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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung geht aus von der Verfolgung von Walztafeln bei der Herstellung von Blechen, insbesondere von der Verfolgung von Walztafeln in Kühlanlagen.
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In Grobblechwalzwerken werden Walztafeln zur Erreichung spezieller Güten unmittelbar nach dem Walzprozess in sogenannten Intensivkühlanlagen mittels laminarer Wasservorhänge gekühlt. Zur Verfolgung der Walztafeln und Bleche unter extremsten Umgebungsbedingungen hinsichtlich Hitze, Schmutz, Vibrationen, und dem massiven Einsatz von Wasser zur intensiven Kühlung der Walztafeln werden üblicherweise sogenannte Gammaschranken eingesetzt. Gammaschranken werden mit radioaktivem Cäsium betrieben, was mit hohen Aufwendungen für den Strahlenschutz und hohem Instandhaltungsaufwand verbunden ist. Aus dem Stand der Technik ist derzeit abseits der radiometrischen Gammaschranken keine sichere Materialverfolgungsvorrichtung bekannt, welche unter den extremen Umgebungsbedingungen in Intensivkühlanlagen zuverlässig funktioniert.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die technische Aufgabe zugrunde, eine Materialverfolgungsvorrichtung bereitzustellen, welche ohne radioaktive Substanzen betrieben wird und auch unter extremen Umgebungsbedingungen zuverlässig funktioniert.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Materialverfolgungsvorrichtung zur Verfolgung von Materialien, bevorzugt zur Verfolgung von Walztafeln bei der Herstellung von Blechen, insbesondere zur Verfolgung von Walztafeln in einer Kühlstrecke mit einer Mehrzahl von Wasserdüsen in einem Warmwalzwerk, wobei die Materialverfolgungsvorrichtung eine Sendeeinheit und eine Empfangseinheit aufweist, wobei die Sendeeinheit zum unfokussierten Aussenden von Infrarot-Licht konfiguriert ist, wobei die Sendeeinheit eine Mehrzahl von Infrarot-LEDs aufweist, wobei die Empfangseinheit zum Registrieren von Infrarot-Licht konfiguriert ist, wobei die Empfangseinheit dazu konfiguriert ist, in Abhängigkeit vom registrierten Infrarot-Licht ein erstes Signal oder ein zweites Signal auszugeben.
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Die erfindungsgemäße Materialverfolgungsvorrichtung funktioniert durch die Detektion von Infrarot-Licht und kommt daher völlig ohne radioaktive Substanzen aus. Das Material, beispielsweise die Walztafeln, wird zwischen Sendeeinheit und Empfangseinheit hindurch gefahren. Ist eine Walztafel zwischen Sendeeinheit und Empfangseinheit angeordnet, so verhindert diese, dass Infrarot-Licht direkt von der Sendeeinheit zur Empfangseinheit gelangt. Entsprechend dem Infrarot-Licht, welches von der Empfangseinheit registriert wird, gibt die Empfangseinheit das erste Signal oder das zweite Signal aus. Denkbar ist, dass das zweite Signal eine Abschattung des Infrarot-Lichtes auf der Empfangseinheit, also das Vorhandensein einer Walztafel zwischen Sendeeinheit und Empfangseinheit anzeigt und das erste Signal die Abwesenheit einer Walztafel zwischen Sendeeinheit und Empfangseinheit anzeigt.
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In Intensivkühlanlagen, also in Kühlstrecken mit einer Vielzahl von Wasserdüsen, werden Walztafeln mit vielen Millionen von Wassertropfen beaufschlagt. Ein von der Sendeeinheit ausgesendeter fokussierter Lichtstrahl würde von den Wassertropfen gebrochen und damit abgelenkt werden. Das langwellige unfokussierte Infrarot-Licht durchdringt für den Menschen völlig unschädlich die Wassertropfen.
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Denkbar ist, dass mehrere Materialverfolgungsvorrichtungen in einer Transportrichtung des Materials hintereinander angeordnet sind, so dass ein Transport des Materials überwacht werden kann.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das die Empfangseinheit dazu konfiguriert ist, das erste Signal auszugeben, wenn die Empfangseinheit Infrarot-Licht registriert und das zweite Signal auszugeben, wenn die Empfangseinheit kein Infrarot-Licht registriert. Dies ermöglicht auf vorteilhaft einfache Weise die durch Detektion, ob sich Material zwischen Sendeeinheit und Empfangseinheit befindet, dieses Material zu verfolgen. Denkbar ist aber auch, dass die Empfangseinheit dazu konfiguriert ist, das erste Signal auszugeben, wenn die Empfangseinheit Infrarot-Licht mit einer Intensität oberhalb eines Intensitätsgrenzwertes registriert und das zweite Signal auszugeben, wenn die Empfangseinheit Infrarot-Licht mit einer Intensität unterhalb des Intensitätsgrenzwertes registriert. Durch die Anpassung des Intensitätsgrenzwertes ist auf vorteilhafte Weise die Empfindlichkeit der Materialverfolgungsvorrichtung einstellbar.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Sendeeinheit zum Aussenden von Infrarot-Licht in einer bestimmten Impulsfolge konfiguriert ist und dass die Empfangseinheit dazu konfiguriert ist, das erste Signal auszugeben, wenn die Empfangseinheit die Impulsfolge registriert und das zweite Signal auszugeben, wenn die Empfangseinheit die Impulsfolge nicht registriert. Das Aussenden von Impulsen, vorzugsweise von sehr kurzen Impulsen, verringert weiterhin die Gefahr möglicher Augenschäden. Weiterhin ist dadurch vorteilhaft möglich, die Einwirkung von Infrarot-Licht aus anderen Quellen auf die Materialverfolgungsvorrichtung zu minimieren. Denkbar ist, dass die Impulsfolge zum Abgleich von ausgesendeter Impulsfolge und registrierter Impulsfolge kabelgebunden von der Sendeeinheit an die Empfangseinheit übermittelt wird. Dazu ist denkbar, dass die Sendeeinheit mit der Empfangseinheit über ein Kabel zur Übermittlung der Impulsfolge verbunden ist. Denkbar ist dass wenn mehrere erfindungsgemäße Materialverfolgungsvorrichtungen benachbart angeordnet sind, die jeweiligen Impulsfolgen asynchron zueinander ausgesendet werden. Dies verringert auf vorteilhafte Weise ein wechselseitiges Übersprechen der Materialverfolgungsvorrichtungen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Sendeeinheit mehr als 10, bevorzugt mehr als 50 und insbesondere mehr als 100 Infrarot-LEDs aufweist. Handelsübliche Lichtschranken sind mit typischerweise mit einer bis maximal vier LEDs ausgerüstet. Diese sind nicht in der Lage, Licht mit ausreichend viel Intensität zur Verwendung unter extremen Umgebungsbedingungen wie in Intensivkühlanlagen auszusenden. Die Verwendung von mehr als 100 Infrarot-LEDs ermöglicht es, die Materialverfolgungsvorrichtung in Intensivkühlanlagen bei extremen Wassermengen von mehr als 8.500 Litern pro Minute bei Abständen zwischen der Sendeeinheit und der Empfangseinheit von mehr als 2 Metern zu betreiben.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Sendeeinheit und/oder die Empfangseinheit jeweils in einem wasserfesten Gehäuse angeordnet sind, wobei die Gehäuse vorzugsweise aus Edelstahl gefertigt sind. Das Gehäuse ist auf vorteilhafte Weise geeignet, die Sendeeinheit bzw. die Empfangseinheit gegen extreme Umgebungsbedingungen zu schützen. Denkbar ist, dass die Sendeeinheit bzw. die Empfangseinheit dauerhaft im jeweiligen Gehäuse eingekapselt sind. Sowohl die Empfangseinheit als auch die Sendeeinheit sind sehr wartungsarm, so dass bei der Produktion der Sendeeinheit bzw. der Empfangseinheit das Gehäuse sicher so verschlossen werden kann, dass es nicht mehr zerstörungsfrei zu öffnen ist. Dies verbessert weiterhin die Haltbarkeit der Materialverfolgungsvorrichtung.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Gehäuse jeweils Kühlmittelanschlüsse aufweisen. Dies ermöglicht, die Empfangseinheit und/oder die Sendeeinheit zu Kühlen und damit die Materialverfolgungsvorrichtung mit sehr hohen Lichtintensitäten zu betreiben. Denkbar ist, dass die Empfangseinheit und/oder die Sendeeinheit wasserkühlbar sind. Denkbar ist dazu, dass die Empfangseinheit und/oder die Sendeeinheit jeweils einen Wärmetauscher aufweisen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Materialverfolgungsvorrichtung eine Kabelbruchkontrolle zur Störüberwachung aufweist. Dies ermöglicht auf vorteilhafte Weise eine Sicherstellung des korrekten Betriebes der Materialverfolgungsvorrichtung.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass eine Leistungselektronik der Materialverfolgungsvorrichtung in einem Schaltschrank angeordnet ist. Gerade die Leistungselektronik der Sendeeinheit erzeugt bei den, für den Betrieb in einer Intensivkühlanlage benötigten, Lichtintensitäten hohe Temperaturen. Daher muss die Leistungselektronik gekühlt werden. Die Anordnung der Leistungselektronik in einem Schaltschrank ermöglicht es, aufwendige Kühlmaßnahmen abseits der Sendeeinheit durchzuführen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Empfangseinheit einen analogen Signalausgang zum Ausgeben eines zur Intensität des registrierten Infrarot-Lichtes proportionalen weiteren Signals aufweist. Damit ist es auf vorteilhafte Weise möglich, die registrierte Intensität des Infrarot-Lichtes zu kontrollieren und gegebenenfalls Verschmutzungen oder Fehler bei der Justage der Materialverfolgungsvorrichtung zu beseitigen.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe ist ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Materialverfolgungsvorrichtung, wobei von der Mehrzahl von Infrarot-LEDs der Sendeeinheit unfokussiert Infrarot-Licht ausgesendet wird, wobei von der Empfangseinheit in Abhängigkeit von von ihr registriertem Infrarot-Licht ein erstes Signal oder ein zweites Signal auszugeben wird.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ausschließlich Infrarot-Licht detektiert. Das erfindungsgemäße Verfahren kommt daher völlig ohne radioaktive Substanzen aus. Das Material, beispielsweise die Walztafeln, wird zwischen Sendeeinheit und Empfangseinheit hindurch gefahren. Fall sich eine Walztafel zwischen Sendeeinheit und Empfangseinheit befindet, so verhindert die Walztafel, dass Infrarot-Licht direkt von der Sendeeinheit zur Empfangseinheit gelangt. Entsprechend dem Infrarot-Licht, welches von der Empfangseinheit registriert wird, wird von der Empfangseinheit das erste Signal oder das zweite Signal ausgegeben. Denkbar ist, dass das zweite Signal eine Abschattung des Infrarot-Lichtes auf der Empfangseinheit, also das Vorhandensein einer Walztafel zwischen Sendeeinheit und Empfangseinheit anzeigt und das erste Signal die Abwesenheit einer Walztafel zwischen Sendeeinheit und Empfangseinheit anzeigt. Das langwellige unfokussierte Infrarot-Licht ist in der Lage, Millionen von Wassertropfen, wie sie in Intensivkühlanlagen auftreten, zu durchdringen und ist dabei für den Menschen völlig unschädlich.
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Denkbar ist, dass mehrere Materialverfolgungsvorrichtungen in einer Transportrichtung des Materials hintereinander angeordnet werden, so dass ein Transport des Materials überwacht werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass
- - wenn sich zwischen der Sendeeinheit und der Empfangseinheit kein Material befindet, von der Empfangseinheit das von der Sendeeinheit ausgesendete Infrarot-Licht registriert wird und von der Empfangseinheit das erste Signal ausgegeben wird und
- - wenn sich zwischen der Sendeeinheit und der Empfangseinheit Material befindet, von der Empfangseinheit kein Infrarot-Licht registriert wird und von der Empfangseinheit das zweite Signal ausgegeben wird. Dies ermöglicht auf vorteilhaft einfache Weise durch die Detektion ob sich Material zwischen Sendeeinheit und Empfangseinheit befindet, dieses Material zu verfolgen. Denkbar ist aber auch, dass von der Empfangseinheit das erste Signal ausgegeben wird, wenn von der Empfangseinheit Infrarot-Licht mit einer Intensität oberhalb eines Intensitätsgrenzwertes registriert wird und das zweite Signal ausgegeben wird, wenn von der Empfangseinheit Infrarot-Licht mit einer Intensität unterhalb des Intensitätsgrenzwertes registriert wird. Durch die Anpassung des Intensitätsgrenzwertes ist auf vorteilhafte Weise die Empfindlichkeit der Materialverfolgungsvorrichtung einstellbar.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass von der Sendeeinheit das Infrarot-Licht in einer bestimmten Impulsfolge ausgesendet wird, wobei
- - wenn sich zwischen der Sendeeinheit und der Empfangseinheit kein Material befindet, von Empfangseinheit die von der Sendeeinheit ausgesendete Impulsfolge registriert wird und von der Empfangseinheit das erste Signal ausgegeben wird
- - wenn sich zwischen der Sendeeinheit und der Empfangseinheit Material befindet, von der Empfangseinheit die von der Sendeeinheit ausgesendete Impulsfolge nicht registriert wird und von der Empfangseinheit das zweite Signal ausgegeben wird.
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Das Aussenden von Impulsen, vorzugsweise von sehr kurzen Impulsen, verringert weiterhin die Gefahr möglicher Augenschäden. Weiterhin ist dadurch vorteilhaft möglich, die Einwirkung von Infrarot-Licht aus anderen Quellen auf die Materialverfolgungsvorrichtung zu minimieren. Denkbar ist, dass die Impulsfolge zum Abgleich von ausgesendeter Impulsfolge und registrierter Impulsfolge kabelgebunden von der Sendeeinheit an die Empfangseinheit übermittelt wird. Denkbar ist dass wenn mehrere erfindungsgemäße Materialverfolgungsvorrichtungen benachbart angeordnet sind, die jeweiligen Impulsfolgen asynchron zueinander ausgesendet werden. Dies verringert auf vorteilhafte Weise ein wechselseitiges Übersprechen der Materialverfolgungsvorrichtungen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Impulsfolgen von der Sendeeinheit mit einer Wiederholfrequenz von mindestens 100 Hz wiederholt ausgesendet werden. Dies ermöglicht eine schnelle und sehr genaue Verfolgung des Materials.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass zur Erkennung von Verschmutzung der Materialverfolgungsvorrichtung oder Leistungsminderung der Materialverfolgungsvorrichtung die Signalstärke des weiteren Signals überwacht wird. Damit ist es vorteilhaft möglich, fehlerhafte Abweichungen der Funktion der Materialverfolgungsvorrichtung frühzeitig zu erkennen und zu beseitigen.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe ist eine Kühlanlage zum intensiven Kühlen von Walztafeln bei der Herstellung von Blechen, wobei die Kühlanlage Wasserdüsen zum zur Wasserkühlung der Walztafeln aufweist, wobei die Kühlanlage eine erfindungsgemäße Materialverfolgungsvorrichtung zur Verfolgung der Walztafeln aufweist.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe ist ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Kühlanlage, wobei eine Walztafel durch die Kühlanlage gefördert wird, wobei die Walztafel mit Wasser gekühlt wird, wobei die Walztafel mit einer erfindungsgemäßen Materialverfolgungsvorrichtung verfolgt wird.
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Alle vorstehenden Ausführungen unter „Offenbarung der Erfindung“ gelten gleichermaßen für die erfindungsgemäße Materialverfolgungsvorrichtung, das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Materialverfolgungsvorrichtung, die erfindungsgemäße Kühlanlage und das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Kühlanlage.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
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Figurenliste
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- 1 zeigt schematisch eine Materialverfolgungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt schematisch eine Kühlanlage gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
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In 1 ist die Materialverfolgungsvorrichtung 10 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Zu erkennen sind die Sendeeinheit 1 mit mehr als 100 Infrarot-LEDs 1' und die Empfangseinheit 2 mit den Infrarot-Sensoren 2'. Zur Verdeutlichung des Aufbaus der Materialverfolgungsvorrichtung 10 sind die Sendeeinheit 1 und die Empfangseinheit 2 nebeneinander dargestellt. Für den Betrieb sind jedoch die Sendeeinheit 1 und die Empfangseinheit 2 so angeordnet, dass sich die Infrarot-LEDs 1' und die Infrarot-Sensoren 2' gegenüberstehen.
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In 2 ist die Kühlanlage 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Das Material 3, hier Walztafeln zur Herstellung von Blechen in einem Grobblechwalzwerk, wird zum Abkühlen auf Rollen 5 in Transportrichtung 3' durch die Kühlanlage 100 transportiert. Zur Abkühlung des Materials 3 wird durch die Düsen 4 8500 Liter Wasser pro Minute auf das Material 3 gepumpt. Um festzustellen, wo genau sich das Material 3 in der Kühlanlage 100 befindet, wird die Position des Materials 3 von einer Mehrzahl von Materialverfolgungsvorrichtung überwacht und so das Material 3 verfolgt. Die Materialverfolgungsvorrichtung weisen jeweils Sendeeinheiten 1 und Empfangseinheiten 2 auf. Die Sendeeinheiten 1 senden mit jeweils mehr als 100 Infrarot-LEDs unfokussiert Infrarot-Licht mit hoher Intensität mit einer bestimmten Impulsfolge aus. Bei den Materialverfolgungsvorrichtungen, bei welchen das Material 3 zwischen der Sendeeinheit 1 und der Empfangseinheit 2 angeordnet ist, wird das von der Sendeeinheit 1 ausgesandte Infrarot-Licht vor der Empfangseinheit 2 durch das Material 3 abgeschattet. Die Empfangseinheit 2 detektiert die ausgesandte Impulsfolge nicht und gibt das zweite Signal aus. Bei den Materialverfolgungsvorrichtungen, bei welchen das Material 3 nicht zwischen der Sendeeinheit 1 und der Empfangseinheit 2 angeordnet ist, wird die von der Sendeeinheit 1 ausgesandte Impulsfolge von der Empfangseinheit 2 detektiert, woraufhin die Empfangseinheit 2 das erste Signal ausgibt.
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Zum Abgleich der Impulsfolge sind die jeweiligen Sendeeinheiten 1 und Empfangseinheiten 2 der Materialverfolgungsvorrichtungen über ein Kabel 12 miteinander verbunden. Im Schaltschrank 6 ist die Leistungselektronik der Sendeeinheiten 1 angeordnet, was die Kühlung der Leistungselektronik abseits der Kühlanlage 100 erleichtert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sendeeinheit
- 1'
- Infrarot-LED
- 2
- Empfangseinheit
- 2'
- Infrarot-Sensor
- 3
- Material
- 3'
- Transportrichtung
- 4
- Düse
- 5
- Rolle
- 6
- Schaltschrank
- 10
- Materialverfolgungsvorrichtung
- 12
- Kabel
- 100
- Kühlanlage
