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Anordnung zur Sortierung von metallischen Blechen oder Scheiben Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zur Sortierung von metallischen Blechen oder Scheiben,
aufgrund ihrer verschzF denen elektrischen und magnetischen Eigenschaften, wobei
diese Unterschiede durch eine unterschiedliche Zusammensetzung des Werkstoffs und/oder
durch die äußere Form der Bleche oder Scheiben hervorgerufen werden können.
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Sine solche Anordnung, die für die verschiedensten Werkstoffe und
Größen der Bleche und Scheiben geeignet ist und die Sortierung schnell und ohne
Fehler mit großem Unterscheidungsvermögen vornimmt, ist auf dem Markt nicht erhältlich,
obwohl insbesondere das Problem der Sortierung von Münzen in Warenverkaufs- und
Spielautomaten von großer wirtschaftlicher Bedeutung ist. Immer wieder lassen die
Münzprüfer solcher Automaten außer den Münzen der gültigen Landeswährung ausländische
Münzen geringeren Werts oder Blechscheiben- oder -stücke passieren.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zur Sortierung
von metallischen-Blechen oder Scheiben su schaffen, deren Unterscheidungsyermögen
größer ist als das der benutzten Anordnungen und die so ausfallsicher aufgebaut
ist, daß sie zum Beispiel in Verkaufs- oder Spielautomaten eingebaut werden kann.
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Die Aufgabe wird durch eine Anordnung gelöst, die gekennzeichnet ist-durch
eine auf einem Kern aus ferromagnetischem Verkstoff-aufgebrachte Sortierspule, wobei
der Kern mit einem 1iuftspaltzur Aufnahme einer Probe in Form eines Bleches oder
einer Scheibe versehen ist, durch einen RC-Integrierkreis zur relativen Identifizierung
der ProbeVüber einen in der SpuleXdurch eine definierte Änderung eines Primärstroms
induzierten Sekundärimpuls, durch einen Diskriminator zur absoluten Identifizierung
der Probe und eine elektrisch betätigbare Vorrichtung zur Anzeige des Sortierergebnisses
bzw. zur Annahme oder Zurückweisung der Probe.
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Der Primärstrom, dessen Änderung in der Sortierspule einen Impuls
induziert, kann durch die Sortierspule selbst fließen. Vorzugsweise fließt er aber
durch eine zweite Spule, die ebenfalls auf den Kern aufgebracht ist. Dieser Aufbau
weist die Eigenschaften- eines Transformatora auf.
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Die Bestandteile der Anordnung, die die definierte Änderung des Primärstroms
bestimmen sind von den Identifizierungsbauteilen galvanisch getrennt; außerdem ist
bei geeigneter Auslegung des Meßübertragers ein induzierter Impuls mit~
einer
großen Amplitude erreichbar.
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Die bei leerem Luftspalt und bei eingebrachten Proben induzierten
Impulse unterscheiden sich, auch wenn die Impulse durch dieselbe definierte Primärstromänderung
verursacht werden.
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Die Veränderung des induzierten Impulses ist über entsprechend dimensionierte
RC-Glieder im Integrationskreis zur relativen Identifizierung der Probe durch Integration
des Impulses benutzbar. Die Veränderung des Impulses bei in den Luftspalt eingebrachter
Probe im Vergleich zum induzierten Impuls bei leerem'iuftspalt ist dadurch zu erklären,
daß das dynamische Verhalten des elektro-magnetischen Systems nach Einführen der
Probe aufgrund von Leitfähigkeit und Permeabilität der Probe beeinflußbar ist. Die
zu beeinflussenden Größen sind die Abmessungen der Probe (bei der Münze Dicker Durchmesser
und Prägetiefe), die spezielle Leitfähigkeit und die relative Permeabilität. Die
Abmessungen und die spezielle Leitfähigkeit beeinflussen den Energieverlust durch
die in der Probe induzierten Wirbelströme, und die Abmessungen und die magnetischen
Eigenschaften bestimmen den Blindwiderstand der Spule.
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Die für den Sortiervorgang erforderliche definierte Änderung
des
Primärstroms in der Sortierspule oder in der zweiten auf den mit einem Luftspalt
versehenen Kern aufgebrachten Spule kann auf verschiedene Weisen bewirkt werden.
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Bei der einen Ausführungsform schließt ein Schalter, der vorzugsweise
ein Transistorschalter ist, die Spule nur für eine bestimmte konstante Zeit an die
Spannungsquelle an.
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Diese definierte Zeit wird durch einen Zeitschalter bestimmt, der
den Transistorschalter ein- und ausschaltet.
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Der Anschaltstrom in der Primärspule des Meßübertragers oder in der
Sortierspule selbst induziert in der Sekundärspule bzw. in der Sortierspule selbst
den Prüfimpuls.
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Der Zeitschalter ist vorzugsweise ein monostabiler Multivibrator und
kann von einem durch die Probe selbst durch Berührung oder Annäherung betätigbaren
Schalter eingeschaltet werden0 Bei der anderen Ausführungsform wird der Transistorschalter
ebenfalls nach Berührung oder Annäherung der Probe geschlossen, so daß der Primärstrom
durch die entsprechende Spule zu fließen beginnt. Aufgrund des Blindwiderstands
der Spule steigt der Primärstrom nicht sprunghaft, sondern stetig an. Die Stärke
des Primärstroms wird mittels geeigneter Hilfsmittel gemessen und der Strom bei
einem vorgegebenen Wert abgeschaltet. Die Zeit, die der Primärstrom braucht" um
diese4 vorgegebenen Wert zu erreichen, wird von der eX2ebrachten Probe beeinflußt,
da diese den Blindwiderstand der Spule verändert. Auf diesen Stromschalter wird
in der Beschreibung genauer eingegangen.
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Der im Integrierkreis integrierte Impuls wird auf einen -Diskriminator
gegeben, der eine absolute Identifizierung der Probe an Hand der Impulshöhe ermöglicht.
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Pür eine Diskriminatorschaltung eignen sich vorzugsweise Schmitt-Trigger,
auf deren Eingänge der integrierte'Impuls geführt wird. Mit Hilfe von zwei Schmitt-Triggern
läßt sich ein Impuls mit Bezug auf einen durch die Schwellen der Trigger bestimmten
Amplitudenbereich einordnen bzw.
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einsortieren. Sollen mehrere sich nicht überlappende Amplitudenbereiche
- z.B. verschiedene Münzengrößen - als Sortierbereiche möglich sein müssen in den
Diskriminatorkreis weitere Schmitt-Trigger eingeschaltet werden.
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Die zwei Trigger sind mittels einer Torschaltung (Gate) so zusammengeschaltet,
daß am Ausgang des Diskriminators ein Signal erscheint, wenn der das untere Amplitudenniveau
bestimmende Trigger geschaltet hat; schalten beide Trigger oder keiner, erscheint
kein Signal.
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Das Diskriminatorausgangssignal betätigt die Vorrichtung zur Anzeige
des Sortierergebnisses oder zur Annahme oder Zurückweisung der Probe. Reicht die
Ausgangsleistung des Diskriminators zur direkten Betätigung der Vorrichtung, z.B.
eines Relais, nicht aus, was meistens der -Fall ist, so ist zwischen Diskriminatorkreis
und Vorrichtung ein Leistunü;sverstärker vorgesehen.
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Ein weiterer zusätzlicher Verstärker in Form eines Linearverstärkers
kann zwischen dem Ausgang des Integrierkreises (RC-Eombination) und dem bzw. den
Diskriminatoreingängen eingeschaltet sein.
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Die Erfindung wird nun an Hand einiger Figuren in einer Ausführungsform
mit übertrager und in einer Ausführungsform mit einer Spule beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein-Blockschaltbild einer Anordnung mit Übertrager und Zeitschalter, Fig.
2 einen MeBübertrager und ein münzbetätigbarer Schalter, Fig. 3 ve-rsoniedene Münzen,
Fig. 4 einen Schaltplan der Anordnung nach Fig. 1 und Fig. 5 ein Teilblockschaltbild
einer Anordnung mit einer Spule und Stromschalter.
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Die Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild der verschiedenen Schaltkreise,
Schalter und Spulen, insbesondere mit einem Zeitschalter und einem tertrager.
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Eine. Spannungsquelle 1 ist über einen Schalter 2, der vorzugsweise
ein Mikro-Schalter ist, mit einem Zeit schalter 3-verbunden. Der Zeit schalter 3
ist nach seiner Betätigung
durch den Mikro-Schalter einige Zeit
geschlossen und öffnet dann wieder; der Zeitschalter 3 schaltet einen Schalter 4,
der die Primärwicklung 5a eines Meßübertragers 5 mit der Spannungsquelle 1 verbindet.
Die zweite Wicklung 5b des Transformators 5 ist die Sortierspulé.
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Die beiden Wicklungen sind auf einen Kern 6 aus ferromagnetischem
Werkstoff aufgebracht, der mit einem Spalt 7 versehen ist, in den eine Münze 8 einbringbar
ist. Die Sortierspule 5b ist mit einem RC-Integrierkreis 9 leitend verbunden, dessen
Ausgang andererseits mit einem Diskriminatorkreis 10 verbunden ist. Der Diskriminatorausgang
ist über einen Leistungsverstärker 11 mit einer Ahzeige-bzw. einer Annahme- oder
Zurückweisungssorrichtung 12 zusammenge schaltet.
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Nach dem Einführen der Münze 8 in den Spalt 7 des Kerns 6 betätigt
die Münze den Schalter 2, indem sie etwa einen aus Federstahl gefertigten Schaltarm
2a des Mikroschalters bewegt (Fig. 2). Nach dem Einschalten beginnt der Zeitschalter
3 zu laufen und gleichzeitig wird der Schalter 4 geschlossen.
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Dieser Schalter ist ein Transistorschalter, dessen Schalttransistor
leitend wird und dadurch einen Stromfluß durch die Primärwicklung 5a des Meßübertragers-
ermöglicht0 Nach Erreichung der vorgegebenen Schließdauer des Impuls- bzw.
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Transistorschalters öffnet der Zeitschalter 3 den Transistorschalter
4. Der Ausschaltstrom in der Primärwicklung 5a induziert in der Sortierspule bzw.
der Sekundärwicklung 5b eine Spannung, die in dem RC-Integrierkreis 9 integriert
wird. Die Energie, d.h. die Höhe der integrierten Spannung
hängen
von der Anordnung und von den magnetischen und elektrischen Eigenschaften der eingebrachten
Münze 8 ab, z.B. von der Wirbelstromdämpfung. Bei geeigneter Ausbildung des magnetischen
Kreises des Meßübertragers 5 und geeigneter Dimensionierung des RC-Integrierkreises
9 können auch getrennte Informationen über die magnetischen und elektrischen Eigenschaften
einer Münze 7 erreicht werden. Dauer der Strom unabhängig von der zu prüfenden Münze
7 durch den Zeitschalter 3 bei einem konstanten vorgegebenen Wert abgeschaltet wird,
hängt, die Amplitude des am Kondensator des RC-Integrierkreises 9 abgegriffenen
Impulses nur vom veränderten Blindwiderstand der Spule und von den in der Münze
8 induzierten Wirbelströmen ab. Damit ist die Anordnung in der Lage, Münzen 8a und
8b aus verschiedenem Material, aber gleicher Größe und Münzen 8a und 8c aus gleichem
Material, aber verschiedener Größe voneinander zu trennen (Fig. 3). Die integrierte
Spannung bzw. der -impuls wird einem Diskriminator 10 zugefiiart. Paßt der Spannungswert
in den Dùrchlässigkeitsbereich des Diskriminators, so -erscheint an dessen Ausgang
ein Signal, das in dem Leistungsverstärker 11 verstärkt wird, damit das Relais 12
betätigt werden kann, das eine Fortbewegung der Münze 8 in einen Geldsammelschacht
ermöglicht und weitere Funktionen des Automaten in '2ätigkeit setzt, in den die
Anordnung eingebaut ist.
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Im folgenden soll auf die elektronischen Schaltungen eingegangen werden
(Fig. 4): Die Schalt;unt= ist vollt'ransistorisiert; es werden eirn
(n,
p, n) Transistoren T1 - T10 und ein (p, n, p) Transistor Til verwendet. Der Zeitschalter
7 ist ein monostabiler Multivibrator mit den Transistoren 21 und T2, deren Emitter
in bekannter Weise über den Widerstand R7 miteinander gekoppelt sind. Der Kollektor
von U1 ist über die Koppelkapazität C3 mit der Basis von T2 verbunden. Widerstände
R6, R8, R9 und R10 sind in bekannter Weise mit den Basen und Emittern-der Transistoren
T1 und T2 verbunden. Zum Zeitschalter gehört noch eine RC-Kombination aus den Wider-
3 ständen R1 - R6 und den Kondensatoren C1 und C2, die dem Multivibrator vorgeschaltet
ist und nach dem Schließen des Mikroschalters 2 einen geeigneten Triggerimpuls bereitstellt;
die Einschaltflanke dieses Impulses löst den Multivibrator aus.
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Der Ausgangsimpuls des Multivibrators wird über eine Diode-D1 dem
Transistorschalter 4 zugeführt, der aus einem vom Transistor T3 angesteuerten Leistungstransistor
T4 und zwei Widerständen R11 und R12 besteht. Der Widerstand R11 liegt zwischen
Emitter von T3 und der Basis von T4, R12 ist der Basiswiderstand von 'D4.
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Der Kollektor von T4 ist mit dem einen Ende der Primärwicklung 5a
verbunden, deren anderes Ende mit dem positiven-Pol der Betriebsspannung verbunden
ist. Der Kollektor des Transistors' T4 ist mit Masse über eine Zenerdiode Z1 als
Überspannungsschutz verbunden.
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Bür die Dauer des Multivibratorimpulses fließt durch die
Primärwicklung
5a ein Strom. Die Ausschaltflanke dieses Impulses bedingt den PrüSimpuls in der
Sortierspule (Sekundärwicklung 5b). Nach Fig. 2 sind die beiden Wicklungen bzw.
Spulen des Meßübertragers raumsparend auf einen Wickelkörper übereinander gewickelt.
Der Kern ist vorzugsweise rechteckig. Damit die Münze im Spalt nicht behindert wird,
sind die Wicklungen auf einen Abschnitt des Spulenkerns angeordnet, der sich senkrecht
zu dem mit dem Spalt 7 versehenen Abschnitt erstreckt.
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Der Integrierkreis besteht aus zwei RC-Gliedern. Vom ersten Glied
ist der Widerstand R13 mit dem nicht geerdeten Ende der Sortierspule 5b verbunden.
Das andere Ende von R13 ist mit einem Kondensator C4 verbunden, der an einem Ende
ebenfalls geerdet ist. Mit dem Verbindungspunkt von 5b und R13 ist der RC-Integrierwiderstand
R14 (veränderlich) und der Integrierkondensator C5 verbunden, wobei C5 mit Masse
verbunden ist und der Impuls über den Kondensator C5 abgegriffen wird. Der Impuls
wird auf zwei Widerstände R15 und R16 geführt, von denen R16 variabel ist. Durch
die Variation von R14 kann das RC-Glied den verschiedenen-Impulsänderungen bei verschiedenWn
Mün%en sehr leicht angepaßt werden. Die Widerstände R15 und R16 führen zu zwei Impulsen
verschiedener Amplitude an~dem Diskriminatoreingängen.
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Der Diskriminatorkreis 10 besteht aus zwei Schmitt-riggernt gekennzeichnet
durch die Transistoren X5 T6 und X7 T8.
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Die Arbeitsweise der Schmitt-rigger ist hinreichend bekannt; zum ersten
Trigger gehören die Widerstände'R17.-R22 und zum zweiten die Widerstände R 23 -.R28.
Die Ausgänge der Schmitt-Trigger sind mit Dioden D2 - D4 bzw. D5 - D7 bestückt,
die der Gleichstromentkopplung zwischen den beiden Triggern und dem Abschneiden
von Unterschwingern dienen.
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Der Ausgang des Triggers T5, T6 ist mit dem Kollektor des Transistors
T9 verbunden und der Ausgang des Triggers T7, T8 mit der Basis von 29, der Emitter
ist geerd-et.
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Das Ausgangssignal des Diskriminators 10 wird von dem Kollektor von
T9, abgegriffen.
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Es erscheint somit nur ein für die Ansteuerung des nachfolgenden Leistungsverstärkers
11 ausreichendes Ausgangssignal, wenn der Trigger T5, T6 schaltet Schaltet der Trigger
27, T8 ebenfalls, so steuert T9 auf und der Leistungsverstärker erhält keinen zu
verstärkenden Impuls mehr.
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Dies ist auch der Fall, wenn keiner der Trigger schaltet. -Der Leistungsverstärker
weist zwei Transistoren T10 und Til, auf, von denen 10 den Transistor Til schaltet1
Zu seiner Schaltung gehören die Widerstände R29 - R32, die Eondensatoren C6 und
C7 und die Dioden D8 und D9.
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Die Basis des Transistors 11 ist über einer Parallelschaltung von
Diode 9 und Relais 12 der Anzeige- oder Annahmevorrichtung verbunden.
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Die Fig. 5 zeigt ein Teilblockschaltbild mit einer Einzelspule 17
und einem Stromschalter 14. Ein Kondensator C8 ist über einen Widerstand R34 mit
der Spannungsquelle 1 verbunden. Weiterhin bildet der Kondensator C8 mit der Spule
13, einem Widerstand R35 und der Kollektor-Emiifrerstrecke eines Schalttransistors
212 - in dieser Reihenfolge -einen Serienschaltkreis, über den der Kondensator entladen
werden kann, wenn der Transistor T12 geschaltet wird (Vgl. Schalttransistor 24).
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Nach Betätigung des Schalters 2wird über einen Regler 15, der Bestandteil
des Stromschalters 14 ist, der Transistor T12 geschaltet und der Kondensator kann
sich über die Spule 13 entladen. Dieser Primärstrom durchfließt den Widerstand R35,
an dem eine dem Strom proportionale Spannung abgegriffen wird. Diese Spannung wird
- wenn nötig - in einem zum Stromschalter gehörenden Verstärker 16 verstärkt und
dem Regler 15 zugeführt; wenn die abgegriffene Spannung der vorgegebenen Stromstärke
entspricht, schaltet der mit der Basis des Transistors 12 verbundene Regler den
Transistor ab. In der Spule wird ein Sekundärimpus induziert, der auf bereits beschriebene
Weise in den Schaltkreisen 9-11 verarbeitet wird. Der nur sehr wenig entladene große
Kondensator C8 lädt sich wieder auf.
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Die. elektronischen Bauteile dieser Schaltung sind für die Sortieranordnung
besonders geeignet, da sie eine hohe Lebensdauer aufweisen und ihr Raumbedarf gering
ist.
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Die Einzelteile der Anordnung und die Schaltkreise der einzelnen Stufen
können - wie jedem Fachmann klar ist -abgewandelt werden, ohne den Schutzumfang
der Erfindung zu verlassen.