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Vorrichtung zur Feststellung der Anwesenheit von Gegenständen mit
magnetischen oder elektrisch leitenden Eigenschaften Die Erfindung bezieht sich
auf eine elektromagnetisch arbeitende Vorrichtung zur Feststellung der Anwesenheit
eines Gegenstandes, der mindestens teilweise magnetische Eigenschaften oder elektrisch
leitende Eigenschaften besitzt, auf einem Fließband.
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Für eine Fließbandproduktion wird seit langem angestrebt, so viel
Funktionen wie möglich automatisch zu steuern. Zu diesen Funktionen gehört auch
die Zuförderung von Einzelteilen einer Vorrichtung zu einem Grundelement oder der
Transport eines Bearbeitungsteiles zu verschiedenen Stationen einer Fertigungsstraße.
Da aber die dabei auftretenden Bewegungen in den meisten Fällen nicht kontinuierlich
sind, sondern absatzweise in Zwischenräumen stattfinden, muß eine für diesen Zweck
geeignete Steuerung der Fließbandfördermittel in der Lage sein, die Anwesenheit
eines Gegenstandes an einer bestimmten Station abzutasten und einen Gegenstand nur
dann zu einer Station durchzulassen, wenn der vorhergehende Gegenstand die betreffende
Station verlassen hat, weil sonst die Gefahr einer Verstopfung des Fließbandes entsteht.
In ähnlicher Weise ist eine Steuerung der Fördermittel notwendig, um zu verhindern,
daß ein Bauteil zur nächsten Station abgegeben wird, bevor es für eine Weiterbewegung
bereit ist.
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Unter den zahlreichen mechanisch, photoelektrisch oder elektromagnetisch
arbeitenden Einrichtungen zur Feststellung der Anwesenheit eines Gegenstandes auf
einem Fließband haben sich die elektromagnetisch arbeitenden Einrichtungen, die
häufig auch als »elektromagnetische Detektoren« bezeichnet werden, besonders bewährt,
weil sie einerseits eine direkte Berührung der Gegenstände vermeiden und weil sie
andererseits robust und zuverlässig genug auch für einen Dauerbetrieb an Fertigungsstraßen
sind. Diese elektromechanischen Detektoren nutzen die Tatsache aus, daß die Gegenstände,
die sich auf einem Fließband befinden, fast ausschließlich aus magnetisierbarem
oder elektrisch leitendem Material hergestellt sind oder zumindest vorübergehend
mit einer geeigneten metallischen Anordnung versehen werden können.
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Es ist für elektromechanisch arbeitende Vorrichtungen zur Feststellung
der Anwesenheit eines wenigstens zum Teil magnetischen oder elektrisch leitenden
Gegenstandes an einer bestimmten Station eines Fließbandes bereits bekannt, in einer
Brückenschaltung liegende Induktionsspulen zu verwenden, die auf zwei magnetisch
voneinander getrennte Kerne gewickelt sind und die so zueinander und zu den Gegenständen
angeordnet sind, daß nur das aus den
Polen des einen Kernes austretende Magnetfeld
von den zu bestimmenden Gegenständen geändert wird und durch Beeinflussung der Induktivität
der zugeordneten Spulen eine Änderung der Brückeneinstellung und damit die Erzeugung
eines Steuersignals veranlaßt. Derartig arbeitende Vorrichtungen sind an sich für
die Fließbandsteuerung sehr geeignet, sie besitzen jedoch den Nachteil, daß das
zwischen den entgegengesetzten Polen des wirksamen Kernes stehende Magnetfeld auf
das vorübergleitende Material Anziehungskräfte ausübt, die insbesondere bei längerem
Betrieb zu Fehlanzeigen infolge von Ansammlungen von Spänen, losen Schrauben u.
dgl. an den Polen Anlaß geben.
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Mit der Erfindung soll dieser Nachteil dadurch vermieden werden,
daß die beiden auf den Schenkein eines Kernes angeordneten Spulen so gewickelt und
miteinander verbunden sind, daß an den beiden Polschuhen jedes Kernes Pole gleicher
magnetischer Polarität entstehen. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß in bei
Vorrichtungen dieser Art bekannter Weise der eine der beiden Kerne diejenigen Spulen
trägt, die ein Paar gegenüberliegender Arme der Brückenschaltung bilden, und der
andere Kern diejenigen Spulen, die das andere gegenüberliegende Paar der Brücke
bilden. Zweckmäßig besitzt jeder
der Kerne eine U-Form, auf deren
Schenkel die Spulen gewickelt sind.
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Durch eine derartige magnetische Gegen einanderschaltung zweier auf
einen Kern gewickelter Spulen gelingt es, die nachteiligen Anziehungskräfte auf
das vorübergleitende Material wesentlich zu vermeiden und damit die der Brückenschaltung
der Induktionsspulen anhaftenden Vorteile voll zur Entfaltung zu bringen. Darüber
hinaus ergibt sich sogar noch eine zusätzliche Erhöhung der Anzeigeempfindlichkeit,
weil durch die magnetische Gegeneinanderschaltung der Spulen kleinere wirksame Induktivitäten
erhalten werden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend an Hand der
Zeichnungen in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Dabei stellt dar Fig.
1 schematisch die Anbringung der erfindungsgemäßen Detektoreinrichtung an einem
Fließband, Fig. 2 das elektrische Schaltdiagramm der Detektoreinrichtung und Fig.
3 die räumliche Anordnung der in der Detektoreinrichtung enthaltenen Induktionsspulen.
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Die Steuerung eines Fließbandes durch eine Detektoreinrichtung zur
Feststellung der Anwesenheit eines Gegenstandes, der auf dem Fließband transportiert
wird und magnetische oder elektrisch leitende Eigenschaften besitzt, ist schematisch
in Fig. 1 erläutert. Das Fließband 10 enthält einen Motor 12, der das Antriebsmittel
für den Transport eines Gegenstandes 15 zwischen einzelnen Stationen des Fließbandes
darstellt. Die mit 16 und 17 bezeichneten Stellen geben zwei solcher Stationen des
Fließbandes wieder, zwischen denen Gegenstände 15 transportiert werden sollen. Die
Detektoreinrichtung 20, die von einem Trägerteil 21 getragen wird, befindet sich
bei der Station 17. Sie spricht in einer bestimmten Art an, wenn sich ein Gegenstand
15 in der Station 17 befindet, und sie liefert eine andere Art einer Anzeige, wenn
in dieser Station kein Gegenstand vorhanden ist. Durch die Detektoreinrichtung 20
wird ein Relais 22 gesteuert, das normalerweise getrennt von dem Fließband angeordnet
ist und das seinerseits den Motor 12 steuert. Dadurch läßt sich erreichen, daß ein
Gegenstand 15 nur dann zwischen den Stationen weiterbewegt wird, wenn vorgegebene
Bedingungen vorliegen, In Fig. 1 sind das Relais 22 und der Motor 12 als elektrische
Einrichtungen gezeigt. Gmndsätzlich kann aber das Relais ein elektrisches Schaltrelais
oder ein elektropneumatisches oder hydraulisches Steuerventil sein und einen elektrischen,
pneumatischen bzw. hydraulischen Motor steuern. Weiterhin zeigt Fig. 1 nur zwei
Stationen 16 und 17 und einen einfachen Satz zugehöriger Detektor- und Steuereislrichtungen,
aber es kann durchaus auch eine größere AnzahI von Stationen und eine MehrzahI von
Detektor- und Steuereinrichtungen zur Steuerung der Fließbandmotore vorhanden sein.
Dabei sind zweckmäßig die Relais 22 und die Antriebsmotore 1 über die Länge des
Fließbandes miteinander verbunden, so daß sie die verschiedenen Operationen bei
der Weiterbewegung eines Gegenstandes auf dem Fließband ausführen können. Derartige
Einzelheiten sind in Fig. 1 nicht mehr gezeigt, da sie nicht zur Erfindung gehören.
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Fig. 2 gibt das Schaltdiagramm der Detektoreinrichtung 20 wieder.
Es sind vier Induktionsspulen 31 bis 34 in einer Bliickenschaltung zusammengeschal-
tet.
An die Ausgangs diagonalen der Brückenschaltung ist ein Vollweggleichrichter 36
angeschlossen. Über Leiter 37 sind die Eingangsdiagonalen der Brückenschaltung mit
einem Teil der (mehrfach abgegriffenen) Sekundärwicklung 40 eines Speisetransformators
41 verbunden, dessen Primärwicklung 42 an einer Wechselstromquelle 44 liegt. Der
Transformator 41 speist die Brückenschaltung mit dem zwischen einer Zwischenanzapfung
47 und dem einen Endabgriff liegenden Teil der Sekundärwicklung 40.
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Der Ausgang des Vollweggleichrichters 36 ist in Serie mit den beiden
Steuerwicklungen 50 zweier Drosselspulenkerne 52 geschaltet, die eine erste Verstärkerstufe
51 bilden. Die Anodenwicklungen 53 der DrosselspuIenkerne sind an ihren einen Enden
über Halbweggleichrichter 55 mit einem gemeinsamen Punkt 56 verbunden. Die anderen
Enden der Wicklungen 53 sind an die Anzapfung 47 und eine weitere Zwischenanzapfung
57 der Sekundärwicklung 40 angeschlossen. Diese Anordnung stellt die bekannte selbstsättigende
Magnetverstärkerschaltung dar.
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Die Mittelanzapfung 59 der Sekundärwicklung 40 ist über einen Leiter
60 mit zwei weiteren, in Serie geschalteten Steuerwicklungen 65 und mit dem gemeinsamen
Punkt 56 verbunden, so daß ein üblicher Belastungskreis für die erste Verstärkerstufe
oder eine Vorverstärkerstufe entsteht. Die Steuerwicklunden 65 befinden sich auf
einem zweiten Paar von Drosselspulenkernen 65, die eine zweite Magnetverstärkerstufe
69 bilden. Die Anodenwicklungen 67 dieser Kerne sind an ihren einen Enden mit den
Endabgriffe der Sekundärwicklung 40 verbunden, so daß sie mit einem höheren Energiepegel
gespeist werden können. Die anderen Enden der Wicklungen 67 sind über Gleichrichter
68, die entgegengesetzt zueinander geschaltet sind, an einen gemeinsamen Punkt 70
gelegt. Der Ausgangskreis der zweiten Verstärkerstufe 69 enthält den gemeinsamen
Punkt 70 und eine Spule 80, die zum Relais 22 gehört und die über den Leiter 60
wieder mit der Mittelanzapfung 59 der Sekundärwicklung 40 verbunden ist. Dadurch
entsteht ein üblicher Rückkreis oder Belastungskreis für die zweite Verstärkerstufe,
die ebenfalls von selbstsättigender Art ist. Die Spule 80 betätigt das Relais 22,
das schließlich die Schalt- oder Steuerfunktion in Abhängigkeit vom Brückengleichgewicht
des Detektors durchführt.
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Es ist in Fig. Z aus Gründen besserer tJbersichtlichkeit keine besondere
Kernform für die Drosselspulen gezeigt, die die erste und die zweite Verstärkerstufe
bilden, und es möge darauf hingewiesen werden, daß verschiedene Kerntypen verwendet
werden können. Beispielsweise kann jede Hälfte eines jeden Verstärkers auf einen
zusammenhängenden Kern gesetzt werden, der eine rechteckige oder toroidale Form
hat, wobei die beiden Hälften eines jeden Verstärkers magnetisch voneinander getrennt
und unterschiedlich angeordnet sind. Es können aber auch andere Kernformen verwendet
werden, wie beispielweise dreiarmige Kerne mit einem gemeinsamen Rückführungsweg,
wobei in üblicher Weise nur eine einzige Steuerwickfung verwendet wird.
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Auch die Kernform und Wicklungsanordnung der Induktionsspule 31 bis
34 ist der Übersicht halber in Fig. 2 weggelassen, geht jedoch aus Fig. 3 hervor.
Ye zwei diagonal gegenüberliegende Spulenpaare 31 und 34 bzw. 32 und 33 sind auf
einem gemeinsamen U-Kern 82 bzw. 83 angeordnet. Dabei sind die Spulen
31
und 34 auf dem Kern 82 und entsprechend die Spulen 32 und 33 auf dem Kern 83 so
gewickelt und angeschlossen, daß der Stromfluß in den beiden Schenkeln eines jeden
Kernes Ftußlinien 85 erzeugt, die entgegengesetzt gerichtet sind und die z. B. bei
beiden Schenkeln der U-Kerne aus den Polflächen heraustreten. Der Kern 82 ist auf
dem Trägerteil 21 in solcher Weise befestigt, daß in der Betriebsstellung seine
Polflächen der Fläche zugewandt oder ausgesetzt sind, über die sich die festzustellenden
Gegenstände 15 bewegen. Der ebenfalls auf dem Trägerteil 21 befestigte Kern 83 ist
senkrecht zum Kern 82 angeordnet, so daß seine Polflächen in einer Ebene senkrecht
zur Ebene der Polflächen des Kerns 82 stehen. Der Kern 83 liegt auch unterhalb des
Kernes 82, so daß die Gegenstände 15 nicht auf den in dem Kern 83 erzeugten Fluß
einwirken können. Die Kerne 82 und 83 können jedoch auch so angeordnet sein, daß
sich ihre Schenkel in entgegengesetzter Richtung erstrecken.
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Wenn die festzustellenden Gegenstände 15 magnetische Eigenschaften
besitzen, wird, sobald sich ein solcher Gegenstand in der Nähe der Polflächen des
Kerns 82 befindet, der Luftspalt in dem Eisenkreis dieses Kerns und damit auch die
Induktanz der Spulen 31 und 34 geändert. Dadurch wird das Gleichgewicht der Brückenschaltung
gestört, denn der Kern 83 wird durch die Anwesenheit der magnetischen Gegenstände
in der Nähe der Polflächen des Kerns 82 nicht beeinflußt, so daß die Induktanz der
auf diesem Kern gewickelten Spulen 32 und 33 unverändert bleibt. Befindet sich in
der Nähe der Polflächen des Kerns 82 kein Gegenstand 15, ist die Induktanz aller
Spulen gleich, und die Brücke ist im Gleichgewicht. Im übrigen ist der Kern 83 unterhalb
des Kerns 82 so angeordnet, daß er durch Werkzeuge oder andere bewegliche Gegenstände,
die unbeabsichtigt in die Nähe der Detektoreinrichtung gebracht werden, unbeeinflußt
bleibt, so daß durch solche Gegenstände kein versehentlicher Schaltvorgang ausgelöst
wird.
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Wenn die festzustellenden Gegenstände vollständig oder zum Teil aus
einem elektrisch leitenden Material bestehen, das nicht magnetisch ist, kann die
gleiche Vorrichtung verwendet werden. Die Anwesenheit eines elektrisch leitenden
Materials liefert einen elektrischen Kreis, der von dem Fluß aus dem Kern 82 geschnitten
wird. Dadurch werden in dem elektrisch leitenden Material Wirbelströme erzeugt,
die ihr eigenes Magnetfeld erzeugen. Dieses sekundäre Feld wirkt in der bereits
beschriebenen Weise auf das Gleichgewicht der Brücke ein, da der abgelegene Kern
83 von der Anwesenheit des Gegenstandes wiederum unberührt bleibt.
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Im Betrieb ist die Detektorbrücke normalerweise dann abgeglichen.
wenn sich kein Gegenstand aus magnetischem oder elektrisch leitendem Material in
der Nähe der Polflächen des Kerns 82 befindet. Sobald ein Gegenstand über die Pole
dieses Kerns geleitet und damit das Brückengleichgewicht gestört wird, liefert die
Brücke eine Ausgangsspannung an den Vollweggleichrichter 36. Die erste Verstärkerstufe
des magnetischen Verstärkers, der von der Brücke gesteuert wird, ist ein Vorverstärkungsabschnitt
und ist normalerweise selbstsättigend. Wenn von dem Vollweggleichrichter ein Ausgang
geliefert wird schaltet dieser die erste Verstärkerstufe ab. Dadurch wird die zweite
Verstärkerstufe gesättigt, da
deren Steuerwicklungen 65 normalerweise ihren Strom
von der gesättigten Vorverstärkerstufe erhalten. Durch die Sättigung der zweiten
Stufe des Verstärkers wird ein Ausgangsstrom von den Wicklungen 67 abgegeben, der
die Relaisspule 80 speist.
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Sobald der Gegenstand sich wieder von den Polen des Kernes 82 wegbewegt,
kann die erste Vorverstärkerstufe sich wieder selbst sättigen und damit die zweite
Stufe in der Sättigung herabdrücken, so daß das damit verbundene Relais stromlos
wird.
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Der beschriebene Vollweg - Zweistufenverstärker kann durch zweckmäßige
Justierung seiner elektrischen Eigenschaften die Schalt- und Sperrtätigkeit in sehr
vorteilhafter Weise ausführen. Diese vorteilhafte Betriebsweise ergibt sich bei
Verwendung eines Transformators von normaler bis schlechter Transformatorregelung
und bei richtig für eine Vollwegoperation gepolten Spulen durch einen zweiten harmonischen
Effekt in den Steuerwicklungen des Verstärkers in Verbindung mit einer schlechten
Regelung in dem Transformator. Wenn die erste Stufe durch die Steuerspannung in
den Steuerwicklungen vollständig abgeschaltet ist und die zweite Stufe wirksam zu
werden beginnt, findet infolge einer Zunahme des Lastspannungsabfalls eine Abnahme
des Spannungsabfalls über den Anodenwicklungen der zweiten Stufe statt, wodurch
sich die den Steuerwicklungen der zweiten Stufe zurückgelieferte Spannung verringert
und der Sperrvorgang beschleunigt. Diese vorteilhafte Betriebsweise ist zwar zur
Vermeidung eines Flatterns der Armaturen in der Stromsteuerung des Motors sehr wünschenswert,
jedoch keineswegs für die Durchführung der Erfindung erforderlich. Die Erfindung
läßt sich vielmehr auch zusammen mit üblichen Verstärkern des Proportionalitätstyps
ohne weiteres verwenden.