Gleichmäßige Beschichtung

Fokus

Wichtigstes Qualitätskriterium beim Beschichten von Bändern mit flüssigem Metall ist ein gleichmäßiger Überzug. Magnetostriktive Positionssensoren spielen für die Oberflächenqualität eine wichtige Rolle.

26. März 2010

Das in Langenfeld ansässige Unternehmen Fontaine Engineering und Maschinen GmbH (Foen) mit Niederlassungen in Bridgeport (USA) und Wuhan (China) entwickelt und produziert Abstreifvorrichtungen und Badausrüstungen für das Beschichten von Metallbändern. Seit dem Gründungsjahr 1969 wurden etwa 140 Anlagen an führende Metallproduzenten in der ganzen Welt verkauft. Die Beschichtungsanlagen werden je nach Kundenwunsch für Bänder aus Stahl mit einer Breite von 500 bis 2200 mm maßgeschneidert angefertigt. Die Beschichtungen bestehen aus Zink, Aluminium, Zink-Aluminium, Zinn, Blei-Zinn oder Zink-Zinn. Maßstab für die Entwicklung sind die engen Spezifikationen und hohen Qualitätsansprüche der Automobilindustrie, die Anlagen kommen jedoch auch in anderen Branchen zum Einsatz.

Die Beschichtungsanlagen von Fontaine Engineering arbeiten nach dem Schmelztauchverfahren. Dabei durchläuft das Band ein Bad aus flüssigem Beschichtungsmaterial und nimmt beim Austreten das anhaftende, geschmolzene Metall mit. Ein Dreirollensystem führt das Band nach dem Tauchbad senkrecht nach oben und korrigiert eine eventuell auftretende Durchbiegung. Während dieser vertikalen Bewegung verfestigt sich die Metallauflage. Bei hohen Anlagengeschwindigkeiten bis 240 m/min setzt sich zu viel geschmolzenes Metall, das nicht mehr alleine zurückfließt, auf dem Band ab. Um das Beschichtungsgewicht zu steuern und die Oberfläche zu glätten, passieren die Bänder nach dem Tauchbad eine Abstreifvorrichtung. Sie führt das überschüssige Metall von der Oberfläche in das Bad zurück.

Zum Abstreifen wird entweder Luft oder Stickstoff aus den beiden Düsenspalten (je eine vor und hinter dem Band) gepresst und gegen den geschmolzenen Metallüberzug gerichtet. Der schmale, längliche Gasstrahl bläst das überschüssige Material von der Oberfläche ab und erzielt so eine gleichmäßige Metallschicht.

Das Band muss sich stets in der sogenannten Mittenstellung und parallel zu den Abstreifdüsen befinden. Weicht die Mittellinie der Abstreifdüsen von der Bandmitte ab, kann es zu Unter- oder Überbeschichtungen kommen. Um die Mittenstellung während des Beschichtungsvorgangs beizubehalten, hat Fontaine Engineering eine integrierte Scan-Automatik entwickelt. Statt das Band mit Rollen in seiner Solllage zu führen, folgen die Abstreifdüsen automatisch den horizontalen Bewegungen des Bandes – auf 1 mm genau.

Wichtiger Bestandteil der Scan-Automatik ist die kontinuierliche Erfassung der Bandposition während des Abstreifvorgangs. Deshalb sind in der Bandkantenvorrichtung oberhalb der Abstreifdüsen zwei lineare, magnetostriktive Positionssensoren in Stabform montiert. Ihre Sensorrohre liegen in voller Länge parallel zu den Düsen. Die Enden der Sensorrohre zeigen zueinander und sind zur Mittellinie der Abstreifdüsen ausgerichtet.

Hohe Positionsgenauigkeit

Die beiden Schlitten der Bandkantenvorrichtung fahren pneumatisch oder elektrisch von links und rechts an das Band, so dass ihre Keramikrollen die Kanten des beschichteten Bandes berühren. An den Schlitten ist je ein Positionsmagnet angebracht, der U-förmig um den Sensorstab liegt, ihn jedoch nicht berührt. Bewegt sich das Band im Beschichtungsprozess seitlich, verschiebt es die Schlitten mit den Positionsmagneten. Die Magnete übertragen die Positionsänderung an die Sensoren, die so die Abweichung des Bandes zur Mittenstellung messen. Ein Elektromotor verstellt die Abstreifvorrichtung um die gemessene Differenz und eliminiert so kontinuierlich die Abweichung.

Die Positionssensoren in der Bandkantenvorrichtung müssen eine Reihe von Anforderungen erfüllen. Sie sollten so kompakt sein, dass sie sich leicht in das Anlagendesign einfügen. Da Abweichungen der Bandposition von 1 mm ausgewertet werden und die horizontale Verschiebungsreaktion auslösen, müssen die Wegmesssysteme die Lage der Bandkanten entsprechend präzise bestimmen. Ihre Messsignale dürfen nicht von extremen Umfeldfaktoren, wie einer Umgebungstemperatur bis 80 °C, beeinflusst werden.

Die von Fontaine Engineering verbauten magnetostriktiven Sensoren der Marke ›Temposonics‹ von MTS erfüllen diese Anforderungen. Mit ihrer modularen, kompakten Bauform lassen sie sich problemlos in das Maschinenkonzept integrieren. Der Sensorkopf mit maximal 105 x 49 x 44 mm enthält die komplette Auswerteelektronik zur aktiven Signalaufbereitung. Trotz schwieriger Umgebung arbeiten die Temposonics-Sensoren sehr genau. Mit der Auflösung von 1 µm und der Linearität von 0,01 % der Messlänge nehmen sie kleinste Bandverschiebungen auf. Die Wiederholgenauigkeit von 4 µm garantiert ein exaktes Anfahren definierter Positionen. Hinzu kommt die Temperaturfestigkeit von –40 °C bis +80 °C. Mit einer Messzykluszeit zwischen 0,5 und 3,1 ms (je nach Messlänge) sind die Sensoren dynamischer als der Abfragezyklus der Steuerung.

Das magnetostriktive Prinzip ermöglicht es, die Sensoren in ein hermetisch dichtes Gehäuse einzubauen. Magnetfelder übertragen die Positionsinformation berührungslos durch die Gehäusewand ins Sensorinnere. Mechanisch völlig entkoppelt fährt der passive, U-förmige Magnet über das Rohr und meldet berührungslos die Position der Bandkanten an das Messelement. Temposonics-Sensoren arbeiten verschleiß- und wartungsfrei. Die Positionsaufnahme erfolgt absolut, so dass nach einem Anlagenstillstand keine Referenzpunkte angefahren werden müssen.

Variable Sensorparameter

Die Sensoren der R-Serie erfüllen alle Anforderungen des Profibus-DP nach EN50170 und können als Slave direkt an den Feldbus angeschlossen werden. Sie sind durch die Profibus Nutzerorganisation (PNO) zertifiziert. Die sensorintegrierte Software unterstützt neben der Messdatenübertragung umfassende Überwachungs- und Diagnosefunktionen. Die Sensoren sind werkseitig gemäß den bestellten Parametern fertig konfiguriert. Bestimmte Parameter, wie der aktive Messbereich, die Messrichtung oder die Nullpunktposition, können nachträglich über die Programmiersoftware editiert werden. Die mitgelieferte GSD-Datei stellt alle Informationen zu den Einstellmöglichkeiten bereit. LEDs im Sensorkopf informieren optisch über den Sensorzustand und erleichtern die Inbetriebnahme und das Einstellen der Parameter. Fontaine Engineering nutzt die Preset-Funktion der Sensoren und setzt den Nullpunkt jeweils an der Bandkante. Die Steuerung muss die Daten also nicht mehr umrechnen, sondern verwendet sie direkt für die Positionsregelung.

Neben den Wegmesssystemen mit Profibus-Schnittstelle hat MTS auch analoge, SSI-, Canbus-, Ethernet-Powerlink- und Ethercat-Sensoren im Programm. Die Positionsmessung liefert nicht nur Weginformationen, sondern auch Geschwindigkeitssignale. Für eine große Anwendungsvielfalt sind weitere Gehäuseformen, wie das Profil oder ein flexibler Messstab, erhältlich.

Erschienen in Ausgabe: 02/2010