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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
zur Erzeugung eines Erkennungssignals beim Auftreten von störenden Teilen
in einem zumindest weitgehend homogenen, insbesondere nichtleitenden
Fördergutstrom,
bei der von einem Wechselstromgenerator über eine Sendespule in einem
zu überwachenden
Abschnitt des Förderstromes
ein elektromagnetisches Wechselfeld aufgebaut wird, dessen Amplituden-
und Phasen-Änderungen
mittels eines eine Auswerteschaltung speisenden Spulensystems zur
Ableitung des Erkennungssignals erfaßt werden. Derartige Einrichtungen
sind beispielsweise durch die Deutschen Patentschriften 43 42 826
C2, 195 21 266 C1 und die darin benannten Literaturstellen bekannt.
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Man benötigt sie zum Beispiel zur Feststellung
von Metallteilen in einem im wesentlichen nur aus Papier oder recyclingfähigem Kunststoff
bestehenden Förderstrom,
der einer Zerkleinerungsanlage (Shredder) für die Wiederaufbereitung zugeführt wird.
Sind nämlich
in dem Fördergut
massive Metallteile enthalten, so kann dies zu erheblichen Störungen im
Arbeitsablauf, wenn nicht gar zur Zerstörung von Maschinenteilen führen, auch
wenn sie nur klein sind. Die Ausführungsform der Fördereinrichtung
kann z.B., je nach dem Anwendungszweck, ein Gurtförderband,
ein Vibrationsförderer
oder dergleichen sein. Das von der Einrichtung abgegebene Erkennungssignal
dient dabei zur Betätigung
von Schutzeinrichtungen, wie optischen und/oder akustischen Signalmitteln
und von Abschalteinrichtungen zur Stillsetzung der Fördereinrichtung,
damit das störende
Teil entnommen werden kann. Mittels einer Rücksetzeinrichtung, die häufig auch
als Reset-Taste bezeichnet wird, kann nach einem Erkenunungsignal
und dem entsprechenden Förderstop
die Gesamtanlage wieder in Betrieb genommen werden. Dabei kann es
vorkommen, daß nach
dem Förderhalt
zwar ein störendes
Metallteil dem Fördergut
entnommen wird, aber ein weiteres Metallteil in diesem Bereich des
Fördergutes
noch vorhanden ist und übersehen
wird. Bei Betätigung
der Reset-Taste läuft
dann der Förderstrom
wieder an und das weitere Metallteil gelangt in nachfolgende, vor
störenden
Anteilen, wie Metallteilen zu schützende Maschinen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
diesen Schwierigkeiten zu begegnen.
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Dies wird nach der Erfindung bei
einer Einrichtung der einleiten geschilderten Art dadurch erreicht,
daß eine
von der Auswerteschaltung gesteuerte Blockierungseinrichtung der
Rücksetzeinrichtung
vorgesehen ist, die diese solange unwirksam schaltet, als die Auswerteschaltung
noch ein als Erkennungssignal einstufbares Signal abgibt.
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Anhand besonders vorteilhafter Ausführungsformen
beziehungsweise Ausführungsbeispiele
und einer Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert. In
dieser Zeichnung zeigt
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1 die
Ansicht einer für
die Erkennung von Metall, jedoch auch anderer Materialien einsetzbaren, Detektions-Einrichtung,
die ein Förderbandband
umschließt,
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2 einen
Schnitt durch eine Detektions-Einrichtung nach der 1, 3 ein
Schaltbild mit der Sendespule zur Erzeugung eines elektromagnetischen
Wechselfaldes und einem, zwei Spulen umfassenden Spulensystem für den Empfang
derselben,
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4 das
Blockschaltbild einer Schaltung zur Ableitung eines Erkennungssignals,
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5 ein
Diagramm zur Verdeutlichung der Wirkung von leitenden Teilen im
Fördergutstrom
auf das über
das Spulensystem aufgenommenen Signal,
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6 den
zeitlichen Verlauf des beim Durchgang eines metallisch leitenden
Teiles auftretenden Signals am Eingang einer Schwellwert-Schaltung, die der
Abgabe des Erkennungssignals dient,
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7 das
Schaltungsschema eines Verstärkers,
wie er auch in einer erfindungsgemäß weitergebildeten Detektionseinrichtung
verwendet werden kann,
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8, 9, 10 Meßergebnisse
von Verläufen
des Amplitudensignals Usg und des Phasensignals U⌀ für verschiedene
Betriebszustände
einer ein-Detektionseinrichtung
für unterschiedliche
Fördergut-Anteile,
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11 das
Schaltungsschema einer ersten Ausführungsform der Erfindung, unter
Verwendung eines Verstärkers
nach der 7,
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12 das
Schaltungsschema einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, mit
einem abgewandelten Verstärkers
nach der 7,
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13, 14 eine besondere Ausbildung des Verstärkers für eine Schaltung
nach der 12, nebst einem
Schaltprogramm,
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15 das
Schaltungsschema einer dritten Ausführungsform der Erfindung und
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16 eine
mit Schwellwert-Schaltungen erzielbare Wirkung Zum besseren Verständnis der
Erfindung wird zunächst
das Prinzip solcher Einrichtungen zur Erkennung störender Fördergutanteile
erläutert.
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Die in der 1 und 2 schematisch
dargestellte Einrichtung besteht beispielsweise aus zwei Teilen OT
und UT, von denen das eine U-förmig
und das andere als flaches Auflager ausgebildet ist. Die beiden
Teile umschließen
ein Förderband
FB, das in Richtung des aufgezeichneten Pfeiles das auf unerwünschte metallische
Teile SM, FO zu überprüfende Gut
durch die Einrichtung transportiert. In dem Teil OT ist eine Sendespule S1
angeordnet. In dem Teil OT sind ferner ein die Sendespule mit Wechselstrom
speisender Generator G und eine Schaltung A zur Ableitung eines
Erkennungssignals von im Fördergut
enthaltenen, metallisch leitenden Teilen angeordnet. Im Auflager
UT sind, wie die 2 zeigt,
zwei Empfangsspulen S2 und S3, in Förderrichtung versetzt, angeordnet.
Ausführungsform
und Anordnung der Spulen sind, ebenso wie die Gehäuseform und
die Form und Art der Durchlaßöffnung in
an sich bekannter Weise dem Anwendungsfall angepaßt. über nicht
näher dargestellte
Kontakte sind ihre Anschlüsse
zu der Schaltung A im Teil OT geführt. Eine Anschlußleitung
AL dient der Verbindung der Einrichtung mit der Betriebsstromversorgung.
Eine Ausgangsleitung SL dient zur Weiterleitung eines in A abgeleiteten
Erkennungssignals an eine der einleitend erwähnten, nicht näher dargestellten
Schutzvorrichtungen.
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Aus der in der 3 gezeigten Schaltung ist entnehmbar,
daß die
Sendespule S1 durch einen Kondensator C1 und das Spulenpaar S2,
S3 durch einen Kondensator C2 jeweils zu einem elektrischen Schwingkreis
vervollständigt
sind. Die beiden Schwingkreise S1, C1 bzw. S2, S3, C2 sind so abgestimmt,
daß sie
ein auf die Frequenz des vom Generator G zugeführten Wechselstromes abgestimmtes
Bandfilter bilden, der. Durch die Unterteilung der Spule und damit
der Induktivität
im Schwingungskreis S2, S3, C2 ist es möglich, zwei gegenüber dem
Bezugspotential BP, gegenphasige Signale U1 und U2 abzunehmen und
als Empfangssignal Ue der Auswerteschaltung A zuzuführen.
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Die Auswerteschaltung A beginnt,
wie die 4 zeigt, mit
einem als Operationsverstärker
ausgebildeten Differenz-Verstärker
OP, an dessen Ausgang eine Aufteilung in einen Amplitudenzweig AZ
und in einen Phasenzweig PZ vorgenommen ist. Im Amplitudenzweig
AZ wird mittels einer Gleichrichterstufe SG der Spitzenwert des
Signales Ue bestimmt. Im Phasenzweig PZ ist ein Phasendiskriminator ⌀ eingefügt, dem
als Phasenbezugssignal das Signal Us des Generators G zugeführt wird.
Die Ausgangsspannung U⌀ von ⌀ ist,
ebenso wie die Ausgangsspannung Usg von SG, praktisch eine nur ihren
Wert ändernde
quasi-Gleichspannung, von denen die aus ⌀ eine veränderliche Phasenlage gegenüber der
aus SG charakterisiert. Beide Ausgangsspannungen werden einem Komparator
K bzw. einer Kompensationsstufe mit einstellbarer Gewichtung zugeführt und
vektoriell addiert. Ist der Förderstrom
frei von störenden
Anteilen, wie Metallteilen, so sind beide Signale gegenphasig und
können
beispielsweise mittels eines in einen der beiden Zweige einzufügenden Amplitudenreglers
im Ausgang von K zur gegenseitigen Aufhebung gebracht werden. Ist
zum Beispiel im Förderstrom
ein störendes
Metallteil vorhanden, dann wird dieses Gleichgewicht gestört und im
Ausgang von K tritt ein als Erkennungssignal verwertbares Signal
auf.
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In der 5 ist
der Einfluß des
Durchgangs eines durch das Förderband
an der Spule S2 vorbeibewegten, metallisch leitenden Teiles dargestellt.
Die von dem Wechselfeld der Spule S1 in dem Teil verursachten Wirbelströme verändern – wie durch
die eingezeichneten Pfeile angedeutet – sowohl die Amplitude als auch
die Phasenlage des über
S2 und S3 empfangenen Signals Ue, das ohne solche Feldstörungen um
90° gegen
Us phasenverschoben ist. Das Amplitudensignal Usg wird über den
Signalweg AZ und das Phasensignal U⌀ wird über den Signalweg PZ in der
erwähnten
Weise ausgewertet. Die beiden Signalen überlagerten Gleichstromanteile
sind in der 5 ebenso
wie bei den später
erläuterten 6, 8, 9 und 10, aus Gründen der Übersichtlichkeit
weggelassen.
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Die Ausgangsspannung von K wird,
meist nach einer Zwischenverstärkung
in einem Verstärker
V, über ein
Filter F einer Schwellwertschaltung SS eingespeist, an deren Ausgang
das Erkennungssignal AS für
ein störendes,
vor allem metallisch leitendes Teil entnehmbar ist. V und F bilden,
durch die Ausbildung der Eingangsschaltung des Verstärkers V
als Hochpaß mit
sehr tief liegender Grenzfrequenz und des Filters F als Tiefpaß mit demgegen über höherer Grenzfrequenz,
zusammen einen Bandpass-Verstärker.
Dieser Bandpassverstärker
hat die Aufgabe den Gleichspannungsanteil im Ausgang von K zu unterdrücken. Die
untere Grenzfrequenz des Bandpass-Verstärkers wird in der Regel sehr
niedrig gewählt,
beispielsweise bei 0,1 Hz. Die obere Grenzfrequenz wird so hoch
gewählt,
dass die auf einem störenden
Anteil des Förderguts
beruhenden Signaländerungen
noch sicher übertragen
werden. Sie richtet sich nach der Zeit, die ein störender Anteil
des Förderguts
benötigt,
um den Erfassungsbereich des Spulensystems zu passieren und liegt
meist zwischen etwa 5 Hz und etwa 500 Hz, je nach der Fördergeschwindigkeit.
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Eine übliche Schaltung für den Verstärker V ist
in der 7 wiedergegeben.
Sie enthält
einen Operationsverstärker
OP', dem das Ausgangssignal
Ks von K über
einen die untere Grenzfrequenz bestimmenden Kopplungskondensator
Ck zugeführt
wird. Der dessen Isolationswert andeutender Parallelwiderstand ist
mit Rp bezeichnet. Im Signaleingang des Operationsverstärkers OP' liegt ein die untere
Grenzfrequenz und im gewissen Umfang auch den Arbeitspunkt des Operationsverstärkers mitbestimmender
Querwiderstand R3. Der zweite Eingang des Operationsverstärkers OP' ist über einen
Spannungsteiler aus zwei Widerständen
R1 und R2 mit dem Ausgang verbunden und bewirkt neben der Arbeitspunkteinstellung
auch die übliche
Gegenkopplung zur Einstellung des Verstärkungswertes der Gesamtschaltung.
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Einen für den Transport eines metallisch
leitenden Teiles durch eine Einrichtung nach den 1 bis 4 charakteristischen
Signalverlauf im Eingang von V bzw. SS zeigt die 6. Ist das Teil kurz gegenüber dem Abstand
der Spulen S2 und S3, entsteht bei jedem Passieren einer der beiden
Spulen ein Signal, wie es in der 6 mit
I gekennzeichnet ist. Ist hingegen das Teil demgegenüber lang,
so ist der Verlauf von AS etwa so, wie es durch II angedeutet ist.
In der 6 ist noch die
Wirkung der Bezugsspannung Usch in der Schwellwertschaltung SS angedeutet.
Nur bei überschreiten
der Schwellenwerte tritt ein Ausgangssignal AS auf, das als Erkennungssignal
dient. Solche Schwellwertschaltungen sind an sich bekannt. Durch
die Schwellwertschaltung wird auch ein Einfluß des Grundrauschens wirksam
unterdrückt,
das vor allem auf dem thermischen Rauschen der Schaltungsbauteile
und den durch Unregelmässigkeiten
des das Spulensystem passierenden Transportmittels, beispielsweise
eines Förderbandes
und des keine störenden
Anteile enthaltenden Transportguts beruht.
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Wie bereits erwähnt liegen beim Betrieb solcher
Anlagen am Ausgang von SG im Amplitudenzweig AZ und im Ausgang von ⌀ im Phasenzweig
von PZ, unabhängig
davon ob das Förderband
und damit das Fördergut
bewegt wird, stets Signale an. Dies beruht für beide Signale darauf, dass
das Sendesignal Us kontinuierlich ausgesendet und von den Empfangsspulen
kontinuierlich aufgenommen wird. Die empfangenen Signale Ue erfahren
durch störende
Anteile im Fördergut
charakteristische Änderungen,
aus denen ein Abschaltsignal abgeleitet werden kann. Der zeitliche
Verlauf dieser Signaländerungen
wird materialspezifisch durch das Fördergut geprägt, das
auf dem Fördermittel,
wie dem Förderband
durch das Spulensystem geführt
wird.
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Das Ausgangssignal von OP' dient als Eingangssignal
des Filters F, an das die Schwellwertschaltung SS angeschaltet ist,
der zur Bewertung bzw. Klassifizierung hinsichtlich von Änderungen
von Signalen am Ausgang von F, eine im Wert einstellbare Bezugsspannung
Usch zugeführt
wird, bei deren Überschreiten
das Erkennungssignal AS im Ausgang von SS auftritt (siehe 6).
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Die 8, 9 und 10 zeigen schematisch für bestimmte
Fälle gemessene – zu den 5 und 6 korrespondierende – Signalverläufe. In
jeder der drei Figuren ist der obere Kurvenzug Usg dem Ausgang von
SG und der untere Kurvenzug U⌀ dem
Ausgang von ⌀ zugeordnet.
Die 8 betrifft den Fall
des Stillstands eines fördergutfreien
Förderbandes.
Die beiden Signale (Usg und U⌀)
sind praktisch konstant, wenn man von dem gerätebedingten, überlagerten
Rauschsignal absieht. Die 9 betrifft
den Fall eines laufenden, fördergutfreien
Förderbandes.
Das im Ausgang von SG auftretende Signal Usg weist eine vom Förderband
verursachte geringfügige
Amplitudenschwankung auf. Das im Ausgang von ⌀ auftretende Signal U⌀ ist gegenüber dem
Fall nach der 8 praktisch
unverändert. Ähnliche,
geringfügige
Schwankungen treten auch dann auf, wenn sich Fördergut ohne störende Materialien
auf dem Förderband
befindet. Derartige Signalanteile werden häufig zusammenfassend auch als
Produktrauschen bezeichnet. Die 10 entspricht
dem Fall, dass sich unter neutralem Fördergut eine kleine Eisenkugel
von 1,2 mm Durchmesser befindet. Es zeigen sich deutliche Veränderungen
sowohl im Amplitudensignal Usg als auch im Phasensignal U⌀. Befände sich
unter einem an sich neutrale Fördergut
eine kleine Messingkugel von 2,0 mm Durchmesser, so würden sich
starke Veränderungen im
Amplitudensignal Usg und nur geringere Veränderungen im Phasensignal U⌀ zeigen.
Befände
sich unter dem neutralen Fördergut
eine aus VA-Stahl bestehende kleine Kugel von 2,5 mm Durchmesser,
so würden sich
deutliche Veränderungen
praktisch nur im Phasensignal U⌀ zeigen. Auch nichtmetallische
Materialien wie Zucker, Salz und eiweißhaltige Materialien produzieren
charakteristische Meßsignale,
wenn sie sich als Störung
unter einem im Material andersartigen Fördergut befinden.
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In der 11 ist
eine erste Ausführungsform
der Schaltung zur Blockierung der erwähnten Reset-Taste wiedergegeben.
Diese Schaltung geht von der Grundschaltung der 4 aus.
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Ein in den 1 und 4 nicht
näher dargestellte
Antriebsmotor M für
das Förderband
B ist über
einen Arbeitskontakt a1 eines Relais A mit einer Betriebsstrom-Versorgung
Un verbunden. Das Relais A ist über
den Ein-/Aus-Schalter
E/A und einen, im Ausgangszustand geschlossenen, Kontakt b1 eines
bistabilen Relais B mit den zwei Arbeitswicklungen B1 und B2 mit
der Betriebsstromquelle Ub verbunden. Die Arbeitswicklung B1 ist über einen
Ruhekontakt c1 eines Relais C und eine Reset-Taste RT mit der Betriebsstromquelle
Ub verbunden. Die Arbeitswicklung B2 wird aus SS mit dem Signal
AS – bei
dessen Auftreten – versorgt.
Die Arbeitswicklung des Relais C wird vom Verstärker V beziehungsweise dessen
Operationsverstärker
OP' und damit indirekt mit
dem Ausgangssignal Ks von K – beim
Auftreten von Ks – gespeist.
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Vor dem Anfahren der Anlage sind
der Kontakt b1 des Relais mit den Arbeitswicklungen B1 und B2 geschlossen
und der Kontakt a1 des Relais A geöffnet. Durch schliessen des
Ein-/Aus-Schalters E/A wird daher das Relais A erregt und schliesst
seinen Kontakt a1. Der Antriebsmotor M des Förderbandes B wird mit seinem
Betriebsstrom versorgt und läuft
an. Das Relais A wirkt also wie ein Schaltschütz für den Antriebsmotor M.
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Wird während des Fördergut-Transports im Fördergut
ein störender
Fördergutanteil,
beispielsweise ein Metallteil festgestellt, so erscheint am Ausgang
von SS das Auswerte- beziehungsweise Erkennungs-Signal AS, das der
Arbeitswicklung B2 zugeführt
wird. Das Relais mit den Arbeitswicklungen B1 und B2 wird dadurch
erregt und sein Kontakt b1 geht von der Ruhelage, in der er geschlossen
ist, in die Arbeitslage, in der er geöffnet ist. Damit wird die Speisung
des Relais A unterbunden, der Kontakt a1 öffnet und stellt den Antriebsmotor
M still.
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Wegen des bistabilen Verhaltens des
Relais B verharrt sein Kontakt b1 im geöffneten Zustand, auch wenn
wegen des Förderband-Stillstands
nach kurzer Zeit das Erkennungssignal AS wieder auf Null geht. Um die
Schaltung wieder in den Ausgangszustand bringen zu können, kann
mittels der Reset-Taste RT der Arbeitswicklung B1 des bistabilen
Relais B ein kurzer Spannungsimpuls zugeführt werden, der den Kontakt
b1 wieder in die ursprüngliche
Ruhelage zurückführt, in
der b1 geschlossen ist.
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Während
des Förderband-Stillstands
kann der auslösende
störende
Materialanteil, beispielsweise ein Metallteil aus dem Fördergut
entnommen werden. Dabei kann es aber vorkommen, dass ausser dem
entnommenen Materialanteil noch weitere störende Materialanteile im Fördergut
des der Überprüfung unterworfenen Fördergut-Abschnitts
enthalten sind. Wird in einem solchen Fall die Reset-Taste RT betätigt, so
würde das
Förderband
wieder anlaufen und diese Materialanteile zu den gefährdeten
Anlagenteilen bringen.
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Um dies zu unterbinden wird aus dem
Ausgangssignal des Komperators K das Signal Ks nicht nur zu dem
nachfolgenden Wechselspannungsverstärker (V, F), sondern zusätzlich über diesen
noch zu der Arbeitsspule des Relais C zugeführt. Tritt das Signal Ks auf,
so wird das Relais C erregt und öffnet
seinen Kontakt c1. Dadurch wird der Stromkreis aus B1, RT und Ub
aufgetrennt und die Erregung des Relais A bleibt auch bei Betätigung der
Reset-Taste RT unterbrochen. Der Kontakt a1 kann daher nicht geschlossen
werden. Der Antriebsmotor bleibt abgeschaltet.
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Es wird also von der Systematik des
Gesamtsystems Gebrauch gemacht, dass – vergl. die 5 und 6. – im Komparator
K wegen des ständigen
Anliegens der Signale aus SG und PV das Ausgangssignal Ks gerade
bei Auftreten eines zu entfernenden Materialanteiles auch bei einem
Förderband-Stillstand
vorhanden ist, während
das Signal AS wegen des Wechselstrom-Verstärkers V, F bei Förderband-Stillstand
abklingt. Das Signal AS setzt still und das Signal Ks blockiert
ein Wiederanfahren solange, als noch ein zu entfernender Materialanteil
im Prüfungsabschnitts
des Fördergut
vorhanden ist. Anstelle eines bistabilen Relais mit zwei Arbeitsspulen
kann in an sich bekannter Weise auch ein so genanntes polarisiertes
Relais ebenso angewendet werden wie eine entsprechende elektronische
Schaltung mit Halbleitern oder dergleichen.
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Eine weitere Ausführungsform macht von der Tatsache
Gebrauch, dass es in manchen Fällen
ausreichend sein kann, wenn die Blockierung der Reset-Taste RT nur
für einen
hinreichend langen Zeitraum aufrecht erhalten wird.
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Wie bereits erwähnt und in der Schaltung nach
der 4 vorgesehen, wird
unter anderem auch aus Gründen
der Minderung von unerwünschten
Rauschsignalen der Gleichstromanteil des Ausgangssignals von K dadurch
unterdrückt,
dass durch Einfügung
des Wechselspannungsverstärkers
(V, F) nur die Umhüllende des
Ausgangssignals Ks von K – vergl. 6 – zum Erkennungssignal AS verarbeitet
wird. Das eröffnet
eine weitere Möglichkeit
zur Unwirksamschaltung der Reset-Taste nur für eine begrenzte Zeitspanne.
Eine Ausführungsform
hierfür
wird nachstehen anhand der 12 schematisch
behandelt.
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Auch in diesen Fall ist, gleichartig
zur 11 der Arbeitskontakt
a1 eines an SS angeschlossenen Relais A in den Speisestromkreis
für den
Antriebsmotor M eingefügt.
Auch die übrige
Schaltung ist hinsichtlich des Ein-/Ausschalters gleichartig zur
der nach der 11 ausgebildet.
Das Relais B ist jedoch nur ein normales Relais mit einem Ruhekontakt
b1. Abweichend zur 11 ist
ein Relais D mit zwei Ruhekontakten d1 und d2 vorgesehen. Der Ruhekontakt
d1 des Relais D ist in Reihe mit der Reset-Taste RT geschaltet und
entspricht insoweit dem Kontakt c1 in der 11. Der Ruhekontakt d2 dient zur Steuerung
der Eingangsschaltung des Verstärkers
V. Dies geschieht, wie in der 13 als
Beispiel dargestellt, in der Weise, dass der Ruhekontakt d2 des
Relais D, der in Reihe mit dem Ableitwiderstand R3 des Operationsverstärkers OP' liegt, geöffnet wird. Damit
wird die Zeitkonstante der Eingangsschaltung des Operationsverstärkers sehr
gross und AS über
einen durch diese Zeitkonstante bestimmten Zeitraum wirksam. Dementsprechend
bleibt wegen der Erregung von D der Kontakt d1 geöffnet und
die Reset-Taste unwirksam geschaltet. Erst nach dem stark zeitverzögerten Abklingen
von AS auf einen unter den mit Usch (siehe 4 und 6)
bezeichneten Wert fällt
das Relais D ab und seine beiden Ruhekontakte d1 und d2 schliessen,
wodurch der Ausgangszustand wieder erreicht ist. Im Fall der Entfernung
aller aussonderungsbedürftigen
Materialanteile verschwindet das Erkennungssignal AS und die Gesamtschaltung arbeitet
wieder normal weiter.
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In der Praxis hat es sich wegen der
Leckströme,
vor allem im Eingang des Operationsverstärkers OP' als zweckmässig erwiesen, deren Einfluss
dadurch zu verringern, dass der Ruhekontakt d2 während der Blockierung intermittierend
kurzzeitig geschlossen wird. Dadurch wird der Kopplungskondensator
Ck zunächst teilweise
entladen, jedoch nach dem erneuten Öffnen von d2 wieder auf den
Ausganswert wieder aufgeladen. Der Eingang des Operationsverstärkers OP' wird dadurch auf
das Ausgangsniveau zurückgeführt. Ist
im Fördergut
des stillstehenden Förderbandes
noch ein störender,
beziehungsweise zu entfernender Materialanteil enthalten, so arbeitet
der Operationsverstärker
OP' wie vor dem
Schliessen von d2 und und hält
die Reset-Taste
RT über
das Relais D und dessen Kontakt d1 unwirksam. Für einen üblichen, d.h. nicht extrem
hochohmigen Kopplungskondensator Ck hat es sich bei einer Zeitdauer
der Erregung des Relais D von etwa 5 Minuten, wenn d2 etwa alle
5 Sekunden für
etwa 1 Millisekunde geschlossen wird. Das kann beispielsweise über einen
vom Signal AS einzuschaltenden astabilen Multivibrator mit entsprechendem
Puls/Pause-Verhältnis
geschehen, der einen ähnlich
wie d2 eingefügten Überbrückungsschalter
betätigt;
d2 kann entfallen kann. In der 13 ist
dies durch den gestrichelt eingezeichneten Baustein MV angedeutet.
Die 14 zeigt das zugehörige Schaltprogramm.
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Man gibt also, von der Schaltungssystematik
aus gesehen, auf diese Weise dem Verstärker V bei Auftreten eines
Erkennungssignals AS durch eine von AS gesteuerte Umschaltung wenigstens
nahezu das Verhalten eines Gleichspannungsverstärkers, indem seine untere Grenzfrequenz
auf einen extrem niedrigen Wert abgesenkt wird und lässt die
Gesamtschaltung durch Beseitigung des störenden Fördergutanteils in den Ausgangszustand
zurückkehren.
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Bei den Ausführungsbeispielen nach den 11 bis 14 erfolgt die Verarbeitung der Signale
mittels sogenannter analog arbeitender Baugruppen. Wandelt man diese
Signale vor ihrer Verarbeitung in der Auswerteschaltung durch Analog/Digital-Wandler
in Digital-Signale um, so kann die Verarbeitung auf digitaler Basis durchgeführt werden.
Die entsprechenden Bausteine beziehungsweise Baugruppen, wie ein
Komparator, ein Verstärker,
ein Filter oder eine Schwellwertschaltung sind im Handel als sogenannte
IC's bekannt und
erhältlich.
In den Ausführungsbeispielen
sind handelsübliche
Relais für
die einzelnen Schaltfunktionen vorgesehen. Diese Relais können auch
durch entsprechende, handelsübliche
Halbleiterschaltungen oder integrierte Schaltungen ersetzt werden.
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Bei einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung wird ebenfalls davon Gebrauch gemacht, dass bei einem
Stillstand der Förderbandes
die jeweils zu diesem Zeitpunkt am Ausgang von SG und ⌀ gerade
auftretenden Signalwerte in den Übertragungswegen
AZ und PZ solange weiter bestehen bleiben, bis der entsprechende,
auslösende
Materialanteil entfernt ist. Speichert man also wenigstens einen
charakteristischen Signalwert vor dem Auftreten eines störenden Materialanteils
ab und vergleicht diesen mit dem beim Auftreten eines störenden Materialanteils,
also mit dem beim damit eintretenden Förderband-Stillstand gegebenen
charakteristischen Signalwert, so ergibt sich ein von Null verschiedener
Vergleichswert. Ist der Vergleichswert von Null verschieden, so
wird die Reset-Taste unwirksam geschaltet. Dieser Vergleichswert
wird praktisch dann wieder vernachlässigbar gering oder zu Null,
wenn der störende
Materialanteil vom Förderband
genommen bzw. aus dem Erfassungsbereich des Spulensystem entfernt
ist. Die Reset-Taste
wird dann wieder freigegeben. Dieser Sachverhalt dient somit zur
zeitweisen Unwirksamschaltung der Reset-Taste. Eine hiervon Gebrauch
machende weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist in der 15 schematisch
in Form eines Blockschaltbildes dargestellt.
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Bei dieser Schaltung entsprechen
die Übertragungswege
von AZ und PZ nach AS denen nach der 4.
Vom Ausgang von SG und ⌀ werden
die Signale in Form von Amplitudenproben über Sampler, die mit dem Samplingtaktsignal
ST von einer Takt- bzw. Steuer-Signalzentrale TZ gesteuert werden,
fortlaufend abgenommen und in je einen Speicher, bei dem Ausführungsbeispiel
Schieberegister SR1 bzw. SR2 zugeführt, die über einen Einlesetakt ET und
einen Fortschalte-Taktsignal FT ebenfalls von der Taktzentrale TZ
gesteuert werden.
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Die Abtastrate bestimmt sich aus
der Fördergeschwindigkeit
der Transportvorrichtung und aus dem geometrischen Erfassungsbereich
des Spulensystems. Sie muß so
hoch sein, dass vor dem Förderband-Stillstand
wenigstens noch ein für
den Transport von Fördergut
ohne störenden
Beimengungen charakteristischer Abtastwert erfasst wurde. Die Fördergeschwindigkeit
solcher An lagen liegt meist unter 1 Meter/Sekunde, beispielsweise
bei etwa 0,3 Meter/Sekunde. Bei diesen Werten und einem etwa 0,15
Meter über
das Spulensystem hinausgehenden Erfassungsbereich, genügt in der
Regel ein zeitlicher Abtastproben-Abstand von etwa 10 Millisekunden
bis zu einigen Hundert Millisekunden (Samplingfrequenz zwischen
etwa 100 Hz und wenigen Hz). In der 10 sind
gestrichelt auf der Zeitachse t entsprechende Abtastzeitpunkte gestrichelt
kenntlich gemacht.
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Die Schieberegister SR1 und SR2 haben
beim Ausführungsbeispiel
in Schieberichtung jeweils mehrere Ausgänge, an denen somit zeitlich
nacheinander abgespeicherte Amplitudenproben verfügbar sind.
Das Auslesen der Schieberegister wird mittels eines Auslese-Signals
Asg ebenfalls von der Taktzentrale TZ gesteuert und erfolgt als
Dauersignal – bei
gleichzeitiger Unterbrechung bzw. Stillsetzung von ET und FT – wenn ein
Signal AS im Ausgang von SS auftritt. Dies ist durch eine gestrichelt
eingezeichnete Verbindung angedeutet. Das ausgelesene Signal von
SR1 wird mit dem Ausgangssignal von SG in einem, als Vergleicher
bzw Komparator dienenden Subtrahierer Subtr1 verglichen. Das ausgelesene
Signal von SR2 wird mit dem Ausgangssignal von ⌀ in einem weiteren, ebenfalls
als Vergleicher dienenden Subtrahierer Subtr2 verglichen. Die Ausgangssignale
beider Vergleicher werden einer Verknüpfungsschaltung, im vorliegenden
Fall einem einem ODER-Baustein OR zugeführt, der immer dann ein Ausgangssignal
abgibt, wenn zumindest eines der Vergleicher-Ausgangssignale einen
Wert hat, der auf einem störenden
Materialanteil im stillstehenden Fördergutstrom beruht.
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Die dargestellte Verwendung von Subtrahierern
bringt als zusätzlichen
Vorteil, dass gegebenenfalls auftretende Drifterscheinungen im Operationsverstärker OP
für den
Vergleich weitgehend irrelevant werden, da sie sowohl die abgespeicherten
Werte als auch die unmittelbar für
den Vergleich entnommenen Werte weitgehend gleich beeinflussen und
sich dadurch gegenseitig aufheben.
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Das Ausgangssignal des ODER-Bausteins
dient dann beispielsweise zur Speisung und damit der Steuerung des
Relais C in der
11 (anstelle
des Signals KS) oder des Relais D in der
12 (anstelle des Signals AS). Die Wahrheitstabelle
für die
ODER-Schaltung OR ist bei diesem Ausführungsbeispiel wie folgt:
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Die Verknüpfungs- bzw. Logik-Schaltung
entspricht damit einer Logikschaltung, wie sie in dem im Verlag
Vogel erschienene Buch "Digitaltechnik" von Beuth, 10. Auflage,
auf Seite 51 in Bild 4 gezeigt und erläutert ist.
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Beim Ausführungsbeispiel nach der 15 hat jedes der Schieberegister
mehrere Signalausgänge. An
sich ist es für
die Signalauswertung ausreichend, wenn für den Vergleich nur ein vorausgehender
Abtastwert mit dem beim Förderband-Stillstand
auftretenden Abtastwert verwendet wird. Werden aber mehrere, dem Förderband-Stillstand
vorausgehende abgespeicherte Werte zusammengefasst und für den Vergleich
daraus einen Mittelwert gebildet, so vermindert dies den Einfluss
sowohl von durch das Förderband
als auch durch das Fördergut
verursachten Schwankungen (9).
Eine solche Mittelwertbildung ist beispielsweise mittels Addition
der analogen Ausgangssignale des einzelnen Speichers und anschliessende
Teilung auf den gewünschten
Wert mittels eines Spannungsteiler möglich. Ein Weg hierfür besteht
darin, dass man die Ausgänge des
jeweiligen Speichers hochohmig macht und sozusagen mit eingeprägten Strom
auf einen gemeinsamen Arbeitswiderstand mit gegenüber den
Ausgängen
niedrigem Widerstandswert arbeiten läßt. Die Summe der Einzelströme bestimmt
dann den Wert der am Arbeitswiderstand abfallenden Spannung, die
entsprechend der Anzahl der Einspeisungen durch einen Teilabgriff
am Arbeitswiderstand für
die weitere Verarbeitung zu teilen ist.
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Bei der später noch behandelten digitalen
Signalverarbeitung ist die Mittelwertbildung noch einfacher, da
dann die Digitalwerte in den Speicherausgängen lediglich digital zu addieren
und der sich daraus ergebende Digitalwert entsprechend digital zu
teilen ist.
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Durch eine Schwellwertschaltung,
die vernachlässigbare,
geringe Signalwerte unterdrückt
ist eine weitere Verbesserung erreichbar. Dies ist vor allem dann
von Interesse, wenn das Grundrauschen bez. das Produktrauschen im
Bereich des störenden
Materialanteils etwas verschieden von den entsprechenden, vorausgehend
abgespeicherten Werten ist.
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Eine entsprechende Schwellwert-Bewertung
kann auch bereits in den Ausgängen
der Subtrahierer Subtr1 beziehungsweise Subtr2 vorgenommen werden.
Der Einfluss der in der Regel unvermeidbaren, aber an sich nicht
störenden
Unregelmässigkeiten
im Produktstrom lässt
sich dadurch weitgehend eliminieren.
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Auch beim Ausführungsbeispiel nach der 15, erfolgt wie bei den
Ausführungsbeispielen
nach den 11 und 12 die gesamte Auswertung
analog. Die Speicher SR1 und SR2 sind dann demzufolge Analogwertspeicher,
zum Beispiel in Form der bekannten CCD-Bausteine oder eines magnetischen
Aufzeichnungsträgers.
Eine Digital-Ausführung
empfiehlt sich jedoch auch in diesem Fall, da die hierfür erforderlichen
Steuersignale aus der Taktzentrale TZ verfügbar sind. Auch in diesem Fall
sind die Signale Usg des Schaltungsweges von AZ und ⌀ des Schaltungsweges
von PZ mit zwischengeschalteten A/D-Wandlern in entsprechende Digital-Signale
umzusetzen. Die Schieberegister SR1 und SR2 sowie die Vergleicher
(Subtr1, Subtr2) sind dann übliche
Digital-Bausteine. Für
die Auswertung mittels einer Schaltung zur Reset-Tasten-Blockierung
nach der 15 in Digital-Ausführung genügt in der
Regel ein 4-Bit-Code (16 Amplitudenwerte) oder ein 8-Bit-Code (256
Amplitudenwerte), je nach der im Einzelfall notwendigen Amplitudenauflösung. Die
erforderlichen, den Analog-Baugruppen entsprechenden Digital-Baugruppen
wie Filter, Subtrahierer, Komparator, Verstärker, Relais, Schwellwertschaltung
usw. sind als handelsübliche
IC's bekannt, so
dass sich hier eine detaillierte Beschreibung erübrigt.
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Anzumerken ist ferner, dass bei festzustellenden,
störenden
Materialien die im wesentlichen nur Amplitudenänderungen oder nur Phasenänderungen
auslösen,
in einer Schaltung nach der 15 der
nicht benötigte
Auswerteteil gegebenenfalls auch abgeschaltet werden oder auch entfallen
kann. Bei praktisch ausschliesslicher Amplitudenänderung kann der Phasenzweig-Abschnitt mit SR2,
Subtr2 und evtl. OR und bei praktisch ausschliesslicher Phasenänderung
der Amplitudenzweig mit SR1, Subtrahierer 1 und evtl. OR entfallen.
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Ferner kann es bei allen Ausführungsbeispielen,
gerade auch bei Anwendung von Relais zweckmässig sein, eine Verstärkung der
für die
Blockierung ab gezweigten Signalanteilen vor allem des Signals KS
vorzusehen. Bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen wurden aus
Gründen
der Übersichtlichkeit
entsprechende Verstärker
nicht eingezeichnet. Es besteht diesbezüglich ein Zusammenhang mit
den Absolutwerten der Signalwerte Usg, U⌀ und Ks. Liegen diese beispielsweise
in der Größenordnung
von einem Volt und mehr und betragen die auf störenden Materialanteilen Amplitudenänderungen
dieser Signale nur einige Millivolt, heben sie sich diese im Subtrahierer
bis auf die Änderungswerte
weitgehend gegenseitig auf. Es empfiehlt sich damit für diesen
Fall eine Verstärkung
der Änderungswerte
jeweils erst nach dem Subtrahierer vorzunehmen. Im Fall einer digitalen
Verarbeitung ist dann eine relativ hohe Auflösung bei der Digitalisierung
zweckmässig.
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Ein weiterer Weg, der ebenfalls auch
bei digitaler Signalverarbeitung von Vorteil ist, weil er geringere Anforderungen
an die Auflösung
bei der Digitalisierung stellt besteht in folgendem Schaltungskniff.
Die Signale Usg und U⌀ werden
jeweils über
eine Schwellwertschaltung geführt,
die nur über
einem Mindestwert liegende Signale passieren lässt. Dieser Mindest-wert wird
vorzugsweise nur knapp unterhalb des tiefsten möglichen Absolutwertes gewählt. Man
vermindert auf diese Weise den in den Signalen Usg, U⌀ und Ks
enthaltenen Gleichspannungsanteil auf ein dem jeweiligen Fall angepassten
Wert. Sinngemäß gilt dies
auch für
das Signal Ks bei den vorherigen Ausführungsbeispielen. Derartige
Schwellwertschaltungen sind beispielsweise in dem Buch "Theorie und Technik
der Pulsmodulation" von
Hölzler/Holzwarth,
erschienen 1957 im Springer-Verlag, auf den Seiten 194 bis 196 ff.
im Prinzip dargestellt und beschrieben. In der 16 ist die Wirkung der erwähnten Schwellwertschaltung
demonstriert. In dem linken Diagramm ist der Ausgangszustand dargestellt.
Der Absolutwert ist infolge eines relativ hohen Gleichspannungsanteils
relativ hoch und die Amplituden-Änderungen bzw.
-Schwankungen sind nur ein Bruchteil des Absolutwertes. Reduziert
man den hohen Gleichspannungsanteil mittels der erwähnten Schwellwertschaltung
so ergibt sich ein Signal, wie es im mittleren Diagramm der 16 gezeigt ist. Die Amplituden-Änderungen
bzw. -Schwankungen sind wesentlich gegenüber dem linken Diagramm angehoben.
Sie sind daher wesentlich leichter auswertbar. Verstärkt man
das Signal, das im mittleren Diagramm wiedergegeben ist und führt das
verstärkte
Signal einer weiteren Schwellwertschaltung in der erwähnten Weise
zu, so sind die Amplituden-Änderungen
bzw. -Schwankungen, wie aus dem rechten Diagramm ersichtlich, noch
leichter auswertbar.