DE102022208758A1 - Metal detector and method for detecting metals in conveyed goods - Google Patents
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Abstract
Ein Metalldetektor zur Detektion von elektromagnetisch detektierbaren Bestandteilen in Fördergut, das Komponenten aus Materialien unterschiedlicher elektromagnetischer Eigenschaften aufweist und in einer Förderrichtung entlang einer Förderstrecke durch eine Detektionszone des Metalldetektors hindurchläuft, umfasst eine Tragestruktur, die einen Durchtrittskanal für das Fördergut definiert. Der Durchtrittskanal verläuft in einer parallel zur Förderrichtung ausrichtbaren Längsrichtung der Tragestruktur von einem Eintritt zu und einen Austritt für Fördergut. Weiterhin ist ein Spulensystem mit einer Vielzahl von Spulen vorgesehen, die an der Tragestruktur angeordnet sind und zwischen dem Eintritt und dem Austritt die Detektionszone definieren. Die Spulen umfassen Sendespulen und Empfängerspulen. Eine erste Sendespulenanordnung dient zur Erzeugung eines ersten Erregerfeldes in einer quer zur Längsrichtung orientierten ersten Feldrichtung, wobei die erste Sendespulenanordnung gleichphasig erregbare erste Sendespulen aufweist, die an gegenüberliegenden Seiten außerhalb des Durchtrittskanals angeordnet sind und Spulenachsen aufweisen, die quer zur Längsrichtung orientiert sind. Eine zweite Sendespulenanordnung dient zur Erzeugung eines zweiten Erregerfeldes in einer quer zur Längsrichtung orientierten zweiten Feldrichtung, wobei die zweite Sendespulenanordnung gleichphasig erregbare zweite Sendespulen aufweist, die an gegenüberliegenden Seiten außerhalb des Durchtrittskanals angeordnet sind und Spulenachsen aufweisen, die quer zur Längsrichtung orientiert sind. Die zweite Sendespulenanordnung ist gegenüber der ersten Sendespulenanordnung in Längsrichtung versetzt angeordnet. Die zweite Feldrichtung ist der ersten Feldrichtung entgegen gerichtet.A metal detector for detecting electromagnetically detectable components in conveyed goods, which has components made of materials with different electromagnetic properties and passes through a detection zone of the metal detector in a conveying direction along a conveying route, comprises a support structure that defines a passage channel for the conveyed goods. The passage channel runs in a longitudinal direction of the support structure that can be aligned parallel to the conveying direction from an inlet to and an outlet for conveyed goods. Furthermore, a coil system is provided with a plurality of coils which are arranged on the support structure and define the detection zone between the entry and the exit. The coils include transmitter coils and receiver coils. A first transmitter coil arrangement serves to generate a first excitation field in a first field direction oriented transversely to the longitudinal direction, the first transmitter coil arrangement having first transmitter coils which can be excited in phase and which are arranged on opposite sides outside the passage channel and have coil axes which are oriented transversely to the longitudinal direction. A second transmitter coil arrangement is used to generate a second excitation field in a second field direction oriented transversely to the longitudinal direction, the second transmitter coil arrangement having second transmitter coils which can be excited in phase and which are arranged on opposite sides outside the passage channel and have coil axes which are oriented transversely to the longitudinal direction. The second transmitter coil arrangement is arranged offset in the longitudinal direction relative to the first transmitter coil arrangement. The second field direction is opposite to the first field direction.
Description
ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIKFIELD OF APPLICATION AND STATE OF TECHNOLOGY
Die Erfindung betrifft einen Metalldetektor zur Detektion von elektromagnetisch detektierbaren Bestandteilen in Fördergut, welches Komponenten aus Materialien unterschiedlicher elektromagnetischer Eigenschaften aufweist und in einer Förderrichtung entlang einer Förderstrecke durch eine Detektionszone des Metalldetektors hindurchläuft.The invention relates to a metal detector for detecting electromagnetically detectable components in conveyed goods, which has components made of materials with different electromagnetic properties and passes through a detection zone of the metal detector in a conveying direction along a conveying path.
Ein Metalldetektor der in dieser Anmeldung betrachteten Art arbeitet nach einem elektromagnetischen Prinzip und ist dadurch in der Lage, Materialien oder Teile aufgrund ihrer elektrischen Leitfähigkeit und/oder magnetischen Leitfähigkeit (Permeabilität) zu erkennen bzw. zu detektieren und bei ausreichend großen Unterschieden dieser elektromagnetischen Eigenschaften die unterschiedlichen Bestandteile auch voneinander zu unterscheiden. Der Begriff „Metalldetektor“ bezieht sich dabei auf die Eignung, Metalle (als typische Vertreter für Materialien mit relativ hoher elektrischer Leitfähigkeit) in Fördergut zu detektieren, das ggf. schlechter oder auch überhaupt nicht leitfähige Materialien enthält.A metal detector of the type considered in this application works according to an electromagnetic principle and is therefore able to recognize or detect materials or parts based on their electrical conductivity and / or magnetic conductivity (permeability) and, if there are sufficiently large differences in these electromagnetic properties Different components can also be distinguished from each other. The term “metal detector” refers to the suitability for detecting metals (as typical representatives of materials with relatively high electrical conductivity) in conveyed goods that may contain materials that are less conductive or not conductive at all.
Mögliche Einsatzgebiete von Metalldetektoren finden sich z.B. im Bereich der Lebensmittelindustrie, der Pharmaindustrie, der Kunststoffindustrie oder allgemeiner der Chemieindustrie oder der Verpackungsindustrie. Ein Zweck des Einsatzes von Metalldetektoren in diesen Anwendungsgebieten besteht darin, schnell und zuverlässig das Vorhandensein von unerwünschten Metallstücken in einem Fördergut zu detektieren, welches ansonsten überwiegend oder ausschließlich aus elektrisch nicht-leitendem oder nur schwach elektrisch leitfähigem Material besteht. Bei dem Fördergut kann es sich um Stückgut handeln, also um Gegenstände, die sich einzeln „am Stück“ transportieren lassen, ggf. aber auch um Schüttgut. Solche Metalldetektoren sind im industriellen Sektor weit verbreitet und werden häufig in Produktionslinien oder Verpackungslinien integriert.Possible areas of application for metal detectors can be found, for example, in the food industry, the pharmaceutical industry, the plastics industry or, more generally, the chemical industry or the packaging industry. One purpose of using metal detectors in these areas of application is to quickly and reliably detect the presence of unwanted metal pieces in a conveyed material which otherwise consists predominantly or exclusively of electrically non-conductive or only weakly electrically conductive material. The conveyed goods can be piece goods, i.e. objects that can be transported individually “in one piece”, but possibly also bulk goods. Such metal detectors are widely used in the industrial sector and are often integrated into production lines or packaging lines.
Ein nicht-limitierendes Anwendungsbeispiel ist die Lebensmittelüberwachung am Fließband. Hierbei geht es konkret um die Detektion von kleinsten Metallpartikeln, die im Rahmen der Lebensmittelverarbeitung und/oder der Lebensmittelverpackung zu einer Kontamination führen.A non-limiting application example is food monitoring on the assembly line. This specifically involves the detection of the smallest metal particles that lead to contamination during food processing and/or food packaging.
Ein anderes Einsatzgebiet liegt im Bereich der Materialsortierung, insbesondere der Metallsortierung, wo es z.B. im Rahmen von Recycling-Prozessen darum gehen kann, Teile aus elektrisch gut leitenden Nichteisenmetallen wie Kupfer, Aluminium oder deren Legierungen aus Gemengen mit Bestandteilen aus elektrisch schlechter leitenden Metallen und/oder Nichtmetallen zu separieren.Another area of application is in the area of material sorting, especially metal sorting, where, for example, as part of recycling processes, parts made of non-ferrous metals with good electrical conductivity such as copper, aluminum or their alloys from mixtures with components made of less electrically conductive metals and/or or non-metals.
Standardmäßig werden heutzutage vielfach sogenannte Tunnel-Metalldetektoren verwendet. Konventionelle Tunneldetektoren bieten neben ihrem einfachen Aufbau u.a. eine hohe Sensitivität sowie Robustheit und gelten daher seit Jahren als Standard in der Lebensmittelüberwachung. Allerdings haben sie auch diverse Nachteile, u.a. einen relativ großen Platzbedarf auf dem Band aufgrund großflächiger Metallfreier Zonen (MFZ) und dadurch notwendiger Produktentzerrung während der Detektion. Eine MFZ ist derjenige Bereich vor und hinter den Enden des Tunnels, der frei von metallischen Teilen bleiben muss, um die Detektion in der Detektionszone nicht zu stören. Besonders kritisch sind dabei bewegte metallische Teile.Nowadays, so-called tunnel metal detectors are often used as standard. In addition to their simple structure, conventional tunnel detectors offer, among other things, high sensitivity and robustness and have therefore been considered the standard in food monitoring for years. However, they also have various disadvantages, including a relatively large space requirement on the belt due to large metal-free zones (MFZ) and the resulting necessary product equalization during detection. An MFZ is the area in front of and behind the ends of the tunnel that must remain free of metallic parts in order not to disrupt detection in the detection zone. Moving metallic parts are particularly critical.
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AUFGABE UND LÖSUNGTASK AND SOLUTION
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Metalldetektor und ein Verfahren zur Detektion von Metallen bereitzustellen, die im Vergleich zum Stand der Technik bei kompakten Ausmaßen und nur kleiner metallfreier Zonen für eine Integration in eine Förderstrecke nur wenig Bauraum beanspruchen und für eine zuverlässige Detektion keine oder nur moderate Produktentzerrung erfordern.Against this background, it is an object of the present invention to provide a metal detector and a method for detecting metals which, compared to the prior art, require only little installation space for integration into a conveyor line with compact dimensions and only small metal-free zones and for a Reliable detection requires no or only moderate product equalization.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung einen Metalldetektor mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 13 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.To solve this problem, the invention provides a metal detector with the features of claim 1 and a method with the features of claim 13. Advantageous further developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated by reference into the content of the description.
Gemäß einer Formulierung betrifft die Erfindung einen Metalldetektor zur Detektion von elektromagnetisch detektierbaren Bestandteilen in Fördergut, das Komponenten aus Materialien unterschiedlicher elektromagnetischer Eigenschaften aufweist und in einer Förderrichtung entlang einer Förderstrecke durch eine Detektionszone des Metalldetektors hindurchläuft. In manchen Anwendungsfällen besteht das Fördergut überwiegend aus elektrisch nicht-leitendem oder nur schwach elektrisch leitfähigem Material und die zu detektierenden Teile sind Metallstücke mit relativ dazu vergleichsweise höherer elektrischer Leitfähigkeit, die unerwünschte Fremdkörper in diesem Fördergut darstellen.According to one formulation, the invention relates to a metal detector for detecting electromagnetically detectable components in conveyed goods which have components made of materials with different electromagnetic properties and which pass through a detection zone of the metal detector in a conveying direction along a conveying path. In some applications, the material to be conveyed consists predominantly of electrically non-conductive or only weakly electrically conductive material and the parts to be detected are pieces of metal with a comparatively higher electrical conductivity, which represent undesirable foreign bodies in this material to be conveyed.
Die Förderstrecke verläuft vorzugsweise mehr oder weniger horizontal. Beispielsweise kann ein Förderband so durch die Detektionszone geführt sein, dass das auf der Oberseite des Förderbands liegende Fördergut durch die Detektionszone des Metalldetektors hindurchgefördert wird. Andere Förderrichtungen im Raum sind möglich.The conveyor route preferably runs more or less horizontally. For example, a conveyor belt can be guided through the detection zone in such a way that the material lying on the top of the conveyor belt is conveyed through the detection zone of the metal detector. Other funding directions in the room are possible.
Der Metalldetektor weist eine Tragestruktur auf, die einen Durchtrittskanal für das Fördergut definiert. Der Durchtrittskanal verläuft in einer Längsrichtung der Tragestruktur von einem Eintritt zu einem Austritt für das Fördergut. Der Metalldetektor wird normalerweise in Bezug auf die Förderrichtung so angeordnet, dass die Längsrichtung der Tragestruktur parallel oder im Wesentlichen parallel zur Förderrichtung ausgerichtet ist.The metal detector has a support structure that defines a passage channel for the conveyed goods. The passage channel runs in a longitudinal direction of the support structure from an inlet to an outlet for the conveyed goods. The metal detector is normally arranged with respect to the conveying direction such that the longitudinal direction of the support structure is aligned parallel or substantially parallel to the conveying direction.
Senkrecht zur Längsrichtung ist die Querrichtung der Tragestruktur orientiert. Senkrecht zu der von Längsrichtung und Querrichtung aufgespannten Ebene liegt die Höhenrichtung der Tragestruktur. In den meisten Anwendungsfällen liegen die Längsrichtung und die Querrichtung in einer Horizontalebene, zu der senkrecht eine (vertikale) Höhenrichtung der Tragestruktur verläuft. Andere Orientierungen im Raum sind möglich.The transverse direction of the support structure is oriented perpendicular to the longitudinal direction. The height direction of the support structure lies perpendicular to the plane spanned by the longitudinal and transverse directions. In most applications, the longitudinal direction and the transverse direction lie in a horizontal plane to which a (vertical) height direction of the support structure runs perpendicular. Other orientations in space are possible.
Die nutzbare Breite des Durchtrittskanals in Querrichtung ist dabei an die Breite der Fördereinrichtung so angepasst, dass jeder geförderte Gegenstand durch die Detektionszone läuft. Die Höhe des Durchtrittskanals ist in der Regel geringer als dessen Breite und kann sich an der maximalen Höhe des geförderten Förderguts orientieren, welches durch den Durchtrittskanal hindurchpassen soll. Häufig hat der Durchtrittskanal einen flachen rechteckförmigen Querschnitt, dessen Breite (in Querrichtung) deutlich größer ist als dessen Höhe, beispielsweise mindestens doppelt so groß oder mindestens fünffach so groß. Abweichungen hiervon sind jedoch möglich.The usable width of the passage channel in the transverse direction is adapted to the width of the conveyor device so that every object conveyed runs through the detection zone. The height of the passage channel is usually less than its width and can be based on the maximum height of the conveyed material that should fit through the passage channel. The passage channel often has a flat rectangular cross-section whose width (in the transverse direction) is significantly larger than its height, for example at least twice as large or at least five times as large. However, deviations from this are possible.
Der Metalldetektor nutzt die Generierung und Detektion von Wirbelströmen in elektrisch leitfähigen Materialien, z.B. Metallen, zur Detektion der leitfähigen Teile nach dem Sender-Empfänger-Prinzip. Der Metalldetektor umfasst dazu ein Spulensystem mit einer Vielzahl von Spulen, die an der Tragestruktur angeordnet sind und zwischen dem Eintritt und dem Austritt die Detektionszone definieren. Zu den Spulen gehören Sendespulen und Empfängerspulen.The metal detector uses the generation and detection of eddy currents in electrically conductive materials, e.g. metals, to detect the conductive parts according to the transmitter-receiver principle. For this purpose, the metal detector comprises a coil system with a large number of coils which are arranged on the support structure and define the detection zone between the entry and the exit. The coils include transmitter coils and receiver coils.
Eine wesentliche Funktion der Tragestruktur besteht darin, für eine feste räumliche Zuordnung der daran angebrachten Spulen des Spulensystems zu sorgen. Die Tragestruktur kann eine entsprechend mechanisch stabil konstruierte Baugruppe sein, die ggf. als Ganzes transportiert und gemeinsam mit den daran angebrachten Spulen am Ort der Nutzung aufgestellt werden kann. Die Komponenten der Tragestruktur müssen jedoch nicht unmittelbar miteinander verbunden sein. Es ist auch möglich, dass tragende Komponenten der Tragestruktur an einer Raumwand, einer Raumdecke oder auf dem Boden eines Raums montiert und nur über strukturelle Komponenten eines den Raum enthaltenden Bauwerks in fester räumlicher Beziehung zueinander gehalten werden. Beispielsweise kann ein Teil der Tragestruktur von einer Raumdecke hängend montiert sein, während ein anderes Teil auf dem Boden steht. An essential function of the support structure is to ensure a fixed spatial assignment of the coils of the coil system attached to it. The support structure can be an appropriately mechanically stable constructed assembly, which can optionally be transported as a whole and set up at the place of use together with the coils attached to it. However, the components of the support structure do not have to be directly connected to one another. It is also possible for load-bearing components of the support structure to be mounted on a room wall, a room ceiling or on the floor of a room and only held in a fixed spatial relationship to one another via structural components of a building containing the room. For example, part of the supporting structure The door can be mounted hanging from a ceiling while another part stands on the floor.
Gemäß einer Formulierung der Erfindung umfasst das Spulensystem eine erste Sendespulenanordnung und eine zweite Sendespulenanordnung. Die erste Sendespulenanordnung ist so konfiguriert, dass sie im Betrieb ein erstes Erregerfeld in einer quer, insbesondere senkrecht zur Längsrichtung orientierten ersten Feldrichtung erzeugen kann. Dazu weist die erste Sendespulenanordnung zwei gleichphasig erregbare erste Sendespulen aufweist, die an gegenüberliegenden Seiten außerhalb des Durchtrittskanals angeordnet sind und Spulenachsen aufweisen, die quer, insbesondere senkrecht, zur Längsrichtung orientiert sind.According to a formulation of the invention, the coil system comprises a first transmission coil arrangement and a second transmission coil arrangement. The first transmitter coil arrangement is configured so that during operation it can generate a first excitation field in a first field direction oriented transversely, in particular perpendicular to the longitudinal direction. For this purpose, the first transmitter coil arrangement has two first transmitter coils that can be excited in the same phase, which are arranged on opposite sides outside the passage channel and have coil axes that are oriented transversely, in particular perpendicularly, to the longitudinal direction.
Weiterhin ist (mindestens) eine zweite Sendespulenanordnung zur Erzeugung eines zweiten Erregerfeldes in einer quer, insbesondere senkrecht, zur Längsrichtung orientierten zweiten Feldrichtung vorhanden, wobei die zweite Sendespulenanordnung zwei gleichphasig erregbare zweite Sendespulen aufweist, die an gegenüberliegenden Seiten außerhalb des Durchtrittskanals angeordnet sind und Spulenachsen aufweisen, die quer, insbesondere senkrecht zur Längsrichtung orientiert sind. Die zweite Sendespulenanordnung ist gegenüber der ersten Sendespulenanordnung in Längsrichtung versetzt angeordnet. Die zweite Feldrichtung ist der ersten Feldrichtung entgegen gerichtet.Furthermore, there is (at least) a second transmitter coil arrangement for generating a second excitation field in a second field direction oriented transversely, in particular perpendicularly, to the longitudinal direction, the second transmitter coil arrangement having two second transmitter coils which can be excited in the same phase and which are arranged on opposite sides outside the passage channel and have coil axes which are oriented transversely, in particular perpendicular to the longitudinal direction. The second transmitter coil arrangement is arranged offset in the longitudinal direction relative to the first transmitter coil arrangement. The second field direction is opposite to the first field direction.
Die Sendespulen sind im Betrieb an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen und erzeugen ein vorzugsweise dauerhaftes elektromagnetisches Wechselfeld, dessen Haupt-Feldkomponente quer, insbesondere senkrecht zur Längsrichtung des Durchtrittskanals gerichtet ist. Das elektromagnetische Wechselfeld induziert in einer Empfängerspule elektrische Spannungen, die mittels einer angeschlossenen Auswerteeinrichtung ausgewertet werden. Sobald ein elektrisch leitfähiges Teil, insbesondere ein Metallstück, in die Detektionszone eintritt, werden in dem Teil durch das elektromagnetische Wechselfeld der Sendespulen Wirbelströme erzeugt, die durch Gegeninduktion auf die Empfängerspule wirken. Es kommt also durch eintretende Metallteile zu einer Störung des Wechselfelds, welche von der Empfängerspule erkannt wird. Die Auswerteeinrichtung verarbeitet die entsprechenden Signale, wertet diese aus und meldet unter genau definierbaren Bedingungen das Vorhandensein einer elektrisch leitfähigen, insbesondere metallischen, Kontamination im Fördergut.During operation, the transmitter coils are connected to an alternating voltage source and generate a preferably permanent alternating electromagnetic field, the main field component of which is directed transversely, in particular perpendicular to the longitudinal direction of the passage channel. The alternating electromagnetic field induces electrical voltages in a receiver coil, which are evaluated using a connected evaluation device. As soon as an electrically conductive part, in particular a piece of metal, enters the detection zone, eddy currents are generated in the part by the alternating electromagnetic field of the transmitter coils, which act on the receiver coil through counter-induction. Incoming metal parts cause a disturbance in the alternating field, which is detected by the receiver coil. The evaluation device processes the corresponding signals, evaluates them and, under precisely definable conditions, reports the presence of an electrically conductive, in particular metallic, contamination in the conveyed material.
Der Begriff „Spulenachse“ bezeichnet in dieser Anmeldung eine Richtung, die senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu einer durch den Verlauf einer Windung einer Spule definierten Windungsebene liegt. Bei Flachspulen mit spiralförmig in einer gemeinsamen Windungsebene verlaufenden Windungen ist die Spulenachse senkrecht zur Windungsebene orientiert. Verlaufen die Windungen bei einer Spule wendelförmig, so ist die Spulenachse durch die Längsachse der Wendel gegeben und verläuft je nach Steigung der Wendel nur näherungsweise senkrecht zu einer Windungsebene.The term “coil axis” in this application refers to a direction that is perpendicular or substantially perpendicular to a winding plane defined by the course of one turn of a coil. In flat coils with turns running spirally in a common winding plane, the coil axis is oriented perpendicular to the winding plane. If the turns of a coil are helical, the coil axis is given by the longitudinal axis of the helix and, depending on the pitch of the helix, only runs approximately perpendicular to a winding plane.
Die „Feldrichtung“ ist diejenige Richtung im Raum, in welche die Hauptkomponente der von einer Sendespulenanordnung erzeugten elektromagnetischen Wechselfelder gerichtet ist. Eine Sendespule kann auch als „Feldspule“ oder „Erregerspule“ bezeichnet werden. Das von der Sendespule erzeugte elektromagnetische Wechselfeld wird hier auch als Erregerfeld oder auch als Sendefeld bzw. Primärfeld bezeichnet.The “field direction” is the direction in space in which the main component of the alternating electromagnetic fields generated by a transmitter coil arrangement is directed. A transmitter coil can also be referred to as a “field coil” or “excitation coil”. The alternating electromagnetic field generated by the transmitter coil is also referred to here as the exciter field or as the transmitter field or primary field.
Vorzugsweise gibt es genau zwei in Längsrichtung hintereinander angeordnete Sendespulenanordnungen. Es können jedoch bei Bedarf auch eine oder mehrere weitere Sendespulenanordnungen vorgesehen, also insgesamt z.B. drei oder vier Sendespulenanordnungen.Preferably there are exactly two transmitter coil arrangements arranged one behind the other in the longitudinal direction. However, if necessary, one or more further transmission coil arrangements can also be provided, i.e. a total of three or four transmission coil arrangements, for example.
Im Vergleich zu herkömmlichen Tunnel-Metalldetektoren liegen signifikante strukturelle und funktionale Unterschiede vor, die sich u.a. in der Art der Orientierung und Anordnung der Spulen ausdrücken und spezifische technische Vorteile bringen.Compared to conventional tunnel metal detectors, there are significant structural and functional differences, which are expressed, among other things, in the type of orientation and arrangement of the coils and bring specific technical advantages.
Bei den herkömmlichen Tunnel-Metalldetektoren gibt es wenigstens eine Sendespule, die den Durchtrittskanal für das Fördergut komplett umschließt und dementsprechend eine Spulenachse aufweist, die in Längsrichtung des Durchtrittskanals, also im Wesentlichen parallel zur Förderrichtung des Förderguts verläuft. Im Gegensatz dazu hat ein Metalldetektor der hier beschriebenen Art vorzugsweise keine den Durchtrittskanal umschließende Sendespule mit einer in Längsrichtung gerichteten Spulenachse.In conventional tunnel metal detectors, there is at least one transmitter coil that completely encloses the passage channel for the material to be conveyed and accordingly has a coil axis that runs in the longitudinal direction of the passage channel, i.e. essentially parallel to the conveying direction of the material to be conveyed. In contrast, a metal detector of the type described here preferably does not have a transmitter coil enclosing the passage channel with a coil axis directed in the longitudinal direction.
Im Gegensatz zu einer den Durchtrittskanal umschließenden Sendespule haben somit die ersten und zweiten Sendespulen eine um 90° gedrehte Orientierung, so dass sozusagen ein Fokus quer, insbesondere senkrecht zur Förderrichtung entsteht. Die Bezeichnung „Fokus“ bezieht sich hierbei auf die Richtung, in der das Haupt-Erregerfeld ausgerichtet ist (die erste und zweite Feldrichtung).In contrast to a transmitter coil enclosing the passage channel, the first and second transmitter coils have an orientation rotated by 90°, so that a focus is created transversely, in particular perpendicular to the conveying direction, so to speak. The term “focus” refers to the direction in which the main excitation field is aligned (the first and second field directions).
Durch diese Ausrichtung kann erreicht werden, dass im Wesentlichen nur solche metallischen Objekte ein Detektionssignal auslösen können, die sich innerhalb der Detektionszone, also zwischen Eintritt und Austritt befinden. Befinden sich dagegen bewegte metallische Gegenstände außerhalb der Detektionszone, so erzeugen diese praktisch keine Detektionssignale, auch wenn sie sich nahe am Eintritt oder am Austritt befinden. Die sogenannte metallfreie Zone (MFZ), also derjenige Bereich vor und hinter den Enden des Durchtrittskanals, der frei von metallischen Teilen bleiben muss, um die Detektion in der Detektionszone nicht zu stören, ist somit im Vergleich zu konventionellen Metalldetektoren wesentlich kürzer bzw. geringer und kann gegebenenfalls völlig entfallen, so dass auch unmittelbar vor dem Eintritt oder unmittelbar nach dem Austritt in geringem Abstand sich gegebenenfalls bewegende metallische Teile angebracht werden können. Dadurch wird bei einer Integration eines solchen Metalldetektors in eine Produktionslinie oder Förderlinie in Axialrichtung nur wenig „metallfreier“ Bauraum benötigt, was die Integration in die Linie erleichtert.This alignment can ensure that essentially only those metallic objects that are within the detection zone, i.e. between the entry and exit, can trigger a detection signal. On the other hand, if moving metallic objects are outside the detection zone, they generate practically no detection signals, even if they are close to the on enters or is at the exit. The so-called metal-free zone (MFZ), i.e. the area in front of and behind the ends of the passage channel that must remain free of metallic parts in order not to disrupt detection in the detection zone, is therefore significantly shorter or smaller than conventional metal detectors can, if necessary, be completely omitted, so that moving metallic parts can also be attached at a short distance immediately before entry or immediately after exit. As a result, when integrating such a metal detector into a production line or conveyor line, only a small amount of “metal-free” installation space is required in the axial direction, which makes integration into the line easier.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, dass aufgrund der in Förderrichtung hintereinandergeschalteten Anordnung der beiden Sendespulenanordnungen nur Elemente innerhalb der Detektionszone einen nennenswerten Auswerteeffekt liefern und somit in Längsrichtung kleinere Produktabstände möglich sind. Der Begriff „Produktabstand“ bezeichnet hierbei den Abstand zwischen Produkten, der eingehalten werden sollte, damit die Metalldetektion eventuelle Signale eindeutig dem einen oder anderen Produkt zuordnen kann. Liegen die Produkte axial zu nahe beieinander, so ist einem Detektionssignal nicht zu entnehmen, welches der Produkte die signalauslösende Verunreinigung enthält. Es gibt also erhebliche Vorteile bezüglich der für eine sichere Detektion erforderlichen Produktabstände in Förderrichtung bzw. Axialrichtung, so dass bei unveränderter Fördergeschwindigkeit mehr Produkte pro Zeiteinheit zuverlässig geprüft werden können.Another significant advantage is that due to the arrangement of the two transmitter coil arrangements connected in series in the conveying direction, only elements within the detection zone provide a significant evaluation effect and thus smaller product distances are possible in the longitudinal direction. The term “product distance” refers to the distance between products that should be maintained so that metal detection can clearly assign any signals to one product or another. If the products are axially too close to one another, it is not possible to determine from a detection signal which of the products contains the impurity that triggers the signal. There are therefore considerable advantages in terms of the product distances required for reliable detection in the conveying direction or axial direction, so that more products can be reliably tested per unit of time while the conveying speed remains unchanged.
Die erste und die zweite Sendespulenanordnung sind in Differenz zueinander geschaltet bzw. können in Differenz betrieben werden. Anders ausgedrückt sind das erste Erregerfeld und das zweite Erregerfeld in Bezug aufeinander um 180° phasenverschoben. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die beiden an derselben Seite des Durchlasskanals angeordneten Sendespulen (eine erste Sendespule und eine zweite Sendespule) elektrisch in Serie geschaltet sind, jedoch gegensinnigen Wicklungssinn haben, so dass der durch beide Sendspulen laufende Erregerstrom entgegengesetzt gerichtete Felder der beiden Spulen erzeugt. Es wäre auch möglich, die Windungen der ersten und der zweiten Sendespule einer Seite gleichsinnig auszulegen und durch die Ansteuerung mittels Wechselstromquelle für die erforderliche 180°-Phasenverschiebung zu sorgen.The first and second transmitter coil arrangements are connected in a difference to one another or can be operated in a difference. In other words, the first excitation field and the second excitation field are 180° out of phase with respect to each other. This can be achieved, for example, in that the two transmitter coils arranged on the same side of the passage channel (a first transmitter coil and a second transmitter coil) are electrically connected in series, but have opposite winding directions, so that the excitation current running through both transmitter coils has oppositely directed fields of the two Coils generated. It would also be possible to design the windings of the first and second transmitter coils on one side in the same direction and to ensure the required 180° phase shift by controlling them using an alternating current source.
Gemäß dieser Konfiguration können in der Detektionszone zwei in Förderrichtung hintereinandergeschaltete, über die Breite und Höhe des Durchtrittskanals im Wesentlichen homogene Erregerfelder mit entgegengesetzten Feldrichtungen erzeugt werden. Bildlich ausgedrückt durchläuft das Fördergut zeitlich unmittelbar hintereinander zwei Erregerfeldvorhänge mit entgegengesetzten Feldrichtungen.According to this configuration, two excitation fields with opposite field directions, which are connected in series in the conveying direction and are essentially homogeneous over the width and height of the passage channel, can be generated in the detection zone. To put it figuratively, the conveyed material passes through two exciter field curtains with opposite field directions in immediate succession.
Durch die Differenzschaltung kann die Empfindlichkeit gesteigert werden und es können auch kleinste Partikel detektiert werden. Außerdem geben die Detektionssignale, die beim Durchtritt durch die Detektionszonen erzeugt werden, nun auch Aufschluss über die Position des Förderguts in Förderrichtung, so dass eine Ortsauflösung in Förderrichtung geschaffen wird.The differential switching can increase the sensitivity and even the smallest particles can be detected. In addition, the detection signals that are generated when passing through the detection zones now also provide information about the position of the material to be conveyed in the conveying direction, so that a spatial resolution in the conveying direction is created.
Dazu ist ein symmetrischer Aufbau von Vorteil. Gemäß einer Weiterbildung sind die erste Sendespulenanordnung und die zweite Spulenanordnung im Wesentlichen achssymmetrisch zu einer Symmetrieachse ausgelegt, die zwischen den Spulenanordnungen senkrecht zu deren Feldrichtung verläuft.A symmetrical structure is advantageous for this purpose. According to a further development, the first transmitter coil arrangement and the second coil arrangement are designed essentially axially symmetrical to an axis of symmetry which runs between the coil arrangements perpendicular to their field direction.
Es ist möglich, lediglich eine einzige Empfängerspule zu nutzen, die die komplette Breite der Detektionszone abdeckt. Bevorzugte Ausführungsformen sind dagegen dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängerspulen eine erste Empfängerspule und mindestens eine zweite Empfängerspule aufweisen, die gemeinsam an einer Seite (außerhalb des) Durchtrittskanal in der senkrecht zur Längsrichtung orientierten Querrichtung gegeneinander versetzt nebeneinander angeordnet sind, wobei diese Empfängerspulen Spulenachsen aufweisen, die quer, insbesondere senkrecht zur Längsrichtung orientiert sind.It is possible to use just a single receiver coil that covers the entire width of the detection zone. Preferred embodiments, on the other hand, are characterized in that the receiver coils have a first receiver coil and at least one second receiver coil, which are arranged together on one side (outside of the) passage channel in the transverse direction oriented perpendicular to the longitudinal direction, offset from one another, these receiver coils having coil axes which are oriented transversely, in particular perpendicular to the longitudinal direction.
Es sind somit mehrere Empfängerspulen, also zwei, drei, vier oder mehr Empfängerspulen vorgesehen, die an derselben Seite außerhalb des Durchtrittskanals angeordnet sind. Die mehreren Empfängerspulen sind in Querrichtung gegeneinander versetzt angeordnet. Während sich die Sendespulen über die komplette Breite des Durchlasskanals in Querrichtung erstrecken, so dass im Betrieb die Sendespulen ihr Erregerfeld über die gesamte Breite der Detektionszone erzeugen, deckt jede der Empfängerspulen in Querrichtung nur einen Teil der Breite des Durchtrittskanals ab, insbesondere höchstens die Hälfte der Breite, ggf. auch weniger als 50% der Breite, z.B. etwa 33% oder etwa 25% oder etwa 20% oder etwa 12% bis 13%. In anderen Worten: die Empfängerspulen definieren in Querrichtung zwei, drei, vier oder mehr aneinandergrenzende Detektionssektoren. Damit wird die Spulenanordnung bezogen auf die Querrichtung ortsabhängig empfindlich, so dass bei Auswertung der Signale der Empfängerspulen festgestellt werden kann, ob das signalauslösende Metallteil im Wesentlichen den durch die erste Empfängerspule überwachten Bereich bzw. Detektionssektor oder den durch die zweite Empfängerspule überwachten Bereich durchtreten hat. Somit ist es auch möglich, in Querrichtung geringere Produktabstände als im Stand der Technik zuzulassen, wodurch die Detektionskapazität des Metalldetektors weiter erhöht wird.There are therefore several receiver coils, i.e. two, three, four or more receiver coils, which are arranged on the same side outside the passage channel. The plurality of receiver coils are arranged offset from one another in the transverse direction. While the transmitter coils extend over the entire width of the passage channel in the transverse direction, so that during operation the transmitter coils generate their excitation field over the entire width of the detection zone, each of the receiver coils in the transverse direction only covers a part of the width of the passage channel, in particular at most half of it Width, possibly also less than 50% of the width, for example about 33% or about 25% or about 20% or about 12% to 13%. In other words: the receiver coils define two, three, four or more adjacent detection sectors in the transverse direction. This makes the coil arrangement sensitive to the location depending on the transverse direction, so that when evaluating the signals from the receiver coils it can be determined whether the signal-triggering metal part essentially passes through the area or detection sector monitored by the first receiver coil or the area monitored by the second receiver coil. It is therefore also possible to allow smaller product distances in the transverse direction than in the prior art, which further increases the detection capacity of the metal detector.
Es ist möglich, dass die Sondenanordnung Empfängerspulen lediglich an einer Seite außerhalb des Durchgangskanals aufweist, z.B. unterhalb des Durchgangskanals. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Spulensystem für jede Empfängerspule, die sich an einer Seite befinden, eine weitere Empfängerspule auf der dieser Seite gegenüberliegenden Seite des Durchtrittskanals aufweist. Dabei bilden zwei einander zugeordnete Empfängerspulen, die auf unterschiedlichen Seiten angeordnet sind, jeweils ein Empfängerspulenpaar (d.h. ein Paar von zwei einander zugeordneten Empfängerspulen auf gegenüberliegenden Seiten des Durchgangskanals).It is possible for the probe arrangement to have receiver coils only on one side outside the through-channel, for example below the through-channel. It is preferably provided that the coil system has a further receiver coil on the side of the passage channel opposite this side for each receiver coil that is located on one side. Two mutually assigned receiver coils, which are arranged on different sides, each form a receiver coil pair (i.e. a pair of two mutually assigned receiver coils on opposite sides of the through-channel).
Wenn an einer Seite mehr als eine Empfängerspule vorgesehen ist, also eine erste und mindestens eine demgegenüber in Querrichtung versetzte zweite Empfängerspule, ist vorzugsweise eine entsprechende Anzahl von Empfängerspulenpaaren vorgesehen.If more than one receiver coil is provided on one side, i.e. a first receiver coil and at least one second receiver coil offset in the transverse direction, a corresponding number of receiver coil pairs is preferably provided.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die erste und zweite Empfängerspule eines Empfängerspulenpaares, die an gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind, jeweils koaxiale Spulenachsen aufweisen. In Querrichtung gesehen kann es somit z.B. zwei, drei, vier oder mehr Paare von koaxial einander gegenüberliegenden Empfängerspulen geben.It is preferably provided that the first and second receiver coils of a pair of receiver coils, which are arranged on opposite sides, each have coaxial coil axes. Seen in the transverse direction, there can be, for example, two, three, four or more pairs of receiver coils lying coaxially opposite one another.
Damit ist zusätzlich zur Ortsauflösung in Querrichtung auch eine Ortsauflösung in Höhenrichtung, also in der Richtung zwischen den beiden Empfängerspulen, möglich. Denn anhand der Detektionssignale der einander gegenüberliegenden Empfängerspulen eines Sektors kann ermittelt werden, ob der detektierte Gegenstand näher an der einen Empfängerspule oder näher an der ihr z.B. koaxial gegenüberliegenden Empfängerspule den Durchtrittskanal durchtritt.This means that, in addition to the spatial resolution in the transverse direction, a spatial resolution in the height direction, i.e. in the direction between the two receiver coils, is also possible. Based on the detection signals from the opposing receiver coils of a sector, it can be determined whether the detected object passes through the passage channel closer to one receiver coil or closer to the receiver coil coaxially opposite it, for example.
Somit kann der Durchtrittskanal in derjenigen Richtung, in der sich eine Empfängerspule und die zugeordnete weitere Empfängerspule koaxial gegenüberliegen, in zwei Detektionssektoren eingeteilt werden. In der dazu senkrechten Querrichtung kann die Anzahl der Sektoren der Anzahl der nebeneinander angeordneten Empfängerspulen entsprechen. Vorzugsweise sind in Querrichtung vier Empfängerspulen vorgesehen, so dass vorzugsweise der Detektionskanal in acht Detektionssektoren unterteilt werden kann (vier in Querrichtung mal zwei in Höhenrichtung). Eine feinere Unterteilung ist theoretisch möglich, jedoch meist nicht erforderlich.The passage channel can therefore be divided into two detection sectors in the direction in which a receiver coil and the associated further receiver coil lie coaxially opposite one another. In the transverse direction perpendicular thereto, the number of sectors can correspond to the number of receiver coils arranged next to one another. Preferably, four receiver coils are provided in the transverse direction, so that the detection channel can preferably be divided into eight detection sectors (four in the transverse direction by two in the height direction). A finer division is theoretically possible, but usually not necessary.
Eine koaxiale Anordnung ist jedoch nicht die einzige Möglichkeit. Die Empfängerspulen eines Paares können auch lateral (d.h. in Querrichtung) gegeneinander versetzt angeordnet sein. Dann kann es z.B. sein, dass einer ersten Empfängerspule einer Seite auf der gegenüberliegenden Seite ein Übergangsbereich zwischen zwei zweiten weiteren Empfängerspulen gegenüberliegt. Hierdurch kann ggf. bei einer gegebenen Anzahl von lateral versetzten Empfängerspulen einer Seite die Ortsauflösung in Querrichtung feiner sein als im Falle koaxialer Anordnung der Empfängerspulen eines Paares.However, a coaxial arrangement is not the only option. The receiver coils of a pair can also be arranged laterally (i.e. in the transverse direction) offset from one another. Then it can be, for example, that a first receiver coil on one side is opposite a transition region between two second further receiver coils on the opposite side. As a result, with a given number of laterally offset receiver coils on one side, the spatial resolution in the transverse direction can be finer than in the case of a coaxial arrangement of the receiver coils of a pair.
Um in Querrichtung eine zuverlässig lückenlose Detektion durchlaufender Produkte zu gewährleisten, ist bei bevorzugten Ausführungsformen vorgesehen, dass unmittelbar benachbarte und in Querrichtung gegeneinander versetzt angeordnete Empfängerspulen unmittelbar aneinander anschließen oder in einem Überlappungsbereich teilweise überlappen. Dadurch kann verhindert werden, dass sich in Querrichtung Empfindlichkeitseinbrüche ergeben, die ein Sicherheitsrisiko darstellen könnten.In order to ensure reliable, gap-free detection of passing products in the transverse direction, preferred embodiments provide that immediately adjacent receiver coils that are offset from one another in the transverse direction connect directly to one another or partially overlap in an overlap area. This can prevent sensitivity drops in the transverse direction, which could pose a safety risk.
Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Empfängerspule, insbesondere jede erste und zweite Empfängerspulen, jeweils eine Spulenfläche umschließt, die sich in Längsrichtung über die erste Spulenanordnung und die zweite Spulenanordnung derart erstreckt, dass in Abwesenheit einer Feldstörung das erste und das zweite Erregerfeld in einer Empfängerspule gegengleiche Spannungen induzieren. Damit ist jede Empfängerspule in sich kompensiert und es wird darin keine Spannung induziert, solange die Feldverteilung in der Detektionszone nicht durch Metallteile oder dergleichen asymmetrisch gestört wird. Dadurch kann die Empfindlichkeit der Anordnung gesteigert werden.According to a further development, it is provided that a receiver coil, in particular each first and second receiver coil, each encloses a coil surface which extends in the longitudinal direction over the first coil arrangement and the second coil arrangement in such a way that in the absence of a field disturbance, the first and the second excitation field in one Receiver coil induce opposite voltages. This means that each receiver coil is internally compensated and no voltage is induced in it as long as the field distribution in the detection zone is not asymmetrically disturbed by metal parts or the like. This allows the sensitivity of the arrangement to be increased.
Die Spulen können als aus Draht gewickelte Spulen vorliegen. Gemäß einer Weiterbildung werden die Komponenten der Spulenanordnung mit Verfahren der Leiterplattentechnik nach Art von gedruckten Schaltungen hergestellt. Insbesondere kann es so sein, dass Spulen der Spulenanordnung in Form von Rechteck-Flachspulen mit spiralförmig verlaufenden Windungen in unterschiedlichen Spulenschichten einer Mehrschichtanordnung angeordnet sind, wobei zwischen benachbarten Spulenschichten der Mehrschichtanordnung jeweils eine Isolierschicht aus elektrisch isolierendem Material angeordnet ist. Eine Spule kann Windungen in mehreren Schichten haben, um eine ausreichende Anzahl von Windungen in begrenztem lateralen Raum zu realisieren. Solche Spulenanordnungen erlauben es, den Metalldetektor im Verglich zum Stand der Technik, kompakt, relativ leicht und dennoch stabil aufzubauen. Dadurch wird u.a. die Handhabung erleichtert.The coils can be in the form of coils wound from wire. According to a further development, the components of the coil arrangement are manufactured using printed circuit board technology methods. In particular, it can be the case that coils of the coil arrangement are arranged in the form of rectangular flat coils with spiral-shaped turns in different coil layers of a multi-layer arrangement, with an insulating layer made of electrically insulating material being arranged between adjacent coil layers of the multi-layer arrangement. A coil can have turns in multiple layers to realize a sufficient number of turns in a limited lateral space. Such coil arrangements allow the metal detector to be compact, relatively light and compared to the prior art still stable to build. This makes handling easier, among other things.
Zur weiteren Verbesserung der Funktion weist der Metalldetektor bei manchen Ausführungsformen Feldformungselemente aus weichmagnetischem Material auf, die außerhalb der Spulenanordnung zumindest im Bereich der Sendespulenanordnungen angeordnet und vorzugsweise an der Tragestruktur angebracht sind. Die Feldformungselemente können z.B. durch Ferritplatten gebildet sein oder Ferritplatten aufweisen.To further improve the function, in some embodiments the metal detector has field-shaping elements made of soft magnetic material, which are arranged outside the coil arrangement at least in the area of the transmitting coil arrangements and are preferably attached to the support structure. The field shaping elements can be formed, for example, by ferrite plates or have ferrite plates.
Durch die Feldformungselemente können mehrere Effekte erzielt werden. Zum einen ist eine Abschirmung des Außenraums gegen durch die Sendespulen erzeugten Wechselfelder gegeben. Die Abschirmung wirkt auch in Gegenrichtung, so dass der Innenraum bzw. die Detektionszone gegen eventuelle elektromagnetische Störfelder von außen abgeschirmt ist. Zudem wird ein Effekt der Feldkonzentration nach innen erreicht, so dass die von den Sendespulen im Bereich der Detektionszone erzielbare Feldstärke gegenüber Varianten ohne Feldformungselemente erhöht wird.Several effects can be achieved through the field shaping elements. On the one hand, the outside area is shielded against alternating fields generated by the transmission coils. The shielding also works in the opposite direction, so that the interior or the detection zone is shielded against possible electromagnetic interference fields from the outside. In addition, an inward field concentration effect is achieved, so that the field strength that can be achieved by the transmitter coils in the area of the detection zone is increased compared to variants without field-shaping elements.
Bei Bedarf könnten an allen Seiten des Detektionskanals Feldformungselemente angebracht sein, die den Detektionskanal an allen neben dem Durchlasskanal liegenden Seiten umschließen.If necessary, field shaping elements could be attached to all sides of the detection channel, which enclose the detection channel on all sides adjacent to the through-channel.
Weiterhin kann der Metalldetektor wenigstens eine E-Feld-Abschirmung aufweisen, also eine Abschirmung, die gegen Eindringen von elektrischen Feldern in die Detektionszone wirkt. Bei Varianten mit Mehrschichtanordnungen kann die E-Feld-Abschirmung in eine Schicht der die Spulenanordnung enthaltenden Mehrschichtstruktur integriert sein. Damit kann die Empfindlichkeit weiter gesteigert werden, da externe E-Felder die Signalerzeugung nicht oder nicht wesentlich beeinträchtigen können.Furthermore, the metal detector can have at least one E-field shielding, i.e. a shielding that acts against the penetration of electric fields into the detection zone. In variants with multilayer arrangements, the E-field shielding can be integrated into a layer of the multilayer structure containing the coil arrangement. This allows the sensitivity to be further increased since external E-fields cannot or cannot significantly affect signal generation.
Das Konzept gemäß der beanspruchten Erfindung bietet nicht nur technische Vorteile im Bereich der Detektionsmöglichkeiten, sondern auch in der allgemeinen Handhabung, insbesondere auch im Hinblick auf die Integration in Förderstrecken. Dadurch, dass das Spulensystem keine den Durchtrittskanal umschließende Sendespule oder Empfängerspule mit einer in Längsrichtung gerichteten Spulenachse benötigt und dementsprechend vorzugsweise auch nicht aufweist, ist es sehr einfach möglich, die seitliche Zugänglichkeit der Förderstrecke im Bereich des Metalldetektors zu verbessern. Bei manchen Ausführungsbeispielen weist die Tragestruktur wenigstens an einer Seite eine Zugangsöffnung auf, durch die der Durchtrittskanal seitlich zugänglich ist. Die Zugangsöffnung kann permanent offen sein. Es ist auch möglich, dass für den normalen Betrieb ein Verschlusselement die Zugangsöffnung verschließt, um die Tragestruktur ggf. mechanisch zu stabilisieren. Das Verschlusselement kann bei Bedarf leicht entfernt werden, so dass der Durchtrittskanal seitlich zugänglich wird. Dadurch sind Wartungsarbeiten oder ein Austausch eines Förderbands oder dergleichen sehr einfach möglich, da das langgestreckte Förderelement nicht mehr durch einen in Umfangsrichtung geschlossenen Durchgangskanal gefädelt werden muss, sondern an geeigneter Stelle seitlich einfach eingeführt oder entnommen werden kann.The concept according to the claimed invention not only offers technical advantages in the area of detection options, but also in general handling, especially with regard to integration into conveyor lines. Because the coil system does not require and therefore preferably does not have a transmitter coil or receiver coil enclosing the passage channel with a coil axis directed in the longitudinal direction, it is very easy to improve the lateral accessibility of the conveyor path in the area of the metal detector. In some exemplary embodiments, the support structure has an access opening at least on one side, through which the passage channel is laterally accessible. The access opening can be permanently open. It is also possible for a closure element to close the access opening for normal operation in order to mechanically stabilize the support structure if necessary. If necessary, the closure element can be easily removed so that the passage channel becomes accessible from the side. This makes maintenance work or replacement of a conveyor belt or the like possible very easily, since the elongated conveyor element no longer has to be threaded through a passage channel closed in the circumferential direction, but can simply be inserted or removed laterally at a suitable point.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind.
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1 zeigt eine Ausführungsform eines Metalldetektors, der in eine Förderstrecke eines Fördersystems integriert ist; -
2 zeigt in isolierter Darstellung nur die Sendespulenanordnungen; -
3 zeigt in isolierter Darstellung nur die Empfängerspulenpaare; -
4 zeigt die relative räumliche Anordnung der Spulen zueinander ohne Tragestruktur; -
5 veranschaulicht schematisch die von den Sendespulen erzeugte Feldverteilung innerhalb der Detektionszone; -
6 zeigt den Metalldetektor mit weichmagnetischen Feldformungselementen; -
7 illustriert den Einfluss der Feldformungselemente auf die Feldverteilung.
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1 shows an embodiment of a metal detector integrated into a conveyor section of a conveyor system; -
2 shows only the transmitter coil arrangements in an isolated representation; -
3 shows only the receiver coil pairs in an isolated representation; -
4 shows the relative spatial arrangement of the coils to one another without a support structure; -
5 schematically illustrates the field distribution generated by the transmitter coils within the detection zone; -
6 shows the metal detector with soft magnetic field shaping elements; -
7 illustrates the influence of the field shaping elements on the field distribution.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS
Nachfolgend werden anhand eines Beispiels aus dem Bereich der Überwachung von Fördergut in der Lebensmittelindustrie wichtige Aspekte eines neuartigen Metalldetektors beispielhaft erläutert.Below, important aspects of a new type of metal detector are explained using an example from the area of monitoring conveyed goods in the food industry.
Der Metalldetektor generiert elektromagnetische Felder und wertet deren Wechselwirkung mit durchlaufendem Fördergut aus. Der Metalldetektor ist dadurch in der Lage, Materialien oder Teile aufgrund ihrer elektrischen und/oder magnetischen Leitfähigkeit zu erkennen bzw. zu detektieren und bei ausreichend großen Unterschieden in diesen elektromagnetischen Eigenschaften die unterschiedlichen Bestandteile des Förderguts zuverlässig voneinander zu unterscheiden.The metal detector generates electromagnetic fields and evaluates their interaction with the conveyed material. The metal detector is thereby able to recognize or detect materials or parts based on their electrical and/or magnetic conductivity and, if there are sufficiently large differences in these electromagnetic properties, to reliably distinguish between the different components of the material to be conveyed.
Die schematische
Um sicherzustellen, dass die auf den Markt kommenden Kartons keine metallischen Fremdkörper enthalten, die beispielsweise während der Verarbeitung der Lebensmittel aufgrund von Störungen im Betrieb oder an den Anlagen hineingelangt sein könnten, umfasst die Endkontrolle eine Durchlaufprüfung aller Kartons zur Detektion von eventuell vorhandenen Metallteilen in Fördergut, das idealerweise ausschließlich aus elektrisch nicht-leitendem Material bestehet. Die Förderstrecke kann weitere Prüfmodule enthalten, beispielsweise eine nachgeschaltete Wägezelle zur Feststellung, ob das Füllgewicht der Kartons im Rahmen des Sollwertbereichs liegt.In order to ensure that the cartons coming onto the market do not contain any metallic foreign bodies that could have gotten into them during food processing due to operational or system disruptions, for example, the final inspection includes a continuous test of all cartons to detect any metal parts that may be present in the conveyed goods , which ideally consists exclusively of electrically non-conductive material. The conveyor line can contain further test modules, for example a downstream weighing cell to determine whether the filling weight of the boxes is within the target value range.
Der Metalldetektor 100 weist eine Tragestruktur 110 auf, die im Wesentlichen aus relativ dicken Platten aus elektrisch nicht-leitendem, verwindungssteifem Kunststoff zusammengesetzt ist, z.B. aus einem Duroplastmaterial. Eine obere Trägerplatte 112-1 erstreckt sich oberhalb der Förderstrecke in Querrichtung Q der Tragestruktur horizontal und senkrecht zur Förderrichtung 215. Eine untere Trägerplatte 112-2 erstreckt sich unterhalb des Förderbandes parallel zur oberen Platte in Querrichtung Q. Die Platten sind an der in
Die Längsrichtung L der Tragestruktur ist idealerweise parallel zur Förderrichtung 215 ausgerichtet, die dazu senkrechte Querrichtung Q in Horizontalrichtung quer zur Förderrichtung, die vertikale Richtung wird als Höhenrichtung H bezeichnet. Zwischen der oberen und der unteren Platte der Tragestruktur ist ein Durchtrittskanal 115 für das Fördergut gebildet, der in Längsrichtung L von einem Eintritt 116-1 zu einem Austritt 116-2 führt.The longitudinal direction L of the support structure is ideally aligned parallel to the conveying
Der Metalldetektor 100 weist ein Spulensystem 300 auf, das zahlreiche von der Tragestruktur 110 getragene Spulen umfasst, die in
Nachfolgend werden die einzelnen Spulen sowie deren Anordnung und Funktion anhand von
Die dem Eintritt näher liegende erste Sendespulenanordnung 310-1 erzeugt im Betrieb ein erstes Erregerfeld, dessen Feldlinien im Inneren der Detektionszone in einer ersten Feldrichtung F1 orientiert sind, die quer, insbesondere senkrecht zur Längsrichtung L in Vertikalrichtung verläuft. Um dies zu erreichen, hat die erste Sendespulenanordnung ein Paar erster Sendespulen 312-1, 312-2, wobei eine der Sendespulen oberhalb und die andere unterhalb des Durchtrittskanals 115 (und unterhalb der Förderstrecke) 210 angeordnet ist. Diese beiden Sendespulen liegen also auf gegenüberliegenden Seiten außerhalb (d.h. oberhalb oder unterhalb) des Durchtrittskanals. Ihre senkrecht zu dem der Windungsebene verlaufende Spulenachsen sind senkrecht zur Längsrichtung L, also parallel zur Höhenrichtung H orientiert. Die ersten Sendespulen erstrecken sich in Querrichtung links und rechts über das Ende der Detektionszone 120 hinaus. Sie werden im Betrieb mit gleichphasiger Wechselspannung betrieben, so dass sich zwischen den ersten Sendespulen ein weitgehend homogenes elektromagnetisches Wechselfeld in einer ersten Feldrichtung F1 ausbildet.The first transmitter coil arrangement 310-1, which is closer to the entrance, generates a first excitation field during operation, the field lines of which are oriented in the interior of the detection zone in a first field direction F1, which runs transversely, in particular perpendicularly, to the longitudinal direction L in the vertical direction. To achieve this, the first transmitter coil arrangement has a pair of first transmitter coils 312-1, 312-2, one of the transmitter coils being arranged above and the other below the passage channel 115 (and below the conveying path) 210. These two transmission coils are located on opposite sides outside (i.e. above or below) of the passage channel. Their coil axes, which run perpendicular to the winding plane, are oriented perpendicular to the longitudinal direction L, i.e. parallel to the height direction H. The first transmission coils extend in the transverse direction to the left and right beyond the end of the
Eine zweite Sendespulenanordnung 310-2 ist gegenüber der ersten Sendespulenanordnung in Längsrichtung L versetzt angeordnet und hat einen analogen Aufbau mit zweiten Sendespulen oberhalb beziehungsweise unterhalb des Durchtrittskanals 115. Die ersten und zweiten Sendespulen einer Seite sind elektrisch hintereinandergeschaltet, ihr Windungssinn ist jedoch entgegengerichtet, so dass das von der zweiten Sendespulenanordnung 310-2 erzeugte zweite Erregerfeld eine zweite Feldrichtung F2 hat, die jederzeit gegenparallel zur ersten Feldrichtung F1 verläuft.A second transmitter coil arrangement 310-2 is arranged offset from the first transmitter coil arrangement in the longitudinal direction L and has an analog structure with second transmitter coils above and below the
Die Empfängerspulen 320 bilden insgesamt vier in Querrichtung gegeneinander versetzte Paare von Empfängerspulen, die in
Die insgesamt von den Empfangsspulen 320 überwachte Breite in Querrichtung bestimmt die Breite der Detektionszone 120. Diese wird durch die vier Empfängerspulenanordnungen sozusagen in vier nebeneinanderliegende Detektionssektoren unterteilt.The total width monitored by the receiving coils 320 in the transverse direction determines the width of the
Der Metalldetektor 100 umfasst eine Steuereinheit 150, die eine Wechselspannungsquelle umfasst, die beiden Sendespulenanordnungen 310-2, 310-2 ansteuert und damit die Erregerfelder zu erzeugen. Die Empfängerspulen 320-1 bis 320-4 sind an einer Auswerteeinheit der Steuereinrichtung 150 angeschlossen.The
Die besondere Art der Anordnung von Sendespulen und Empfängerspulen bietet zahlreiche Vorteile. Die Spulenachsen aller Sendespulen stehen senkrecht zur Durchlaufrichtung beziehungsweise zur Förderrichtung 215, so dass auch die erregten Felder der Detektionszonen diese in Vertikalrichtung durchsetzen. Dadurch können die metallfreien Zonen vor dem Eintritt 116-1 und hinter dem Austritt 116-2 relativ schmal gehalten werden. Durch die Differenzschaltung der in Längsrichtung hintereinandergeschalteten Sendespulenanordnungen 310-1, 310-2 kann zum einen die Empfindlichkeit der Detektion gesteigert werden, da ein Metallteil daran erkennbar sein muss, dass es sowohl beim Durchtritt durch den ersten Feldvorhang als auch beim nachfolgenden Durchtritt durch den zweiten Feldvorhang vergleichbare Signale (mit umgekehrten Vorzeichen) erzeugen muss. Weiterhin ergibt sich in Längsrichtung L eine Ortsauflösung, so dass in Längsrichtung ein relativ geringer Produktabstand zwischen den einzelnen Produkten (hier: Lebensmittelkartons) zugelassen werden kann, ohne befürchten zu müssen, dass fehlerhafte Produkte unentdeckt bleiben.The special way the transmitter coils and receiver coils are arranged offers numerous advantages. The coil axes of all transmission coils are perpendicular to the direction of travel or to the conveying
Weiterhin ergibt sich auch in Querrichtung Q durch die Bereitstellung mehrerer Empfängerspulenpaare eine Ortsauflösung, da erkannt werden kann, ob ein durchlaufendes Produkt eher im Bereich eines ersten Empfängerspulenpaares oder im Bereich des danebenliegenden zweiten Empfängerspulenpaares etc. durchläuft. Somit ist auch in Querrichtung Q kein großer Produktabstand nötig.Furthermore, the provision of several pairs of receiver coils also results in a spatial resolution in the transverse direction Q, since it can be recognized whether a passing product passes through in the area of a first pair of receiver coils or in the area of the adjacent second pair of receiver coils, etc. This means that no large product distance is necessary in the transverse direction Q either.
Schließlich ist auch eine Ortsauflösung in Höhenrichtung H gegeben, da anhand eines Vergleichs der Signalstärken der oberen Empfängerspule und der unteren Empfängerspule eines Paares von Empfängerspulen erkannt werden kann, ob das Produkt näher an der unteren oder näher an der oberen Empfängerspule entlangläuft.Finally, there is also a spatial resolution in the height direction H, since a comparison of the signal strengths of the upper receiver coil and the lower receiver coil of a pair of receiver coils can be used to determine whether the product runs closer to the lower or closer to the upper receiver coil.
Insgesamt hat der Metalldetektor 110 des Ausführungsbeispiels somit acht bei der Auswertung unterschreitbarer Detektionssektoren, wodurch jederzeit genau dasjenige durchlaufende Produkt identifiziert werden kann, in dem ein signifikantes Störsignal detektiert wird.Overall, the
Die am Bereich der Förderstrecke 210 anzubringenden Komponenten des Metalldetektors (Tragestruktur und daran angebrachte Spulen) liegen in kompakter Bauform vor, sind aufgrund geringen Gewichts gut zu handhaben und leicht in eine Förderstrecke zu integrieren. Ein Beitrag dazu wird dadurch geleistet, dass die Kombination von Sende- und Empfängerspulen, die auf einer Seite (insbesondere oberhalb oder unterhalb) der Förderstrecke anzuordnen sind, als leichte Baueinheit in Form einer mit Verfahren der Leiterplattentechnik hergestellten flachen Mehrschichtanordnung vorliegen. Die einzelnen Spulen liegen jeweils in Form von Rechteck-Flachspulen mit spiralförmig umlaufenden Windungen vor. Die Windungen einer Spule können in einer einzigen Schicht liegen, gegebenenfalls aber auch über zwei oder mehr benachbarte, durch Isolationsschichten getrennten Schichten verteilt sein. Bei einem Ausführungsbeispiel enthält die Mehrschichtanordnung auch noch Funktionsschichten, die als E-Feld-Abschirmung gegen das Eindringen von elektrischen Feldern in die Detektionszone wirken. Es handelt sich dabei um kammartige Schirmelemente, die im Betrieb an Massepotential angeschlossen sind. Anhand der nachfolgenden Figuren werden optionale weitere Komponenten des Metalldetektors erläutert, die dessen Funktion noch verbessern können.The components of the metal detector to be attached to the area of the conveyor line 210 (support structure and coils attached to it) have a compact design, are easy to handle due to their low weight and are easy to integrate into a conveyor line. A contribution to this is made by the fact that the combination of transmitter and receiver coils, which are to be arranged on one side (in particular above or below) of the conveyor line, as a lightweight structural unit in the form of a circuit board technology method manufactured flat multilayer arrangement. The individual coils are each in the form of rectangular flat coils with spiral-shaped turns. The turns of a coil can lie in a single layer, but may also be distributed over two or more adjacent layers separated by insulation layers. In one embodiment, the multilayer arrangement also contains functional layers that act as E-field shielding against the penetration of electric fields into the detection zone. These are comb-like shielding elements that are connected to ground potential during operation. The following figures explain optional additional components of the metal detector that can further improve its function.
Bei dem Ausführungsbeispiel von
Die
An dem Metalldetektor können weiterhin weitere Sensoren angebracht sein, die bei der Überwachung von Fördergut nützlich sind. Beispielsweise kann ein Abstandssensor vorgesehen sein, alternativ oder zusätzlich dazu eine Lichtschranke und alternativ oder zusätzlich dazu mindestens ein Temperatursensor.Additional sensors can also be attached to the metal detector, which are useful for monitoring conveyed goods. For example, a distance sensor can be provided, alternatively or additionally a light barrier and alternatively or additionally at least one temperature sensor.
Hier wurde beispielhaft die Detektion von Metallstücken in ansonsten metallfreiem Fördergut erläutert. Dies ist ein typischer Anwendungsfall z.B. im Bereich der Lebensmittelindustrie, der Pharmaindustrie, der Kunststoffindustrie oder allgemeiner der Chemieindustrie oder der Verpackungsindustrie.The detection of metal pieces in otherwise metal-free conveyed material was explained here as an example. This is a typical application, for example in the food industry, the pharmaceutical industry, the plastics industry or, more generally, the chemical industry or the packaging industry.
Ein Metalldetektor der beschriebenen Art kann auch auf andere Weise verwendet werden, z.B. im Bereich der Metallsortierung, wo es z.B. im Rahmen von Recycling-Prozessen darum gehen kann, nach dem Schreddern von Wertstoffabfällen in einem Förderstrom von Schredderteilen Teile aus elektrisch gut leitenden Nichteisenmetallen wie Kupfer, Aluminium oder deren Legierungen zu identifizieren, um dadurch die Möglichkeit zu schaffen, diese von Bestandteilen aus schlechter leitenden Metallen und/oder Nichtmetallen zu separieren.A metal detector of the type described can also be used in other ways, for example in the area of metal sorting, where, for example, in the context of recycling processes, after shredding recyclable waste, parts made of electrically highly conductive non-ferrous metals such as copper can be found in a conveying stream of shredder parts , aluminum or their alloys in order to create the possibility of separating them from components made of less conductive metals and/or non-metals.
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