente der Spulen aufgebracht werden. Beispielsweise können Leiterbahnen in sehr geringer Abmessung und in relativ geringen Abständen zueinander beispielsweise im Bereich von bis zu 0,15 mm von Abständen zwischen Leiterbahnen im Bereich von beispielsweise 0,5 mm hergestellt werden, die so eine sehr kompakte und dennoch sehr lange Spulenform auf einem hochtemperaturbeständigen Trägerelementmaterial erlauben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient somit nicht nur einer verbesserten und präziseren Messung derartiger Metallbänder, insbesondere der Kanten, im Herstellungsprozess und zum Beispiel auch einer optimierten Nachfolgeregelung der Bandkanten. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung hat auch den erheblichen Vorteil, dass sie mit relativ kleinbauenden Spulen eine sehr hohe Präzision der Messung in unterschiedlichen Umgebungsbedingungen und insbesondere bei auch sehr hohen Temperaturen derartiger Anlagen erlaubt. Die Spulen der erfindungsgemäßen Vorrichtung haben also eine sehr hohe elektrische Güte, wie sie bisher nicht erreicht wurde.
Mit den so realisierten Spulen weist die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr geringe Toleranzen in den mechanischen und elektrischen Eigenschaften auf. Damit ist der Einsatz in einem präzisen Sensorsystem mit hoher Reproduzierbarkeit der Messung möglich. Mit solchen induktiven Sensoren kann auch ein Spalt zwischen den Bandkanten und den Kantenmasken sehr gering gehalten werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Trägerelemente der Spulen Platten aus einem keramischen Werkstoff oder einer keramischen Werkstoffmischung. Die Spulen der Primärspule (Sender) und der Sekundärspule (Empfänger) sind so aus einem Plattenmaterial mit darauf aufgebrachten Leiterbahnen gebildet, welches mit einem hochtemperaturfesten Werkstoff hergestellt ist. Der keramische Werkstoff oder die keramische Werkstoffmischung erlauben den Einsatz auch im Bereich von temperaturkritischen Umgebungen, beispielsweise in einem Heizofen oder an einer Feuerbeschichtungsanlage an sogenannten Kantenmasken solch einer Feuerbeschichtungsanlage für Metallbänder. Der keramische Werkstoff verhindert, dass sich aufgrund der hohen Temperaturen unerwünschte Änderungen oder Störungen in den elektronischen Sensoreigenschaften oder in der mechanischen Zusammensetzung der Messvorrichtungen ergeben. Als keramischer hochtemperaturbeständiger Werkstoff kann beispielsweise ein Aluminiumoxid-Keramiksubstrat für die Herstellung der Trägerelemente als ein Substratmaterial verwendet werden. Auf dieses keramische Trägermaterial können dann mittels der sogenannten Dickschichttechnik die Leiterbahnen drucktechnisch im Siebdruckverfahren oder mittels Dispersion oder Lasern aufgebracht werden. Die so hergestellten Spulen für die Primärspule und die Sekundärspule sind sehr beständig und gegenüber äußeren Einflüssen unanfällig in den elektrischen und mechanischen Eigenschaften, so dass sich sehr genaue Messergebnisse mit solchen induktiven Messvorrichtungen ergeben. Auch sind die so hergestellten Spulen der Vorrichtung nicht anfällig gegenüber hohen Temperaturen oder Beeinträchtigungen aufgrund von äußeren Umgebungsbedingungen. Es werden auch keine besonderen thermischen Abschirmungen oder Schutzbleche mit Isoliereigenschaften benötigt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Form der Spulen der Messvorrichtung quadratisch, rechteckig oder rund in einer Draufsicht. Die so hergestellten Spulen können dadurch sehr kompakt und klein in der Baugröße sein. Die Sensorvorrichtung der Erfindung kann daher mit sehr kleinbauenden Spulen für den Empfänger und den Sensor gebildet werden, so dass sich weitere Vorteile im Zusammenhang mit dem Einsatz bei derartigen Bandkantenfolgeeinrichtungen ergeben. Mit einer quadratischen Form ist die Einbaulage im Gehäuse und auch bei einem Tausch linke Seite zu rechter Seite gut zu realisieren. Mit rechteckigen Spulen lassen sich in Breitenrichtung präzise Messergebnisse erzielen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Trägerelemente der Spulen der Primärspule und der Sekundärspule beidseitig in Dickschichttechnik aufgebrachte Leiterbahnen auf. Die Leiterbahnen sind somit nicht nur auf einer Seite der Trägerelemente vorhanden, sondern beidseitig auf einer Vorder- und auf einer Rückseite der Trägerelemente aufgebracht. Die mit Dickschichttechnik aufgebrachten Leiterbahnen sind somit noch kompakter und länger in der relativ kleinen Bauform, so dass noch genauere Messergebnisse hierdurch erzielt werden können. Das Signal zwischen Sender- und Empfängerspule wird dadurch stärker. Mit den längeren Leiterbahnen lassen sich auch kleinere Änderungen in der Lage der Bandkante von Metallbändern gut und sicher erfassen. Die so hergestellten Spulen erlauben noch eine bessere Erfassung von Bandkanten und damit beispielsweise eine präzisere Nachfolgeregelung der Bandkanten in derartigen Anlagen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Spulen jeweils mindestens teilweise in einer einfachen oder mehrfachen Stapelung oder Aneinanderreihung jeweils vorgesehen. Die Spulen sind somit nicht nur mit einem einzigen Trägerelement mit Leiterbahnen aus hochtemperaturbeständigen Materialien versehen, sondern sind in einer mehrfachen gestapelten oder aneinandergereihten Form innerhalb der Vorrichtung vorhanden. Auch hierdurch lassen sich die Messgenauigkeit und die kompakte Bauweise bei gleichbleibenden vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich der Anwendung und des Einsatzes auch im Hochtemperaturbereich weiter verbessern.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die gestapelten oder reihenweise angeordneten Spulen des Sensors oder Empfängers in der Reihenschaltung oder in der Parallelschaltung gemäß diesem Aspekt miteinander gekoppelt. Die Kopplung kann also in Reihenschaltung und/oder in Parallelschaltung erfolgen, je nach dem Anwendungsfall und den gewünschten Eigenschaften der Messvorrichtung gemäß der Erfindung. Mit solch einer Kopplung der verschiedenen gestapelten oder reihenweise angeordneten Spulen lassen sich verschiedene Eigenschaften speziell je nach Bedarf der Anwendung in einer Anlage variabel einstellen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine federgelagerte Befestigung oder Halterung für die Spulen in der Vorrichtung vorgesehen. Eine federgelagerte Halterung oder Befestigung kann beispielsweise so vorgesehen sein, dass in einem Gehäuseteil der Messvorrichtung eine federbelastete Halterung vorhanden ist, in welcher die Spulen und insbesondere die mit den Leiterbahnen versehenen Trägerelemente eingeschoben und unter Federbelastung in der jeweiligen Position fixiert sind, ohne jedoch in seitlicher Richtung oder in der vorbestimmten Lage fest mittels Schrauben oder ähnlichem fixiert zu sein. Dies hat den Vorteil, dass durch die federgelagerte Befestigung oder Halterung die im Anwendungsfall und im Betrieb teilweise vorhandenen mechanischen Belastungen, wie zum Beispiel aufgrund von Temperaturausdehnungen der Gehäusewände oder ähnlichem, ausgeglichen werden können. Ein sprödes Keramikmaterial wird so bei Temperaturausdehnungen der Halterung oder des Gehäuses vor Bruch geschützt. Ein festes Einspannen mittels Schrauben kann zu ungewünschten mechanischen Spannungen führen. Mit solch einer federgelagerten Befestigung oder Halterung können derartige mechanische Einflüsse von außen auf die Spulen bzw. deren Trägerelemente sicher vermieden werden. Eine Beeinträchtigung des Messergebnisses wird dadurch in solchen Fällen effektiv verhindert und vermieden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Gehäuse für die Aufnahme der Spulen mit einer Verstell- oder Verlagerungsmöglichkeit bezüglich der Vorrichtung vorgesehen. Das Gehäuse weist beispielsweise eine Aufnahme auf, innerhalb welcher die als Spule dienenden Trägerelemente mit Leiterbahnen eingesetzt und befestigt werden können. Die Befestigung erfolgt in solch einer Weise, dass die letztendliche Position und Lage der Spule bei Bedarf gezielt verändert oder verstellt werden kann. Hierfür können beispielsweise Längsnuten, Schlitze, Verschraubungen, Anschläge mit Verstellschrauben oder ähnliches vorgesehen werden. Jedes dem Fachmann auf dem Gebiet bekannte Mittel zur Verstellung und Verlagerung der Spulen innerhalb eines Gehäuses kann hierzu eingesetzt werden. Mit solch einer Maßnahme lassen sich die erfindungsgemäßen Messvorrichtungen gezielt auf die jeweiligen Anwendungsfälle einstellen und justieren. Mit dem so möglichen Verschieben der Spulen in dem Gehäuse können auch mechanische Toleranzen des Gehäuses ausgeglichen werden. Eine Nachjustierung ist einfach durch die Verstellung oder Verlagerung der Spulen innerhalb des Gehäuses möglich, ohne dass die Vorrichtung insgesamt neu eingebaut werden muss.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse oder mindestens eine Verbindungsplatte des Gehäuses mit Kanälen oder Bohrungen für Anschlussleitungen der Spulen zur gezielten Zugentlastung im Einsatzfall versehen. Die Spulen werden mit den jeweiligen Erreger- und Detektorschaltungen über Kabel verbunden, und erfindungsgemäß sind in dem Gehäuse oder einer Verbindungsplatte Kabelkanäle und/oder Bohrungen vorhanden, mittels welcher die Beanspruchungen auf die Leitungen, Leiterbahnen und Trägerelemente der Spulen selbst reduziert werden können. Die Kanäle und Bohrungen sind so vorgesehen, dass die Leitungen sich nicht gegenseitig auf der Senderseite und Empfängerseite im Signal stören. Auch hiermit werden die langfristige Messgenauigkeit und Betriebssicherheit der Vorrichtung weiter erhöht. Alternativ oder ergänzend sind Mittel für eine Zugentlastung der Kabel an den Anschlüssen der Trägerelemente bzw. Spulen in Form von beispielsweise Bohrungen oder Schrumpfschläuchen vorgesehen. Auch die Form der Kanäle und Bohrungen kann zur Zugentlastung der Anschlusskabel speziell vorgesehen werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind im Gehäuse der Vorrichtung in Seitenwänden ausgearbeitete Kanäle und/oder Bohrungen für Kabel, insbesondere für eine gezielte Trennung von Sender- und Empfängerleitungen bzw. - kabeln, vorgesehen. Mit so vorhandenen Kanälen oder Bohrungen lassen sich die Einflüsse oder Störeffekte zwischen den Sender- und Empfängerkabeln reduzieren. Eine sichere Messung und ungestörte Auswertung der jeweiligen Lage der Bandkanten von Metallbändern ist so auch bei möglichen Störsignalen gewährleistet.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist die Vorrichtung zur induktiven Messung der Bandkanten eine im Wesentlichen U-Form mit einer Verbindungsplatte zwischen den Spulen (Empfänger und Sender) auf. Die U-Form ist so gebildet, dass mindestens ein teilweises Umgreifen der Bandkante des Metallbandes ermöglicht wird. Die Spulen des Empfängers und des Senders befindet sich dadurch direkt an der Position der Bandkante selbst und nicht über dem Metallband oder unterhalb des Metallbandes, jedoch sind sie an der Außenseite fest mittels einer Verbindungsplatte miteinander verbunden. So ist eine feste zugeordnete Verbindung und Kopplung zwischen der Senderseite und der Empfängerseite der Messvorrichtung jederzeit gewährleistet ohne störende Elemente in der Mitte der Metallbänder. Mit der Verbindungsplatte der U-Form wird auch eine Abschirmung gegen elektromagnetische Störeinflüsse von außen her geboten, insbesondere wenn diese eine relativ dicke Platte ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind an den Leiterbahnen der Spulen Anschlusselemente durch Sintern für den Anschluss an die . Erregerschaltung und/oder die Detektorschaltung hergestellt. Mit durch Sintern hergestellte Anschlüsse lassen sich sehr klein hergestellte Leiterbahnen sicher an die Schaltungskreise der Erregerschaltung und der Detektorschaltung ohne großen Aufwand anschließen. Die mit Sintern hergestellten Anschlusselemente erlauben ein sicheres, temperaturfestes und langfristiges Anschließen der Leiterbahnen der Spulen an die jeweiligen Schaltkreise, ohne dass aufwendige Anschlusselemente an den hochtemperaturbeständigen Spulen selbst mit integriert werden müssen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Anschlusselemente der Leiterbahnen bzw. der Spulen an den Trägerelementen aufgesinterte Stifte mit einer verbreiterten Anschlusskontur auf Seiten der Trägerelemente und mit Kabelhülsen auf der davon abgewandten Seite. So lassen sich beispielsweise über Quetschhülsen oder andere Formen von auch lösbaren Anschlusshülsen für Kabel die Leiterbahnen leicht aus der flexiblen Anordnung und Positionierung der Spulen anschließen. Mit solch einer Ausgestaltung wird auch verhindert, dass die Anschlusselemente an den Trägerelementen aus keramischem Material aufgrund von äußeren Einwirkungen mechanischer Art oder ähnlicher Form beschädigt werden können. Die so hergestellten Anschlusselemente sind fest genug trotz der sehr kleinen und kompakten Bauweise der Spulen der erfindungsgemäßen Messvorrichtung.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist jeweils ein Stellantrieb an jeder Bandkante des Metallbandes zur Verstellung der Vorrichtung zur direkten Bandkantenfolgeregelung für das Metallband oder an den Seiten vorgesehenen Bauteilen vorgesehen. Mit den Stellantrieben kann die Vorrichtung also unmittelbar an einer sich ändernden Lage der Seite eines Metallbandes nachgeführt werden. Die Vorrichtung ist damit immer an einer vordefinierten Position und nahen Lage einer Bandkante angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass entsprechende Einrichtungen, wie zum Beispiel die Kantenmasken (engl.: baffle blades), jeweils an vorherbestimmten sehr nahen Positionen an den Metallbändern gehalten werden können. Auch sind die Messungen der Sensoren der erfindungsgemäßen induktiven Messvorrichtung jeweils sehr genau, da sie somit immer sehr nahe an den Bandkanten angeordnet sind.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist jeweils ein Stellantrieb mit direkter Kopplung zwischen dem Stellantrieb und einem Gehäuse oder den Spulen der Vorrichtung vorgesehen. Der Stellantrieb dient also einem direkten Nachfolgen der Sender- und Empfangseinheiten der induktiven Messvorrichtung nach der Erfindung. Die Verstellung der Vorrichtung erfolgt unmittelbar durch die Stellantriebe, die an jeder der Bandkanten jeweils vorhanden sind.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung mit einer Kantenmaske einer Abstreifeinrichtung einer Feuerbeschichtungsanlage für die Herstellung von Metallbändern mechanisch direkt gekoppelt. Die Kantenmaske kann so sehr nahe auch an Hochtemperaturbereichen der Abstreifeinrichtung angeordnet werden. Für die Anordnung an der Kantenmaske sind keine weiteren Wärmeschilde oder Isolationsbauteile der Sensoreinheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung mehr erforderlich. Die Form und der Aufbau der Spulen aus einer Dickschichttechnik mit Keramikplatten als Trägerelemente sind so, dass auch bei widrigen Bedingungen eine Beeinträchtigung der Messergebnisse vermieden wird. Alternativ kann anstatt einer direkten mechanischen Kopplung mit festgelegtem Kopplungselement und damit Abstand der Kantenmasken auch eine separate Verstellmöglichkeit von diesen vorgesehen werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Steuerung zur Bandkantenfolgeregelung der linken und rechten Bandkanten vorgesehen. Die Steuerung kann in der Vorrichtung selbst oder in einem separaten, mit Verbindungskabeln angeschlossenen Bauteil vorgesehen werden. Eine Steuerung gemäß der Erfindung kann neben der Bandkantenfolgeregelung auch die Schaltkreise eines Erregerschaltkreises sowie eines Detektorschaltkreises mit umfassen. Letztere können jedoch auch separat direkt in den Sensoreinheiten mit den Gehäusen der Spulen vorgesehen werden. Eine Steuerung zur Bandkantenfolgeregelung hat den Vorteil, dass nicht auf den Verlauf des Bandes selbst Einfluss genommen werden muss. Die erfindungsgemäße Erfassung der Bandkanten dient einer direkten Bandkantenfolgeregelung, ohne dass auf die Herstellung des Metallbandes selbst bzw. seiner Position innerhalb des Herstellungsprozesses Einfluss genommen werden muss. Alternativ kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch in Kombination mit einer Bandlageregelung gekoppelt sein. In solch einem Fall wäre eine vorteilhafte Kombination von einerseits der erfindungsgemäßen Bandkantenfolgeregelung und andererseits der Bandlauflageverstellung somit möglich.
Die Erfindung wird im Folgenden mehr im Detail anhand von mehreren Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. Aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen ergeben sich weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist. In den nachfolgend erläuterten Zeichnungen zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur induktiven Messung der Lage von Bandkanten eines Metallbandes im Anwendungsfall;
2a eine perspektivische Detailansicht einer Spule als Beispiel für ein Ausführungsbeispiel einer Primärspule (Sender) oder Sekundärspule (Empfänger) zur Anwendung in einer erfindungsgemäßen induktiven Messvorrichtung;
2b eine perspektivische Detailansicht eines Teils eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur induktiven Messung der Lage von Bandkanten eines Metallbandes zur Veranschaulichung des Gehäuses und der Spulenbefestigung;
3a, 3b und 3c verschiedene Ansichten eines seitlichen Sensorteils eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung;
4 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Bandkantenfolgeregelung bei einer erfindungsgemäßen induktiven Messvorrichtung;
4a eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mit verstellbar angebrachten Kantenmasken;
4b eine schematische Ansicht eines Details des Ausführungsbeispiels der Erfindung nach 4 und 4a zur Steuerung und Sensorelektronik;
5 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Regelschemas für eine induktive Messvorrichtung zur Erfassung von Bandkanten und Bandkantenfolgeregelung gemäß der vorliegenden Erfindung mit Verkabelungen und Steuerungsmodul; und
6a, 6b zwei Detailansichten in Draufsicht eines Ausführungsbeispiels eines rechten Sensors und eines linken Sensors einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur induktiven Messung mit Veranschaulichung der Kabelverlegung an dem Gehäuse der Spulen.

Die 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur induktiven Messung der Lage eines Metallbandes 1 bei einer Bandkantenfolgeeinrichtung, wie sie beispielsweise im Bereich der Feuerbeschichtungsanlagen oder Galvanisierungstechnik oder anderen Metallbandherstellungs- oder -veredelungsprozessen Verwendung findet. Andere Anwendungen einer Kantenerfassung von Metallbändern sind ebenfalls möglich. Die Vorrichtung 10 umfasst jeweils an den Bandkanten 11 eines Metallbandes 1 angeordnete linke und rechte Sensoreinheiten mit jeweils einer Primärspule 2 (Sender) und einer gegenüberliegenden Sekundärspule 3 (Empfänger), welche zusammen einen induktiven Sensor gemäß der Erfindung bilden. Die Primärspule 2 und die Sekundärspule 3 sind an den Bandkanten 11 über eine Verbindungsplatte 7 miteinander fest verbunden bzw. gekoppelt und bilden so eine im Wesentlichen U-förmige Sensoreinheit bestehend aus jeweils Senderspule 2 und Empfängerspule 3. Die Primärspule 2 und die Sekundärspule 3 sind jeweils in Gehäusen 6 aufgenommen, die aus rechteckigen, kastenartigen Gehäuseteilen bestehen. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden zur induktiven Messung der Lage der Bandkanten 11 spezielle Spulen 2, 3 verwendet, welche mit Trägerelementen 4 aufgebaut sind, die aus einem hochtemperaturbeständigen Material, insbesondere einem keramischen Werkstoff in Plattenform oder Folienform, hergestellt sind. Die hochtemperaturbeständigen Trägerelemente 4 sind mit Leiterbahnen durch eine sogenannte Dickschichttechnik im Siebdruckverfahren oder mittels anderer Methoden wie Dispersion, Laserformen oder 3D-Druck auf die Trägerelemente 4 aufgebracht.
Die Leiterbahnen 13 sind also nicht wie herkömmlich als bedruckte Leiterplatten (Platinen) hergestellt oder mittels Laserverfahren aus einem Blechmaterial ausgeschnitten, sondern werden mit der als Dickschichttechnik oder Dickschicht-Hybridtechnik bezeichneten Herstellungsmethode auf sehr temperaturbeständige Trägerelemente 4 aufgebracht. Die Trägerelemente 4 sind beispielsweise Keramikplatten oder Platten oder Folien aus einem mit keramischem Werkstoff kombinierten Verbundmaterial, wie zum Beispiel Keramikfolien oder Aluminiumoxidkeramiksubstrate. Die Dickschichttechnik bietet die Möglichkeit, beispielsweise im Siebdruckverfahren sehr kompakt und damit sehr kleinbauende Spulen 2, 3 herzustellen, welche mit sehr genau festgelegten, aber gegen äußere Einflüsse unempfindlichen Leiterbahnen 13 versehen sind. Die Leiterbahnen 13 können beispielsweise mit einem sehr geringen Abstand im Bereich von 0,12 mm bis 0,25 mm auf die Trägerelemente 4 aufgebracht werden. Die so hergestellten Spulen 2, 3 sind für einen Einsatz auch im Bereich hoher Temperaturen von bis zu 800° C an solchen Metallbandkanten, beispielsweise nahe an einem Feuerbeschichtungsbad für Metallbänder 1, geeignet. Diese neue Art von Spulen 2, 3 für derartige induktive Messsensoren zur Erfassung der Bandkante 11 von Metallbändern 1 hat im Falle einer Bandkantenfolgeregelung weiterhin den Vorteil, dass sehr genaue und sehr gut reproduzierbare Messwerte bei gleichbleibender hoher Güte erzielt werden können, ohne dass die Messergebnisse durch widrige Umgebungsbedingungen, wie zum Beispiel sehr hohe Temperaturen, beeinträchtigt werden. Die Verbesserung der Güte der Messergebnisse hat auch für andere Anwendungen mit durchlaufenden Metallbändern deutliche technische Vorteile.
Wie es aus der 1 ersichtlich ist, umfasst die erfindungsgemäße induktive Messvorrichtung 10 auf beiden Seiten des Metallbandes 1, d. h. im Bereich der linken und rechten seitlichen Bandkanten 11, jeweils eine Kombination einer Primärspule 2 und einer gegenüberliegend angeordneten Sekundärspule 3, welche als Sender und Empfänger einer jeweiligen Sensoreinheit der rechten und linken Seite des Metallbandes 1 dienen. Die Spulen 2, 3 sind bei diesem Beispiel über eine außen an der Bandkante 11 verlaufende Verbindungsplatte 7 fest miteinander verbunden. An jeder dieser Sensoreinheiten auf der linken und auf der rechten Seite des Metallbandes 1 sind jeweils Stellantriebe 14 gekoppelt mit dem Gehäuse 6 bzw. der Verbindungsplatte 7 der Spulen 2, 3 vorhanden, über welche eine Bandkantenfolgeregelung oder eine Nachstellung der Sensoreinheiten jeweils kombiniert oder auch jeweils separat erfindungsgemäß erfolgen kann. Sobald sich zum Beispiel die Lage des Metallbandes 1 außerhalb von einem bestimmten Toleranzbereich hinaus seitlich bewegt, sogenanntes „Schwärmen“, wird mittels der erfindungsgemäßen Spulen 2, 3 die Verstellung der Lage und Position der Metallkante 11 sicher und schnell ermittelt. Auf Basis der erfassten Sensorwerte der induktiven Messvorrichtung 10 wird sodann über den Stellantrieb 14 eine Bandkantenfolgeregelung ausgeführt.
Die erfindungsgemäße Messvorrichtung dient also bei einem möglichen Anwendungsfall einer direkten Nachfolge einer Bandkante 11 des Metallbandes 1 in beispielsweise einem Herstellungsprozess für Metallbänder wie einer Feuerbeschichtungsanlage nahe einem Heizofen. Der Vorteil der erfindungsgemäßen induktiven Messvorrichtung 10 ist, dass sie sehr genaue Messwerte auch bei widrigen Umgebungstemperaturen, insbesondere bei sehr hohen Temperaturen bis hin zu 800° C, bietet. Im Gegensatz zu herkömmlichen gewickelten Spulen oder Spulen auf Basis von konventionellen Leiterplatten aus Kunststoff ist die in Dickschichttechnik hergestellte erfindungsgemäße Spule 2, 3 auf einem hochtemperaturbeständigen Plattenmaterial für die Trägerelemente 4 der Spulen 2, 3 gebildet. Dadurch lässt sich auch sehr nahe beispielsweise an einem Heizofen oder einer Kantenmaske 21 von solchen Feuerbeschichtungsanlagen eine Messung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 durchführen (vgl. 4a). Die Messung kann dann direkt und unmittelbar zur Nachfolgeregelung über eine entsprechende Steuerung 18 (vgl. 4) erfolgen oder alternativ einfach zur genauen Erfassung der Bandkanten 11. Mit der erfindungsgemäßen Form von in Dickschichttechnik hergestellten Spulen 2, 3 lässt sich eine sehr kleine Bauform der mit Spulen 2, 3 versehenen Sensoreinheiten realisieren, die nur geringe Toleranzen aufweist. Insbesondere sind die mechanischen und elektrischen Toleranzen so sehr gering mit einem sehr viel stabileren Messergebnis als bisher. Bei konventionellen gewickelten Spulen sind die mechanischen und elektrischen Eigenschaften nicht immer gleichbleibend und können variieren, so dass die Messwerte hierdurch oft verfälscht werden, insbesondere wenn höhere Temperaturen der Umgebung vorhanden sind. Mit der erfindungsgemäßen Technologie wird eine neuartige induktive Messvorrichtung 10 bereitgestellt, welche mit sehr exakt messenden Spulen 2, 3 in Dickschichttechnik auf einem hochtemperaturbeständigen Trägermaterial für die Trägerelemente 4 der Leiterbahnen 13 vorgesehen sind. Dadurch sind die Einflüsse der Umgebung weitgehend ausgeblendet, auch bei sehr hohen Temperaturen. Eine sehr hohe elektrische Güte und damit präzise Messungen sind mit der erfindungsgemäßen Form der induktiven Messvorrichtung 10 möglich. Durch die direkte Kopplung und Verbindung über eine Verbindungsplatte 7 an dem äußeren Bereich der Bandkanten 11 ist ferner gewährleistet, dass die Vorrichtung genaue Messwerte für die seitliche Lage der Bandkanten 11 liefert. Insbesondere ist es nicht erforderlich, dass über einen Mittenbereich des Metallbandes 1 hinweg Vorrichtungen oder Elemente, wie zum Beispiel ein mittig angeordneter Referenzsensor oder übergreifende Halterungen, verwendet werden. Die Vorrichtung 10 gemäß der Erfindung kann auch direkt mit entsprechenden weiteren Elementen wie Kantenmasken, sogenannte „baffle blades“, verwendet werden, so dass diese sehr nahe an die für Luftverwirbelungen kritischen Bereiche beispielsweise an der Abstreifdüse am Ausgang eines Heizofens oder eines Verzinkungsbades herangeführt werden können.
Die 2a zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Spulen 2, 3 einer induktiven Messvorrichtung 10, welche aus einem im Wesentlichen quadratischen Trägerelement 4 und aus darauf in Dickschichttechnik aufgebrachten Leiterbahnen 13 bestehen. Das Trägerelement 4 ist beispielsweise eine Keramikplatte oder eine Platte aus einem keramischen Verbundwerkstoff, so dass auch hohe Temperaturen von bis zu 800° C im Wesentlichen ohne Einfluss auf die Messergebnisse sind. Die Spule 2 gemäß 2a weist in der Mitte eine quadratische Aussparung für die Befestigung und Halterung der Spule 2 in dem Gehäuse 6 (vgl. 1, 2b) auf. An der sehr kompakt bauenden Spule 2 sind die Leiterbahnen an einer Oberseite oder alternativ beidseitig mit der Dickschichttechnik bzw. Dickschicht-Hybridtechnik auf die Keramikplatte als Trägerelement 4 aufgebracht. Die elektrische Verbindung zu der Erregerschaltung und der Detektorschaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ist bei diesem Ausführungsbeispiel mit speziellen Anschlusselementen 8 realisiert. Die Anschlusselemente 8 sind durch Sintern auf das Material der Leiterbahnen 13 an den Enden der Leiterbahnen 13 angebracht. Die Anschlusselemente 8 weisen dafür einen verbreiterten runden Anschlussabschnitt auf, der an dem freien Ende mit einer Kabelhülse, beispielsweise in Form einer Quetschhülse für das Anschließen der elektrischen Kabel, gebildet ist. Andere Formen des Anschlusses der elektrischen Leitungen für die Verbindung zu der Detektorschaltung bzw. der Erregerschaltung für die induktive Messvorrichtung 10 können ebenfalls im Rahmen der Erfindung vorgesehen werden.
Wie es in einer weiteren perspektivischen Detailansicht der 2b zu erkennen ist, werden die jeweiligen Spulen 2, 3 (Sender und Empfänger) auf jeder Seite der Bandkante 11 des Metallbandes 1 in einem in etwa rechteckförmigen kastenartigen Gehäuse 6 aufgenommen und befestigt. Das Gehäuse 6 ist über eine relativ dicke Verbindungsplatte 7 mit der jeweils gegenüberliegenden Spule 2, 3 gekoppelt. In der Verbindungsplatte 7 können Kanäle 15, 16 für Kabel eingearbeitet sein. Das Gehäuse 6 weist einen seitlich offenen Gehäuseraum auf, in welchen die Spule 2 bzw. 3 hineingeschoben und dort befestigt werden kann. Das Trägerelement 4 der Spule weist hierfür in der Mitte eine in etwa quadratische Aussparung auf (vgl. 2a). Die Spule 2 wird über eine Spulenbefestigung 5 im Inneren an der vorgeschriebenen festgelegten Position des Gehäuses 6 der Vorrichtung 10 befestigt. Dafür ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein Federhalter 9 vorgesehen, der die Spule 2 fest im Inneren durch die Federkraft an der vorgesehenen Position hält. Der Federhalter 9 hat den Vorteil, dass die mechanischen Belastungen auf die Spule 2, 3 aufgrund der Befestigungsmittel weitestgehend reduziert sind. Die Befestigung ist somit entsprechend der gewählten Federkraft einfach lösbar, und es sind keine eine Beschädigung des Trägerelements 4 oder der Leiterbahnen 13 hervorrufenden Klemmelemente oder dergleichen erforderlich, welche auch zu mechanischen Spannungen führen können. Andere Formen der Befestigung der Spulen 2, 3 in dem Gehäuse 6 der Vorrichtung 10 können ebenfalls im Rahmen der Erfindung vorgesehen werden. Alternativ oder ergänzend können auch Schraubverbindungen verwendet werden, wozu beispielsweise bei der Spule 2 nach 2a Längsschlitze an der unteren und oberen Seite des Trägerelements 4 vorhanden sind.
Aufgrund der hochtemperaturbeständigen Materialien der mit Dickschichttechnik hergestellten Spulen 2, 3 ist keine weitere Abschirmung oder thermische Isolation der Spulen 2, 3 erforderlich, auch wenn die Vorrichtung 10 in einem Bereich hoher Temperaturen, wie zum Beispiel an einem Ausgang einer Abstreifeinrichtung einer Feuerbeschichtungsanlage für Metallbänder 1, angebracht wird. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung 10 liefert dennoch sehr präzise Messwerte, da die Form und die Lage der Leiterbahnen 13 sicher durch die Herstellungsmethode festgelegt sind. Anders als bei einfachen gewickelten Spulen oder auf herkömmlichen Platinen aufgebrachten Leiterbahnen ist die Beeinflussung der äußeren widrigen Umgebungsbedingungen sehr gering auf das Messergebnis. Eine sehr hohe Stabilität hinsichtlich der mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Spulen 2, 3 und damit der Messvorrichtung 10 insgesamt ist so gewährleistet. Die Leiterbahnen 13 können auch in sehr geringen Abständen zueinander auf dem Trägerelement 4 aufgebracht werden, so dass eine sehr kompakte und kleine Bauform gewährleistet ist. Beispielsweise kann ein Leiterbahnenabstand von 0,15 mm mit der erfindungsgemäßen Technik vorgesehen sein. Vorzugsweise liegt erfindungsgemäß der Abstand zwischen den Leiterbahnen in einem Bereich von 0,12 mm bis 0,25 mm. Die so gebildeten Spulen 2, 3 sind mit einer hinreichend langen Leiterbahn jeweils ausgeführt und sind dennoch in der Größe und Breite der Vorrichtung auf ein Minimum hin reduziert. Ein Vorteil hierbei ist die erhöhte Anzahl von Windungen der Leiterbahnen und ein dadurch deutlich verbesserter Messeffekt. Die erfindungsgemäße Spule 2 ist vorzugsweise eine quadratische Spule, wie es in 2a gezeigt ist. Alternativ können die Spulen 2, 3 auch eine runde Form aufweisen. Weiterhin können die Spulen auch eine rechteckige oder trapezförmige Form aufweisen, um die Messeigenschaften über die Fläche der Spulen 2, 3 hinweg speziell auf jeweilige Anwendungsfälle hin anzupassen.
In 3a, 3b und 3c ist in verschiedenen Seitenansichten ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung 10 gezeigt. Die Messvorrichtung 10 in diesen Darstellungen ist ein Teil oder eine Sensoreinheit auf einer Seite einer Bandkante 11, während der andere Teil auf der gegenüberliegenden Seite des Metallbandes 1 entsprechend ausgebildet ist (vgl. 1). Die Vorrichtung 10 besteht im Wesentlichen aus einer bzw. zwei induktiven Sensoreinrichtung(en) in Form einer Primärspule 2 und einer dieser gegenüberliegenden Sekundärspule 3, welche erfindungsgemäß für die linke und rechte Seite am Metallband gleich aufgebaut sind und dadurch austauschbar sind. Die Primärspule 2 dient als ein Sender und ist dafür mit einer entsprechenden Erregerschaltung (nicht gezeigt) elektrisch gekoppelt. Über die Erregerschaltung wird eine Wechselspannung in die Primärspule 2 eingeleitet. Die aufgrund der Kopplungseffekte entstehende Wechselspannung in der Sekundärspule 3, welche als ein Empfänger dient, kann über die Regelung und Steuerung 18 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 (vgl. 4 und 5) die genaue Position der Kante oder auch die Lage eines Metallbandes 1 bzw. der Bandkante 11 festgestellt werden. Bei dem in 3a, 3b und 3c gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Primärspule 2 (Sender) und die Sekundärspule 3 (Empfänger) über eine Verbindungsplatte 7 fest miteinander verbunden.
Die Verbindungsplatte 7 ist mit Kabelkanälen 15, 16 und Bohrungen 12 für die Durchführung der elektrischen Kabel ausgebildet. Die Vorrichtung 10 ist ferner mit einem direkt angeflanschten Stellantrieb 14 versehen, über welchen die im Bereich einer Bandkante 11 angebrachte Vorrichtung 10 gezielt bei einer Lageveränderung des Metallbandes 1 im Sinne einer Bandkantenfolgeregelung oder einer anderen Art der Regelung des Metallbandes 1 nachgeführt werden kann, so dass sich der Abstand zu der Bandkante 11 im Wesentlichen nicht verändert. Hierzu ist wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel die Spule 2, 3 in jeweils dafür vorgesehenen Gehäusen 6 eingesetzt und befestigt. Die keramischen Trägerelemente 4 der Spulen 2, 3, auf welchen mittels Dickschichttechnik aufgebrachte Leiterbahnen 13 gebildet sind, sind im Wesentlichen quadratisch oder rechteckig und in den Aufnahmebereichen der Gehäuse 6 eingeschoben und dort über einen Federhalter 9 federnd in der gewünschten Position fixiert. Eine quadratische Form der Spulen hat den Vorteil der variablen Einbaumöglichkeit. Mit einer Rechteckform können gezielt weiterreichende Messabschnitte erzielt werden. Die Befestigung 5 der Spulen mittels eines Federhalters 9 hat den Vorteil, dass auftretende mechanische Spannungen aufgrund von Wärmeausdehnungen oder Veränderungen der äußeren Gehäuseteile aus Metall nicht zu einer Beeinträchtigung oder Beschädigung der Spule 2, 3 führen. Die Federhalter sind bei diesem Ausführungsbeispiel wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel in Form einer mittig von den Spulen 2, 3 in einer quadratischen Aussparung durchgeführten Feder mit einer Halteplatte des Federhalters 9 realisiert.
Wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel sind die Spulen 2, 3 mit elektrischen Leitungen über Anschlusselemente 8 verbunden. Ferner sind in der Verbindungsplatte 7 Kabelkanäle 15 seitlich ausgearbeitet, über welche die Kabel für die Erregerschaltung und die Detektorschaltung hindurchgeführt und ohne extra Kabelhalterungen oder Klemmen montiert werden können. Auch lassen sich so die Senderkabel und Empfängerkabel der Spulen 2, 3 einfach zwischen den beiden Gehäuseteilen 6 der Vorrichtung 10 ohne Störungen hindurchleiten. Die Vorrichtung 10 ist somit im Wesentlichen symmetrisch aufgebaut, was auch ein leichtes Auswechseln und Umtauschen der Spulen 2, 3 für ein Anbringen an einer linken oder rechten Seite des Metallbandes 1 ermöglicht. Die Vorrichtung 10 ist mit einer in den Zeichnungen der 3a bis 3c nicht gezeigten Steuerung 18 gekoppelt, über welche mittels eines Reglers oder ähnlichem der Stellantrieb 14 mittels Erregerschaltung und Stellsteuerung angesteuert werden kann, damit bei einer Lageveränderung des Metallbandes 1 die Vorrichtung 10 bzw. eine mit der Vorrichtung 10 gekoppelte Kantenmaske 21 oder ähnliches direkt nachgeführt werden kann (vgl. 4a). So befindet sich mit der erfindungsgemäßen induktiven Messvorrichtung 10 die Vorrichtung immer an einem vorherbestimmten, möglichst engen Abstand zu der Bandkante 11 eines Metallbandes 1, was den Vorteil hat, dass etwaige Verwirbelungen durch Luftströmungen oder dergleichen möglichst ausgeschlossen sind und eine Beschädigung der Seitenkante des Metallbandes 1 wirksam und langfristig vermieden wird. Dies war mit den bekannten bisherigen derartigen induktiven Sensoren im Stand der Technik so nicht in solch einer präzisen Form möglich.
In der 4 ist in einer schematischen Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur induktiven Messung von Bandkanten 11 zur Veranschaulichung einer damit möglichen Bandkantenfolgeregelung gezeigt. Bei dieser schematisch dargestellten Abbildung ist die Steuerung 18 eingezeichnet, welche mit den jeweiligen Primär- und Sekundärspulen 2, 3 der rechten und linken Seite der Vorrichtung 10 an dem Metallband 1 über Kabel 19 verbunden ist. Die Steuerung 18 empfängt die Signale von den jeweiligen induktiven Sensoreinheiten in Form der auf der rechten und linken Seite des Metallbandes 1 angeordneten Primärspulen 2 (Sender) und Sekundärspulen 3 (Empfänger) zur Bestimmung der Position der Bandkanten 11. Über die Steuerung 18 wird zusammen mit einer Sensorelektronik 22 mittels einer Erregerschaltung ein Wechselstrom in die Primärspulen 2 eingebracht, der über einen Kopplungseffekt bzw. Dämpfungseffekt an den Bandkanten 11 zu einem exakt erfassbaren Ergebnis in den Sekundärspulen 3 als die Empfängereinheiten führt. Dieses Ergebnis wird sodann an die Steuerung 18 zurückgeleitet und dort weiterverarbeitet, um mittels eines Ausgangs an die Stellantriebe 14 für die Verstellung der linken und rechten Stellantriebe 14, wie es mit den Pfeilen bei A und B in 4 gezeigt ist, weitergeleitet zu werden. Die Steuerung 18 dient somit zum einen der Erzeugung der elektrischen Wechselspannung für die Erregerschaltung und zum anderen als Detektorschaltung zum Auswerten und direkten Weiterverarbeiten der Messergebnisse der induktiven Messvorrichtung 10, so dass unmittelbar die daran angeschlossenen und damit gekoppelten Stellantriebe 14 für eine Verstellung im Falle einer Lageveränderung des Metallbandes 1 bzw. der Bandkanten 11 entsprechend betrieben werden können. Auch kann eine Sensorelektronik 22 für diese Steuerung 18 der Primär- und Sekundärspulen 2, 3 vorgesehen werden (vgl. 4b). Die Verstellung über die Stellantriebe 14 dient erfindungsgemäß bei diesem Beispiel einer Bandkantenfolgeregelung in dem Sinne, dass die Sensoren 2, 3 der Messvorrichtung 10 und damit gekoppelte weitere Elemente direkt jeweils an die Bandkanten 11 möglichst nah herangeführt sind und dort in der Position eines geringen Spalts auch bei einem Verändern der Lage des Metallbandes 1 durch ein sogenanntes Schwärmen verbleiben.
Insbesondere dient die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 für eine Bandkantenfolgeregelung, um in jeder Betriebssituation der Metallbandherstellung die Vorrichtungen und Elemente beispielsweise an einer Abblaseinrichtung einer Feuerbeschichtungsanlage möglichst nahe zu halten. Andere Anwendungsfälle der Kantenerfassung sind jedoch ebenfalls möglich. Die dort entstehenden Verwirbelungen aufgrund der Abblaseinrichtung können so effektiv reduziert werden über sogenannte Kantenmasken (engl.: baffle blades). Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es also möglich, mit vergleichsweise einfach aufgebauten Sensoreinheiten der Vorrichtung 10 sehr nahe an die im Hochtemperaturbereich liegenden Abschnitte solcher Heizöfen oder Verzinkungs- und Galvanisierungsanlagen heranzugehen. Eine sehr genaue und effektive Nachführung kann mit den erfindungsgemäßen Spulen 2, 3 aus Dickschichttechnologie und hochtemperaturbeständigem Trägerelementmaterial erfolgen. Die erfindungsgemäßen Komponenten der induktiven Messvorrichtung 10 sind des Weiteren baulich relativ klein, da sie in kompakter Form aus Dickschichtspulen hergestellt sind und nicht mit gewickelten Spulen oder mit herkömmlichen Leiterbahnen auf Platinen, welche weitere Hitzeabschirmungen oder Anbauelemente für solche Anwendungsfälle erfordern.
In 4a und 4b sind jeweilige weitere schematische Detailansichten eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 mit einer Steuerung 18 gezeigt. Bei 4a ist die Vorrichtung 10 mit sogenannten Kantenmasken 21 an einem von den Spulen 2, 3 etwas entfernten Bereich versehen, sodass die Kantenmasken 21 mit einem sehr engen Spalt zu den Kanten 11 des Metallbandes 1 angebracht sind. Die induktive Erfassung der Position der Bandkanten 11 mittels den Spulen 2, 3 dient hier einer Einstellung der Kantenmasken 21 mit möglichst geringem und immer gleichbleibend engem Spalt zu den Bandkanten 11. Hierfür ist die Steuerung 18 mit dem Stellantrieb 14 vorgesehen, die mit den Spulen 2, 3 über entsprechende Leitungen 19 steuerungstechnisch gekoppelt sind. Die Vorrichtung 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann entweder direkt mechanisch gekoppelte Kantenmasken 21 für die Feuerbeschichtungsanlage des Metallbandes 1 aufweisen. Alternativ können die Kantenmasken 21 auch indirekt mit den Sensoren der Spulen 2, 3 bzw. dem Gehäuse 6 gekoppelt sein oder sogar beweglich zu diesen montiert sein. Damit lassen sich noch weitere vorteilhafte Steuerungen und Regelungen in der Erfassung der Bandkanten 11 erfindungsgemäß realisieren. Die 4b zeigt in einer weiteren schematischen Detailansicht die Anordnung einer Sensorelektronik 22 mit Signalleitungen 19 zu den Spulen 2, 3, zwischen welchen in Form eines U-förmigen Aufnahmebereichs das Metallband 1 mit seiner Kante 11 sich bewegt. Die Sensorelektronik 22 ist dafür mit einer Signalleitung mit der zentralen Steuerung 18 der Vorrichtung 10 gekoppelt, für welche Eingangs- und Ausgangssignale erzeugt werden, die jeweils zur Weiterverarbeitung und insbesondere zur Ansteuerung des Stellantriebs 14 für die Verstellung der Spulen 2, 3 und/oder die Kantenmasken 21 (vgl. obige 4a) gekoppelt sind.
Die 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Regelschemas einer erfindungsgemäßen induktiven Messvorrichtung 10 mit der Steuerung 18 und der zwischen den Primärspulen 2 (Sender) und Sekundärspulen 3 (Empfänger) vorhandenen Verkabelung mittels Spezialkabeln 19. Wie es aus der 5 zu erkennen ist, sind zwischen dem linken Teil der Vorrichtung 10 und dem rechten Teil der Vorrichtung 10 an den jeweiligen Bandkanten 11 des Stahlbandes 1 die Kabel 19 vorgesehen, die eine Verbindung mit der Steuerung 18 und der darin sich befindenden Erregerschaltung und der Detektorschaltung herstellen. In diesem Schema gemäß 5 ist zur Regelung noch ein optionaler Reed-Kontakt eingebaut. Mit solch einem Reed-Kontakt kann auch eine Parkstellung der Sensoreinheiten erfasst und angezeigt werden. Die Sensorsignale werden einem ein- oder zweikanaligen Regler zugeführt. Dieser Regler steuert seinerseits jeweilige Stellantriebe oder Verstelleinrichtungen an, welche die Kantenmasken auf einer Linearführung hin und her bewegen. Somit ist der Spalt zwischen solchen Bandkantenmasken oder anderen an der Bandkante vorgesehenen Einrichtungen als Sollwert sehr fein einstellbar.
Die 6a und 6b zeigen einen rechten und linken Sensorteil eines weiteren Beispiels einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung 10 zur induktiven Messung der Position von Bandkanten 11 eines Metallbandes wie bei den vorherigen beschriebenen Ausführungsbeispielen. In 6a, 6b ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei welchem wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel die Primärspule 2 (Sender) und Sekundärspule 3 (Empfänger) in jeweiligen Gehäuseteilen 6 der Vorrichtung 10 aufgenommen sind. Die Spulen 2, 3 sind mit Dickschicht hergestellte Spulen auf Keramikplatten als Trägerelemente 4, welche in den Gehäusen 6 über Federhalter 9 (vgl. 2b bzw. 3c) befestigt sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel der 6a, 6b sind an der Verbindungsplatte 7 die Anordnung und der Verlauf der Kabelkanäle 15 gezeigt, in welchen die Empfängerkabel 16 und Senderkabel 17 zur Verbindung der Spulen 2, 3 mit der Erregerschaltung und der Auswertungsschaltung in der Steuerung 18 (vgl. 4b) ausgearbeitet sind. Die Kabelkanäle 15 sind dabei so in einer Art Z-Form bzw. U-Form gebildet, dass die Sensorteile der Vorrichtung 10 unterschiedslos für einen rechten Sensor (6a) oder einen linken Sensor (6b) verwendet werden können. Die Austauschbarkeit und die Montage sind dadurch erleichtert. Mit den so erfindungsgemäß gebildeten Kabelkanälen 15 in der Verbindungsplatte 7 wird außerdem eine integrierte Trennung zwischen den verschiedenen Leitungen oder Kabeln 16, 17 zwischen Sensorsender und -empfänger der Spulen 2, 3 erreicht, was Vorteile für die Messgüte der induktiven Messvorrichtung 10 hat.
Die Sender- und Empfängerleitungen 16, 17 sowie die Kabel 19 zur Erregerschaltung können auf diese Weise nicht miteinander in Konflikt geraten, und es gibt auch keine störenden Einflüsse aufgrund der jeweiligen elektrischen Ströme, die durch die Leitungen bzw. Kabel 16, 17, 19 fließen. Nicht zuletzt können diese Anschlüsse von den Leiterbahnen 13 so gebildet sein, dass durch einfache Steckverbindungen zwischen den Spulen 2, 3 und deren Anschlusselemente 8 die jeweiligen Seiten (links/rechts) bzw. zwischen Sender und Empfänger leicht gewechselt werden können. Die Vorrichtung 10 ist somit für eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen einsetzbar und kann unterschiedslos für verschiedene Seiten und verschiedene Formen der Sensoranordnungen der Messvorrichtung 10 umgebaut werden bei einer gleichbleibend hohen Güte der Messergebnisse auch bei störenden äußeren Umgebungsbedingungen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0945381 B1 [0002]

Claims

Vorrichtung (10) zur induktiven Messung der Kanten und/oder der Lage eines Metallbandes (1) bei einer Bandkantenerfassung, insbesondere im Hochtemperaturbereich bis zu 800° C bei Feuerbeschichtungsanlagen in Herstellungsprozessen von Metallbändern (1) mit flüssigen Metallbädern, Heizöfen oder Temperierungsanlagen, wobei auf einer Seite einer Bandkante (11) wenigstens eine von einer Wechselspannung gespeiste Primärspule (2) als Sender und auf der anderen Seite der Bandkante (11) wenigstens eine Sekundärspule (3) als Empfänger angeordnet ist, mit einer Erregerschaltung zum Einspeisen von Wechselspannung in die Primärspule (2) und mit einer Detektorschaltung zum Bestimmen der in der Sekundärspule (3) durch den Kopplungseffekt mit der Primärspule (2) induzierten Spannung, wobei die Vorrichtung (10) eine im Wesentlichen U-Form mit einer Verbindungsplatte (7) zwischen den Spulen (2, 3) zum teilweisen Umgreifen der Bandkanten (11) des Metallbandes (1) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (2, 3) jeweils an Außenseiten von Bandkanten (11) des Metallbandes (1) miteinander gekoppelt angeordnet sind und dass die Spulen (2, 3) aus mit Dickschichttechnik auf hochtemperaturbeständigem Material über Siebdruck, Lasern oder eine Dispersion als Trägerelementen (4) aufgebrachten Leiterbahnen (13) gebildet sind.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerelemente (4) der Spulen (2, 3) Platten oder Folien aus einem keramischen Werkstoff oder keramischer Werkstoffmischung sind.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Spulen (2, 3) in Draufsicht quadratisch, rechteckig oder rund ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerelemente (4) beidseitig in Dickschichttechnik aufgebrachte Leiterbahnen (13) aufweisen.
Vorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (2, 3) jeweils mindestens teilweise in einer einfachen oder mehrfachen Stapelung oder Aneinanderreihung vorgesehen sind.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gestapelten oder reihenweise angeordneten Spulen (2, 3) des Senders oder Empfängers in Reihenschaltung oder in Parallelschaltung miteinander gekoppelt sind.
Vorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine federgelagerte Befestigung (5) oder Halterung für die Spulen (2, 3) vorgesehen ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (6) für die Aufnahme der Spulen (2, 3) mit einer integrierten Verstell- oder Verlagerungsmöglichkeit bezüglich der Vorrichtung (10) vorgesehen ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer linken und rechten Seite des Metallbandes (1) identisch aufgebaute Spulen (2, 3) vorgesehen sind, welche unabhängig voneinander bezüglich der Lage einer Bandkante verstellbar sind.
Vorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6) oder eine Verbindungsplatte (7) direkt mit Kanälen (15) oder Bohrungen (12) für Anschlussleitungen der Spulen (2, 3) versehen ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (6) oder in der Verbindungsplatte (7) ausgearbeitete Kanäle (15) und/oder Bohrungen für Kabel, insbesondere für eine gezielte Trennung von Sender- und Empfängerleitungen, vorgesehen sind.
Vorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an Anschlüssen der Leiterbahnen (13) Mittel für eine Zugentlastung von Anschlusskabeln vorgesehen sind.
Vorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Leiterbahnen (13) der Spulen (2, 3) Anschlusselemente (8) durch Sintern für den Anschluss an die Erregerschaltung und/oder Detektorschaltung hergestellt sind.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusselemente (8) an den Trägerelementen (4) aufgesinterte Stifte mit einer verbreiterten Anschlusskontur und Kabelhülsen umfassen.
Vorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Stellantrieb (14) an jeder Bandkante (11) des Metallbandes (1) zur Verstellung der Vorrichtung (10) zur direkten, vorzugsweise für linke und rechte Seite des Metallbandes (1) unabhängigen, Bandkantenfolgeregelung für das Metallband (1) vorgesehen ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) mit einer Kantenmaske, insbesondere einer Abstreifeinrichtung von einer Feuerbeschichtungsanlage mechanisch direkt gekoppelt ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung (18) zur Bandkantenfolgeregelung der linken und rechten Bandkanten (11) vorgesehen ist.