EP1781834B1

EP1781834B1 - Verfahren zur führung eines bandes und verwendung für ein solches verfahren

Info

Publication number: EP1781834B1
Application number: EP05791537A
Authority: EP
Inventors: Rudolf Stockmeyer; Andreas Wolff
Original assignee: BETR FORSCH INST ANGEW FORSCH; VDEh-Betriebsforschungsinstitut
Current assignee: BETR FORSCH INST ANGEW FORSCH; VDEh-Betriebsforschungsinstitut
Priority date: 2004-08-24
Filing date: 2005-08-24
Publication date: 2011-11-23
Anticipated expiration: 2025-08-24
Also published as: DE102004061114A1; ATE534757T1; EP1781834A1; WO2006021436A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Führung eines Bandes zwischen zwei einander gegenüberliegend angeordneten Spulen einer Vorrichtung die einen Lagesensor für die Lagebestimmung des Bandes zwischen den Spulen und Stromgeber für die Spulen aufweist.
Zur Verbesserung der korrosiven und optischen Bandeigenschaften werden dünne gleichmäßige Metallschichten, u.a. auch Zinkschichten mittels verschiedener Verfahren auf Metallbänder aufgebracht. So durchläuft beispielsweise bei der Bandverzinkung nach dem Schmelztauchverfahren das Band zunächst eine Zinkschmelze und wird anschließend nach oben abgezogen. Aufgrund ihrer Viskosität haftet die Schmelze oberhalb des Metallbandspiegels an dem Metallband und bildet damit um das Metallband eine frei anhaftende Zinkschicht. Diese Zinkschicht ist meist wesentlich dicker als benötigt - so kann sie zum Teil bis zum zwanzigfachen der geforderten Schichtdicke betragen - und muß deshalb im Anschluß auf die jeweilige angestrebte Schichtdicke zurückgeführt werden.
Dazu ist es bekannt, das überschüssige Metall noch im flüssigen Zustand außerhalb des Bandes und oberhalb des M>etallbadspiegels mit Hilfe pneumatischer Abstreifer zurückzuhalten, so daß sich die gewünschte Schichtdicke ergibt. So wird beispielsweise in einer Höhe von etwa 0,5 bis 1 m oberhalb des Zinkbads dicht am Band zu beiden Seiten eine Spaltdüse installiert, die sich über die gesamte Bandbreite erstreckt. Als Gas wird zum Beispiel Luft oder Stickstoff verwendet. Durch den hohen Auftreffimpuls des Gases auf die flüssige Schmelzenschicht wird Schmelze abgestreift und fließt am Band entlang zurück in das Bad. Die Schichtdicke hängt stark von dem Düse-Band-Abstand ab. Dieser ändert sich wegen der transversalen Bandbewegungen, zum Beispiel Schwingungen. Diese Schwingungen führen zu periodischen Schichtdickeänderungen in Bandlängsrichtung. Der Düse-Band-Abstand kann sich auch durch die Bandquerform ändern, beispielsweise einen Querbogen. Die Bandquerform erzeugt ungewünschte Schichtdickenänderungen in Querrichtung (Breitenrichtung) des Bandes. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in EP 1 312 692 A1 beschrieben. Dort wird ferner eine Maßnahme zur Stabilisierung des Bandes während des Beschichtungsprozesses beschrieben. Im Anschluß an die Beschichtungseinrichtung wird das Band zwischen zwei einander gegenüberliegend angeordneten Spulen einer Bandführungsvorrichtung durchgeführt. Lagesensoren bestimmen die Position des Bandes zwischen den Spulen, wobei auch Bandunplanheiten erkannt werden. Mit einem Regler werden aus den Positions-Istwerten des Bandes zwischen den gegenüberliegenden Spulen Werte für die den Spulen zuzuführenden Ströme ermittelt, so daß das Band in die Sollage, nämlich die Mittenebene zwischen den Spulen bewegt wird. Ein Grund, elektromagnetische Abstreifverfahren einzusetzen, liegt in der mangelnden Eignung der Gasabstreifer, sehr dünne Schichtdicken herzustellen.
Aus WO 02/14572 A1 ist ein zu EP 1 312 692 A1 ähnliches Verfahren bekannt. Auch hier wird das Band durch Eingriffe eines Reglers in einer Ebene zwischen den Spulen stabilisiert. WO 02/14572 A1 beschreibt eine weitere Magneteinrichtung zum Abstreifen des überschüssig aufgetragenen Beschichtungsmaterials.
WO 02/14192 A1 befaßt sich ebenfalls mit der Bandstabilisierung in einer Ebene zwischen zwei einander gegenüberliegenden Spulen. Das Verfahren stimmt mit der in WO 02/14572 A1 beschriebenen Bandstabilisierung überein. Eine Spannung konstanter Amplitude wird zeitabschnittsweise (gepulst) an die Spule gelegt. Die Pulsdauer wird vorgegeben. Es handelt sich also um ein Pulsdauerverfahren. Auch hier werden von der Position des Bandes abhängige Meßwerte zur Bestimmung der Bandposition zwischen den Spulen aufgenommen. Diese Meßwerte dienen als Eingangsgröße für einen Regler, dessen Ausgangssignale den Spulen zugeführt werden, um das Band in die gewünschte, fest vorgegebene Ebene zu bewegen.
Die Probleme der Bandstabilisierung und Bandquerformregulierung sind vielfältig. Die Schwingungsanregungen entstehen zum Beispiel durch Unrundlauf der Rollen im Band und andere Störungen, die nicht beseitigt werden können. Die Bandform kann zwar mit der Andrückrolle und Stabilisierungsrolle im Zinkbad gesteuert werden. Günstiger ist es jedoch, wenn diese zusätzlichen Rollen im Zinkbad entfallen.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Führung eines Bandes vorzuschlagen, das eine rasche Einstellung der gewünschten Bandposition und Bandquerform erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Führung eines Bandes geht von dem Grundgedanken aus, die erste und die zweite Spule mit einem ersten und einem zweiten Strom zu beaufschlagen, wenn sich das Band innerhalb eines bestimmten räumlichen Bereichs um den Positions-Sollwert befindet. Es hat sich gezeigt, daß die Bandlage bzw. Bandform besonders präzise eingestellt werden kann, wenn das Band beidseits mit Magnetkräften beaufschlagt wird, wobei der Unterschied der Magnetkräfte die Einstellung der Bandlage bzw. Bandform bewirkt. Um jedoch auf extreme Abweichungen von der Bandlage bzw. der Bandform möglichst rasch reagieren zu können, ist es vorteilhaft, wenn außerhalb eines bestimmten räumlichen Bereichs um den Positions-Sollwert lediglich eine Spule mit Strom beaufschlagt wird, um so ohne Gegenkraft das Band möglichst rasch in den Bereich des Positions-Sollwerts zu überführen. Allerdings können auch bei extremen Abweichung bei der Bandlage bzw. der Bandform beide Spulen mit Strom beaufschlagt werden, um von beiden Seiten mit Magnetkräften auf das Band einzuwirken.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden unter anderem die nachstehenden Vorteile erreicht:

a) Die erforderliche magnetische Kraft ist darstellbar, sowohl für die Stabilisierung als auch für die Bandformsteuerung.
b) Eine zeitliche Änderungsgeschwindigkeit der magnetischen Kraft ist vorhanden, damit die Bandschwingungen gedämpft werden können.
c) Eine stabile Regelung der Bandposition wird erreicht, obwohl die Kraft nichtlinear vom Strom und dem Abstand Magnet - Band abhängt.

Der Positionssollwert kann beispielsweise eine Lage des Bandes zwischen den Spulen sein, die auch außerhalb der sonst angenommenen Mittenebene zwischen den Spulen liegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, neben der auch mit den Vorrichtungen des Standes der Technik erreichten Dämpfungen der Bandschwingung nun auch eine beispielsweise für das Beschichtungsergebnis optimale Bandform und Bandlage rasch einzustellen oder Torsionsschwingungen rasch zu dämpfen. Diese optimale Bandlage und Bandform kann beispielsweise in der bewußten Erzeugung von Querbögen, Bandauslenkungen oder Bandschräglagen resultieren.
Zudem kann die Bandform beeinflußt werden, beispielsweise ein quergebogenes Band in ein planes Band zurückgebogen werden. Ebenfalls ist es möglich, dem Band eine Schräglage zu geben, so daß das Band nicht parallel zur Mittenebene zwischen den Spulen verläuft. Die in Bandbreitenrichtung nebeneinander angeordneten Magnete bieten die Möglichkeit, dem Band eine Vielzahl von Formen zu geben bzw. eine Vielzahl von Formen, wie beispielsweise Querbögen, Bandwellen, Randbögen etc., auszugleichen und das Band in eine plane Lage zu überführen.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet somit erstmals eine Möglichkeit, durch Änderung der Bandlage bzw. Bandform zwischen den das Band führenden Spulen und damit einer Änderung der Bandform oder Bandlage in der Beschichtungseinrichtung auf Fehler der Beschichtungseinrichtung rasch zu reagieren und trotz dieser Fehler der Bandbeschichtungseinrichtung ein optimales Beschichtungsergebnis zu erzielen.
Zudem weist das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil auf, daß der Bandzugsollwert verringert werden kann, wenn die Bandschwingung durch die Führung verringert wird. Dadurch kommt es zu weniger Verschleiß in den Bandrollenlagern, zu einer besseren Bandoberfläche des Bandes (das gerade verfestigte Zink haftet weniger an der oberen Umlenkrolle), die Stellkraft für die Bandführung ist geringer und die Eigenfrequenz des Bandes ist geringer.
Die nachfolgenden Erläuterungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgen teilweise am Beispiel einer Zinkbeschichtungsanlage. Die Erfindung ist jedoch auf diese Anwendung nicht beschränkt, sondern findet auch bei anderen Prozessen Anwendung, bei denen ein ferromagnetisches Band geführt wird.
Besonders bevorzugt wird den Stromgebern jeweils ein Sollstrom zugeführt, wobei der Sollstrom für die erste Spule nach der Maßgabe erzeugt wird, daß die erste Spule mit einem ersten Strom und die zweite Spule mit einem zweiten Strom beaufschlagt wird, wenn sich das Band innerhalb eines bestimmten räumlichen Bereichs um die Sollage befindet. Durch die Beschränkung des den jeweiligen Spulen für Positionen des Bandes zugeführten Sollstroms auf einen gewissen Bereich (nur für x>b für die erste Spule und x<f für die zweite Spule) wird der vorgenannte Vorteil erreicht, daß das Band bei einer Bandlage außerhalb eines bestimmten räumlichen Bereichs um den Positions-Sollwert nur von einer Seite mit Kraft beaufschlagt wird, um möglichst rasch in den Bereich um den Positions-Sollwert bewegt zu werden. Die gefundenen Maßgaben für den Sollstrom bewirken ferner, daß die erste Spule eine größere Anziehungskraft auf das Band ausübt, wenn sich das Band am der ersten Spule entfernteren Rand des räumlichen Bereichs um den Positions-Sollwert befindet, während an dieser Stelle die Anziehungskraft der zweiten Spule reduziert wird.
Die Erfindung setzt insbesondere nicht das Pulsdauerverfahren ein, sondern ein Zweipunktregelverfahren für den Spulenstrom. Beim Pulsdauerverfahren muß die notwendige Pulsdauer zunächst ermittelt werden. Dies entfällt beim Zweipunktregelverfahren. Beim Pulsdauerverfahren ist die Spulenspannung annähernd Null Volt. Beim Zweipunktregelverfahren ist die Spulenspannung + U oder - U, wobei die Höhe von U noch vorgegeben werden kann.
Insgesamt läßt sich mit dem Zweipunktregelverfahren für den Spulenstrom das beste Zeitverhalten erreichen. Das Zeitverhalten der Spulenstromregelung ist ausschlaggebend für Schwingungsdämpfung.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird den Stromgebern jeweils ein Sollstrom zugeführt, wobei der Sollstrom für die erste Spule nach der Maßgabe I₁∝ ax+c für alle x>b und I₁=0 für alle x<b gewählt wird und der Sollstrom für die zweite Spule nach der Maßgabe I₂∝ dx+e für alle x<f und I₂=0 für alle x>f gewählt wird, wobei a, c, d und e Konstanten sind, x der Abstand des Bands von der Sollage gemessen in Richtung auf die zweite Spule zu, b der Abstand des der zweiten Spule zugewandte Bereichsende des bestimmten räumlichen Bereichs zur Sollage und f der Abstand des der ersten Spule zugewandte Bereichsende des bestimmten räumlichen Bereichs zur Sollage, wobei d und f aufgrund der Vorzeichenkonvention (positive Zahlen von der Sollage in Richtung auf die zweite Spule) negative Zahlen sind.
Dabei können die Vorströme (Konstante c und e) in Abhängigkeit von der Sollage des Bandes variabel sein oder in einer vereinfachten Ausführungsform konstant vorgegeben werden
In einer insbesondere bevorzugten Ausführungsform werden die den Spulen zugeführten Sollströme I₁ und I₂ aus einem sog. gemeinsamen Strom I gebildet, der ein Ausgangssignal eines Positionsreglers ist. Dabei werden I₁ und I₂ nach folgender Maßgabe gebildet:

Für I < - I₀₁ ist I₁ = 0

Für I > - I₀₁ ist I₁ = I₀₁ +a₁ I

a₁ = 1;
Der Sollstrom für die zweite Spule wird nach folgender Maßgabe gebildet:

Für I > I₀₂ ist I₂ = 0

Für I < I₀₂ ist I₂ = I₀₂ -a₂I

a₂ = 1
Dabei ist der Vorstrom I₀₁ = I₀₂ = I₀ ein Parameter, und I ist der sogenannte gemeinsame Strom für beide Spulen als Ausgangssignal des Positionsreglers (Zwischenstromsollwert).
In einer weiteren Ausführungsform sind die Steigungen a₁ und a₂ der oben angesetzten Geradengliederungen für die Bildung von I₁ und I₂ variabel, um damit zum Beispiel eine stückweise lineare Abbildung für die Beziehung Magnetkraft = fkt (Strom) außerhalb des Bereichs ± I₀ vornehmen zu können.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Steigungen und/oder die Konstanten I₀₁ und I₀₂ der oben angesetzten Geradengleichungen für die Bildung von I₁ und I₂ variable, um gleichzeitig oder wechselweise schnelle und langsame Positionsänderungen des Bands, wie sie für Bandschwingungen und Bandformänderungen charakteristisch sind, ausregeln zu können. Dazu werden die Positionsistwerte vor dem Vergleich mit den Positionssollwerten in schnelle und langsame Anteile zerlegt.
Der Positionsregler liefert die Sollströme I₁ und I₂ für die Ausregelung der schnellen Vorgänge und der langsamen Positionsänderungen mit den angepaßten Parametern 1a, I₀₁ und a₂, I₀₂.
Besonders bevorzugt regelt der Stromgeber mit einem Stromgeber-Regler den ihm zugeführten Sollstrom ein. Der Stromgeber-Regler ist vorzugsweise ein Zweipunktregler, der insbesondere bevorzugt eine einstellbare Hysterese aufweist. Insbesondere wird der Spule von dem Stromgeber-Regler eine deutlich erhöhte Spannung, die beispielsweise im Bereich des fünf- bis zehnfachen der Magnet-Nennspannung liegen kann, zugeführt, um eine schnelle Regelung des Magnetstroms zu erhalten. Diese Spannung kann aus einer Netzspannung, beispielsweise einer Netzspannung von 50Hz, durch Gleichrichtung erzeugt werden, so daß eine zeitlich annähernd konstante Spannung (sogenannte "Gleichspannung im Zwischenkreis") gebildet wird. Die deutlich über der Magnet-Nennspannung liegende an die Spule angelegte Spannung führt zu einem starken Ansteigen des Stroms in der Spule. Der Spulenstrom wird gemessen. Erreicht der Spulenstrom einen Wert der um den Hysteresewert über dem Sollstrom liegt, so wird die Spannung unterbrochen bzw. sogar eine Gegenspannung angelegt, bis der gemessene Stromwert auf einen Wert der um den Hysteresenwert unterhalb des Sollwerts liegt, abfällt. Daran anschließend wird erneut die Spannung umgekehrt und wiederum eine deutlich überhalb der Magnet-Nennspannung liegende Gleichspannung angelegt. Dieses Zu- und Gegenschalten einer erhöhten Gleichspannung bzw. das zeitlich aufeinanderfolgende Anlegen entgegengesetzter Gleichspannungen führt zu einer raschen Einregelung des gewünschten Sollstroms, der aufgrund der Überspannung rasch erreicht wird. Ein Überhitzen des Magnets durch das Anlegen der deutlich über der Magnet-Nennspannung liegenden Spannung wird dadurch verhindert, daß die Spannung abgeschaltet wird, sobald der gemessene Strom in der Spule einen um einen Hysteresenwert über dem Sollstrom liegenden Wert erreicht. Insbesondere können durch ein derartiges Regelverfahren Zeitkonstanten der Stromregelung von weniger als 5 Millisekunden erreicht werden, was für die Bandschwingungsdämpfung vorteilhaft ist.
Die Regelung des Stroms in der Spule mit einem Zweipunktregler, der fortlaufend eine Gleichspannung ("Zwischenkreisspannung") derart reversiert, daß der Strommittelwert gleich dem Sollwert ist führt durch die Reversion zu einer Stromwelligkeit, die beispielsweise mit einer Frequenz von 1 kHz eingestellt werden kann. Die sich hieraus ergebende Kraftwelligkeit, also die Schwankung der auf das Band wirkenden Kraft, hat die doppelte Frequenz. Ihre Frequenz und Amplitude ist mit der Hysterese des Zweipunktreglers und der Höhe der Zwischenkreisspannung einstellbar. Die Kraftwelligkeit erzeugt in der flüssigen Zinkschicht Beschleunigungskräfte in Schichtdickenrichtung. Dadurch läßt sich die Kraftwelligkeit als zusätzlicher Abstreifer des Zinks einsetzen.
Die Höhe der Zwischenkreisspannung ist beispielsweise mit einer gesteuerten Drehstrombrückenschaltung einstellbar.
Für die Koordinierung der für die Bandpositionierung einander entgegenwirkenden, einander gegenüberliegend angeordneten Spulen kann es von Vorteil sein, wenn ein gemeinsames Zwischensollwert-Signal erzeugt wird, aus dem in einem ersten Stromsollwertbildner der dem ersten Stromgeber zugeführte Sollstrom und in einem zweiten Stromsollwertbildner der dem zweiten Stromgeber zugeführte Sollwert gebildet werden. Dabei wird besonders bevorzugt eine quadratische Kennlinie annähernd linearisiert. Das Zwischensollwert-Signal ist insbesondere bevorzugt das Ausgangssignal eines Positionsreglers, der das Signal aus der Differenz eines Positionssollwertes und dem Meßergebnis des Lagesensors oder eines Abstandsanalysators bildet. Dieser bestimmt aus Spulenstrom und Spulenspannung den Abstand Spule-Band.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind in Bandbreitenrichtung mindestens zwei Spulen auf einer Seite dieses Bandes nebeneinander angeordnet. Für Regelungsziele, bei denen das Band nur parallel versetzt werden soll, können beiden Spulen der gleiche Strom zugeführt werden, wobei dennoch jede Spule einen eigenen Stromgeber-Regler aufweisen kann. Insbesondere bevorzugt können den nebeneinander angeordneten Spulen jedoch unterschiedliche Ströme zugeführt werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Bandlage oder die Bandform beeinflußt werden soll, beispielsweise eine Schräglage erzeugt oder ein Querbogen ausgeglichen werden soll. Ein Bandform- und Bandpositionsregler kann die Bandbewegungen des Bandes dämpfen, indem die mittlere Kraft, die über die Bandbreite auf das Band einwirkt, verändert wird. Dabei kann jedes Magnetpaar mittels eines Reglers angesteuert werden. Diese einzelnen Regler werden dann vorzugsweise mittels eines überlagerten Reglers koordiniert, der die Wechselwirkungen der Regler untereinander berücksichtigt. Um zwischen Bandschwingung und Bandform und Position unterscheiden zu können, wird vorzugsweise ein adaptiver Filter verwendet.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Lage mindestens einer Spule veränderbar. Dies ermöglicht es, zu Anfang des Beschichtungsprozesses, bei dem noch ungedämpfte Bandschwingungen vorherrschen können, die Spule/die Spulen in deutlichem Abstand zu dem Band zu halten und so einen Kontakt mit dem Band zu vermeiden. Sobald die Regelung der Bandführung jedoch die Schwingungen gedämpft hat, kann die Spule von einem Anfangsabstand ausgehend näher an das Band bewegt werden. Dies bringt insbesondere den Vorteil einer Stromersparnis, da zur Erzeugung der gleichen Absolutkraft bei geringerer Distanz der Spule zu dem Band ein geringerer Strom notwendig ist. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, die Lage der Spule in Abhängigkeit der Schwingung und/oder der Lage des Bandes einzustellen, beispielsweise bei zunehmender Schwingung die Spule vom Band zu entfernen. Insbesondere muß der Spulenabstand einerseits groß sein, damit das Band die Spulen nicht berührt. Andererseits muß er klein sein, um mit hinreichend großer Kraft auf das Band einzuwirken. Diese Gegensätze werden durch situationsabhängiges Einstellen des Spulenabstands überwunden.
Insbesondere bevorzugt ermittelt ein Abstandsanalysator den Abstand des Bandes zur Spule aufgrund des Spulenstroms. Der bei anliegender, gleicher Spannung durch die Spule strömende Strom ist abhängig von der Distanz des Bandes zur Spule. Dies ermöglicht es, durch Analyse des durch die Spule fließenden Stroms und Kenntnis der anliegenden Spannung die Position des Bandes zu ermitteln. Auf diese Weise kann auf unmittelbar distanzmessende Sensoren, beispielsweise optische oder das Band berührende Distanzsensoren verzichtet werden.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist insbesondere mindestens zwei einander gegenüberliegend angeordnete Spulen auf, denen jeweils ein Stromgeber-Regler zugeordnet ist. Dieser Stromgeber-Regler weist vorzugsweise einen stromgeregelten Leistungsverstärker auf. Ferner ist der Stromgeber-Regler vorzugsweise ein Zweipunktregler, insbesondere mit einstellbarer Hysterese.
Der Lagesensor einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist insbesondere bevorzugt ein Induktiv-Sensor.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist insbesondere bevorzugt auf einer Seite des Bandes mehrere Spulen auf, die in Bandbreitenrichtung nebeneinander und/oder in Bandlaufrichtung nebeneinander angeordnet sind. Mehrere Spulen in Bandbreitenrichtung können einen Einfluß auf die Bandlage und die Bandform in Bandbreitenrichtung, beispielsweise die Einstellung einer Schräglage oder das Ausgleichen eines Querbogens bewirken. Mehrere in Bandlaufrichtung nebeneinander angeordnete Spulen erlauben einen Eingriff auf das Band, bei dem die jeweilige Spule eine im Verhältnis geringere Kraft aufbringen muß. Insbesondere bevorzugt sind die Spulen der Bandführungseinrichtung in Bandlaufrichtung vor oder nach einer Abstreifeinrichtung, insbesondere einer Abstreifdüse, einer Beschichtungseinrichtung angeordnet. Unter einer Anordnung nach der Abstreifdüse ist insbesondere auch eine solche Anordnung zu verstehen, bei der die Spule im Bereich der Abstreifdüse bzw. in der Abstreifdüse angeordnet ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorgenannten Vorrichtungen weisen diese zudem eine Beschichtungseinrichtung auf. Besonders bevorzugt wird als Bandbeschichtungseinrichtung ein Tauchbad eingesetzt. Beispielsweise kann das Tauchbad eine Umlenkrolle aufweisen, wie beispielsweise in EP 1 312 692 A1 beschrieben. Bei anderen Tauchbädem wird das Band beispielsweise vertikal von unten nach oben durch ein Bad geführt. Eine solche Anlage ist beispielsweise von der SMS Demag als "Continuous vertical galvanizing line" (CWGL) bekannt. Die Beschichtungseinrichtung weist vorzugsweise nach dem Tauchbad eine Abstreifvorrichtung auf. Diese Abstreifvorrichtung kann pneumatische Abstreifer oder Abstreiferspulen aufweisen.
Eine die Vorrichtung umfassende Gesamtvorrichtung kann Umlenkungen des Bandes, beispielsweise mittels Umlenkrollen aufweisen. Besonders bevorzugt sind die beiden gegenüberliegend angeordneten Spulen unmittelbar vor oder nach der Beschichtungseinrichtung angeordnet, so daß durch Lage bzw. Formänderung des Bandes zwischen den gegenüberliegend angeordneten Spulen nahezu unmittelbar auch die Lage bzw. Form des Bandes in der Beschichtungseinrichtung und damit das Beschichtungsergebnis beeinflußt werden kann.
Der Lagesensor für die Bestimmung des Bandes zwischen den Spulen kann ein herkömmlicher Distanzmesser sein, der das Band kontaktiert oder kontaktlos arbeitet.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorgenannten Vorrichtungen sind die Spulen an mehreren Höhenstellen im Kühlturm einer Beschichtungsanlage vorgesehen, vorzugsweise über dem sog. Düsenbalken (also oberhalb der Abstreifdüsen) und weiter oberhalb des Düsenbalkens, beispielsweise in Höhe einer Meßstelle zum Messen der heißen Beschichtungsschicht ("Heißmeßstelle").
Die jeweilige Spule erstreckt sich bevorzugt in Breitenrichtung des Bandes. Ist bei Anwendungsfällen mit der Notwendigkeit besonders hoher Kräfte zu rechnen, beispielsweise zur Verminderung des Querbogens, so kann die Anordnung der Spule in Längsrichtung vorteilhaft sein.
Die Spule hat insbesondere bevorzugt einen Eisenkern mit U-Form. Zum Erzeugen einer höheren Kraft kann der Eisenkern auch eine W-Form aufweisen. Insbesondere bevorzugt ist der Eisenkern aus Elektroblech hergestellt. Die Spulen umschließen vorzugsweise die Schenkel des U-, bzw. W-Kerns. Für eine geringere Bauhöhe können sie aber auch das Joch des U- bzw. die Joche eines W-Kerns umschließen.
Insbesondere bevorzugt sind um einen Schenkel mehrere, beabstandet zueinander angeordnete Spulen vorgesehen. Dies ermöglicht die Zuführung von Kühlluft zwischen den Spulen. Zur Überwachung der Spulentemperatur können Temperaturfühler vorgesehen sein, deren Meßergebnis insbesondere auch zum Regeln der zugeführten Kühlluftmenge eingesetzt werden kann.
Die Spulen sind insbesondere bevorzugt aus Kupfer oder Aluminium hergestellt. Sie können zum Erzeugen hoher Kräfte bei geringer Baugröße jedoch auch aus supraleitendem Material hergestellt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Spulen vom Band mit einer Schutzscheibe getrennt. Diese ist vorzugsweise aus elektrisch nicht leitendem Material und weist insbesondere eine Permeabilität wie Luft und vorzugsweise eine Hitzebeständigkeit bis 700 °C auf. Die Dicke wird möglichst gering gewählt, beispielsweise 2 mm, damit der Luftspalt nich zusätzlich erhöht wird. Die Schutzscheibe ist in der Regel ein Verschleißteil und entsprechen konstruktiv anzubringen. Die Schutzscheibe sollte die Spulen vor Zinkstaub schützen und die Kühlluft führen. Die Kühlluft sollte nicht gegen das Band strömen. Insbesondere bevorzugt ist die Schutzscheibe aus Keramik oder Hitzeschutzglas hergestellt und kann aus mehreren Teilen bestehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise zur Führung des Bandes bei einem Beschichtungsprozeß, insbesondere bevorzugt bei einem Feuerverzinkungsprozeß eingesetzt. Insbesondere können die Positions-Sollwerte durch eine übergeordnete Schichtdicken-Regelung generiert werden.
Die Führung kann dabei insbesondere in folgenden Bereichen eingesetzt werden: Band im Bereich der Abstreifdüse (oberhalb oder unterhalb der Düse) führen, Band im Bereich der Auflagemeßstelle, sog. Heißmeßstelle, führen (wenn das Band dort nicht geführt wird, können Auflage (Schichtdicken)-Meßfehler entstehen, Band führen im Bereich eines elektromagnetischen Bodenverschtusses bei Tauchbädern, bei denen das zu beschichtende Band durch eine untere, durch den elektromagnetischen Bodenverschluß verschlossene Öffnung in das Tauchbad eingeführt wird.
Die Erfindung umfaßt ferner die Regelung des Stroms in der Spule mit einem Zweipunktregler derart, daß fortlaufend eine Gleichspannung ("Zwischenkreisspannung") derart reversiert wird, daß der Strommittelwerk gleich dem Sollwert ist. Die Stromwelligkeit hat zum Beispiel eine Frequenz im Bereich von 1 kHz. Die Kraftwelligkeit hat die doppelte Frequenz.
Die Kraftwelligkeit nach Frequenz und Amplitude ist mit der Hysterese des Zweipunktregler und der Höhe der Zwischenkreisspannung einstellbar.
Die Kraftwelligkeit erzeugt in der flüssigen Zinkschicht Beschleunigungskräfte in Schichtdickenrichtung. Diese Kräfte können zum zusätzlichen Abstreifen des Zinkes verwendet werden.
Die Höhe der Zwischenkreisspannung kann einstellbar sein, zum Beispiel mit gesteuerter Drehstrombrückenschaltung:
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel zeigenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen

Fig. 1: den Blockschaltplan eines Teils einer Bandführungsvorrichtung
Fig. 2: den Blockschaltplan eines Stromreglers der Bandführungsvorrichtung und
Fig. 3: den zeitlichen Verlauf des Stromverlaufs in der Spule der Bandführungsvorrichtung.

Die für die Einregelung der vorgegebenen Bandposition zuständige Bandführungseinrichtung 20 ist in der Fig. 1 näher erläutert. Die Bandführungseinrichtung 20 weist drei über die Bandbreite nebeneinander angeordnete Einheiten 21, 22, 23 auf. Diese sind gleichartig ausgebildet, so daß nur die Einheit 22 im Detail dargestellt und beschrieben wird. Die Einheit 22 weist vier Spulen 24, 25, 26, 27 auf. Zwischen den Spulen 24, 25 ist ein Lagesensor 28 vorgesehen. Eine Positionsregelung 30 der Einheit 22 weist einen Positionsregler 31, zwei Stromsollwertbildner 32 und vier Stromregelungen 34 auf. Eingangssignal der Positionsregelungseinrichtung 30 ist Vergleichswert zwischen einem Ausgangssignal des ersten Reglers 50 und dem Meßsignal des Lagesensors 28. Ausgangssignal der Positionsregelung 30 sind den Spulen 24, 25, 26, 27 zugeführte Ströme.
Die aus dem Vergleich des Ausgangssignal des ersten Reglers 50 mit dem mit dem Lagesensor 28 ermittelten Positions-Istwert entstandene Regelabweichung wird von dem Positionsregler 31 in ein Zwischensollwert-Signal i* umgesetzt. Dieses Zwischensollwert-Signal i* wird den Stromsollwertbildnern 32 zugeführt. Die Stromsollwertbildner 32 bilden Sollströme derart, daß den Stromgebern 34 jeweils ein Sollstrom zugeführt wird, wobei die erste Spule mit einem ersten Strom und die zweite Spule mit einem zweiten Strom beaufschlagt wird, wenn sich das Band innerhalb eines bestimmten räumlichen Bereichs um die Sollage befindet. Die so gebildeten Sollströme werden den Stromreglern 34 zugeführt.
Der Aufbau der Stromregler 34 ergibt sich aus Fig. 2. Der Stromregler mit Leistungsverstärker 34 weist einen Netztransformator 101, einen Gleichrichter 102, eine Brücke mit vier elektronischen Schaltern 103, einen Stromsensor 105 und einen Stromregler 106 auf. Die Netzspannung U_n wird im Netztransformator 101 und Gleichrichter 102 in eine Zwischenkreisspannung U₀ umgewandelt. In Abhängigkeit der von dem Stromregler 106 vorgegebenen Schaltsignale wird diese Zwischenkreisspannung U₀ an die Spule 24 zugeschaltet oder gegengeschaltet. Die Schaltzeitpunkte erzeugt der Zweipunktregler. Wenn die Spannung nicht zu- und gegengeschaltet würde, sondern dauernd zu- oder gegengeschaltet wäre, würde die Spule in kurzer Zeit überhitzen. Eine Überhitzung tritt aber nicht ein, da der Strom geregelt ist. Die Zwischenkreisspannung U₀ ist um ein fünf bis zehnfaches höher als die Nennspannung der Spule 24. Während des Wechselns der Spannung an der Spule von +U auf -U oder von -U auf +U darf der Strom in der Spule nicht unterbrochen werden, damit keine unzulässig hohen induktiven Spannungen auftreten, welche die Spule oder die elektronischen Schalter zerstören könnten. Durch Dioden ("Freilaufdioden") wird erreicht, daß der Spulenstrom nicht unterbrochen wird.
Wie Fig. 3 zeigt, wird die über der Nennspannung des Magneten liegenden Gleichspannung für einen Zeitabschnitt T1 bis T2 an die Spule 24 angelegt. Dies führt dazu, daß der Strom in der Spule auf einen Wert I Soll plus Hystere ansteigt, also einen Wert der etwas oberhalb des Stromsollwerts I* liegt. Mißt der Stromsensor 105 das Erreichen des Werts I Soll plus Hysterese, so schaltet die Brücke 103 die Gleichspannung derart um, daß nun die gleiche Spannung jedoch mit umgekehrten Vorzeichen an der Spule 24 anliegt. Dies führt zu einem Abfall des Stroms in der Spule 24. Ist der Wert I Soll minus Hysterese erreicht (Zeitpunkt T3), so schaltet der Stromregler die Brücke 103 erneut und zwar derart, daß die Gleichspannung nun wieder den ersten Wert annimmt. Auf diese Weise wird ein Sollstrom eingeregelt, der mit einer Hysterese um den Stromsollwert leicht variiert. Anstelle des Umschaltens auf eine negative Spannung kann die Spannung auch abgeschaltet werden. Das Zeitverhalten der Stromregelung wird jedoch langsamer.

Claims

Verfahren zur Führung eines Bands zwischen zwei einander gegenüberliegend angeordneten Spulen einer Vorrichtung, die einen Lagesensor für die Lagebestimmung des Bands zwischen den Spulen und Stromgeber für die Spulen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spule mit einem ersten Strom und die zweite Spule mit einem zweiten Strom beaufschlagt wird, wenn sich das Band innerhalb eines bestimmten räumlichen Bereichs um die Solllage befindet, und nur die erste oder nur die zweite Spule mit einem Strom beaufschlagt wird, wenn das Band sich außerhalb des bestimmten räumlichen Bereichs um die Solllage befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den Stromgebern jeweils ein Sollstrom zugeführt wird, wobei der Sollstrom für die erste Spule nach der Maßgabe I₁∝ ax+c für alle x>b und I₁=0 für alle x<b gewählt wird und der Sollstrom für die zweite Spule nach der Maßgabe I₂∝ dx+e für alle x<f und I₂=0 für alle x>f gewählt wird, wobei a, c, d und e Konstanten sind, x der Abstand des Bands von der Solllage gemessen in Richtung auf die zweite Spule zu, b der Abstand des der zweiten Spule zugewandte Bereichsende des bestimmten räumlichen Bereichs zur Solllage und f der Abstand des der ersten Spule zugewandte Bereichsende des bestimmten räumlichen Bereichs zur Solllage, wobei d und f aufgrund der Vorzeichenkonvention (positive Zahlen von der Sollage in Richtung auf die zweite Spule) negative Zahlen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Stromgeber mit einem Stromgeber-Regler einen (den) ihm zugeführten Sollstrom einregelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der dem ersten Stromgeber zugeführte Sollstrom in einem ersten Stromsollwertbildner aus einem übergeordneten Zwischensollwert-Signal gebildet wird, das auch einem zweiten Stromsollwert-bildner zugeführt wird, der aus dem Zwischensollwert-Signal den dem zweiten Stromgeber zugeführten Sollstrom bildet.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass übergeordnete Zwischensollwert-Signal in einem Positionsregler aus der Differenz eines Positionssollwerts und dem Messergebnis des Lagesensors oder dem Messergebnis eines Abstandsanalysators gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der der ersten Spule zugeführte Sollstrom I₁ und der der zweiten Spule zugeführte Sollstrom I₂ nach folgender Maßgabe gebildet werden: für I < -I₀₁ ist I₁ = 0 für I > -I₀₁ ist I₁ = I₀₁ + a₁I für I > I₀₂ ist I₂ = 0 für I < I₀₂ ist I₂ = I₀₂ -a₂I

wobei I₀₁ = I₀₂ = I₀ der Vorstrom der Spule ist und I das im Positionsregler erzeugte Zwischensollwert-Signal.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigungen a₁ und a₂ variabel einstellbar sind.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Werte I₀₁ und I₀₂ variabel einstellbar sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei in Bandbreitenrichtung nebeneinander, auf einer Seite des Bands angeordnete Spulen mit Strom beaufschlagt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der den nebeneinander angeordneten Spulen zugeführte Strom unterschiedlich ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage mindestens einer Spule verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule von einem Anfangsabstand ausgehend näher an das Band bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der Spule in Abhängigkeit der Schwingung und/oder der Lage des Bands eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstandsanalysator den Abstand des Bands zu Spule aufgrund des Spulenstroms ermittelt.