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Die Erfindung betrifft das Gebiet der Messung der
Dicke von metallurgischen Erzeugnissen und insbesondere
Eisenhüttenerzeugnissen. Sie betrifft genauer gesagt die
Messung der Dicke von vorbeilaufenden Flacherzeugnissen
(Blechen, Bändern, Platten) bei ihrer Walzung durch die
Messung der durch diese Erzeugnisse erfolgenden Absorption
von Röntgenstrahlen oder jeder anderen durchdringenden
elektromagnetischen Strahlung.
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Die Kontrolle des Dickenquerprofils der
Eisenhüttenflacherzeugnisse bei ihrer Warm- oder Kaltwalzung ist
wesentlich für die Qualität der dem Kunden angebotenen
Erzeugnisse. Diese Kontrolle erfordert eine leistungsfähige
Steuerung der Walzvorgänge. Diesbezüglich ist die
Kaltwalzung insofern ein wichtiger Schritt, als unvermeidlich
merkliche Verdünnungen der Kanten des Erzeugnisses
auftreten, wenn keine Gegenmaßnahme zu ihrer Vermeidung getroffen
wird. Zu den möglichen Gegenmaßnahmen gehört die Verwendung
von abgeschrägten Walzen, die verschiebbar sind, um der
Kante des Bandes zu folgen. Diese Gegenmaßnahmen können
jedoch nur dann wirklich effizient sein, wenn gleichzeitig
eine zuverlässige Vorrichtung eine genaue Angabe des
Dickenprofils des Erzeugnisses in Höhe seiner Kanten am
Ausgang des Kaltwalzwerks liefert. Natürlich muß auch die
Dicke des Erzeugnisses in seiner mittleren Zone sorgfältig
kontrolliert werden. Ihre Gleichmäßigkeit entscheidet sich
im wesentlichen bei der Warmwalzung, aber bei den
anspruchsvollsten Erzeugnissen (zum Beispiel den Stählen für
Verpackungen und den Siliciumstählen) muß auch der Einfluß
der Kaltwalzung auf die Gleichmäßigkeit ihrer Dicke
gemessen werden.
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In den letzten Jahren sind Dickenlehren für
metallurgische Erzeugnisse entwickelt worden, die
Erfassungseinheiten verwenden, welche für Röntgenstrahlen empfindlich sind,
wie Photodiodenstäbe. Die Meßvorrichtungen, die solche
Lehren enthalten, weisen oft einen C-förmigen Rahmen auf, der
das vorbeilaufende Erzeugnis umgibt und quer zu diesem
angeordnet ist. In den oberen und unteren Armen des C
befin
den sich, auf jeder Seite des vorbeilaufenden Erzeugnisses
einander gegenüberliegend, einerseits eine oder mehrere
Quellen für Röntgenstrahlen, die zu flachen Strahlenbündeln
kollimiert werden, und andererseits eine oder mehrere
Lehren, die jeweils eine Gruppe von Photodiodenstäben
aufweisen, die dazu bestimmt sind, die von einer der vorgenannten
Quellen ausgesandten Röntgenstrahlen zu erfassen. Diese
Lehren sind so angeordnet, daß ihre Stäbe quer zum
Erzeugnis plaziert sind, zum Beispiel, wenn es drei davon gibt,
eine in dessen mittlerem Bereich und die zwei anderen nahe
seiner Kanten. Jede Photodiode empfängt eine Strahlung, die
um so stärker ist, je geringer die ihr gegenüberliegende
Dicke des Erzeugnisses ist. Sie senden elektrische Signale,
die nach einer geeigneten Verarbeitung, welche einen
Schritt der Digitalisierung beinhaltet, dem Bedienungsmann
übermittelt werden. Dieser kann somit unter
Berücksichtigung der Ergebnisse der von allen Photodioden eines selben
Stabes zum gleichen Zeitpunkt durchgeführten Messungen ein
Bild des Dickenprofils des Erzeugnisses in den für ihn
interessanten Zonen erhalten. Eine solche Lehre ist in der
GB-A-2097915 beschrieben.
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Bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt waren die Stäbe und
die sie begleitenden elektronischen Bauelemente einfach in
einem mit einer Bleihaube bedeckten parallelepipedischen
Gehäuse montiert. Diese Haube war in der Lotrechten der
Photodioden mit einem Fenster aus einem für Röntgenstrahlen
durchlässigen Material versehen. Das Gehäuse enthielt
außerdem eine Kühlvorrichtung, welche die von den
elektronischen Bauelementen abgestrahlte Wärme abführen sollte. Das
gesamte Gehäuse war ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen in
dem C montiert. Nun zeigt die Erfahrung, daß die vom
Walzwerk gebildete harte Umgebung äußerst strenge Bedingungen
auferlegt, was die Dichtheit der Erfassungsanlage betrifft.
Diese Umgebung ist nämlich sehr feucht, und wenn diese
Feuchtigkeit in das Gehäuse eindringt, dann bewirkt sie
eine schnelle Beschädigung der mechanischen Elemente der
Lehre durch Korrosion. Überdies bewirken die
Temperaturgra
dienten im Innern des Gehäuses (im Gegensatz zu den
elektronischen Bauelementen strahlen die Photodioden selbst so
gut wie keine Wärme ab) dort örtlich starke
Wasserkondensationen. Es erweist sich also als unerläßlich, die Organe
der Lehre mit der größtmöglichen Zuverlässigkeit von ihrer
Umgebung zu isolieren. Andererseits darf diese
Notwendigkeit nicht die Eingriffsmöglichkeiten an den Elementen, aus
denen die Lehre besteht, zwecks ihres Austauschs oder ihrer
schnellen Anpassung an neue Versuchsbedingungen behindern
können. Diese Elemente müssen also schnell und leicht
zugänglich bleiben. Und es ist erforderlich, daß nach solchen
Eingriffen wieder dieselben Dichtheitsbedingungen
hergestellt werden können.
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Das Ziel der Erfindung ist es, eine Konfiguration der
Lehre und ihrer Umgebung vorzuschlagen, die es ermöglicht,
eine vollkommene Isolation ihrer Organe in bezug auf die
feuchte Umgebung des Walzwerks, eine sehr leichte
Zugänglichkeit dieser selben Organe und eine wirksame Kühlung der
elektronischen Bauelemente der Lehre zu gewährleisten.
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Zu diesem Zweck hat die Erfindung eine Vorrichtung zur
Messung des Dickenprofils eines vorbeilaufenden
Metallerzeugnisses in Form eines Bandes oder einer Platte zum
Gegenstand, umfassend eine Röntgenstrahlenquelle, die in
Richtung des Erzeugnisses ausstrahlt, eine Einheit zur
Erfassung dieser Röntgenstrahlen, die sich in bezug auf die
Quelle auf der anderen Seite des Erzeugnisses befindet,
Mittel zur Verarbeitung der von der Erfassungseinheit
ausgesendeten Signale, welche eine Messung des Dickenprofils
des Erzeugnisses ermöglichen, Mittel, um diese Messung dem
Bedienungsmann wiederzugeben, und Mittel zur Kühlung der
Erfassungseinheit und der Mittel zur Verarbeitung ihrer
Signale, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinheit
und die Mittel zur Verarbeitung ihrer Signale auf einer
Trägerplatte angeordnet sind, die an einem ihrer Enden mit
einer Verschlußplatte versehen ist, die elektrische
Anschlüsse und Kühlmittelanschlüsse aufweist, welche für den
Betrieb der Erfassungseinheit und der Mittel zur
Verarbei
tung ihrer Signale erforderlich sind, daß die Trägerplatte
herausziehbar in ein Gehäuse eingefügt ist, dessen eine
Seitenfläche eine Aussparung, die das Einfügen der
Trägerplatte gestattet, Mittel zur Befestigung der
Verschlußplatte und Mittel zur Abdichtung der Verbindung zwischen der
Seitenfläche und der Verschlußplatte aufweist, wobei die
dem Erzeugnis gegenüberliegende Fläche des Gehäuses der
Erfassungseinheit gegenüberliegend ein Fenster aus einem für
Röntgenstrahlen durchlässigen Material aufweist, wobei ein
Strahlenschutzschirm vorgesehen ist, um die
Röntgenstrahlen, die auf die Mittel zur Verarbeitung der Signale der
Erfassungseinheit gelangen können, zu absorbieren, und daß
das Gehäuse in einem Rahmen montiert ist, der es in der
Nähe des Erzeugnisses hält.
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Wie ersichtlich geworden sein wird, besteht die
Erfindung darin, die Meßvorrichtung in zwei unabhängigen Teilen
zu verwirklichen. Der erste Teil ist ein
parallelepipedisches Gehäuse, das an einer seiner Seiten offen ist und
dazu bestimmt ist, gegebenenfalls fest in einem Rahmen
montiert zu werden, um in der Nähe des Erzeugnisses gehalten
zu werden, dessen Dicke zu messen ist. Der zweite Teil ist
eine Trägerplatte, die dazu bestimmt ist, in das Gehäuse
eingefügt zu werden, und auf der die funktionellen Organe
der Lehre befestigt sind. An einem der Enden dieser
Trägerplatte ist eine Verschlußplatte befestigt, die, wenn die
Trägerplatte in das Gehäuse eingefügt ist, an diesem zur
Anlage kommt, so daß dessen offene Seite abgedeckt wird. Es
sind Mittel vorgesehen, um in dichter und demontierbarer
Weise die Verschlußplatte und das Gehäuse zu verbinden. Die
Verschlußplatte trägt auf ihrer Außenseite alle für den
Betrieb der Lehre notwendigen Anschlüsse: Strom- und
Kühlmittelversorgung, Datenwiedergabe.
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Die Erfindung wird besser verständlich beim Lesen der
folgenden Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die
folgenden beigefügten Figuren gegeben wird:
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- Fig. 1a und 1b, die das Gehäuse jeweils in
perspektivischer Ansicht und im Querschnitt entlang der Richtung
Ib darstellen;
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- Fig. 2, die die Trägerplatte, die funktionellen
Organe der Lehre und die Verschlußplatte darstellt;
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- Fig. 3, die schematisch die Gesamtheit einer Anlage
zur Messung der Dicke eines vorbeilaufenden Metallbandes
darstellt, in die erfindungsgemäße Lehren eingebaut sind.
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Wie in Fig. 1a und 1b dargestellt, liegt das Gehäuse
1 in Form eines rechteckigen Parallelepipeds vor. Es
besteht aus einem äußeren Mantel 2 aus einem Material wie
Stahl oder Messing, das dem Ganzen eine gute Steifigkeit
und folglich einen zufriedenstellenden mechanischen Schutz
verleiht. Die Aufgabe dieses Mantels 2 ist es außerdem, die
Lehre elektromagnetisch gegen die äußere Umgebung
abzuschirmen, damit eventuelle störende elektromagnetische
Felder die Funktion der Erfassungs- und Meßorgane nicht stören
können. Auf seiner Seite 3, die dazu bestimmt ist, der
Röntgenstrahlenquelle gegenüberliegend angeordnet zu
werden, weist der Mantel 2 eine Aussparung 4 auf, die ihn
völlig durchläuft und mit einer Platte 5 aus einem Material
bedeckt ist, das eine gute Durchlässigkeit für
Röntgenstrahlen aufweist, wie Titan. Unter dieser Aussparung 4
sind die für Röntgenstrahlen empfindlichen Elemente
angeordnet, und Ort und Abmessungen der Aussparung 4 müssen
demgemäß ausgelegt sein. Auf die Dichtheit der
Verbindungsstelle zwischen dem Mantel 2 und der für Röntgenstrahlen
durchlässigen Platte 5 muß besonders sorgfältig geachtet
werden. Im Innern ist der Mantel 2 auf allen seinen Flächen
mit einer Schicht 6 aus einem Isoliermaterial ausgekleidet
(feuerfester Schaumstoff zum Beispiel), das den Wärmeschutz
der Lehre gewährleistet. Auf ihrem Teil, der die Fläche 3
des Mantels 2 auskleidet, ist die Isolierschicht 6 durch
einen Strahlenschutzschirm verdoppelt, der von einer Platte
7 aus einem Material gebildet wird, das die Röntgenstrahlen
am Durchtritt hindert, wie Blei. Diese Platte 7 weist
ihrerseits eine Aussparung 8 auf, welche die Aussparung 4 des
Mantels 2 verlängert, um die von der Quelle ausgesandten
und das Erzeugnis durchlaufenden Röntgenstrahlen bis zu den
für die Röntgenstrahlen empfindlichen Elemente gelangen zu
lassen und nur bis zu diesen. Die anderen Organe der Lehre
bleiben somit vor der Strahlung geschützt. Als Variante
kann die Platte 7 zwischen den Mantel 2 und die
Isolierschicht 6 eingefügt sein.
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Eine der Seitenflächen 9 des Gehäuses 1, und zwar
diejenige, durch die der Träger der aktiven Elemente der Lehre
eingefügt werden muß, wovon später noch die Rede sein wird,
ist zu diesem Zweck mit einer großen Aussparung 10
versehen. Die Peripherie der Fläche 9 um die Aussparung 10 weist
eine Mehrzahl von Gewindebohrungen 11 auf, die dazu
bestimmt sind, Befestigungsschrauben aufzunehmen, sowie eine
Nut, in der eine O-Ring-Dichtung 12 eingeschlossen ist.
Schließlich tragen die Seitenflächen 13, 14 des äußeren
Mantels 2, die senkrecht zur durchbrochenen Seitenfläche 9
sind, auf wenigstens einem Teil ihrer Länge und auf ihrer
dem Innern des Gehäuses 1 zugewandten Seite parallele und
sich gegenüberliegende Gleitschienen 15, 16. Ihre Funktion
wird weiter unten erläutert. Die verschiedenen Flächen des
Gehäuses 1 können durch jedes Mittel zusammengefügt sein,
das eine gute Dichtheit und eine gute Steifigkeit ihrer
Verbindungsstellen gewährleistet, zum Beispiel durch
Schweißung, da die Elemente dieses Gehäuses 1 im Prinzip
später nicht voneinander getrennt werden müssen.
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In Fig. 2 ist der zweite Teil 17 der Vorrichtung
dargestellt, der dazu bestimmt ist, wie eine Schublade in das
Gehäuse 1 eingefügt zu werden. Dieser zweite Teil 17 umfaßt
eine Trägerplatte 18, deren Länge und Breite den
Innenabmessungen des Gehäuses 1 entsprechen oder etwas darunter
liegen. An einem der Enden der Trägerplatte 18 ist
senkrecht zu dieser eine Verschlußplatte 19 befestigt. Wenn die
Trägerplatte 18 in das Gehäuse eingefügt wird, wird sie in
die Gleitschienen 15, 16 eingeführt, die also zur
Ausrichtung der Position der Trägerplatte 18 (und der von ihr
getragenen Organe) im Innern des Gehäuses 1 dienen. Bei
diesem Einfügen kommt die Verschlußplatte 19 an der
durchbrochenen Seitenfläche 9 des Gehäuses 1 zur Anlage. Da sie
an ihrem äußeren Umfang mit Durchbohrungen 20 versehen ist,
die den Gewindebohrungen 11 der durchbrochenen Fläche 9
entsprechen, kann die Verschlußplatte 19 durch
Verschraubung mit dem Gehäuse 1 verbunden werden, und die Dichtheit
ihrer Kontaktstelle wird durch die O-Ring-Dichtung 12
gewährleistet. Von der Trägerplatte 18 werden die aktiven
Elemente der Lehre getragen. Sie bestehen zunächst aus
einer Erfassungseinheit 21, die zum Beispiel aus einen Stab
von röntgenstrahlenempfindlichen Photodioden besteht, der
eine Länge aufweist, welche der Länge des Teils des
Erzeugnisses entspricht, auf der man seine Dicke zu messen
wünscht, zum Beispiel etwa 300 bis 800 mm bei einer Lehre,
die dazu bestimmt ist, nahe den Kanten eines kaltgewalzten
Stahlbandes montiert zu werden. Wenn sich die Trägerplatte
18 an ihrem Platz befindet, liegt die Erfassungseinheit 21
in der Lotrechten des Fensters 5, das für die
Röntgenstrahlen durchlässig ist. Die anderen aktiven Elemente der Lehre
bestehen aus elektronischen Bauelementen, welche die von
der Erfassungseinheit 21 gelieferten Signale verarbeiten,
um sie in Angaben umzuwandeln, die dem Bedienungsmann die
Dicke des Erzeugnisses und ihre Veränderungen in der
untersuchten Zone darstellen. Diese Bauelemente sind an sich
bekannt und werden aus diesem Grund nicht im Detail
beschrieben und dargestellt. Sie sind auf einer gedruckten
Schaltung 22 angeordnet, die mit der Erfassungseinheit 21
einstückig ist. Sie umfassen unter anderem einen Analog-
Digital-Umsetzer, einen Rechner zur Verarbeitung und einen
Spannungsregler. Vorteilhafterweise sind die
Erfassungseinheit 21 und die gedruckte Schaltung 22 nicht direkt auf der
Trägerplatte 18 befestigt, sondern auf zwei Stäben 23, 24,
die ihrerseits an der Trägerplatte 18 befestigt sind. Diese
Stäbe 23, 24 weisen jeweils einen Kreislauf zur Kühlung
durch inneren Umlauf eines Kühlmittels wie Wasser auf.
Diese Kühlkreisläufe können unabhängig oder miteinander
verbunden sein. Durch sie ist es somit möglich, die aktiven
Elemente der Lehre zu kühlen und im Innern des Gehäuses 1
eine konstante und wenig hohe Temperatur
aufrechtzuerhalten, wenn die Lehre in Betrieb ist. Dies ist wesentlich für
die Zuverlässigkeit der erhaltenen Meßergebnisse. Es ist
vor allem zweckmäßig, die elektronischen Bauelemente zu
kühlen, da sie die Quelle des größten Teils der in dem
Gehäuse 1 abgestrahlten Wärme sind. Man könnte sich also
gegebenenfalls damit begnügen, einen einzigen Kühlstab zu
verwenden, der in ihrer Höhe angeordnet ist. Die
Vorderseite der Verschlußplatte 19 trägt außerdem Anschlüsse 25, 26
für den Zu- und Ablauf des Kühlmittels, die auf ihrer
Rückseite mit den Kühlstäben 23, 24 verbunden sind. Sie trägt
schließlich einen Anschluß 27, durch den einerseits die
Stromversorgung der aktiven Elemente der Lehre und
andererseits die Erfassung der von diesen selben Elementen
gelieferten Informationen auf der Außenseite der Lehre
gewährleistet ist. Wenn man zur weiteren Verbesserung der
Isolation des Gehäuses 1 ein neutrales Gas in sein Inneres
einzublasen wünscht, kann dies ebenfalls durch eine Öffnung
(nicht dargestellt) erfolgen, die in der Verschlußplatte 19
vorgesehen und mit einer Gasquelle verbunden ist.
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Als Variante kann man auch die Platte 7, welche die
Röntgenstrahlen aufhält, nicht in dem Gehäuse 1, sondern
fest verbunden mit der Trägerplatte 18 befestigen, um sie
die aktiven Elemente der Lehre überragen zu lassen. Diese
Platte 7 muß also entfernbar sein, um einen freien Zugang
zu diesen aktiven Elementen zwecks ihrer Einstellung oder
ihres Austauschs zu gewähren.
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Fig. 3 zeigt als Beispiel, wie man erfindungsgemäße
Vorrichtungen in eine Walzanlage für metallurgische
Erzeugnisse einbauen kann. Nach seinem Austritt aus dem
Walzgerüst gelangt das in einer Ebene senkrecht zur Figurenebene
vorbeilaufende Band 28 zwischen die zwei horizontalen Arme,
den oberen 29 und den unteren 30, eines C-förmigen Rahmens
31. In den oberen Arm 29 sind zwei Röntgenstrahlenquellen
32, 33 eingebaut, die ihre Strahlenbündel 34, 35 in
Richtung der Kanten 36, 37 des Bandes 28 aussenden.
Erfindungs
gemäß sind in dem unteren Arm des C zwei Aufnahmen
vorgesehen, die an den Seitenflächen 38, 39 des Rahmens 31
münden und in die, gegebenenfalls dauerhaft, zwei Gehäuse
1, 1' eingebaut sind, die dem vorher beschriebenen
entsprechen. Sie sind derart angeordnet, daß sich ihre für die
Röntgenstrahlen durchlässigen Fenster 5 auf der Bahn der
Strahlenbündel 34, 35 befinden. In jedes dieser Gehäuse 1,
1' ist in herausziehbarer Weise eine Trägerplatte 18, 18'
von der vorher beschriebenen Art eingefügt, auf der die
aktiven Elemente einer Lehre zur Messung der Dicke des
Erzeugnisses 28 angeordnet sind. Die mit den Trägerplatten
18, 18' einstückigen Verschlußplatten 19, 19' sind in dem
beschriebenen und dargestellten Beispiel leicht von der
Außenseite des Rahmens 31 her zugänglich. Auf diesen
Verschlußplatten 19, 19' sind Vorrichtungen 40, 41 zur
Versorgung mit Wasser (oder jedem anderen Kühlmittel), welche die
Kühlung der Organe der entsprechenden Lehre gewährleisten,
sowie Mittel 42, 43 angeschlossen, die dazu dienen, dem
Bedienungsmann die Ergebnisse der von den Lehren
durchgeführten Messungen wiederzugeben. Natürlich kann der Rahmen
31 auch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung der
Dicke des Erzeugnisses 28 enthalten, die dazu bestimmt
wäre, diese Art der Messung an dem mittleren Teil des
Erzeugnisses 28 durchzuführen und die nach den gleichen
Prinzipien konstruiert und in dem Rahmen 31 installiert
wäre, wie die vorhergehenden Vorrichtungen.
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So wie sie beschrieben wurde, ist dieser Anlage
insofern vorteilhaft, als die funktionellen Organe der
Dickenlehre dauerhaft gut gegen die äußeren Angriffe geschützt
sind, und zwar insofern, als die Elemente, aus denen die
Gehäuse 1, 1' bestehen und die diesen Schutz gewährleisten,
niemals getrennt werden müssen und daher eine maximale
Zuverlässigkeit bieten. Andererseits ist es im Falle der
Notwendigkeit eines Eingriffs an der Lehre zwecks ihrer
Reparatur oder einer Veränderung ihrer Eigenschaften
äußerst leicht, die Trägerplatten 18, 18' aus den Gehäusen 1,
1' herauszuziehen. Schließlich kann die Lehre auch dann
arbeiten, wenn sie aus dem Gehäuse 1, 1' herausgezogen
wurde, so daß man ihre Funktion an jedem Ort überprüfen kann.
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Als Variante können andere Kühlmittel als die Stäbe
23, 24 mit Wasserumlauf Verwendung finden, wie Elemente mit
Peltiereffekt. Ebenso kann man anstelle von Röntgenstrahlen
jede andere durchdringende elektromagnetische Strahlungsart
verwenden.
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Natürlich läßt sich die Erfindung auf die Messung des
Dickenprofils jedes metallischen Materials in Form von
Bändern oder Platten und nicht nur von Stahlbändern anwenden.