DE102022100820B3

DE102022100820B3 - Stabilisierungsvorrichtung und Sensoraufbau für fortlaufend bewegte Metallbänder

Info

Publication number: DE102022100820B3
Application number: DE102022100820.7A
Authority: DE
Inventors: Steffen Dombrowski; Markus Alfes
Original assignee: EMG Automation GmbH
Current assignee: EMG Automation GmbH
Priority date: 2022-01-14
Filing date: 2022-01-14
Publication date: 2023-02-09
Anticipated expiration: 2042-01-15
Also published as: WO2023134904A1

Abstract

Vorrichtung (10) zum Stabilisieren des Laufs eines Metallbandes (4), das aus einem Düsenaufbau (6), insbesondere bei einer Verzinkungsanlage oder Beschichtungsanlage austritt, umfassend: ein Stabilisierungsmodul (8) mit einer Mehrzahl von elektromagnetischen Aktoren (9), welche im Verhältnis zu einer Bandebene des Metallbandes (4) in einem Abstand und nebeneinander sowie gegenüberliegend zueinander beidseitig des Metallbandes (4) angeordnet sind und auf das Metallband (4) durch Magnetkraft einwirken, einen Sensoraufbau (2) aus einer Mehrzahl von berührungslosen Sensoren (2.1, 2.2, 2.3) zum Erfassen eines Abstandes der Aktoren (9) zum Metallband (4) zur Steuerung der Stabilisierung durch das Stabilisierungsmodul (8) und eine oder mehrere Halterungen (3) für die Aktoren (9) und den Sensoraufbau (2), wobei mindestens teilweise Sensoren (2.1, 2.2, 2.3) gleichen Typs mit identischem Messprinzip jedoch mit mindestens zwei voneinander abweichenden Signalträgerbereichen, Frequenzen oder Wellenlängen jeweils permutierend nebeneinander auf mindestens einer Seite des Metallbandes (4) oder permutierend gegenüberliegend zueinander beiderseits des Metallbandes (4) vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Stabilisieren des Laufs eines Metallbandes und einen Sensoraufbau zum Erfassen und Steuern der Position oder des Laufs einer Materialbahn oder eines Metallbandes, welches sich fortlaufend in einer Produktionsanlage, wie zum Beispiel einer Verzinkungsanlage bewegt. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf elektromagnetische Bandstabilisierungen, welche in Produktionsanlagen für Stahlbänder für eine Positions- und Formmessung und entsprechende Steuerung bzw. Korrektur des Laufs derartiger Metallbänder verwendet werden. Um eine möglichst effektive Erfassung und Beeinflussung der Lage und des Laufs von solchen Metallbändern zu erreichen, werden elektromagnetische Aktoren zusammen mit einem Sensoraufbau kombiniert, um die entsprechenden Positionen und notwendigen Anpassungen der Position, wie zum Beispiel die horizontale Lage, eine Verwindung oder eine Krümmung der Metallbänder mit den Aktoren entsprechend über Steuerungen und Regelungen korrigieren zu können.
Zu diesem Zweck werden bei herkömmlichen derartigen Stabilisierungsvorrichtungen Sensorsysteme mit mehreren, beispielsweise in einer Reihe und gegenüberliegend von dem Metallband jeweils angeordneten Sensoren gleichen Typs eingesetzt, welche über die gesamte Bandbreite hinweg angeordnet sind und die jeweilige Position und Lage an diesen Stellen des Metallbandes erfassen können. Ein solches bekanntes Bandstabilisierungssystem ist beispielsweise beschrieben in DE 10 2005 060 058 B4 oder DE 10 2006 052 000 A1 . Die für die Erfassung der Bandlage der Metallbänder verwendeten Sensoren können verschiedene Arten von Sensoren sein, beispielsweise induktive Sensoren, Wirbelstromsensoren, Radarsensoren oder optische Sensoren, welche jeweils an einer Oberseite und einer Unterseite auf die Metallbänder hin gerichtet sind oder seitlich von den Metallbändern zur Kantenerfassung angeordnet sind.
Weitere Vorrichtungen zur Stabilisierung und Überwachung des Laufs von Metallbändern sind im Stand der Technik beispielsweise auch aus DE 601 14 219 T2 und WO 20121114 266 A1 bekannt. Bei diesen bekannten Konstruktionen werden konventionelle Steuerungen für die Stabilisierung von Metallbändern über herkömmliche Sensoren und entsprechende Aktuatoren, vorzugsweise elektromagnetische Aktuatoren, verwendet.
Ein Problem der bekannten derartigen Stabilisierungsvorrichtungen und Sensorsystemen ist, dass bei den mehreren Sensoren gleichen Typs, welche nebeneinander entlang der Bandbreite und gegenüberliegend zu beiden Seiten der Bänder oben und unten eingesetzt werden, es zu gegenseitigen Störungen bei der Erfassung von Sensorsignalen kommen kann. Je nach eingesetzter Sensortechnologie können sich die verwendeten Sensoren gegenseitig stören und es kann zu Signalverfälschungen, Interferenzen oder Abweichungen in den Messergebnissen aufgrund bestimmter einzelner Sensoren kommen. Wenn beispielsweise zwei oder mehrere Sensoren nahe nebeneinander angeordnet sind und sich Messflecken teilweise überschneiden oder wenn die Sensorsignale an den Kanten solcher Metallbänder bei lediglich einer Teilabdeckung des Sensormessbereichs (Messfleck) auf die gegenüberliegenden Sensoren treffen oder wenn ein relativ dünnes Bandmaterial auch beispielsweise teilweise durchlässig für die Messstrahlen für die jeweiligen Sensorsignale ist, kann es zu erheblichen Störungen in den Messungen und Fehleinschätzungen der Steuerung einer Bandlage kommen. Es können dadurch Fehlmessung entstehen und die Steuerung und Stabilisierung der Metallbänder entsprechend falsch vorgenommen werden. Auch können die in solchen Situationen erfassten Sensorsignale eine sogenannte Signalschwebung oder ähnliche ungünstige Verhaltensweisen hervorrufen, die störend für das Ergebnis der Ermittlung der Lage und des Laufs derartiger Metallbänder und die Weiterverarbeitung sind.
Solche nachteiligen Situationen werden im Stand der Technik durch recht aufwendige elektronische Beeinflussungen und Einstellungen in den Steuerungen der Sensoren vermieden. Beispielsweise werden bei bekannten elektromagnetischen Bandstabilisierern und den dort manchmal verwendeten Wirbelstromsensoren Synchronisierungen vorgenommen, um die Trägerfrequenzen zu vereinheitlichen. Mit solchen Synchronisationen kann auf elektronischem Wege mit einem gewissen Aufwand in der Regelung der Sensoren erreicht werden, dass die nachteiligen Konsequenzen einer gegenseitigen Störung von gegenüberliegenden Sensoren oder benachbarten Sensoren bei der Bandstabilisierung vermieden werden. Andere im Stand der Technik bekannte Lösungen für das genannte Problem sind, die einzelnen Sensoren in ihrem Abstand zueinander veränderlich anzuordnen. Hierfür sind relativ aufwendige Halterungen und einzelne Verstellmöglichkeiten von den Sensoren jeweils erforderlich. Dabei ist ein weiteres Problem dahingehend gegeben, dass die Sensoren in ihrem Abstand entsprechend der jeweiligen Lage und Veränderung der Horizontallage oder Krümmung der Metallbänder sich zusammen mit der Position der zugeordneten elektromagnetischen Aktoren leicht im Verlauf der bewegten Metallbänder ändern können. Dadurch ist die gegenseitige Störung von einzelnen Sensoren eines solchen Sensoraufbaus nicht immer gleich vorhanden und ausgerichtet aufgrund dynamischer Änderungen im System, sodass hier eine effektive Abänderung der Lage der einzelnen Sensoren zueinander zum Vermeiden derartiger Störeinflüsse relativ aufwendig ist.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stabilisierungsvorrichtung für den Lauf eines Metallbandes sowie eines Sensoraufbaus zum Erfassen und Steuern des Laufs von Materialbahnen oder Metallbändern bereitzustellen, welche eine gegenseitige Störung von einzelnen Sensoren in dem Sensoraufbau effektiv vermeiden und genauere Erfassung der Lage, Position und Form derartiger Metallbänder mit möglichst geringem technologischem Aufwand erzielen. Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung zum Stabilisieren des Laufs von Metallbändern nach Anspruch 1 sowie einem Sensoraufbau zum Erfassen und Steuern des Laufs eines Metallbandes oder Materialbahn nach Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum Stabilisieren des Laufs eines Metallbandes, das aus einem Düsenaufbau, insbesondere bei einer Verzinkungsanlage oder einer Beschichtungsanlage austritt, vorgeschlagen, welche ein Stabilisierungsmodul mit einer Mehrzahl von elektromagnetischen Aktoren umfasst, welche im Verhältnis zu einer Bandebene des Metallbandes in einem Abstand und nebeneinander sowie gegenüberliegend zueinander beidseitig des Metallbandes angeordnet sind und auf das Metallband durch Magnetkraft einwirken, weiter umfassend einen Sensoraufbau aus einer Mehrzahl von berührungslosen Sensoren zum Erfassen eines Abstandes der elektromagnetischen Aktoren zum Metallband zur Steuerung der Stabilisierung durch das Stabilisierungsmodul und eine oder mehrere Halterung(en) für die Aktoren und den Sensoraufbau, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens teilweise Sensoren gleichen Typs mit identischem Messprinzip jedoch mit mindestens zwei voneinander abweichenden Signalträgerbereichen, Frequenzen oder Wellenlängen jeweils permutierend nebeneinander auf mindestens einer Seite des Metallbandes oder permutierend gegenüberliegend zueinander beiderseits des Metallbandes vorgesehen sind. Die Sensoren gleichen Typs des Sensoraufbaus sind gemäß der Erfindung somit nicht jeweils mit gleichen Signalträgerbereichen betrieben, sondern weisen permutierend oder abwechselnd zueinander verschiedene und voneinander abweichende Signalträgerbereiche, Frequenzen oder Wellenlängen auf. Die jeweils nebeneinanderliegenden Sensoren des Sensoraufbaus der Vorrichtung sind somit unterschiedlich in der Form der Signalträgerbereiche, sind jedoch vom gleichen Bautyp, beispielsweise Wirbelstromsensoren, Radarsensoren, induktive Sensoren oder optische Sensoren. Die Permutation oder Unterscheidung zwischen benachbarten jeweiligen Sensoren gemäß der Erfindung ist so vorgesehen, dass sich die einzelnen benachbarten Sensoren oder auch zueinander direkt gegenüberliegende Sensoren nicht in der Erfassung der Lage des Metallbandes und Entfernung vom Metallband stören können. Die entsprechende Permutation wird so vorgesehen, dass die Signalträgerbereiche bei den einzelnen Sensoren der Mehrzahl von Sensoren innerhalb des Sensoraufbaus jeweils abwechselnd unterscheiden.
Alternativ oder zusätzlich kann die Sensor-Permutation auch durch wechselnde verschiedene Typen von Sensoren, wie Wirbelstrom- oder Radarsensoren kombiniert vorgesehen werden. Oder eine spezifische Anordnung der Sensoren bewirkt die erfindungsgemäße Permutation (Abwechslung).
Eine Permutation der Erfindung hinsichtlich der Signalträgerbereiche der Sensoren des Sensoraufbaus zur Erfassung des Metallbandes bedeutet also insbesondere, dass nicht gleiche Signalträgerbereiche verwendet werden, sondern die Sensoren vom gleichen Bautyp mit unterschiedlichen Signalträgerbereichen betrieben werden oder unterschiedlich angesteuert werden. Dies hat den Vorteil, dass etwaige Störungen von nah benachbart zueinander montierten Sensoren oder bei einer nur teilweisen Überlappung am Kantenbereich derartiger Metallbänder vorgesehenen Sensoren, die sich gegenüber liegen, keine Falschinformationen der Lage durch die Sensoren erfasst und weitergeleitet werden. Die einzelnen benachbarten Sensoren innerhalb des Sensoraufbaus sind einfach durch unterschiedliche Signalträgerbereiche voneinander vorab verschieden oder lassen sich variabel verschieden einstellen oder lassen sich auch periodisch ausschalten oder wieder einschalten, um eine Permutation im Sinne der vorliegenden Erfindung in der Anordnung der Sensoren entlang und beiderseits der Breite des Metallbandes vorzusehen.
Die erfindungsgemäßen Sensoren können alternativ oder zusätzlich mindestens teilweise verschiedene Arten von Sensoren sein, beispielsweise induktive Sensoren bzw. Wirbelstromsensoren. Die Sensoren können auch Radarsensoren oder auch optische Sensoren sein, welche dann in der Wellenlänger der jeweiligen Signalträgerbereiche entsprechend angepasst sind, um eine Permutation also eine abwechselnde Ausgestaltung und Ansteuerung der einzelnen Sensoren in dem Sensoraufbau gemäß der Erfindung vorsehen zu können.
Erfindungsgemäß sind ferner mindestens eine oder mehrere Halterungen für die Aktoren des Stabilisierungsmoduls undloder für die Sensoren des Sensoraufbaus vorgesehen. Die Halterungen können gemeinsam für sowohl die Aktoren als auch die Sensoren vorgesehen sein. Alternativ können die Halterungen auch als getrennte Halterungen jeweils vorhanden sein, sodass sich eine relative Lage zwischen den Aktoren und den Sensoren entsprechend den jeweiligen Erfordernissen in der Anwendung verstellen lässt. Ein relativ einfacher Aufbau kann somit für die Konstruktion der Sensoranordnung und der Sensoren verwendet werden, da eine Synchronisationsmöglichkeit der Frequenzen oder Wellenbereiche in einer Regelung nicht mehr erforderlich ist. Es werden beispielsweise entlang einer Seite des Stabilisierungsmoduls abwechselnd hochfrequente und niedrigfrequente Wirbelstromsensoren nebeneinander auf den beiden gegenüberliegenden Seiten des Metallbandes in dem Sensoraufbau angeordnet. Damit wird eine gegenseitige negative Beeinflussung der Sensoren sowohl was die benachbarten Sensoren als auch was die gegenüberliegenden Sensoren bedeutet, effektiv mit relativ einfachen konstruktiven Mitteln vermieden. Die Permutation gemäß der Erfindung, mit welcher die Sensoren innerhalb der Vorrichtung angeordnet sind, kann sowohl durch eine spezifische Form der Anordnung auf einer Seite, auf gegenüberliegenden Seiten als auch durch eine gezielte Ansteuerung der einzelnen Sensoren erreicht werden, beispielsweise indem einzelne Sensoren oder Sensorgruppen bewusst periodisch ausgestellt und wieder eingestellt werden können. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet erhebliche Vorteile gegenüber den bisher bekannten Lösungen zu diesem Problembereich. Es können einfach aufgebaute Sensortypen der gleichen Bauart mit vorab getrennten Frequenzbereichen oder dergleichen verwendet werden, ohne dass sie sich gegenseitig auch bei sehr nah aneinander angrenzender Anordnung negativ beeinträchtigen. Anstatt von Wirbelstromsensoren können auch andere Sensortypen, wie zum Beispiel Radarsensoren oder optische Sensoren mit unterschiedlichen Wellenlängen oder Lichtfarben im sichtbaren oder im unsichtbaren Spektrum erfindungsgemäß eingesetzt werden.
Je nach Sensortyp und Bauart der Sensoren können auch Sender-/Empfängerelemente beispielsweise für Laserstrahlen und Empfängerdioden vorgesehen werden, die jeweils mit den notwendigen elektrischen Steuerungen und Schaltkreisen versehen sind. Die Sensoren des Sensoraufbaus sind vorzugsweise Abstandssensoren, können jedoch auch Positionssensoren oder Kantensensoren zum Erfassen von Bandkanten der Metallbänder sein. Bei der Anwendung einer Bandstabilisierung von Metallbändern in der Herstellung von fortlaufenden Metallbändern, beispielsweise in Verzinkungsanlagen, kommen bevorzugt Wirbelstromsensoren zum Einsatz, welche mit unterschiedlichen niedrigen und hohen Frequenzen zur Herstellung der erfindungsgemäßen Permutation jeweils abwechselnd ausgebildet sind. Wenn Sensoren eines gleichen Typs bzw. auf der Basis der gleichen Messtechnologie (Radar, Wirbelstrom, Induktion etc.) verwendet werden, kann so eine negative Beeinflussung der Sensoren gegeneinander effektiv mit relativ einfachen Mitteln vermieden werden, sodass die Messergebnisse insgesamt sehr viel genauer sind, als es bisher im Stand der Technik mit beispielsweise einer Angleichung oder Synchronisierung von den Frequenzen oder Signalträgerbereichen der Sensoren eines Sensoraufbaus möglich war.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Permutation der Sensoren gleichen Typs oder mit gleichem Messprinzip durch eine Abwechslung von jeweils benachbarten Sensoren mit voneinander abweichendem Signalträgerbereich auf einer Seite des Metallbandes realisiert. Auf diese Weiser werden mindestens zwei verschiedene Signalträgerbereiche auf einer Seite der Stabilisierungsvorrichtung oder auf beiden Seiten der Stabilisierungsvorrichtung vorgesehen, wobei abwechselnd Sensoren mit einem ersten Signalträgerbereich bzw. Frequenz- oder Wellenbereich vorgesehen sind und einem zweiten Signalträgerbereich, sodass sich die Sensoren jeweils benachbart voneinander in dem Signalträgerbereich unterscheiden. Dies ist die einfachste Art einer Permutation von Sensoren bei einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten oder nebeneinander und gegenüber angeordneten Sensoren, wie zum Beispiel Wirbelstromsensoren, derartiger Bandstabilisεerungsvorrichtungen. Mit solch einer Ausgestaltung können beispielsweise hochfrequente und niedrigfrequente Sensoren jeweils abwechselnd in einer beliebigen Anzahl von Sensoren entlang der Bandbreite vorgesehen werden, beispielsweise sechs, acht oder zehn Sensoren auf jeder Seite des Metallbandes. Alternativ können auch mehr als zwei verschiedene Signalträgerbereiche vorgesehen sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Permutation in den Signalträgerbereichen der jeweiligen Sensoren des Sensoraufbaus durch jeweils benachbartes Anordnen von Sensoren mit voneinander abweichenden mindestens zwei verschiedenen Signalträgerbereichen mit gleicher Permutation auf beiden Seiten des Metallbandes vorgesehen. Das heißt, die beiden gegenüberliegenden Seiten weisen jeweils gleich abwechselnd vorgesehene Signalträgerbereiche in den Sensoren auf, beispielsweise sind zunächst erste Sensoren mit eine niedrigen Frequenz gegenüberliegend vorgesehen und daneben dann angrenzend Sensoren mit einer hohen Frequenz und dann wieder welche mit einer niedrigen Frequenz. Auf diese Weise kann eine einfache Permutation zur Vermeidung von gegenseitigen Störungen der Sensoren untereinander auf beiden Seiten des Metallbandes realisiert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Permutation der Sensoren in dem Sensoraufbau der Stabilisierungsvorrichtung durch auf den gegenüberliegenden Seiten des Metallbandes jeweils entgegengesetzte Anordnung von jeweils gegenüberliegenden Sensoren mit abweichenden Signalträgerbereichen vorgesehen. in solch einer Ausgestaltung wird quasi eine „entgegengesetzte Sensor-Permutation“ vorgesehen, das heißt die Abwechslung oder Permutation mit mindestens zwei verschiedenen Signalträgerbereichen ist gegenläufig verschieden auf den beiden Seiten des Metallbandes und der dortigen Stabilisierungsmodule. Bei mehr als zwei verschiedenen Signalträgerbereichen ergibt sich entsprechend eine noch stärkere entgegengesetzte Permutation entsprechend der jeweiligen Anzahl von sich unterscheidenden Signalträgerbereichen der jeweiligen eingesetzten Sensoren, wie zum Beispiel Wirbelstromsensoren.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens teilweise in dem Sensoraufbau eine Permutation der Sensoren durch Sensoren von unterschiedlichem Typ oder unterschiedlicher Messtechnologie, insbesondere Wirbelstromsensoren, Radarsensoren oder induktive Sensoren, vorgesehen. In mindestens einem Teilbereich des Sensoraufbaus sind damit nebeneinander verschiedenartige Sensortypen eingesetzt, um eine Störung der benachbarten Sensoren oder der direkt gegenüberliegenden Sensoren zu verhindern. Eine Permutation durch unterschiedlichen Sensortyp kann beispielsweise in der Form vorgesehen sein, dass an einem Randbereich des Metallbandes Radarsensoren und daran angrenzend dann im mittleren Bereich induktive Sensoren eingesetzt werden. Andere Wechselformen zwischen Sensortypen innerhalb eines Sensoraufbaus gemäß der Erfindung zum Herstellen der Permutation der Sensoren können ebenfalls eingesetzt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Signalträgerbereich von mindestens einem Teil der Sensoren variabel einstellbar zur Erzeugung der Permutation zwischen den nahe zueinander liegenden Sensoren. Die Sensoren können somit in unterschiedlichen Signalträgerbereichen jeweils benachbart betrieben werden. Im Falle von Wirbelstromsensoren wären beispielsweise abwechselnd hochfrequente und niedrigfrequente Wirbelstromsensoren nebeneinander in einer Reihe gegenüberliegend vom Metallband angeordnet. Hiermit lässt sich auch bei Bedarf die Permutation auf jeweilige Anwendungsbereiche anpassen, da die Signalträgerbereiche verstellbar sind.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Sensoren des Sensoraufbaus in einer gleichen Ebene zu der Ebene der Aktoren des Stabilisierungsmoduls und parallel zur Ebene des Metallbandes angeordnet. Die zum Aussenden der Sensorsignale verwendeten vorderen Oberflächen der Sensoren sind also in etwa bündig zu den Vorderseiten der Aktoren des Stabilisierungsmoduls, beispielsweise den elektromagnetischen Aktoren. Auf diese Weise liegen die Sensoren und die Aktoren jeweils in einer gleichen Fläche oder Ebene auf der Vorderseite hin angeordnet, sodass sie auch in einer gemeinsamen Halterung miteingebaut werden können oder integriert in den Aktoren sein können. Eine kompakte Bauform wird so erreicht. Auch Sensoren mit relativ beschränktem Messbereich, wie z.B. Wirbelstromsensoren, lassen sich so effektiv einsetzen, ohne dass es relevante Störkanten im Sichtfeld der Sensoren gibt. Die gegenseitige Ausrichtung der Sensoren und Aktoren ist auch einfacher zu realisieren, da sie alle einer gleichen Ebene mit der Wirkungs-Vorderseite liegen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Halterungen für die Aktoren und den Sensoraufbau gemeinsam oder getrennt voneinander aber gekoppelt vorgesehen und sind vorzugsweise insbesondere mit jeweiliger Verstellmöglichkeit zueinander realisiert. Auf diese Weise kann beispielsweise der Sensoraufbau im Vergleich zu den Aktoren weiter weg von dem Metallband vorgesehen werden. Die Aktoren selbst sind vorzugsweise möglichst nahe an der Oberfläche des zu erfassenden Metallbandes angeordnet Mit solch einer Verstellmöglichkeit lassen sich auch die Sensorbereiche des Sensoraufbaus auf spezielle Anwendungsformen anpassen, indem beispielsweise durch einen größeren Abstand ein größerer Sensorerfassungskegel einzelner Sensoren mit größerem Flächenbereich zum Erfassen der Metallbänder eingestellt wird. Die Einsatzmöglichkeiten und Anpassungsmöglichkeiten sind dadurch deutlich vergrößert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Sensoren des Sensoraufbaus im Verhältnis zu einer Ebene nach vorne und oder nach hinten hin versetzt zu einer Ebene der elektromagnetischen Aktoren, vorzugsweise in verstellbarer Form, angeordnet. Die jeweiligen Ebenen der Vorderseiten oder Aktivseiten der Sensoren und der Aktoren sind damit nicht mehr notwendigerweise bündig und in einer Linie oder Fläche zueinander, sondern sind seitlich versetzt oder horizontal in der Höhe versetzt zueinander, je nachdem ob die Vorrichtung horizontal oder vertikal eingebaut wird. Damit lassen sich die Wirkbereiche zwischen den Sensoren und den Aktoren jeweils entsprechend anwendungsbezogen anpassen auf die Form und Art der verwendeten Techniken und zu erfassenden Metallbändern.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Sensoren in einem Innenbereich der Aktoren, insbesondere zwischen Polschuhen von den Polen eines Elektromagneten von den Aktoren oder im Innenbereich eines Topfmagneten, jeweils angeordnet. Dadurch ergibt sich ein sehr kompakter Aufbau der Vorrichtung. Die Sensoren sind auch nahe und zentriert zu den jeweiligen Aktoren durch die Integration innerhalb eines Innenbereichs der Aktoren vorgesehen, sodass die Messergebnisse für ein noch effektiveres Ansteuern der Aktoren zum Beeinflussen der Lage der Metallbänder erreicht wird. Die Sensoren sind ferner in einem zentralen Bereich des Wirkungsbereichs der Aktoren angeordnet und erfassen somit quasi punktgenau die jeweils für die Steuerung der Metallbänder und Stabilisierung der Metallbänder erforderlichen Stellen am Metallbad
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens einzelne von der Mehrzahl der Sensoren jeweils periodisch über eine Steuereinheit abschaltbar und einschaltbar. Durch periodisches Ab- oder Einschalten von einzelnen Sensoren oder Gruppen von Sensoren kann ebenfalls eine Art erfindungsgemäße Permutation, das heißt ein Abwechseln zwischen benachbarten undloder gegenüberliegenden Sensoren erreicht werden, um die gegenseitigen Störungen von Sensoren zu vermeiden. Mit solch einer Maßnahme lassen sich auch Sensoren gleichen Typs einsetzen und die Signalträgerbereiche, wie zum Beispiel Frequenzen oder Wellenlängen, lassen sich sehr nahe beieinander oder identisch zueinander in mindestens einem Teilbereich von dem Sensoraufbau ausführen. Zu diesem Zweck wird eine Steuereinheit oder Regelung vorgesehen, die eingerichtet und ausgebildete ist für ein periodisches Einschalten oder Ausschalten einzelner Sensoren oder Gruppen von Sensoren des Sensoraufbaus.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens ein Signalträgerbereich der mindestens zwei voneinander abweichenden Signalträgerbereichen der Sensoren entsprechend einer Form oder einer Dicke eines zu messenden Metallbandes variabel einstellbar. Für bestimmte Anwendungen von beispielsweise sehr dicken Metallbändern werden die Signalträgerbereich entsprechend verstellt. Die Vorrichtung ist damit variabel ohne konstruktive Abänderung einsatzbar für verschiedene Formen und Dicken von zu messenden Metallbändern. Ein aufwendiger Umbau oder Anpassung der Sensorik ist nicht nötig bei Wechsel zwischen verschiedenen herzustellenden Metallbändern.
Die Erfindung betrifft ebenso einen Sensoraufbau zum Erfassen und Steuern des Laufs eines Metallbandes oder einer elektrisch leitfähigen Materialbahn gemäß Anspruch 13. Der Sensoraufbau dient einer Steuerung oder Erfassung von Metallbändern oder leitfähigen Materialbahnen in Produktionsanlagen, in welchen die Metallbänder oder Materialbahnen fortlaufend bewegt werden, und umfasst eine Steuereinheit oder Regelung zum Verarbeiten von Sensorsignalen hinsichtlich der Lage des Metallbandes und eine Mehrzahl von berührungslosen Sensoren zum Erfassen eines Abstandes oder einer Lage des Metallbandes und mehrere oder eine Halterung(en) für den Sensoraufbau, wobei er dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens teilweise Sensoren gleichen Typs mit identischem Messprinzip, jedoch mit mindestens zwei voneinander abweichenden Signalträgerbereichen, Frequenzen oder Wellenlängen jeweils permutierend nebeneinander auf mindestens einer Seite des Metallbandes oder der Materialbahn oder permutierend gegenüberliegend zueinander beiderseits des Metallbandes oder der Materialbahn vorgesehen sind. Mit solch einer Permutation zwischen den nahe beieinanderliegenden Sensoren wird eine gegenseitige Störung effektiv vermieden. Die Qualität der Sensorsignale ist dadurch deutlich besser als bisher im Stand der Technik. Die Sensoren können in verschiedener Form abwechselnd oder permutierend zueinander in einer Reihe oder auch in der gegenüberliegenden Form in dem Sensoraufbau vorgesehen sein. Die Permutation kann eine Permutation gemäß einem der zuvor beschriebenen Aspekte gemäß den Ansprüchen 1 bis 12 sein, nämlich durch eine voreingestellte Form von Signalträgerbereichen, eine mechanische Permutation im Sinne einer wechselseitigen Anordnung von Sensoren mit unterschiedlichen Signalträgerbereichen nebeneinander oder gegenüberliegend entweder gegenläufig auf beiden Seiten oder gleichläufig auf den beiden Seiten. Auch kann eine Permutation durch die jeweilige Anordnung und Lage der Sensoren oder durch variable Einstellbarkeit der Signalträgerbereiche erfolgen. Oder mindestens einzelne Sensoren sind periodisch an- und abstellbar ausgebildet.
Der erfindungsgemäße Sensoraufbau dient zum Erfassen der Lage und Laufs von Metallbändern oder anderen elektrisch leitfähigen Materialbahnen und kann beispielsweise integriert in einem Stabilisierungsmodul mit elektromagnetischen Aktoren oder anderen Typen von Aktoren, z.B. Luftaktoren zusammen angeordnet sein. Alternativ kann der Sensor-aufbau auch in einem anderen Teil derartiger Anlagen für die Herstellung oder Bearbeitung von Metallbändern angeordnet sein, beispielsweise integriert in einem Düsenaufbau oder in einer Kühleinheit oder nahe bei oder sogar integriert in einem Heizofen für eine thermische Bearbeitung von Metallbändern. Die Einsatzmöglichkeiten des Sensoraufbaus mit permutierender Form oder Anordnung von Sensoren gemäß der Erfindung sind damit vielfältig und eine hohe Qualität in der Erfassung der Lage und Steuerung des Laufs derartiger Metallbänder kann durch die störungsfreien Sensorsignale erzielt werden. im Falle einer elektrisch leitfähigen Materialbahn können als berührungslose Sensoren vorzugsweise Wirbelstromsensoren eingesetzt werden. Solche elektrisch leitfähigen Bänder oder Materialbahnen können beispielsweise durch eine Beschichtung oder einen Faseranteil mit leitfähigen Materialien, Partikeln oder Fasern von ansonsten nicht-leitfähigen Materialbahnen sein. Dem Fachmann des Gebietes sind solche leitfähige Bänder in verschiedener Materialform oder Verbundmaterialien bekannt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Aspekte der Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von mehreren Ausführungsbeispielen der Erfindung offenbar werden, welche anhand von den in den Figuren der Zeichnungen erfolgt. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht des Gesamtaufbaus eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Stabilisierung von Metallbändern mit Sensor-Permutation am Beispiel einer Verzinkungsanlage;
2 eine schematische Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels im Bereich des Stabilisierungsmoduls und des Sensoraufbaus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (Horizontalschnitt);
3 eine schematische seitliche Schnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Bandstabilisierungsvorrichtung (Vertikalschnitt);
4 eine Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Bandstabilisierungsvorrichtung mit Sensor-Permutation im Sensoraufbau und Stabilisierungsmodul mit elektromagnetischen Aktoren;
5a bis 5j schematische Schaubilder von Ausführungsbeispielen für verschiedene Formen von erfindungsgemäßer Permutation von Sensoren im Sensoraufbau, wobei 5e bis 5j schematische seitliche Darstellungen von erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen mit einer Verlagerung oder einem Versatz der Ebene der Sensoren und der Ebene der Aktoren im Verhältnis zu dem Metallband zeigen, welche zusätzlich aber auch kombiniert mit den vorherigen Ausführungsbeispielen vorgesehen werden können

In 1 der Zeichnung ist schematisch in einer Seitenansicht eine gesamte Anlage zur Verzinkung von Metallbändern 4 mit einer Stabilisierungsvorrichtung 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Ein Metallband 4 wird aus einem Ofen 12 durch Umlenkrollen 7 in ein Tauchbad oder Zinkbad 1 geleitet, um dort verzinkt zu werden. Das Metallband 4 wird anschließend aus dem Zinkbad 1 nach oben hin herausgeführt und über einen Düsenaufbau 6 wird überschüssiges Zink von dem Metallband entfernt. Zum Steuern und Beeinflussen der Lage des Metallbandes 4 ist ein erfindungsgemäßer Sensoraufbau 2 im Zusammenwirken einem Stabilisierungsmodul 8 bestehend aus einer Mehrzahl von beispielsweise elektromagnetischen Aktoren 9 vorgesehen. Die Metallbänder 4 werden von den Sensoren 2.1, 2.2 etc. des Sensoraufbaus 2 in der Lage und insbesondere dem Abstand erfasst, sodass mit den Aktoren 9 des Stabilisierungsmoduls 8 auf die Lage des Metallbandes 4 in den im Zinkbad 1 nachgelagerten Positionen Einfluss genommen werden kann. Solche Bandstabilisierungsanlagen sind für sich genommen im Stand der Technik bekannt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zum Stabilisieren des Laufs von Metallbändern 4 weist nun eine spezielle Anordnung oder spezielle Form eines Sensoraufbaus 2 mit einer Art permutierenden Form der jeweiligen Sensoren 2.1, 2.2 etc. auf, wie nachfolgend beschrieben.
Die Sensoren 2.1, 2.2 etc. sind in dem Sensoraufbau 2 in einer permutierenden Form oder permutierenden Anordnung vorgesehen und mindestens teilweise aus Sensoren gleichen Typs gebildet, welche zwar ein identisches Messprinzip (induktiv, Radar, optisch etc.) aufweisen, jedoch nach der Art einer Permutation voneinander teilweise abweichende Signalträgerbereiche haben oder permutierend zueinander durch die Anordnung abwechselnd an dem Metallband 4 vorgesehen sind (vgl. 2 und 4 bzw. 5a ff.). Eine Permutation, das heißt eine benachbart oder gegenüberliegend abwechselnd verschieden ausgebildete Form der Sensoren 2.1, 2.2, 2.3 ist beispielsweise in der Art vorgesehen, dass abwechselnd Wirbelstromsensoren mit hoher Frequenz und Wirbelstromsensoren mit niedriger Frequenz jeweils nebeneinander an dem Sensoraufbau 2 angebracht sind. Durch diese Permutation der Sensoren 2.1, 2.2, 2.3 wird erreicht, dass die jeweilige Signalqualität und das Messergebnis insgesamt der Lage und insbesondere des Abstandes zu dem Metallband 4 deutlich verbessert ist. Eine gegenseitige Störung von beispielsweise gegenüberliegenden Sensoren oder nahe beieinanderliegenden benachbarten Sensoren auf einer Seite des Metallbandes 4 wird auf diese Weise erfindungsgemäß effektiv vermieden.
Die Sensoren 2.1, 2.2, 2.3 des Sensoraufbaus 2 sind über eine Steuereinheit 20 gekoppelt, die vorzugsweise auch zum Ansteuern der Aktoren 9, beispielsweise der elektromagnetischen Aktoren, welche in dem Stabilisierungsmodul 8 vorhanden sind, dient. Die Sensoren 2.1, 2.2, 2.3 des Sensoraufbaus 2 können in gleicher Anzahl wie die Anzahl der Aktoren 9 des Stabilisierungsmoduls 8 vorhanden sein, beispielsweise fünf, acht oder zehn verteilt über die Breite des Metallbandes 4. Es können jedoch auch weniger Sensoren 2.1, 2.2, 2.3 als Aktoren 9 vorgesehen werden, die dann ebenfalls permutierend zwischen oder innerhalb der Aktoren 9 angeordnet werden. Auf jeden Fall werden die Aktoren 9 und Sensoren 2.1 etc. entlang der Breitenrichtung des Metallbandes 4 so verteilt angeordnet, dass eine Beeinflussung der Lage oder der Form des Metallbandes 4 ermöglicht wird, sodass beispielsweise eine verschobene oder auch gekrümmte Lage des Metallbandes 4 ausgeglichen werden kann oder dass ein Abstand zu den zusätzlichen Einrichtungen, wie zum Beispiel dem Düsenaufbau 6, einer Kühleinheit 5 oder anderen Stationen einer derartigen Verzinkungsanlage effektiv und dynamisch angepasst eingestellt werden kann. Bei Feststellen einer beispielsweise gekrümmten Form des Metallbandes 4, wie des mit der gestrichelten Linie in 2 angedeutet ist, werden einzelne Aktoren 9 anders durch die Steuereinheit 20 angesteuert als die seitlichen Aktoren 9, sodass im Seitenbereich keine Verstellung erfolgt, jedoch im Mittelbereich die Krümmung des Metallbandes 4 durch die Steuereinheit 20 aufgehoben werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 dient nicht nur zum Stabilisieren des Laufs und einer Lage von Metallbändern 4 oder elektrisch leitfähigen Materialbahnen, sondern ebenso zum Ausgleich von etwaigen Fehlverformungen oder Fehlausrichtungen. Zu diesem Zweck sind die Sensoren 2.1, 2.2, 2.3 des Sensoraufbaus 2 ebenfalls vorzugsweise gleichmäßig entlang der Breitenrichtung des Metallbandes 4 angeordnet und positioniert, wie in der 2 schematisch dargestellt. Die Sensoren 2.1, 2.2, 2.3 und die Aktoren 9 können dabei abwechselnd nebeneinander angeordnet sein oder sie können auch integriert innerhalb der Aktoren 9, beispielsweise zwischen den Polschuhen von U-förmigen Elektromagneten oder innerhalb eines Mittenbereichs von Topfmagneten der elektromagnetischen Aktoren 9 angebracht sein. In jedem Fall sind sowohl die Sensoren des Sensoraufbaus 2 als auch die Aktoren 9 mit einer Steuereinheit 20 derart gekoppelt, dass die Lage und der Abstand zu einem Metallband 4 sicher und ohne Störung erfasst werden kann und bei Bedarf eine Beeinflussung und Steuerung zur Verlagerung und korrekten Positionierung des Metallbandes 4 effektiv erfolgen kann.
In der 2 sind zur Veranschaulichung der Erfindung mehrere Sensoren 2.1, 2.2, 2.3 innerhalb einer gleichen Halterung 3 wie die elektromagnetischen Aktoren 9 des Stabilisierungsmoduls 8 montiert. Die Sensoren und die Aktoren 9 werden also gemeinsam mit der Halterung 3 beidseits des Metallbandes 4 gehalten und bei Bedarf auch in dem Abstand zu dem Metallband 4 relativ verstellt (vgl. Bewegungspfeile in 2). Eine erfindungsgemäße Permutation zwischen den Sensoren 2.1, 2.2 etc. kann beispielsweise derart vorliegen, dass unterschiedliche Frequenzbereiche für Wirbelstromsensoren von benachbarten Sensoren des Sensoraufbaus 2 vorgesehen werden, sodass sich die beiden benachbarten jeweiligen Sensoren nicht gegenseitig im Messen der Lage des Metallbandes negativ beeinträchtigen können. Eine Permutation im Sensoraufbau 2 kann auch dadurch erfolgen, dass die Sensoren in unterschiedlicher Form und in unterschiedlichen Abständen gegenüberliegend voneinander jeweils am Metallband 4 innerhalb des Sensoraufbaus 2 angeordnet werden. Eine weitere alternative Form der Permutation kann dadurch erfolgen, dass die Signalträgerbereiche einstellbar sind, beispielsweise die Wellenlängen oder die Frequenzen der Sensoren 2.1, 2.2, 2.3 etc..
Die 3 zeigt in einer weiteren schematischen Seitenansicht ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur Stabilisierung des Laufs von Metallbändern 4. Das Metallband 4 bewegt sich in Bandlaufrichtung B gemäß dem Pfeil in 3 und 1 zwischen dem beiderseits und gegenüberliegend entsprechend angeordneten Stabilisierungsmodulen 8 einschließlich des darin integrierten Sensoraufbaus 2. Auch hier ist eine Steuereinheit 20 vorgesehen, welche Motoren 11 zur Verstellung der Halterung 3 antreiben kann und zum Verarbeiten der Sensorsignale des Sensoraufbaus 2 dient. Der im unteren Bereich gezeigten Düsenaufbau 6 ist eine Art Abstreichdüse, um überschüssiges Zink vom Metallband 4 nach dem Zinkbad 1 abzustreifen. Bei diesem Ausführungsbeispiel der 3 ist der Düsenaufbau 6 ebenfalls an der gleichen Halterung 3 integriert mit dem Stabilisierungsmodul 8 und dem Sensoraufbau 2 vorgesehen. Es können jedoch auch getrennte Halterungen 3 für alle diese Elemente 2, 8 und 6 vorgesehen sein. Nach dem Beispiel, welches in der schematischen Darstellung der 3 gezeigt ist, sind die Aktoren 9 des Stabilisierungsmoduls 8 jeweils mit einer Mehrzahl von permutierend angeordneten Sensoren 2.1, 2.2 etc. versehen, welche permutierend entweder angeordnet oder permutierend ausgebildet sind entlang der Breite des Metallbandes 4. Sowohl der Sensoraufbau 2 mit den permutierend angeordneten oder ausgebildeten Sensoren als auch die Aktoren 9 des Stabilisierungsmoduls 8 sind mit der Steuereinheit 20 gekoppelt, welche auch mit den Verstellmotoren 11 zum Verstellen der relativen Lage der Abstreifdüse 6 zusammen mit dem Stabilisierungsmodul 8 signaltechnisch verbunden ist (vgl. Bewegungspfeile P in 3). Bei Feststellen einer Abweichung können so die Halterungen 3 je nach Abstand und Sollwerten des Abstandes zu dem Metallband 4 mit den Verstellmotoren 11 verfahren werden, um sowohl die Sensoren 2.1, 2.2, 2.3 als auch die Aktoren 9 entsprechend näher an das Metallband 4 heranzuführen oder von diesem wegzubewegen.
Die 4 zeigt in einer weiteren schematischen Draufsicht ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind jeweils sechs Aktoren 9 einer Stabilisierungseinheit 8 zusammen mit in der gleichen Anzahl vorgesehenen Sensoren 2.1, 2.2 des Sensoraufbaus 2 in einer gemeinsamen Halterung 3 beidseitig des Metallbandes 4 (nicht gezeigt) angeordnet. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt die einfachste Form einer Sensor-Permutation gemäß der Erfindung. Im Sensoraufbau 2 sind abwechselnd jeweils niedrigfrequente und hochfrequente Sensoren 2.1, 2.2 (auch bezeichnet als T₁, T₂) abwechselnd an den jeweiligen elektromagnetischen Aktoren 9 vorgesehen. Die benachbarten Sensoren 2.1, 2.2 werden dadurch in ihrer Messqualität deutlich verbessert, da sich auch bei nahe beieinanderliegenden Signalträgerbereichen oder Frequenzen oder Wellenlängen hier keine Störungen gegenseitig ergeben. Die Permutation der Sensoren 2.1, 2.2 ist also nach diesem Ausführungsbeispiel eine gleichmäßige Abwechslung zwischen Sensoren 2.1 mit hoher Frequenz und Sensoren 2.2 mit niedriger Frequenz, beispielsweise Wirbelstromsensoren. Bei diesem Ausführungsbeispiel der 4 ist die Permutation der Sensoren 2.1, 2.2 gleichläufig, das heißt die Sensoren sind jeweils auf beiden Seiten in gleichem Sinne abwechselnd vorgesehen, wobei sich nicht nur benachbart nebeneinanderliegende Sensoren 2.1, 2.2 in beispielsweise dem Signalträgerbereich unterscheiden, sondern auch direkt zueinander gegenüberliegende Sensoren 2.1, 2.2 (vgl. oben und unten in 4).
In all diesen Fällen der ersten Ausführungsbeispiele der 1 bis 4 sind die Sensoren 2.1, 2.2 etc. in einer permutierenden Form, das heißt mit wechselnd abweichendem Signalträgerbereich oder mit unterschiedlicher Anordnung von verschiedenen oder gleichartigen Sensortypen in dem Sensoraufbau 2 jeweils vorgesehen. In den 5a bis 5j sind entsprechende Beispiele für verschiedenartige Formen von Permutationen aufgezeigt, welche innerhalb der Mehrzahl von Sensoren 2.1, 2.2, 2.3 etc. des Sensoraufbaus 2 zur Ausführung der Erfindung realisiert werden können, wobei es sowohl mechanische Permutationen durch die Anordnung und Positionierung oder auch elektronische Permutationen durch eine Ansteuerung mit der Steuereinheit 20 also auch Permutationen durch Abwechslung der Positionen entlang der breiten Richtung des Metallbandes 4 erfindungsgemäß möglich sind, um die Vorteile einer störungsfreien und hoch genauen Erfassung der Lage und des Abstandes zu den Metallbändern 4 im Betrieb erreichen zu können. Die einfachste Variante von Sensor-Permutation ist ein jeweils verschiedener Signalträgerbereich (Frequenz, Wellenlänge etc.) von benachbarten oder zueinander gegenüberliegenden Sensoren.
In den 5a bis 5j sind verschiedene Ausführungsbeispiel in schematischen Ansichten für alternative Ausführungsformen einer Sensor-Permutation gemäß der Erfindung dargestellt. In den 5a fortfolgende werden die Sensoren mit 2.1, 2.2, 2.3 etc. bezeichnet, wenn es Sensoren gleichen Bautyps mit unterschiedlichen Signalträgerbereichen (Typ 1 bis Typ 3 etc., das heißt T_i) sind bzw. mit der Nummerierung der Sensoren S1, S2, S3 etc.. Die Aktoren 9 sind beispielsweise elektromagnetische Aktoren 9 mit jeweiligen Polschuhen und sind als Quadrate in diesen Figuren schematisch veranschaulicht. Das an dem Sensoraufbau 2 der Sensoren 2.1, 2.2, 2.3 ... und dem Stabilisierungsmodul 8 mit den Aktoren 9 vorbeilaufendem Metallband 4 ist in diesen Figuren nur teilweise schematisch mit der Bandlaufrichtung B des Metallbandes 4 eingezeichnet. Bei der Nomenklatur werden also als T_i die Sensoren vom Typ T₁, T₂, T₃ etc. bezeichnet, was den Sensoren 2.1, 2.2, 2.3 ... also Sensoren gleicher Bauart mit unterschiedlichem Signalträgerbereich entspricht. Die Aktoren 9 des Stabilisierungsmoduls 8 können auch andere elektromagnetische Aktoren 9 sein, welche nicht mit zwei Polschuhen versehen sind, sondern beispielsweise als Topfmagnete realisiert sind.
Bei der nachfolgenden Darstellung sind entweder die Signalträgerbereiche der Sensoren 2.1, 2.2, 2.3 bzw. T_i variiert oder die Position und Anordnung der Sensoren im Verhältnis zu den Aktoren 9 wird entsprechend verändert durch Abwechslung oder Auslassung in einzelnen Bereichen von Aktoren. Auf diese Weise können unterschiedliche Formen von Sensor-Permutationen zum Vermeiden von Störungen durch gegenseitiges Beeinträchtigen von benachbarten oder in der Nähe liegenden Sensoren 2.1, 2.2, 2.3 beispielsweise auch gegenüberliegenden Sensoren in einem Sensoraufbau 2 in einer Vorrichtung 10 gemäß der Erfindung vermieden werden. Zu den beispielhaft dargestellten Möglichkeiten einer Sensor-Permutation im Einzelnen:
5a zeigt eine Möglichkeit einer Sensor-Permutation auf einer Seite des Metallbandes 4 gemäß der Bandlaufrichtung B durch einen permutierenden Einbauort und Sensortyp T_i. Bei diesem Beispiel sind außerhalb von den Aktoren 9 jeweils abwechselnd Sensoren 2.1 und 2.2 gegenüberliegend in einer Art Zickzack mit oben Sensortyp T₁ und unten Sensortyp T₂ angeordnet, was den Sensoren 2.1 und 2.2 entspricht. Beispielsweise können hier abwechselnd Wirbelstromsensoren mit hoher Frequenz (2.1) und mit niedriger Frequenz (2.2) jeweils oben und unten außerhalb von den benachbarten Aktoren 9 abwechselnd vorgesehen werden. Somit sind jeweils nahe beieinander nur die in verschiedenen Signalträgerbereichen betriebenen Sensortypen T₁, T₂ bzw. 2.1 und 2.2 vorhanden. Es sind hier beispielsweise fünf Sensoren S1 bis S5 vorgesehen.
5b zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Sensor-Permutation gemäß der Erfindung: Hier sind jeweils nur Sensoren von einem ersten Typen T₁ bzw. 2.1 vorgesehen, das heißt Sensoren 2.1 mit einem gleichen Messprinzip z.B. Wirbelstrom und mit gleichem Signalträgerbereich. Eine Permutation erfolgt hier durch einen permutierenden Einbauort der jeweiligen Sensoren 2.1, die auch hier an den Außenseiten der Aktoren jeweils abwechselnd oben bzw. unten in einer Art Zickzack-Form angeordnet sind. Mit einem und dem gleichen Sensortyp mit gleichem Signalträgerbereich wird so durch den Einbauort eine Permutation der Sensoren im Sensoraufbau 2 zur Vermeidung von gegenseitigen Störungen hier erreicht.
In der 5c wiederum ist ein weiteres Ausführungsbeispiel mit zwei Sensortypen 2.1, 2.2 (bzw. T₁, T₂) vorhanden, das heißt ein Sensor mit gleicher Messmethode jedoch mit unterschiedlichen Signalträgerbereichen. im Unterschied zu den zuvorigen Beispielen sind hier die Sensoren 2.1, 2.2 teilweise zwischen den Aktoren bzw. deren Polschuhen eingebaut und teilweise außerhalb der Aktoren 9. Die Sensoren 2.1 sind oberhalb und außerhalb an den jeweiligen Aktoren 9, hier in der Anzahl fünf (es können jedoch auch mehr als fünf Aktoren 9 vorgesehen sein) positioniert, während die zweiten Sensoren 2.2 zwischen jeweiligen Aktoren bzw. Polschuhen der Elektromagnete an den benachbarten jeweiligen weiteren Aktoren 9 des Stabilisierungsmoduls 8 angeordnet sind. Auch in diesem Beispiel umfasst der Sensoraufbau 2 insgesamt fünf Sensoren S1 bis S5.
In 5d wiederum sind Sensoren von drei unterschiedlichen Typen T₁, T₂ und T₃ permutierend nur in einem Zwischenbereich zwischen den Polschuhen der Aktoren 9 vorhanden. Die Sensoren 2.1, 2.2, 2.3 sind also mit drei unterschiedlichen Ausgestaltungen T₁, T₂, T₃ der Signalträgerbereiche vorgesehen und sämtliche sind zwischen den jeweiligen Polschuhen der elektromagnetischen Aktoren 9 des Stabilisierungsmoduls 8 positioniert. Auch durch solch eine Art dreifacher Permutation wird effektiv eine Störung zwischen einzelnen Sensoren 2.1, 2.2, 2.3 bei der Erfassung und dem Aussenden von Sensorsignalen wirksam verhindert.
In den 5e, 5f, 5h, 5g, 5i und 5j sind weitere beispielhafte Ausgestaltungen der Erfindung für eine Sensor-Permutation dargestellt, wobei hier die Sensoren 2.1, 2.2, 2.3 entweder in gleicher Ebene zu den Aktoren 9 liegen oder seitlich versetzt bzw. in einer anderen Ebene E_S im Vergleich zur Ebene E_A der Aktoren 9 und damit in einem anderen Abstand zum Metallband 4 angeordnet sind. Die in diesen Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele können beliebig mit den zuvor beschriebenen Formen einer Sensor-Permutation kombiniert werden.
In 5e ist schematisch dargestellt, dass sowohl die Aktoren 9 als auch die Sensoren 2.1 in einer gleichen Ebene liegen, nämlich jeweils in der Ebene E_A und Es für Aktorenebene und Sensorebene, Damit haben die Sensoren 2.1 und Aktoren 9 jeweils den gleichen Abstand zu dem in Bandlaufrichtung B vorbeilaufenden Metallband 4. In 5f dagegen sind Aktoren 9 etwas weiter entfernt von dem Metallband 4 als die Sensoren 2.1, Die Sensoren befinden sich damit in einer Ebene E_S seitlich versetzt zu der Ebene der Aktoren E_A. Damit sind die Sensoren näher an der Oberfläche des Metallbandes 4 als die Aktoren 9. In der 5g ist ein umgekehrter Fall schematisch dargestellt. Hier sind die Sensoren 2.1 seitlich versetzt zu den Aktoren 9 in einer Ebene E_S weiter entfernt von dem Metallband 4. Die Ebene der Sensoren E_S ist damit so gewählt, dass mit den Sensoren 2.1 ein größerer Messbereich erfasst wird aufgrund des konisch sich verbreiteten Messkegels, wie schematisch eingezeichnet.
Auch 5h, 5i und 5j zeigen weitere Beispiele einer Sensor-Permutation anhand einer unterschiedlichen Positionierung oder versetzt angeordneten Form von Sensoren 2.1 im Verhältnis zu den Aktoren 9 des Stabilisierungsmoduls 8. Bei 5h ist die Sensoren 2.1 außerhalb von zwei Polschuhen der Aktoren 9, aber in der gleichen Ebene wie die Aktoren 9, der Ebene E_S und E_A vorhanden. Bei 5i sind die Sensoren 2.1 zwischen den beiden Aktoren 9 bzw. deren Polschuhen, aber in einer getrennten Sensorebene E_S näher an dem Metallband 4 als der Ebene der Aktoren E_A angeordnet. Bei dem Beispiel der 5j sind die Sensoren 2.1 weiter entfernt in einer getrennten Ebene Es zu der Ebene E_A der Aktoren 9 vorhanden und außerhalb von dem Bereich der Aktoren 9 unterhalb von diesen angeordnet.
Die erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele, welche dargestellt wurden, können in einzelnen Aspekten hinsichtlich der Anordnung und Form der Sensor-Permutation beliebig auch miteinander kombiniert werden. Die Anzahl der verschiedenen Arten von Sensoren 2.1, 2.2., 2.3 etc. ist nicht beschränkt auf fünf Sensoren S1 bis S5. Es können sogar nur eine einzige Art von Sensortypen T₁ bzw. S1 mit unterschiedlicher Anordnung zur Herstellung der Permutation vorgesehen sein. Es können auch mehr als zwei oder drei unterschiedliche Sensoren 2.1 bzw. T_i vorhanden sein, die mit unterschiedlichen Signalträgerfrequenzen zur Vermeidung der gegenseitigen Störungen betrieben werden. Außerdem können nach der Erfindung auch andere Aktoren als die hier beschriebenen elektromagnetische Aktoren eingesetzt werden. Die Erfindung lässt sich sowohl bei Metallbändern als auch bei anderen Arten von elektrisch leitfähigen Materialbahnen oder Objekten einsetzen.
Die erfindungsgemäße Steuereinheit 20 ist jeweils angepasst für die spezifischen Ausgestaltungen der Erfindung. Die Steuereinheit 20 kann einerseits zur Aufnahme, Verarbeitung und Weiterleitung der Sensorsignale des Sensoraufbaus 2 verwendet werden. Zum anderen kann die Steuereinheit 20 auch für eine Verstellmöglichkeit der Position durch Verstellmotoren 11 der Halterungen 3 verwendet werden. Die Steuereinheit 20 kann auch zum Variieren der Signalträgerbereiche der Sensoren 2.1, 2.2 etc. verwendet werden. Mit der Steuereinheit 20 können sowohl die Aktoren 9 als auch die Sensoren gemeinsam in einer Halterung 3 oder getrennt voneinander in verschiedenen Halterungen 3 zur Einstellung der oben dargestellten Positionen und Lagen der einzelnen Sensoren 2.1, 2.2., 2.3 des Sensoraufbaus 2 und der Aktoren 9 des Stabilisierungsmoduls 2 verwendet werden.

Claims

Vorrichtung (10) zum Stabilisieren des Laufs eines Metallbandes (4), das aus einem Düsenaufbau (6), insbesondere bei einer Verzinkungsanlage oder Beschichtungsanlage austritt, umfassend: ein Stabilisierungsmodul (8) mit einer Mehrzahl von elektromagnetischen Aktoren (9), welche im Verhältnis zu einer Bandebene des Metallbandes (4) in einem Abstand und nebeneinander sowie gegenüberliegend zueinander beidseitig des Metallbandes (4) angeordnet sind und auf das Metallband (4) durch Magnetkraft einwirken, einen Sensoraufbau (2) aus einer Mehrzahl von berührungslosen Sensoren (2.1, 2.2, 2.3) zum Erfassen eines Abstandes der Aktoren (9) zum Metallband (4) zur Steuerung der Stabilisierung durch das Stabilisierungsmodul (8) und eine oder mehrere Halterungen (3) für die Aktoren (9) und den Sensoraufbau (2), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens teilweise Sensoren (2.1, 2.2, 2.3) gleichen Typs mit identischem Messprinzip jedoch mit mindestens zwei voneinander abweichenden Signalträgerbereichen, Frequenzen oder Wellenlängen jeweils permutierend nebeneinander auf mindestens einer Seite des Metallbandes (4) oder permutierend gegenüberliegend zueinander beiderseits des Metallbandes (4) vorgesehen sind.
Vorrichtung (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Permutation der Sensoren (2.1, 2.2, 2.3) durch Abwechslung von jeweils benachbarten Sensoren mit voneinander abweichendem Signalträgerbereich auf einer Seite des Metallbandes (4) realisiert ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Permutation der Sensoren (2.1, 2.2, 2.3) durch jeweils benachbartes Anordnen von Sensoren (2.1, 2.2, 2.3) mit voneinander abweichenden mindestens zwei verschiedenen Signalträgerbereichen mit gleicher Permutation auf beiden Seiten des Metallbandes (4) vorgesehen ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Permutation der Sensoren (2.1, 2.2, 2.3) durch auf den gegenüberliegenden Seiten des Metallbandes (4) jeweils entgegengesetzte Anordnung von jeweils gegenüberliegenden Sensoren (2.1, 2.2, 2.3) mit abweichenden Signalträgerbereichen vorgesehen ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens teilweise in dem Sensoraufbau (2) eine Permutation der Sensoren (2.1, 2.2, 2.3) durch Sensoren von unterschiedlichem Typ oder unterschiedlicher Messtechnologie, insbesondere Wirbelstromsensoren, Radarsensoren oder induktive Sensoren vorgesehen ist.
Vorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalträgerbereich der Sensoren (2.1, 2.2, 2.3) variabel zur Erzeugung der Permutation einstellbar ist.
Vorrichtung (10) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (2.1, 2.2, 2.3) des Sensoraufbaus (2) in einer gleichen Ebene zu der Ebene der Aktoren (9) des Stabilisierungsmoduls (8) und parallel zur Ebene des Metallbandes (4) angeordnet sind.
Vorrichtung (10) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterungen (3) für die Aktoren (9) und den Sensoraufbau (2) gemeinsam oder getrennt voneinander aber gekoppelt miteinander und insbesondere mit jeweiliger Verstellmöglichkeit zueinander vorgesehen sind.
Vorrichtung (10) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (2.1, 2.2, 2.3) im Verhältnis zu einer Ebene nach vorne oder nach hinten versetzt zu einer Ebene der elektromagnetischen Aktoren (9) vorzugsweise verstellbar angeordnet sind.
Vorrichtung (10) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (2.1, 2.2, 2.3) in einem Innenbereich der Aktoren (9), insbesondere zwischen Polschuhen von den Polen eines Elektromagnets oder im Innenbereich eines Topfmagneten, jeweils angeordnet sind.
Vorrichtung (10) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einzelne von der Mehrzahl der Sensoren (2.1, 2.2, 2.3) jeweils periodisch über eine Steuereinheit (20) abschaltbar und einschaltbar sind.
Vorrichtung (10) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Signalträgerbereich der mindestens zwei voneinander abweichenden Signalträgerbereiche der Sensoren (2.1, 2.2, 2.3) entsprechend einer Form oder einer Dicke eines zu messenden Metallbandes (4) einstellbar ist.
Sensoraufbau (2) zum Erfassen und Steuern des Laufs eines Metallbandes (4) oder einer elektrisch leitfähigen Materialbahn, welches in einer Produktionsanlage fortlaufend bewegt wird, mit einer Steuereinheit (20) zum Verarbeiten von Sensorsignalen hinsichtlich der Lage des Metallbandes (4) oder der Materialbahn, mit einer Mehrzahl von berührungslosen Sensoren (2.1, 2.2., 2.3) zum Erfassen eines Abstandes zum Metallband (4) oder zur Materialbahn oder einer Lage des Metallbandes (4) oder der Materialbahn und mit einer oder mehreren Halterungen (3) für den Sensoraufbau (2), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens teilweise Sensoren (2.1, 2.2, 2.3) gleichen Typs mit identischem Messprinzip jedoch mit mindestens zwei voneinander abweichenden Signalträgerbereichen, Frequenzen oder Wellenlängen jeweils permutierend nebeneinander auf mindestens einer Seite des Metallbandes (4) oder der Materialbahn oder permutierend gegenüberliegend zueinander beiderseits des Metallbandes (4) oder der elektrisch leitfähigen Materialbahn vorgesehen sind.
Sensoraufbau (2) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensoraufbau (2) in einem Stabilisierungsmodul (8) mit auf das Metallband (4) oder der elektrisch leitfähigen Materialbahn einwirkenden Aktoren, insbesondere elektromagnetischen Aktoren (9), integriert ist.
Sensoraufbau (2) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensoraufbau (2) in einem Düsenaufbau (6), in einer Kühleinheit oder an einem Heizofen integriert ist.
Sensoraufbau (2) nach einem der Ansprüche 13, 14 oder 15, wobei eine Permutation der Sensoren (2.1, 2.2, 2.3) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 12 vorgesehen ist.