DE4126921C2

DE4126921C2 - Vorrichtung zur induktiven Messung der Lage eines Metallbandes

Info

Publication number: DE4126921C2
Application number: DE4126921A
Authority: DE
Inventors: Harald Dipl Ing Wagner
Original assignee: ELMEG Elektro Mechanik GmbH
Current assignee: ELMEG Elektro Mechanik GmbH
Priority date: 1991-08-14
Filing date: 1991-08-14
Publication date: 1996-01-18
Anticipated expiration: 2011-08-15
Also published as: EP0529440A1; DE4126921A1; ES2089311T3; JPH07181002A; EP0529440B1; DE59206602D1; ATE139622T1; JP2571330B2; US5339029A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur induktiven Messung der Lage eines Metallbandes.

Aus DE 36 37 794 A1 ist ein Verfahren zum Messen der Dicke und der Temperatur dünner sich bewegender Metallbleche bekannt, wobei zwei getrennte magnetische Felder mit unterschiedlichen Frequenzen erzeugt werden. Die verwendete Frequenz hängt von der Dicke des zu messenden Bleches ab und wird um so geringer, je größer die Dicke ist. Zum Messen der Lage der Kante eines Metallbandes ist das bekannte Verfahren nicht geeignet.

Aus der DE-OS 19 64 936 ist eine Vorrichtung zur berührungs losen Bestimmung der Mittenlage eines sich bewegenden Metall bandes bekannt, wobei beiderseits der Längsachse des Bandes in gleichem Abstand jeweils eine mit lamelliertem Eisenkern ver sehene, wechselstromgespeiste Sender- und eine gleichfalls aus gerüstete Empfängerspule derart auf Abstand voneinander ange ordnet sind, daß das in dem Raum zwischen den beiden Sender- und Empfangsspulen sich bewegende Band in seiner Mittenlage den gleichen Abstand von den Spulen hat. Die eigentliche Mit tenregelung des Bandes erfolgt mit Hilfe der bei Abweichungen des Bandes von der Mittenlage auftretenden Differenzspannung, die über Verstärker, Regler und eine Lagekorrektureinrichtung die Zurückführung des Bandes in die Mittenlage bewirkt.

Aus DE 32 44 420 A1 ist ein Abstandssensor für ein Magnet schwebefahrzeug bekannt, wobei der Abstandssensor eine in der Windungsebene langgestreckte flache Sendespule aufweist, die mit ihrer Spulenachse schräg zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet ist und eine Nut und einen Zahn eines Langstators überdeckt. In der dem Langstator zugewandten und der diesem abgewandten Ebene der Sendespule ist jeweils eine die Sende spule umgebende Empfangsspule angeordnet. Die beiden Empfangs spulen sind so zusammengeschaltet, daß sich deren Empfangs spannungen subtrahieren. Die Sendespule wird mit einer Wechsel spannung betrieben, deren Frequenz etwa 100 kHz beträgt.

Schließlich ist in WO 92/01956 A1 ein Sensor für die Überwa chung der Position eines Metallbandes vorgeschlagen worden, der ein Paar von im wesentlichen koaxialen, beabstandeten Pri märspulen, die in Reihe geschaltet sind, ein Paar von im we sentlichen koaxialen beabstandeten Sekundärspulen, die den je weiligen Primärspulen zugeordnet sind, und eine Halteeinrich tung für diese Spulen umfaßt, wobei sich eine Primärspule und die zugeordnete Sekundärspule auf einer Seite einer Mittelebe ne eines zu überwachenden Metallbandes und die andere Primär spule mit zugeordneter Sekundärspule auf der anderen Seite dieser Mittelebene befindet und sich das Band zwischen den Spulen frei bewegen kann. Die langgestreckten Primärspulen, die sich beiderseits des Bandes über dessen gesamte Breite erstrecken, sind auf nicht metallischen Kernen aufgewickelt, wobei jeder Primärspule sieben Sekundärspulen zugeordnet sind, die über die Bandbreite in Abständen verteilt angeordnet sind. Es werden Frequenzen von 6 bis 60 kHz angegeben, wobei vor zugsweise eine Frequenz gewählt wird, die ausreichend weit von den Frequenzen entfernt liegt, die in Induktionsheizern ver wendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß der Einsatzbe reich der induktiven Bandlagemessung vergrößert wird und ins besondere auch an dünnen, nicht magnetischen Metallbändern zuverlässige Meßwerte erhalten werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im An spruch 1 gelöst. Durch eine Betriebsfrequenz von z. B. ca. 40 kHz wird ein starker Meßeffekt erreicht, durch den auch dünne, nicht-magnetische Metallbänder sicher erfaßt werden können. Auch wird hierbei eine Verbesserung des Meßeffektes beim Messen der Lage von Metallbändern hoher Temperatur erreicht, so daß die induktive Lagemessung auch im Bereich von Glühöfen und dgl. eingesetzt werden kann.

Durch Vorsehen nicht-magnetischer Spulenkerne und in besonderer Weise gewickelter Spulen wird eine geringe Kapazität der Spulen erreicht, so daß die Spulen eine hohe Eigen-Resonanzfrequenz haben und mit hoher Betriebsfrequenz betrieben werden können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Meßanordnung in einer Draufsicht in Fig. 1a und einer Schnittansicht in Fig. 1b längs der Linie A-A in Fig. 1a,

Fig. 2 die Art der Wicklung der Spulen, wobei

Fig. 2a eine Draufsicht auf eine Spule,

Fig. 2b eine Schnittansicht durch die Spule längs der Linie A-A in Fig. 2a, und

Fig. 2c eine Seitenansicht der Spule wiedergibt,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein eine Spule umgebendes Gehäuse,

Fig. 4 eine schematische Querschnittsansicht des Gehäuses für eine Spule,

Fig. 5a und 5b in einer Querschnittsansicht entsprechend Fig. 4 andere Ausgestaltungen des eine Spule umgebenden Aufbaus,

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung der Meßanordnung mit einem Referenzsensor,

Fig. 7 schematisch eine abgewandelte Anordnung von Primär-, Sekundär- und Referenzspulen,

Fig. 8 ein Blockschaltbild der Meßanordnung,

Fig. 9 ein Schaltbild für die Sicherheitsschaltung, und

Fig. 10 ein Blockschaltbild mit Referenzsensor.

Die in Fig. 1 schematisch wiedergegebene Anordnung ist für die Messung der Mittenlage eines Metallbandes 1 vorgesehen und sie weist an den beiden Bandkanten jeweils eine Primärspule 2, 2′, die bei diesem Ausführungsbeispiel unter der Bandkante liegen, und eine über der Bandkante, der Primärspule nach Art eines kernlosen Transformators gegenüberliegend angeordnete Sekundärspule 3, 3′ auf. Die Spulen sind etwa in Form eines langgestreckten Rechtecks gewickelt und mit ihrer Längsachse quer zur Bandkante in einem Winkel von 90° symmetrisch zur Bandmitte angeordnet. Die Primärspulen 2, 2′ werden mit einer hohen Betriebsfrequenz von wenigstens 10 kHz, beispielsweise um 40 kHz betrieben, wobei Primär- und Sekundärspulen zur Verstärkung des Meßeffekts jeweils in Schwingkreisen in der Nähe ihrer Resonanzfrequenz betrieben werden.

Fig. 1 zeigt schematisch die Änderung des Kopplungseffektes zwischen Primär- und Sekundärspule durch die dazwischenliegende Bandkante, wobei schematisch Feldlinien angedeutet sind, die teilweise durch das Band abgeschirmt werden. Die hierdurch hervorgerufene Kopplungsänderung zwischen Primär- und Sekundär spule wird als Maß für die Bandlage ausgewertet.

Um den Spulen eine hohe Eigen-Resonanzfrequenz zu geben, weisen diese nicht-magnetische Spulenkerne auf und sie sind in be sonderer Weise gewickelt, damit eine geringe Kapazität der Spulen erzielt wird.

Elektromagnetische Wellen, die von außen in das Meßsystem eindringen, verändern bei herkömmlichen induktiven Bandlagemeß vorrichtungen die Beziehung zwischen Feldstärke H und der Induktion B. Durch den Einsatz nicht-magnetischer Spulenkerne wird ein lineares Verhältnis zwischen Feldstärke H und Induktion B erreicht, wodurch die von außen in das Meßsystem eindringenden elektromagnetischen Wellen ohne Wirkung bleiben, wenn die in den Sekundärspulen induzierten Wechselamplituden ausgewertet werden.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die Spulenkerne aus Epoxydharz, das als Vergußmasse für die Spulen verwendet wird.

Die Wicklung einer Spule 2 oder 3 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in zwei Abschnitte 4 und 5 unterteilt, die unabhängig voneinander und übereinander angeordnet und in Reihe geschaltet sind, wie im einzelnen Fig. 2 zeigt. Durch den Abstand der Windungen im einen Abschnitt 4 gegenüber den Windungen im zweiten Abschnitt 5 wird eine geringe Kapazität der Spule erreicht, so daß eine hohe Eigen-Resonanzfrequenz erhalten wird, die sich für den Betrieb mit hoher Frequenz von beispielsweise ca. 40 kHz eignet.

In Fig. 2 ist der untere Abschnitt 4 der Spule mit einer Eingangsklemme 6 versehen. Nach einer gewissen Anzahl von Windungen in diesem Abschnitt 4 führt ein außerhalb der Wicklung liegender Verbindungsabschnitt 7 zum oberen Abschnitt 5 der Spule, der vorzugsweise mit der gleichen Anzahl von Windungen versehen ist wie der untere Abschnitt 4. Bei 8 ist die Ausgangs klemme am oberen Abschnitt 5 der Spule dargestellt. Bei einer Windungszahl von beispielsweise insgesamt 126 Windungen/Spule (Primärspule 2 oder Sekundärspule 3) werden in jedem Abschnitt 4, 5 jeweils 63 Windungen vorgesehen.

Zur weiteren Verringerung der Kapazität der Spule kann diese auch in mehr als zwei Abschnitte unterteilt werden, die in der dargestellten Weise in Reihe geschaltet sind.

Vorzugsweise werden auf Primär- und Sekundärseite gleiche Spulen 2 und 3 vorgesehen, so daß sich ein symmetrischer Aufbau ergibt.

Fig. 3 zeigt in einem Längsschnitt ein im Längs- und Querschnitt etwa U-förmiges Gehäuse 9 aus Metall, in dem eine Spule 2 oder 3 mit den Abschnitten 4 und 5 angeordnet ist. Das Gehäuse 9 ist im wesentlichen mit einer Vergußmasse 10, beispielsweise Epoxydharz, ausgegossen, die auch die Spule umhüllt und damit den Spulenkern bildet. Wie die Querschnittsdarstellung nach Fig. 3 und 4 zeigt, ist die Spule in einem bestimmten Abstand von den Seitenwänden und der Bodenplatte des Gehäuses angeordnet, wobei in Fig. 4 lediglich eine Abstützung 11 für die Spule schematisch angedeutet ist, die die Spule in einem bestimmten Abstand von der Bodenplatte des Gehäuses hält, während der übrige Querschnitt des Gehäuses freigelassen ist, der auch mit einer anderen Vergußmasse gefüllt sein kann. In Fig. 3 ist zur Einsparung an Material der Vergußmasse ein Füllmaterial bei 12 eingesetzt, das beispiels weise aus Holz bestehen kann. Bei 13 ist eine Verkrallung in Form von Bügeln oder dgl. angedeutet, durch die eine feste Verbindung zwischen den Seitenwänden, dem Boden des Gehäuses 9 der Vergußmasse 10 hergestellt wird, die die darin eingebet te Spule schützt.

Das die Spule im Querschnitt in einem bestimmten Abstand etwa U-för mig umgebende Gehäuse 9 (Fig. 4) aus magnetisch leitendem Material bzw. Metall dient zur Einengung des Meßfeldes. Durch diese Abschirmung aus Metall werden jene Bereiche, in denen keine Meßeffekte auftreten sollen, elektromagnetisch kurzgeschlossen, so daß nahezu keine Störeinflüsse durch sich bewegende Maschinen teile, die sich in der Nähe befinden, auftreten.

In Fig. 4 ist mit 14 eine Verschleißplatte bezeichnet, die die Spule und das Gehäuse abdeckt und aus magnetisch und elektrisch nicht leitendem Material besteht, beispielsweise aus Kunststoff, wie Polyamid. Diese Verschleißplatte 14 dient dazu, die Meßanord nung gegen mechanische Einwirkung eines zu überwachenden Metallbandes zu schützen, das normalerweise in Fig. 4 über der Verschleißplatte 14 in einem Abstand angeordnet ist, aber unter ungünstigen Umständen auf der Meßanordnung gleiten kann.

Das Gehäuse 9, insbesondere dessen Bodenplatte, besteht vorzugs weise aus einem mehrfach versteiften, rostfreien Stahlblech, das als tragendes Grundelement für den Aufbau dient und zugleich als Montageflansch verwendet werden kann.

Fig. 5 zeigt Ausführungsbeispiele einer Meßanordnung z. B. für eine Beizanlage in Fig. 5a bzw. für heiße Zonen, beispielsweise für die Bandlagemessung in einem Glühofen, in Fig. 5b. Die Spule 2 bzw. 3 mit den Abschnitten 4, 5 ist in der Querschnittsansicht nach Fig. 5a von einem Teilquerschnitt eines Metallrohres 15 auf den Seiten und auf der Unterseite umgeben, das als Metall abschirmung der Spule entsprechend dem Metallgehäuse 9 nach Fig. 4 dient. Vorzugsweise wird hierfür ein aufgeschnittenes Rohr verwendet, wobei die Spule in der Nähe der sich ergebenden Längsöffnung angesetzt wird. Dieser Aufbau ist von einem Keramikrohr 16 umgeben, das mit einer nicht dargestellten Vergußmasse ausgefüllt sein kann, wobei die Vergußmasse wiederum den Spulenkern bildet. Die Metallabschirmung 15 kann in einem Abstand von dem Keramikrohr 16 angeordnet sein. Auch kann ein das Keramikrohr 16 umgebendes Metallgehäuse vorgesehen werden.

Fig. 5b zeigt eine abgewandelte Ausführungsform einer hitzebe ständigen Meßanordnung, wobei das Metallrohr 15, das als Abschirmung und zugleich als Träger für die Meßanordnung dient, auf der offenen Seite von einer hitzebeständigen Keramikplatte 17 abgedeckt sein kann, unter der die Spule 2 bzw. 3 angeordnet ist. Der verbleibende Querschnitt des Metallrohres 15 kann durch eine hitzebeständige und wärmeisolierende Masse 18 ausgegossen sein, die insbesondere aus Keramik bestehen kann. Hierbei kann das Keramikmaterial den magnetisch nicht leitenden Spulenkern bilden. Die hitzebeständige Keramikplatte 17 kann zugleich als Verschleißplatte dienen.

Bei den Ausführungsformen nach Fig. 5b wird für die Spule ein hoch temperaturfester Draht, beispielsweise eine Chrom-Nickel- Legierung, verwendet, die bis 1200°C hitzefest ist. Der Leitungs draht wird mit einem Geflecht oder Umspinnung aus Keramikmaterial bzw. einem Keramikvlies oder Keramikschlauch zur weiteren Wärmeisolierung umgeben. Durch eine solche Ausgestaltung kann beispielsweise bei einer Bandtemperatur von etwa 900°C die Bandlage überwacht werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, entsprechend geformte Spulenkörper z. B. aus Keramik zu verwenden.

Durch die beschriebene Wicklungsart der kernlosen Spulen mit wenigstens zwei in Reihe geschalteten Abschnitten 4, 5 und die hohe Betriebsfrequenz erhält man einen starken Meßeffekt, so daß alle Arten von Metallbändern sicher erfaßt werden können. Dies gilt auch für nicht-magnetische Materialien, wie Aluminium, Kupfer, Messing oder auch austenitischen Chrom-Nickel-Stahl mit einer Bandstärke von z. B. 0,1 mm. Zudem ergibt sich ein großer Meßbereich bis ca. 1 m und mehr bei der Mittenmessung eines Metallbandes. Unter Metallband sind auch solche Bänder zu verstehen, die leitend sind, jedoch nicht aus Metall bestehen, wie beispielsweise Bänder aus elektrisch leitendem Kunststoff.

Die beschriebene Meßanordnung dient zur Messung der Mittenlage eines Bandes, wobei die Differenz der an den beiden Bandkanten ermittelten Signale gebildet und daraus ein Signal für die Mittenlage abgeleitet wird, das einer nicht dargestellten Regeleinrichtung für den Bandlauf zugeführt werden kann. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist auch für einen einzelnen Sensor aus Primär- und Sekundärspule für die Überwachung einer einzelnen Bandkante von Vorteil.

Die beschriebene Meßanordnung kann auch zur Schweißnahterkennung an einem Band eingesetzt werden, wobei die Schweißnaht quer zur Bandlängsrichtung verläuft und zwei Bänder beim Durchlauf durch eine Bandbehandlungsanlage miteinander verbindet. Im Bereich dieser Schweißnaht wird z. B. im Bereich der Bandkante ein Ausschnitt oder auch eine Durchbrechung im Band vorgesehen, die zur Überwachung dient. Beim Durchlauf eines solchen Ausschnitts oder einer solchen Durchbrechung durch einen Sensor aus Primär- und Sekundärspule kann durch die dadurch hervorgerufene Kopplungsänderung der Durchlauf der Schweißnaht festgestellt werden. Unter Einbeziehung der Bandgeschwindigkeit kann die Lage der Schweißnaht in der Bandbehandlungsanlage weiterverfolgt werden. Der Durchlauf einer Schweißnaht kann auch mit der in Fig. 1 dargestellten Meßanordnung für die Mittenlage des Bandes festgestellt werden, weil sich durch den Ausschnitt oder die Durchbrechung im Bereich der Schweißnaht eine deutliche Kopp lungsänderung ergibt.

Ferner kann mit dieser Meßanordnung auch die Bandlage erfaßt werden, indem die Summe der an den beiden Bandkanten ermittelten Signale gebildet und daraus ein Signal für die Bandbreiten änderung abgeleitet wird.

Vorteilhafterweise wird die Polarität der Spulen an der einen Bandkante umgekehrt zu der auf der gegenüberliegenden Bandkante geschaltet. Hierdurch ist es möglich, die Sekundärspulen 3, 3′ zur Erfassung der Mittenlage von sehr schmalen Bändern unmittelbar nebeneinander anzuordnen, so daß die in Fig. 1 wiedergegebenen Spulen 3, 3′ in horizontaler Richtung unmittelbar nebeneinander liegen. Durch die unterschiedliche Polarität der Spulen an den gegenüberliegenden Bandkanten erhält man auch bei dieser Anordnung einen eindeutigen Meßeffekt. Werden die Sekundärspulen 3, 3′ dicht nebeneinander angeordnet, so kann auch nur eine beide Sekundärspulen überdeckende Primärspule 2 vorgesehen werden, wie Fig. 7 zeigt. Es können auch die Sekundärspulen seitlich versetzt angeordnet werden.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, auf einer Seite Primär- und Sekundärspule zu vertauschen, so daß an einer Bandkante die Primärspule unterhalb und an der gegenüberliegenden Bandkante die Primärspule oberhalb des Bandes angeordnet ist.

Durch die hohe Betriebsfrequenz erhält man auch eine erhöhte Dynamik der Meßanordnung in der Weise, daß das Meßergebnis schneller erhalten wird als bei niedrigerer Betriebsfrequenz.

Durch die Verwendung eines zur Bandmitte hin angeordneten Referenzsensors ist die absolute Höhe des Meßeffektes direkt zu ermitteln. Dies läßt sich durch entsprechende Auswertung zur Selbstkompensation des gesamten Meßsystems heranziehen. Damit wird es möglich, die Steilheitsunterschiede des Meßeffektes bei unterschiedlichen Bandmaterialien und Eigenschaften auszuschal ten. Dies ist besonders zweckmäßig für eine Anwendung in heißen Zonen, zur Schweißnahterkennung und zur Lageerfassung von Bandkanten.

Fig. 6 zeigt in einer schematischen, perspektivischen Ansicht eine Meßanordnung mit einem Referenzsensor 19, der bei dem Aus führungsbeispiel nach Fig. 6 etwa in der Bandmitte angeordnet ist und eine primäre Referenzspule 20 und eine nach Art eines Transformators auf der anderen Bandseite gegenüberliegende sekundäre Referenzspule 21 aufweist. Dieser Referenzsensor 19 stellt die minimal mögliche Kopplung fest, indem die sekundäre Referenzspule 21 nur noch den vom Bandmaterial gedämpften Teil des von der primären Referenzspule 20 abgegebenen Magnetfelds abtastet. Der Referenzsensor wird dazu verwendet, den Einfluß unterschiedlicher Materialeigenschaften des Bandes 1 zu kom pensieren und den Meßeffekt zu verbessern, indem das vom Referenzsensor erhaltene Signal mit dem von den beiden Bandkan tensensoren erhaltenen Signalen weiterverarbeitet wird. Dies wird anhand des Schaltbildes nach Fig. 10 näher erläutert.

Fig. 7 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Meßanordnung mit Referenzsensor, wobei unter dem Band 1 eine einzelne Primärspule 2 angeordnet ist, die sich in ihrer Längserstreckung über die Bandbreite hinaus erstreckt, ansonsten aber den zuvor beschriebenen Aufbau mit wenigstens zwei voneinander unabhängigen Abschnitten 4, 5 aufweist. Im Bereich der Bandkanten liegen der Primärspule 2 die Sekundärspulen 3, 3′ gegenüber, wobei der Referenzsensor lediglich in Form einer sekundären Referenzspule 21 ausgebildet ist, die beispielsweise im Gehäuse 9 der Sekundär spule 3′ angeordnet sein kann.

Es sind auch andere Anordnungen des Referenzsensors möglich. So kann jeweils pro Bandkante ein Referenzsensor 19 vorgesehen werden, so daß der in Fig. 6 wiedergegebene Referenzsensor 19 auf jeder Bandseite angeordnet wird, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist. Weiterhin können die primären- und sekundären Referenzspulen 20, 21 in Fig. 6 beispielsweise im Gehäuse 9 der Spulen 2 und 3 angeordnet werden. Ebenso ist es möglich, daß die sekundäre Referenzspule 21 beispielsweise durch eine gewisse Schrägstellung im Innenbereich des Bandes 1, das von einer einzelnen, im Bandkantenbereich angeordneten Primärspule 2 abgegebene, gedämpfte Magnetfeld erfassen kann, das sich von der Primärspule über den Bereich der Sekundärspule hinaus ausbreitet, wobei die sekundäre Referenzspule 21 nur den vom Bandmaterial vollständig gedämpften Teil des Magnetfeldes abtastet.

Der Referenzsensor kann von den Abmessungen her wesentlich kleiner gestaltet sein als die Sekundärspulen 3. Hierdurch läßt sich der Referenzsensor leicht im Gehäuse einer Sekundärspule integrieren. Es kann auch die primäre Referenzspule 20 im Gehäuse einer Primärspule 2 integriert werden.

Der Referenzsensor kann auch dazu verwendet werden, die Ab strahlungsintensität der Primärspule zu steuern bzw. zu regeln.

Fig. 8 zeigt schematisch den Aufbau einer Erregerschaltung 24 und einer Detektorschaltung 25 mit den angeschlossenen Primärspulen 2, 2′ und Sekundärspulen 3, 3′. Die Erregerschaltung 24 umfaßt ein Netzteil 26, mit dem auch die Detektorschaltung 25 versorgt wird.

Die eigentliche Erregerschaltung weist eine Sollwerteinspeisung 27 mit hoher Betriebsfrequenz von z. B. 40 kHz und einen Schwing kreis 23 auf, umfassend einen Kondensatorblock 28, Resonanzspule 29, Spule 22 und Primärspulen 2, 2′. Durch die Sollwert einspeisung 27 wird der Schwingkreis 23 in der Nähe seiner Reso nanzfrequenz angeregt, indem eine elektrische Schwingung mit einer Amplitude, die dem Sollwert entspricht, mit der Reso nanzfrequenz in den Schwingkreis 23 eingespeist wird. Die Reso nanzspule 29 bildet mit einer weiteren Spule 22 einen Übertrager bzw. Transformator, mit dem die hochfrequente Wechselspannung auf die Primärspulen 2, 2′ übertragen wird und der Stromkreis der Primärspulen 2, 2′ galvanisch vom Rest der Schaltung entkoppelt ist. Die Primärspulen 2, 2′ sind jeweils parallel zur Spule 22 geschaltet. Der Schwingkreis 23 kann durch zuschaltbare Kon densatoren 28 auf die Kabellänge zwischen Erregerschaltung und Primärspulen abgestimmt werden und damit die Kabelkapazitäten ausgleichen, wobei der Schwingkreis 23 durch den Kondensatorblock 28 so auf die Gesamtinduktivität des Schwingkreises 23, die sich aus dem Übertrager 29, 22 und den Primärspulen 2, 2′ zusammensetzt, eingestellt wird, daß sich die Resonanzfrequenz des Schwing kreises 23 in der Nähe der Betriebsfrequenz befindet und zwar so, daß der Schwingkreis 23 ein induktives Verhalten aufweist, d. h. die Spannungsphase eilt der Stromphase voraus. Sowohl die zuschaltbaren Kondensatoren 28 als auch die Erregerschaltung sind parallel zur Resonanzspule 29 geschaltet.

Die Sollwerteinspeisung 27 ist in Fig. 9 als Blockschaltbild dargestellt. Über ein Potentiometer 35 wird eine Spannung abgegriffen, die über einen Schalter 45 an einen Integrator 36 weitergeleitet wird. Der Integrator 36 ist mit einem Schalter 46 versehen, der ihn in bestimmten Fällen abschaltet. An den Integrator 36 schließt sich ein Funktionsgenerator 37 an, der das Gleichspannungsausgangssignal des Integrators 36 in eine sinusförmige Wechselspannung wandelt, die über einen Verstärker 38 in den Schwingkreis 23 eingespeist wird. Der Funktions generator hat eine konstante Betriebsfrequenz und ist aus temperaturkompensierten Bauteilen aufgebaut. Über den Widerstand 39 wird ein Spannungssignal abgegriffen, das dem durch den Verstärker 38, einer Leistungs-Endstufe, in dem Schwingkreis 23 eingespeisten Strom proportional ist. Dieses Spannungssignal wird zwei Schwellwertschaltern 40 und 41 zugeführt, die die Schalter 44 und 45 ansteuern. Die Schwellwertschalter, die z. B. als Schmitt-Trigger ausgebildet sein können, können z. B. so eingestellt werden, daß der Schwellwertschalter 40 den Schalter 44 ab 1, 3 Ampere Einspeisestromstärke durchschaltet, und für den Schwellwertschalter 41 ist z. B. eine Stromstärke von 1 Ampere Einspeisestrom als Schwellwert zweckmäßig, um den Schalter 45 auszuschalten.

Durch die Erregerschaltung 24 wird eine sinusförmige Abstrahlung der Primärspulen 2 ausgebildet, die ein geringes Maß an Ver zerrungen hat (geringer Oberwellengehalt), um eine geringe aktive Funkentstörung zu erreichen.

Bei der Detektorschaltung bilden die Sekundärspulen 3, 3′ mit den zuschaltbaren Kondensatoren 31 jeweils einen Resonanzkreis 30. Durch die zuschaltbaren Kondensatoren 31 wird jeder Resonanzkreis 30 auf die Leitungslänge zwischen Detektorschaltung 25 und Sek undärspulen 3, 3′ abgestimmt. Die empfangenen Signale werden durch Bandpässe 32 gefiltert und durch Gleichrichter 33 ver stärkt. An den Ausgängen der Gleichrichter 33 liegt das Signal für die Lage der Bandkante I bzw. Bandkante II. Werden diese beiden Signale für die Bandkante I bzw. für die Bandkante II durch einen Differenzverstärker 34 voneinander subtrahiert, so erhält man ein Signal für die Mittenlage des Bandes bzw. für die Bandlage.

Beim Einschalten der Erregerschaltung 24 wird zuerst der Schalter 45 eingeschaltet, wodurch eine bestimmte Spannung an den Integrator 36 gelegt wird. Das Ausgangssignal des Integrators wächst an und steuert so über den Funktionsgenerator 37 und den Verstärker 38 den Einspeisestrom, der zunimmt, bis die erste Schwelle des Schwellwertschalters 41 bei z. B. 1 Ampere erreicht ist. Bei dieser Schwelle wird das Basissignal des Integrators 36 über den Schalter 45 ausgeschaltet und das Ausgangssignal des Integrators bleibt konstant auf einem Plateau bzw. Nennwert, der dem Einspeisestrom von etwa z. B. 1 Ampere entspricht und der einen Amplitudensollwert im Schwingkreis 23 bewirkt.

Im Falle eines Kurzschlusses im Schwingkreis 23, insbesondere in den Zuleitungen der Primärspulen 2, 2′, fällt die Last am Ver stärker 38 schlagartig ab, und der Einspeisestrom nimmt dem entsprechend schnell zu. Bei einer solchen Einspeisestromerhöhung wird der Schalter 44 durch den Schwellwertschalter 40 einge schaltet, wodurch der Integrator 36 ausgeschaltet wird und das Steuersignal für den Funktionsgenerator 37 auf annähernd 0 zurückgefahren wird. Wenn der Kurzschluß behoben ist, stellt sich die Regelung von selbst wieder auf den richtigen Wert ein.

Ferner wird durch einen Phasendecoder 43 ein Signal, das über dem Widerstand 42 im Schwingkreis 23 abgegriffen wird und die Phase des Stroms im Schwingkreis 23 wiedergibt, mit einem Signal des Funktionsgenerators 37 verglichen, das der Phase der eingespeisten Spannung im Schwingkreis 23 entspricht. Bei Störungen in Form von Unterbrechungen in den Zuleitungen der Primärspulen 2, 2′ verändert sich die Phasenbeziehung im Reso nanzkreis von einer Nacheilung zu einer Voreilung der Stromphase gegenüber der Spannungsphase. Bei der Feststellung einer Änderung der Phasenbeziehung wird ein Alarm durch den Phasendecoder 43 ausgegeben. Eine solche Änderung kann z. B. durch das Auftreten einer Stromvoreilung wahrgenommen werden.

Fig. 10 zeigt einen Schaltungsaufbau mit Referenzsensoren, die zwei primäre Referenzspulen 20 und 20′ und zwei sekundäre Referenzspulen 21 und 21′ aufweisen. Die Erregerschaltung entspricht im wesentlichen der aus Fig. 8, wobei nun aber zwei Primärspulen 2 und 2′ und zwei primäre Referenzspulen 20 und 20′ jeweils parallel zur Spule 22 geschaltet sind, wobei die Primärspulen 20 und 20′ für das Meßsignal und die primären Referenzspulen 21 und 21′ für das Referenzsignal vorgesehen sind. Die entsprechenden zwei Sekundärspulen 3 und 3′ und die zwei sekundären Referenzspulen 21 und 21′ befinden sich, wie beim Aufbau aus Fig. 8, jeweils in einem eigenen Resonanzkreis 30, wobei sich jeweils ein Bandpaß 32, ein nicht dargestellter Normierverstärker, ein Gleichrichter 33 und ein nicht dargestell tes Glättungselement anschließt. Jeder Sekundärspule ist jeweils eine sekundäre Referenzspule zugeordnet, wobei die jeweils zwei Signale durch eine Auswerteelektronik 46 gemäß folgender Formel ausgewertet werden:

MES_KORR = (MES-REF) REF_MAX/(REF_MAX-REF),

wobei MES_KORR der korrigierte Meßwert der Bandkante, MES der nicht korrigierte Meßwert von der Spule 3 bzw. 3′ der Bandkante am Ausgang des Gleichrichters 33, REF der Referenzwert, ermittelt durch die Spule 30 bzw. 30′ am Ausgang des Gleichrichters 33 und REF_MAX der maximale Referenzwert ist, der anliegt, wenn sich kein Band zwischen primärer und sekundärer Referenzspule befindet. Die Bandlage ergibt sich aus der Differenz und die Bandbreite aus der Summe der korrigierten Meßwerte (MES_KORR) der beiden Bandkanten. Diese Auswertung entspricht einer Selbstkompensation des gesamten Systems, wodurch Steilheitsunterschiede der Meßwerte (MES) ausge glichen werden und der Meßbereich dem Bandmaterial angepaßt und entsprechend dem Wert REF_MAX aufgespreizt wird. Zusätzlich zu dieser elektronischen Auswertung ist eine elektronische Linea risierung der Meßwerte möglich. Es kann auch ein und derselbe Referenzwert zur Auswertung der Meßwerte der beiden Bandkanten verwendet werden.

Durch das Kontrollieren der Signale MES bzw. REF bzw. MES_KORR mit einem Schwellwertschalter, der unter einem bestimmten Schwellwert einen Alarm ausgibt, können auf einfache Art und Weise die Sekundärspulen auf ihre Funktionstüchtigkeit überwacht werden.

Ferner kann mit einem Doppelschwellwertschalter, an dessen Eingang das Signal für die Bandlage liegt, eine Bandschieflage bzw. Bandverlagerung bei entsprechender Schwellwertunter- oder Schwellwertüberschreitung festgestellt werden.

Die Ausgangssignale für die Bandlage bzw. Bandbreite werden durch nicht dargestellte Verstärker nachverstärkt, wobei in Abhängig keit vom Material oder von der Geometrie und den daraus resultie renden unterschiedlichen Meßeffekten ein Verstärker aus wenig stens zwei Verstärkern mit unterschiedlichen Verstärkungsfaktoren ausgewählt werden kann.

Die vom Netzteil erzeugte symmetrische Versorgungsspannung wird durch zwei Schwellwertschalter überwacht. Um einen Fehler in der Sollwerteinspeisung 27 festzustellen, wird der Sollwert durch einen Schwellwertschalter überwacht. Alle Überwachungssignale der Schaltung werden zu einer einzigen Meldung zusammengefaßt, die die Betriebsfähigkeit der Anlage wiedergibt.

Claims

1. Vorrichtung zur induktiven Messung der Lage eines Metallbandes, wobei auf einer Seite einer Bandkante eine von einer Wechselspannung gespeiste Primärspule und auf der anderen Seite der Bandkante eine Sekundärspule angeordnet ist, mit einer Erregerschaltung zum Einspeisen von Wechselspannung in die Primärspule und einer Detektor schaltung zum Bestimmen der in der Sekundärspule durch den Kopplungseffekt mit der Primärspule induzierten Span nung, wobei die Primär- und Sekundärspule etwa in Form eines langgestreckten Rechtecks gewickelt und mit ihrer Längs achse quer zur Bandkante angeordnet sind, die Primärspule mit einer hohen Frequenz der Wechselspannung von wenig stens 10 kHz betrieben wird und die Primärspule (2) und die Sekundärspule (3) einen nichtmagnetischen Spulenkern aufweisen oder kernlos sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Primär- und/oder Sekundärspulen jeweils in Schwing kreisen im Bereich ihrer Resonanzfrequenzen betrieben werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Referenzsensor zur Erfassung des Kopplungsfaktors durch das Bandmaterial vorgesehen und dessen Signal für die Auswertung der Signale von den Sekundärspulen verwen det wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (2, 3) in wenigstens zwei Abschnitte (4, 5) unterteilt sind, wobei die beiden Spulenabschnitte über einanderliegend in Reihe geschaltet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (2, 3) in eine Vergußmasse (10) eingebet tet sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (2, 3) auf dem Umfang und auf der vom Band abliegenden Seite in einem Abstand von einer Metallab schirmung (9, 15) umgeben sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (2, 3) durch eine Verschleißplatte (14) aus elektrisch nicht leitendem und nicht-magnetischem Materi al abgedeckt sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (2, 3) durch Keramikmaterial abgedeckt bzw. in Keramikmaterial eingebettet sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anordnung jeweils einer Primär- und Sekundär spule an jeder Bandkante die Polarität der Spulen an der einen Bandkante umgekehrt zu der an der gegenüberliegen den Bandkante geschaltet ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anordnung jeweils einer Primär- und Sekundär spule an jeder Bandkante an der einen Bandkante Primär- und Sekundärspule vertauscht angeordnet sind gegenüber der Anordnung an der gegenüberliegenden Bandkante.

11. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzsensor (19) im Bereich der Bandmitte an geordnet ist und wenigstens eine sekundäre Referenzspule (21) aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzsensor (19) im Gehäuse (9) einer Primär- und/oder Sekundärspule (2, 3) integriert ist.