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Die Erfindung betrifft einen Sensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Derartige Sensoren werden zur Detektion von Objekten in Form von bandförmigen Materialien eingesetzt. Hierfür eignen sich prinzipiell induktive Sensoren, besonders jedoch optische Sensoren und Ultraschallsensoren.
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Derartige Sensoren arbeiten typischerweise nach dem Transmissionsprinzip, das heißt der Sender umfasst ein Strahlung emittierendes Sendelement und ein Strahlung emittierendes Empfangselement. Zur Detektion von Objektstrukturen des bandförmigen Materials sind das Sendelement und das Empfangselement an gegenüberliegenden Seiten des bandförmigen Materials angeordnet, so dass dann in einer Auswerteeinheit der Teil der vom Sendeelement emittierten, das bandförmige Material durchdringenden und auf das Empfangselement auftreffenden Strahlung ausgewertet wird. Bei einem optischen Sensor ist ein Sendelement vorgesehen, der Lichtstrahlen als Strahlung emittiert. Bei einem Ultraschallsensor ist ein Sendelement vorgesehen, welches Ultraschallwellen emittiert.
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Ein solcher Ultraschallsensor ist in der
DE 199 21 217 A1 beschrieben. Dieser Ultraschallsensor dient zur Detektion von Etiketten auf Trägermaterialien.
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Der dort beschriebene Ultraschallsensor ist in einem gabelförmigen Sensorgehäuse integriert, welches zwei parallel in Abstand zueinander verlaufende Gabelarme aufweist, wobei in einem ersten Gabelarm der Sender und in einem zweiten Gabelarm der Empfänger integriert ist. Der Zwischenraum zwischen den Gabelarmen bildet den Überwachungsbereich, innerhalb dessen die Objekte erfassbar sind.
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Die zur Objektdetektion genutzten Ultraschallwellen treten aus einer Austrittsfläche aus dem ersten Gabelarm aus. Der die Objekte durchsetzende Teil der Ultraschallwellen, der direkt über eine Eintrittsfläche im zweiten Gabelarm zum Empfänger geführt ist, generiert im Empfänger ein Nutzsignal, anhand dessen die Objekte detektierbar sind. Jedoch treten bei derartigen Ultraschallsensoren Störsignale dadurch auf, dass das bandförmige Material, das heißt das Trägermaterial bei dem Transport unkontrolliert flattert, wodurch Reflexionen der Ultraschallwellen an dem bandförmigen Material auftreten, die das Messergebnis erheblich verfälschen, das heißt die Nachweissicherheit des Ultraschallsensors reduzieren. Dieselben Probleme treten auch bei entsprechenden optischen Sensoren und induktiven Sensoren auf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sensor der eingangs genannten Art bereitzustellen, welcher bei geringem konstruktivem Aufwand eine hohe Nachweissicherheit aufweist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Der erfindungsgemäße Sensor dient zur Erfassung von Objekten in Form von bandförmigem Material. Am Sensor ist wenigstens eine mechanische Führung vorgesehen, welche eine Zwangsführung für das bandförmige Material bildet.
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Mit der erfindungsgemäßen mechanischen Führung wird eine Zwangsführung des bandförmigen Materials derart erhalten, dass unkontrollierte Bewegungen, insbesondere ein Flattern des bandförmigen Materials, während dessen Passierens des Sensors vermieden werden. Damit werden unkontrollierte Reflexionen von Strahlung, die vom Sensor zur Detektion von Strukturen des bandförmigen Materials emittiert wird, vermieden. Dadurch bedingte Beeinträchtigungen der Objektdetektion mit dem Sensor werden daher vermieden.
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Somit kann allein mit der mechanischen Führung, das heißt ohne jeglichen Eingriff in die Sensorik oder die Elektronik zur Auswertung der Sensorsignale, die Nachweissicherheit des Sensors signifikant erhöht werden.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die mechanische Führung integraler Bestandteil des Sensors ist und mit diesem eine universelle Einheit bildet, die in verschiedenen Einbausituationen oder mechanische Anpassungsarbeiten eingesetzt werden kann.
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Der erfindungsgemäße Sensor kann generell als induktiver Sensor, Ultraschallsensor oder optischer Sensor ausgebildet sein. Prinzipiell kann der Sensor nach dem Reflexionsprinzip arbeiten, das heißt in einem Gehäuse des Sensors befinden sich ein Strahlung emittierendes Sendeelement und ein Strahlung empfangendes Empfangselement, wobei bei einem optischen Sensor die Strahlung in Form von Lichtstrahlen und bei einem Ultraschallsensor die Strahlung in Form von Ultraschallwellen ausgebildet ist. Bei einem induktiven Sensor ist entsprechend ein magnetisches Feld vorgesehen. In diesem Fall wird vom Sendeelement emittierte Strahlung am bandförmigen Material reflektiert und zurück zum Empfangselement geführt.
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Besonders vorteilhaft arbeitet der erfindungsgemäße Sensor nach dem Transmissionsprinzip, das heißt ein Sendeelement und Empfangselement sind beidseits des bandförmigen Materials angeordnet und in einer Auswerteeinheit wird zur Erfassung von Objektstrukturen der Teil der vom Sendeelement emittierten Strahlung, welcher das bandförmige Material durchsetzt, ausgewertet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Sensor eine Sendereinheit mit wenigstens einem Strahlung emittierenden Sendeelement und eine in Abstand zur Sendereinheit angeordnete Empfängereinheit mit wenigstens einem Empfangselement auf, wobei die vom Sendelement emittierte Strahlung auf das Empfangselement gerichtet ist. Das bandförmige Material ist zwischen der Sendereinheit und der Empfängereinheit geführt.
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Prinzipiell können die Sendereinheit und die Empfängereinheit separate Einheiten bilden. Besonders vorteilhaft ist der Sensor in einem gabelförmigen Sensorgehäuse integriert, welcher einen oberen und unteren Gabelarm aufweist. Der untere Gabelarm bildet die Sendereinheit aus und der obere Gabelarm die Empfängereinheit.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine mechanische Führung von einem Niederhalter gebildet, welcher mit Anlageflächen gegen die Oberseite des Bandmaterials gedrückt ist.
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Im einfachsten Fall reicht bereits die so ausgebildete mechanische Führung aus, um eine ausreichende Zwangsführung für das bandförmige Material zu erzielen und so unkontrollierte Bewegungen, insbesondere Flatterbewegungen des bandförmigen Materials, die die Nachweissicherheit des Sensors bei der Detektion von Objektstrukturen des bandförmigen Materials beeinträchtigen, zu vermeiden.
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Bei einem eine Sendereinheit und eine Empfängereinheit aufweisenden Sensor ist der Niederhalter vorteilhaft an der Oberseite der Empfängereinheit befestigt.
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In diesem Fall wird vorteilhaft eine Zwangsführung des bandförmigen Materials derart erhalten, dass der Niederhalter das bandförmige Material gegen die Sendereinheit drückt und so in einer festen Sollposition hält.
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Im einfachsten Fall ist der Niederhalter in einer fest vorgegebenen Position an der Empfängereinheit befestigt. Besonders vorteilhaft ist der Niederhalter höhenverstellbar befestigt. Durch die Höhenverstellung kann auf einfache Weise der Anpressdruck des Niederhalters auf das bandförmige Material verändert werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Niederhalter ein auf der Oberseite der Empfängereinheit gelagertes Oberteil auf, wobei an gegenüberliegenden seitlichen Rändern des Oberteils jeweils ein Schenkel anschließt, wobei die beiden Schenkel des an der Empfängereinheit gelagerten Niederhalters in Abstand zu gegenüberliegenden Seitenwänden der Empfängereinheit verlaufen und wobei deren untere Ränder die Anlageflächen des Niederhalters bilden.
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Der so ausgebildete Niederhalter kann beispielsweise von einem Blechteil gebildet sein, welches kostengünstig herstellbar ist. Mit den beiden Schenkeln werden zwei Anlageflächen am bandförmigen Material bereitgestellt, die eine exakte und reproduzierbare Zwangsführung des bandförmigen Materials gewährleisten.
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Dabei bilden die Schenkel des Niederhalters federnde oder starre Elemente.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann zusätzlich zu dem Niederhalter als weitere mechanische Führung ein Auflageelement vorgesehen sein, auf welchem das bandförmige Material mit seiner Unterseite aufliegt.
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Damit wird mit dem Niederhalter und dem Auflageelement eine beidseitige und damit besonders genaue und reproduzierbare Zwangsführung des bandförmigen Materials erhalten.
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Das Auflageelement ist an der Oberseite der Sendereinheit an dieser in einer festen Einbauposition oder drehbar oder schwenkbar gelagert.
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Mit einer Dreh- oder Schwenkbewegung des Auflageelements ist eine genaue Adaption an den Niederhalter möglich.
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Die Befestigung des Auflageelements kann rein mechanisch oder auch magnetisch erfolgen.
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Prinzipiell kann die Zwangsführung des bandförmigen Materials noch dadurch verfeinert werden, dass zusätzliche mechanische Führungen wie gebremste Rollen oder ungebremste Rollen, Bänder, Kugeln, Bürsten, Schikanen oder dergleichen vorgesehen sind.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1: Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Sensors in Form eines Ultraschallsensors.
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2: Ultraschallsensor gemäß 1 mit einer ersten Ausführung einer mechanischen Führung für bandförmige Materialien.
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3: Ultraschallsensor gemäß 1 mit einer zweiten Ausführung einer mechanischen Führung für bandförmige Materialien.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensors in Form eines Ultraschallsensors 1. Der Ultraschallsensor 1 wird allgemein zur Detektion von bandförmigen Materialien 2 eingesetzt. Beispielsweise können mit dem Ultraschallsensor 1 Etiketten auf Trägermaterialien detektiert werden.
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Die Komponenten des Ultraschallsensors 1 sind in einem gabelförmigen Sensorgehäuse 3 integriert. Das Sensorgehäuse 3 ist gabelförmig ausgebildet und weist zwei parallel in Abstand zueinander verlaufende Gabelarme 3a, 3b auf. Der Ultraschallsensor 1 weist als Sendeelement einen Ultraschallwellen 4 emittierenden Sender 5 und als Empfangselement einen Ultraschallwellen 4 empfangenden Empfänger 6 auf.
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Der untere Gabelarm 3a bildet somit die Sendereinheit des Ultraschallsensors 1. Der obere Gabelarm 3b bildet entsprechend die Empfängereinheit des Ultraschallsensors 1. Das zu detektierende bandförmige Material 2 wird über eine Fördereinheit oder dergleichen durch den Zwischenraum zwischen den beiden Gabelarmen 3a, 3b bewegt, wobei die Förderrichtung senkrecht zur Zeichenebene in 1 verläuft und in den weiteren 2 und 3 mit F bezeichnet ist.
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In dem Sensorgehäuse 3 ist weiterhin Auswerteeinheit 7 angeordnet, die einerseits zur Ansteuerung des Senders 5 und andererseits zur Auswertung der Empfangssignale des Empfängers 6 dient. Die Objektdetektion erfolgt dabei nach dem Transmissionsprinzip, indem im Empfänger 6 der ein Objekt durchsetzender Teil der Ultraschallwellen 4 registriert und in der Auswerteeinheit 7 ausgewertet wird. In Abhängigkeit der Empfangssignale wird in der Auswerteeinheit 7 ein Objektfeststellungssignal generiert. Insbesondere kann in der Auswerteeinheit 7 durch eine Schwellwertbewertung ein binäres Schaltsignal generiert werden. Die beiden Schaltzustände des Schaltsignals geben im einfachsten Fall an, ob ein Objekt vorhanden ist oder nicht. Für den Fall, dass die Objekte von auf Trägermaterialien angeordneten Etiketten gebildet sind, geben die Schaltzustände an, ob eine Etikette auf dem Trägermaterial vorhanden ist oder nicht.
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Der Sensor gemäß 1 kann prinzipiell auch dahingehend modifiziert sein, dass diese als optischer Sensor ausgebildet ist. Dann ist in dem gabelförmigen Sensorgehäuse 3 ein Lichtstrahlen emittierendes Sendeelement und ein Lichtstrahlen empfangenes Empfangselement vorgesehen. Ansonsten entspricht der optische Sensor hinsichtlich eines Aufbaus und seiner Funktion dem Ultraschallsensor 1 gemäß 1.
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Bei der Förderbewegung des bandförmigen Materials 2 durch den Zwischenraum zwischen den Gabelarmen 3a, 3b des Ultraschallsensors 1 gemäß 1 kommt es typischerweise zu einem unkontrollierten Flattern des bandförmigen Materials 2 und dadurch bedingt zu unkontrollierten Reflexionen der Ultraschallwellen 4, wodurch Fehldetektionen des Ultraschallsensors 1 auftreten können und dadurch dessen Nachweissicherheit reduziert wird.
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Um ein derartiges unkontrolliertes Flattern des bandförmigen Materials 2 zu verhindern weist, wie in den 2 und 3 dargestellt, der Ultraschallsensor 1 mechanische Führungen auf, die für eine Zwangsführung des bandförmigen Materials 2 derart sorgen, dass unkontrollierte Flatterbewegungen vermieden werden.
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Bei der Ausführungsform gemäß 2 ist als alleinige mechanische Führung ein Niederhalter 8 vorgesehen. Der Niederhalter 8 besteht aus einem im Wesentlichen trapezförmigen Bleichteil. Der Niederhalter 8 ist an der Oberseite 8a der Empfangselemente, das heißt des oberen Gabelarms 3b des Ultraschallsensors 1 mittels einer Rändelschraube 9 befestigt. Der Niederhalter 8 weist ein ebenes Oberteil auf, das auf der Oberseite 8a des Gabelarms 3b aufliegt und von der Rändelschraube 9 durchsetzt wird. An die seitlichen Ränder des Oberteils schießen zwei identisch ausgebildete, symmetrisch zur Symmetrieachse ausgebildete Schenkel 8b als weitere Bestandteile des Niederhalters 8 an. Die unteren Ränder der Schenkel 8b sind abgerundet und bilden kurven förmige Auflageflächen 8c aus, mit denen die Schenkel 8b auf der Oberseite 8a des bandförmigen Materials 2 mit einem gewissen Anpressdruck aufliegen.
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Die Schenkel 8b des Niederhalters 8 verlaufen beidseits des oberen Gabelarms 3b in Abstand zu dessen Seitenwänden und erstrecken sich nach unten bis in den Bereich des unteren Gabelarms 3a. Durch diese Ausbildung der Schenkel 8b wird mit diesem das bandförmige Material 2 beidseits des Sensorgehäuses 3 nach unten gegen die Oberseite 8a des unteren Gabelarms 3a gedrückt. Durch diese Zwangsführung des bandförmigen Materials 2 ist gewährleistet, dass das bandförmige Material 2 bei seinem Transport durch den Zwischenraum zwischen den Gabelarmen 3a, 3b aufliegt, so dass die vom unteren Gabelarm 3a auftretenden Ultraschallwellen 4 immer unmittelbar auf das dort aufliegende bandförmige Material 2 treffen, wodurch eine gleichbleibend bis hohe Nachweissicherheit bei der Detektion der Objektstrukturen des bandförmigen Materials 2, insbesondere der Etiketten auf dem Trägermaterial, gewährleistet ist.
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Durch die Rändelschraube 9 ist der Niederhalter 8 höhenverstellbar am oberen Gabelarm 3b des Sensorgehäuses 3 gelagert. Durch eine Höhenverstellung des Niederhalters 8 kann dessen Anpressdruck auf das bandförmige Material 2 variabel eingestellt werden. Eine derartige Höhenverstellung ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Der Niederhalter 8 kann prinzipiell auch in einer festen Einbaulage am oberen Gabelarm 3b befestigt sein.
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Der Niederhalter 8 im vorliegenden Fall aus einem dünnwandigen Blechteil. Da im vorliegenden Fall die Schenkel 8b des Niederhalters 8 ausgehend vom Oberteil schräg nach unten verlaufen, bilden die Schenkel 8b federnde Gegendruckflächen gegenüber dem bandförmigen Material 2 aus, das heißt durch Gegenkräfte des bandförmigen Materials 2 können die Schenkel 8b durch ein Federn nach oben ausweichen, wodurch Beschädigungen des bandförmigen Materials 2 vermieden werden können. Generell können die Schenkel 8b vom Oberteil ausgehend auch senkrecht nach unten verlaufen. In diesem Fall bilden die Schenkel 8b nicht federnde Gegendruckflächen aus
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Wie aus 2 ersichtlich, erstreckt sich der Niederhalter 8 mit seinen Schenkeln 8b über die gesamte Breite des Zwischenraums. Die Breite des bandförmigen Materials 2 zwischen den Gabelarmen 3a, 3b des Sensorgehäuses 3 ist so dimensioniert, dass das bandförmige Material 2 vollständig im Zwischenraum geführt ist. Damit drücken die Schenkel 8b auf das bandförmige Material 2 über dessen gesamte Breite. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Generell kann auch in Teil des bandförmigen Materials 2 seitlich über die Schenkel 8b beziehungsweise deren Auflageflächen 8c hervorstehen.
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Wie aus 2 ersichtlich, ist an den Außenseiten der Schenkel 8b der Niederhalter 8 eine Kantenmarkierung 9‘ angebracht. Diese zeigt dem Benutzer den Verlauf der Strahlachse der Ultraschallwellen 4 an, so dass er dementsprechend die Position des bandförmigen Materials 2 im Zwischenraum zwischen den Gabelarmen 3a, 3b entsprechend vorgeben kann.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Ultraschallsensors 1 mit mechanischen Führungen für das bandförmige Material 2. Dabei zeigt 3 eine Erweiterung des Ausführungsbeispiels gemäß 2.
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Die Ausführungsform gemäß 3 stimmt identisch mit der Ausführungsform gemäß 2 hinsichtlich der Ausbildung des Ultraschallsensors 1 und des an diesem befestigen Niederhalter 8 überein. Die Ausführungsform gemäß 3 weist jedoch als zusätzliche mechanische Führung ein Auflageelement 10 auf. Das Auflageelement 10 ist wie der Niederhalter 8 von einem Blechteil gebildet. Dabei weist das Auflageelement 10 einen zentralen Teil 10a auf, der auf der Oberseite 8a des unteren Gabelarms 3a aufliegt. Die Kontur dieses zentralen Teils 10a ist an die Kontur der Oberseite 8a des unteren Gabelarms 3a angepasst, so dass dieser zentrale Teil 10a des Auflageelements 10 dicht und spielfrei auf der Oberseite 8a des unteren Gabelarms 3a aufliegt. An diesen zentralen Teil 10a des Auflageelements 10 schließen zwei flügelförmige, identisch ausgebildete Seitenteile 10b an, die im Wesentlichen in horizontaler Richtung verlaufen. Diese Seitenteile 10b bilden Führungselemente aus, auf welchen das bandförmige Material 2 aufliegt. Die Auflageflächen 8c an den unteren Rändern des Niederhalters 8 drücken dabei von oben auf das auf den Seitenteilen 10b aufliegende bandförmige Materialien 2, wodurch die Zwangsführung des bandförmigen Materials 2 weiter verbessert wird. Wesentlich hierbei ist, dass der Anpressdruck zwischen Niederhalter 8 und Auflageelement 10 so gering ist, dass nur eine flatterfreie Führung des bandförmigen Materials 2 erhalten wird, jedoch der Transport des bandförmigen Materials 2 in der Förderrichtung nicht behindert wird. Dies kann durch eine geeignete Höhenverstellung des Niederhalters 8 mit der Rändelschraube 9 einfach vorgegeben werden.
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Das zentrale Teil 10a des Auflageelements 10 weist eine nicht dargestellte Aussparung auf, durch das die Ultraschallwellen 4 ungehindert das Auflageelement 10 passieren können.
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Das Auflageelement 10 weist weiterhin eine Befestigungslasche 10c auf, mittels derer das Auflageelement 10 am unteren Gabelarm 3a des Sensorgehäuses 3 mit Hilfe einer Schraube 11 befestigt werden kann. Damit ist im vorliegenden Fall die Einbauposition des Auflageelements 10 fest vorgegeben. Prinzipiell kann auch eine Dreh- oder Schwenklagerung für das Auflageelement 10 vorgesehen sein.
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Die Breite des Auflageelements 10 ist im vorliegenden Fall so gewählt, dass sich dieses über die gesamte Breite des Zwischenraums zwischen dem oberen und unteren Gabelarm 3a, 3b erstreckt. Dadurch ist gewährleistet, dass das bandförmige Material 2 vollständig auf dem bandförmigen Material 2 aufliegt, was jedoch für dessen Funktion nicht zwingend erforderlich ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ultraschallsensor
- 2
- bandförmiges Material
- 3
- Sensorgehäuse
- 3a
- unterer Gabelarm
- 3b
- oberer Gabelarm
- 4
- Ultraschallwellen
- 5
- Sender
- 6
- Empfänger
- 7
- Auswerteeinheit
- 8
- Niederhalter
- 8a
- Oberseite
- 8b
- Schenkel
- 8c
- Auflagefläche
- 9
- Rändelschraube
- 9‘
- Kantenmarkierung
- 10
- Auflageelement
- 10a
- zentraler Teil
- 10b
- Seitenteil
- 10c
- Befestigungslasche
- 11
- Schraube
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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