DE19745132A1

DE19745132A1 - Verfahren und Einrichtung zum Beschichten eines Metallbandes

Info

Publication number: DE19745132A1
Application number: DE1997145132
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dipl Ing Schlechter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-10-13
Filing date: 1997-10-13
Publication date: 1999-04-15
Also published as: WO1999019528A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Beschichten eines Metallbandes, das durch ein Bad mit Be schichtungsmetall, insbesondere Zink, läuft, wobei ein Teil des Beschichtungsmetalls nach Verlassen des Bades mit Luft, die aus zumindest einer Düse austritt, weggeblasen wird.

Eine solche Vorrichtung ist aus der EP 0 663 632 A1 bekannt. Ferner ist aus der EP 0 663 632 A1 eine Regelung bekannt, bei der die Schichtdicke des Beschichtungsmetalls auf dem Metall band in Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Metallbandes, des Abstands zwischen der Düse und dem Bad, durch das das Me tallband durch läuft, des Abstands zwischen der Düse und dem Metallband und in Abhängigkeit des Anstellwinkels der Düse in bezug auf das Metallband geregelt wird. Dabei wird ein Modell des Beschichtungsprozesses eingesetzt, das an die tatsächli chen Verhältnisse im Beschichtungsprozeß adaptiert wird. Auf diese Weise läßt sich eine besonders präzise Beschichtung er reichen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bzw. eine Ein richtung zum besonders präzisen Beschichten eines Metallban des anzugeben. Dabei ist es insbesondere wünschenswert, die Regelung gemäß EP 0 663 632 A1 weiter zu verbessern.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. eine Einrichtung gemäß Anspruch 2 gelöst. Dabei wird das Metallband, das durch ein Bad mit Beschich tungsmetall läuft, einem Luftstrom ausgesetzt, der aus einer Düse austritt. Durch den Luftstrom wird ein Teil des Be schichtungsmetalls, das sich auf dem Metallband abgelagert hat, nach Verlassen des Bades mit Beschichtungsmetall wegge blasen. Dabei wird die Schichtdicke des Beschichtungsmetalls auf dem Metallband in Abhängigkeit des Drucks in der Düse ge regelt. Auf diese Weise lassen sich präzisere Schichtdicken erreichen. Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfin dungsgemäße Einrichtung wird besonders vorteilhaft mit dem Verfahren gemäß EP 0 663 632 A1 eingesetzt, wobei z. B. der Meßwert für den Druck in der Düse den Wert für den Abstand zwischen Düse und Metallband ersetzt. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, den Abstand zwischen der Düse und dem Metall band in Abhängigkeit des Drucks in der Düse zu bestimmen und den so bestimmten Abstand als Eingangsgröße für das Verfahren gemäß EP 0 663 632 A1 zu verwenden.

Der Abstand zwischen der Düse und dem Metallband wird in be sonders vorteilhafterweise mittels eines neuronalen Netzes in Abhängigkeit des Drucks in der Düse ermittelt.

Das neuronale Netz wird vorteilhafterweise off-line trai niert.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nach folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Im einzel nen zeigen:

Fig. 1 Eine schematische Darstellung eines Teils einer Be schichtungsanlage,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Teils einer zur Be schichtungsanlage gemäß Fig. 1 alternativen Beschichtungsanla ge,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Beschichtungsanla ge,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die schematische Darstellung der Beschichtungsanlage gemäß Fig. 3 entlang der Schnittlinie A-B,

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine zur Beschichtungsanlage gemäß

Fig. 4 alternative Beschichtungsanlage und

Fig. 6 und Fig. 7 das Training eines neuronalen Netzes zur Be stimmung des Abstands zwischen Düse und Metallband,

Fig. 1 zeigt in beispielhafter Ausgestaltung die schematische Darstellung einer Beschichtungsanlage, z. B. einer Feuer-Ver zinkungsanlage. Einer derartigen Beschichtungsanlage ist zum Teil in der EP 0 663 632 A1 beschrieben. Das zu beschich tende Band 5 durchläuft ein Bad 11 mit flüssigem Zink mit der Geschwindigkeit v. Nach dem Austritt aus dem Zinkbad 11 bleibt eine noch flüssige Zinkschicht an dem Metallband 5 haften. Im Abstand a vom Metallband 5 ist eine Düse 6 ange ordnet, aus der Luft gegen das Metallband 5 strömt, wobei der am Metallband 5 wirksame Druck P_a gegen das Metallband strö menden Luft, überschüssiges Zink entfernt. Der Luftstrom ist vorteilhafterweise laminar. Der Luftdruck P_a wird dabei über ein Stellglied 13, hier ein Ventil, in Abhängigkeit einer Stellgröße P* eingestellt. Das Stellglied 13 ist in einer Luftleitung 7 angeordnet, in die mittels eines Gebläses 9 Luft 10 geblasen wird. Am anderen Ende der Luftleitung 7 ist eine Düse 6 angeordnet. Aus dieser Düse strömt Luft 8 aus, die mit dem Druck P_a auf das Metallband 5 trifft.

Die Stellgröße P* des Luftdrucks wird mittels einer Rechen einrichtung 1 in Abhängigkeit des Luftdrucks P_d in der Düse 6 der Geschwindigkeit v des Metallbandes 5 der Höhe h der Düse 6 über dem Zinkbad und dem Winkel α zwischen dem Metallband 5 und der Düse 6 ermittelt. Der Winkel α ist aus Gründen der Vereinfachung in Fig. 1 nicht dargestellt. Ferner wird aus Gründen der Vereinfachung der Darstellung von einem Winkel α = 0, entsprechend der Definition gemäß Fig. 1 in der EP 0 663 632 A1 ausgegangen. Die Recheneinrichtung 1 weist ein Abstandsberechnungsmodul 2 zur Berechnung des Abstands a zwi schen der Düse 6 und dem Metallband 5 in Abhängigkeit des Drucks P_d in der Düse 6 und der Stellgröße P* auf. Weiterhin weist die Recheneinrichtung 1 einen Regler 3 auf, der die Stellgröße P* des Drucks der in die Düse 6 einströmenden Luft berechnet, auf. Eingangsgrößen in den Regler 3 sind die Soll schichtdicke c* des Zinks auf dem Metallband 5, die Geschwin digkeit v des Metallbands 5, der Abstand h zwischen der Düse 6 und dem Bad 11, der Anstellwinkel α sowie der vom Abstands berechnungsmodul 2 ermittelte Wert für den Abstand a zwischen der Düse 6 und dem Metallband 5.

Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform zu der bei spiel haften Ausführungsform gemäß Fig. 1. Dabei weist die Rechen einrichtung 1 ein Abstandsberechnungsmodul 4 auf, das den Ab stand a zwischen der Düse 6 und dem Metallband 5 in Abhängig keit des gemessenen Drucks P_d in der Düse und dem gemessenen Druck P_v der in die Düse 6 strömenden Luft ermittelt. Im Ge gensatz zu der Ausführungsform gemäß Fig. 1 wird nicht die Stellgröße P* für den Druck der in die Düse 6 strömenden Luft, sondern ein entsprechender Meßwert P_v verwendet. Mit der Ausführungsform gemäß Fig. 2 läßt sich eine besonders prä zise Beschichtung erreichen. Der prinzipielle Aufbau der Ab standsmeßmodule 2 und 4 ist gleich.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Be schichtungsanlage in zum Teil perspektivischer Darstellung. Ein zu beschichtendes Metallband 20 wird über ein System von Rollen 21, 22, 23 durch ein Zinkbad 24 in Richtung des Pfeils 36 geführt. Den notwendigen Antrieb zur Bewirkung des Metall bandes 20 symbolisiert das Rollenpaar 25. Wie in bezug auf Fig. 1 beschrieben, wird eine bestimmte Menge von Zink mittels eines, vorteilhafterweise laminaren, Luftstroms 40, 41, der aus Düsen 26 und 27 austritt, eine bestimmte Menge Zink vom Metallband 20 weggeblasen. Die Düsen 26, 27 werden über Druck luftleitungen 42, 43 von einem Gebläsesystem 30, 31 mit Druck luft versorgt. Die Gebläsesysteme 30, 31 weisen Gebläse zum Ansaugen von Umgebungsluft 28, 29 und Ventile zum Einstellen eines Drucks in den Druckluftleitungen 42, 43 auf. Die Geblä sesysteme 30, 31 sind unabhängig voneinander ansteuerbar. Die Ansteuerung der Gebläsesysteme 30, 31 erfolgt durch eine Re cheneinrichtung 32, die mit den Gebläsesystemen 30, 31 über Datenleitungen 33, 34 verbunden sind. Die Recheneinrichtung 32 ist ferner über Datenleitungen mit nicht dargestellten Druck sensoren in den Druckluftleitungen 42, 43 verbunden, wobei über diese Datenleitungen Meßwerte P_vo und P_vu des Drucks in den Druckluftleitungen 42 und 43 an die Recheneinrichtung 32 übermittelt werden. Die Düsen 26 und 27 weisen in Düsenlängs richtung, nicht gezeigt, Drucksensoren auf, die über Daten leitungen Meßwerte P_DLo, P_DMo, P_DRo, P_DLu, P_DMu, P_DRu der Druckverhältnisse in den Düsen 26, 27 an die Recheneinrichtung 32 übermitteln. In Abhängigkeit der Meßwerte P_vo und P_vu des Drucks in den Druckluftleitungen 42 und 43 sowie der Meßwerte P_DLo, P_DMo, P_DRo, P_DLu, P_DMu, P_DRu der Druckverhältnisse in den Düsen 26, 27 sowie der Geschwindigkeit v des Metallbandes 20, des Abstands h zwischen den Düsen 26, 27 und dem Zinkbad 24 sowie dem Anstellwinkel α der Düsen 26, 27 ermittelt die Recheneinrichtung 32 Sollwerte für den Druck in den Druck luftleitungen 42 und 43. Die Sollwerte werden über die Daten leitung 33 und 34 an die Gebläsesysteme 30 und 31 übertragen. Mittels der Ventile in dem Gebläsesystem 30 und 31 wird der Druck in den Datenleitungen 42 und 43, entsprechend den Soll werten, eingestellt.

Es kann optional vorgesehen werden, daß die Recheneinrichtung 32 über eine Datenleitung 35 mit der Antriebseinrichtung des Metallbandes 20, die in Fig. 3 durch das Rollenpaar 25 symbo lisiert ist, verbunden ist. Wird die Antriebseinrichtung über eine separate Recheneinrichtung geregelt oder gesteuert, so kann die Recheneinrichtung 32 mit der Recheneinrichtung zur Steuerung bzw. Regelung der Antriebseinrichtung verbunden sein. Dabei ist es optional vorgesehen, daß der Zug im Me tallband 20 bzw. die Geschwindigkeit v des Metallbandes 20 in Abhängigkeit einer in der Recheneinrichtung 32 ermittelten Funktion der Abstände a_o und/oder a_u zwischen den Düsen 26 und/oder 27 und dem Metallband 20 über die Breite des Metall bandes 20 eingestellt wird. Dies verdeutlicht Fig. 4, die eine Draufsicht auf die Ausführung gemäß Fig. 3 entlang der Schnittlinie AB zeigt. An den Stellen 60, 61, 62, 63, 64, 65, die in Fig. 3 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht bezeichnet sind, sind in den Düsen 26 und 27 nicht gezeigte Drucksenso ren angeordnet. Häufig kommt es dazu, daß das Metallband 20 die Düsen 26, 27 nicht im planen, sondern im gekrümmten Zu stand passiert. Ist das Metallband 20 gekrümmt, so sind die Abstände zwischen den Düsen 26 und 27 und dem Metallband 20 a_o und a_u in Düsenlängsrichtung nicht konstant. Durch die An ordnung mehrerer Drucksensoren werden in vorteilhafter Ausge staltung der Erfindung die Funktionen der Abstände a_o und a_u in Düsenlängsrichtung ermittelt.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird unter Aus nutzung der Kenntnis über die Funktion der Abstände a_o und a_u der Druck in den Druckluftleitungen 42 und 43 derart einge stellt, daß an jeder Stelle des Metallbandes 20 eine Mindest schichtdicke eingehalten wird. Dabei wird vorteilhafterweise einer Regelung 3 gemäß Fig. 1 bzw. Fig. 2 anstelle des Abstands a der Minimalwert des Abstands in Düsenlängsrichtung zuge führt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird in Abhängigkeit der Krümmung des Metallbandes 20, die mittels der Drucksensoren an den Stellen 60, 61, 62, 63, 64, 65 ermittelt, wird der Zug im Metallband 20 bzw. die Geschwindigkeit des Metallbandes 20 verändert. Dazu ist die Recheneinrichtung 32, wie in Fig. 3 gezeigt, datentechnisch mit dem Antriebssystem für das Metallband 20 verbunden.

Fig. 5 zeigt eine vorteilhafte alternative Ausgestaltung zur Anordnung gemäß Fig. 4. Dabei sind die Stellen 66, 67, 68, 69 an denen die Drucksensoren in der Düse 27 angeordnet sind, ge genüber den Stellen 60, 61, 62 an denen die Drucksensoren in der Düse 26 angeordnet sind, in Längsrichtung versetzt. In beispielhafter Ausgestaltung wird die Funktion des Abstands a_o und a_u des Abstands des Metallbandes 20 von den Düsen 26 bzw. 27 unter Verwendung von sieben Stützstellen errechnet. Dabei wird der Zusammenhang a_o = a_DD - a_u bzw. a_u = a_DD - a_o ausgenutzt.

In vereinfachter alternativer Ausgestaltung sind nur Sensoren in der Düse 26 angeordnet, wobei der Abstand a_u zwischen dem Metallband 20 und der Düse 27 aus dem Zusammenhang a_u = a_DD - a_o ermittelt wird.

Fig. 6 zeigt das Training eines als neuronales Netz ausgebil deten Abstandsberechnungsmoduls 4 aus Fig. 2. Das als neurona les Netz ausgebildete Abstandsberechnungsmodul ermittelt den Abstand h zwischen Metallband 5 und Düse 6 in Abhängigkeit vom Luftdruck P_v der in die Düse 6 strömenden Luft und den Druck P_d in der Düse 6. Das neuronale Netz wird vorab trai niert, wobei vorteilhafterweise gleiche Düsentypen ein glei ches neuronales Netz zugeordnet wird. Zum Training des neuro nalen Netzes werden einem Lernalgorithmus 50 der Abstand a zwischen der Düse 6 und dem Metallband 5, den das Abstandsbe rechnungsmodul 4 ermittelt, und ein Meßwert a_m für den Ab stand zwischen dem Metallband 5 und der Düse 6 zugeführt. Der Lernalgorithmus 50 verändert die Parameter des neuronalen Netzes des Abstandsberechnungsmoduls 4 im Sinne einer Verrin gerung der Abweichung zwischen a_m und a. Der Meßwert a_m für den Abstand zwischen dem Metallband 5 und der Düse 6 wird vorteilhafter mittels einer Lasermeßeinrichtung ermittelt. Zum Training des neuronalen Netzes des Abstandsberechnungsmo duls 2 gemäß Fig. 1 wird eine Trainingsanordnung gemäß Fig. 7 verwendet.

Claims

1. Verfahren zum Beschichten eines Metallbandes (5), das durch ein Bad (11) mit Beschichtungsmetall, insbesondere Zink, läuft, wobei ein Teil des Beschichtungsmetalls nach Verlassen des Bades (11) mit Luft, die aus zumindest einer Düse (6, 26, 27) austritt, weggeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke des Beschichtungsmetalls auf dem Metall band (5) in Abhängigkeit des Drucks in der Düse (6, 26, 27) geregelt wird.

2. Einrichtung zum Beschichten eines Metallbandes (5), das durch ein Bad (11) mit Beschichtungsmetall, insbesondere Zink, läuft, wobei ein Teil des Beschichtungsmetalls nach Verlassen des Bades (11) mit Luft, die aus zumindest einer Düse (6, 26, 27) austritt, weggeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Beschichten eines Metallbandes (5) eine Recheneinrichtung (1, 32) aufweist, die die Schichtdicke des Beschichtungsmetalls auf dem Metallband (5) in Abhängig keit des Drucks in der Düse (6, 26, 27) regelt.