DE202014005970U1

DE202014005970U1 - Vorrichtung zur Ermittlung der Dicke von Druckmedien

Info

Publication number: DE202014005970U1
Application number: DE202014005970.5U
Authority: DE
Original assignee: Pepperl and Fuchs SE
Current assignee: Pepperl and Fuchs SE
Priority date: 2014-07-25
Filing date: 2014-07-25
Publication date: 2014-08-21
Anticipated expiration: 2024-07-26

Abstract

Vorrichtung (10) zur Ermittlung der Stapelhöhe von Druckmedien mittels eines Plattenkondensators, aufweisend
eine mit einer Sensorvorrichtung verschaltete erste Platte 110 und zweite Platte (100),
wobei die zweite Platte (100) mit einem Bezugspotential und als im Wesentlichen zur ersten Platte (110) parallele Fläche zur Aufnahme von Druckmedien ausgebildet ist,
eine Schirmelektrode (120) zur Homogenisierung des Feldverlaufs, dadurch gekennzeichnet, dass
die Schirmelektrode (120) wenigstens teilweise oberhalb der ersten Platte (110) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung der Dicke von Druckmedien gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der EP 1 637 486 B1 ist ein Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Dicke von durchlaufenden Druckprodukten mittels einer kapazitiven Ermittlung bekannt. Der Kondensator ist Teil einer Schwingkreisschaltung, wobei durch die Änderung der dielektrischen Konstante sich die Resonanzfrequenz ändert.
Des Weiteren ist aus der US 2009/003340 A1 ist eine Schaltung und ein Verfahren zur Ermittlung der Kapazitätsänderung eines Kondensators bekannt. Hierbei ist der Kondensator als Teil eines RC-Gliedes in Form eines Plattenkondensators zur Detektion einer Stapelhöhe bzw. der Dicke eines Druckmediums ausgelegt.
Unter dem Link http://de.wikipedia.org/wiki/Kapazitiver_Sensor sind weitere kapazitiv arbeitende Sensoren offenbart, die unter anderem eine Schirmelektrode aufweisen, welche in der Ebene der Messelektrode ausgebildet ist und diese umgibt. Derartige Schirmelektroden haben die Aufgabe den Feldverlauf insbesondere am Rand der Messelektrode zu homogenisieren und hierdurch die Messgenauigkeit der Sensoren zu erhöhen.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung anzugeben, die den Stand der Technik weiterbildet.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Ermittlung der Dicke von Druckmedien mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Gemäß dem Gegenstand der Erfindung wird eine Ermittlung der Dicke von Druckmedien mittels eines Plattenkondensators aufweisend, eine mit einer Sensorvorrichtung verschalteten ersten Platte und zweiten Platte, wobei die zweite Platte mit einem Bezugspotential verschaltet ist und als im Wesentlichen zur ersten Platte parallele Fläche zur Aufnahme von Druckmedien ausbildet ist, sowie eine Schirmelektrode zur Homogenisierung des Feldverlaufs, wobei die Schirmelektrode wenigstens teilweise oberhalb der ersten Platte angeordnet ist. Es versteht sich, dass die erste Platte gegenüber der zweiten Platte ein anderes Potential aufweist. Die erste Platte wird auch als Messelektrode bezeichnet. Des Weiteren ist die erste Platte und die zweite Platte mit einer Steuerungs- und Auswertelektronik verschaltet ist, während die Schirmelektrode auf dem Potential der ersten Platte, mit der Steuerungs- und Auswerteelektronik verbunden ist. Ferner sind bei einer mehrstückigen Ausführung der Schirmelektrode die einzelnen Abschnitte der Schirmelektrode elektrisch leitend untereinander verbunden. Es sei angemerkt, dass die erste Platte, die zweite Platte und die Schirmelektrode jeweils niederohmig mit der Steuerungs- und Auswerteelektronik verschaltet sind. Jedoch wird die erste Platte hochohmig von den Druckmedien umgeladen. In einer alternativen Ausführungsform weist die erste Platte, die zweite Platte und die Schirmelektrode einen gekrümmten Verlauf auf. Bevorzugt ist der Abstand zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte und der erste Platte und der Schirmelektrode konstant.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es, dass sich durch die erfindungsgemäße Ausführungsform die Abschirmung der Messelektrode und Homogenisierung des Verlaufs des elektrischen Feldes zwischen den beiden Platten des Kondensators erhöht. Hierdurch werden die Empfindlichkeit und die Messgenauigkeit des Sensors verbessert. Insbesondere lässt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Dicke bzw. die Stapelhöhe und hieraus die Anzahl der aufeinanderliegenden Schichten von Druckmedien, welche zwischen den beiden Platten des kapazitiven Sensors liegen, auf besonders einfache Weise zuverlässig und kostengünstig bestimmen. Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass es vorteilhaft ist den kapazitiven Sensor zu kalibrieren, indem ein erster Wert zu einer ersten bekannten minimalen Stapelhöhe eines zu messenden Druckmediums ermittelt und hiernach ein zweiter Wert zu einer maximalen bekannten Stapelhöhe des zu messenden Druckmediums ermittelt wird. Anschließend lässt sich die zu bestimmende Stapelhöhe mittels einer Interpolation anhand des jeweilig ermittelten Wertes errechnen. Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass sich jeweils eine reale Stapelhöhe ermitteln lässt, ohne dass in erster Näherung die Messwerte der Vorrichtung davon abhängt, wie viel Luft sich zwischen den einzelnen Blättern des zu messenden Druckmediums befindet. Ein anderer Vorteil ist es, dass die bisher bei kapazitiven Sensoren übliche Haltevorrichtung zum Zusammendrücken des Stapels entfallen kann. Hierdurch lässt sich schnell und präzise die Lagenanzahl von Druckmedien, insbesondere auch bei dynamischen Medien, das sind Medien, die während der Messung durch den Sensor hindurchgezogen werden, bestimmen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung, ist ein Teil der Schirmelektrode in der Ebene der ersten Elektrode angeordnet. Hierdurch wird sowohl der Feldverlauf am Rand der Messelektrode homogenisiert als auch die Messeelektrode oberhalb von störenden elektrischen Feldern abgeschirmt. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Schirmelektrode vollständig oberhalb der ersten Platte angeordnet ist. Bevorzugt liegt der Abstand zwischen der Schirmelektrode und der Messelektrode d. h. der ersten Platte in einem Bereich zwischen 1 cm und 0,05 mm. Höchst vorzugsweise ist der Abstand kleiner als 0,1 mm ausgebildet. Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass sich das elektrische Feld besonders gut an dem Randbereich der Messelektrode homogenisieren lässt, wenn der Abstand zwischen Schirmelektrode und Messelektrode gering ist. Vorzugsweise wird bei den geringen Abständen zwischen der Messelektrode und der Schirmelektrode ein Isolationsmaterial mit geringer Dielektrizitätskonstante verwendet.
Gemäß einer anderen Weiterbildung weist die Schirmelektrode Öffnungen auf. Sofern der Durchmesser der Öffnungen nicht zu groß gewählt wird und die Faradaysche Abschirmung eingehalten wird, lässt sich der Materialeinsatz verringern ohne die Sensitivität der Messanordnung stark zu beeinträchtigen. Hierbei ist es bevorzugt, denjenigen Teil der Schirmelektrode, der das Randfeld der Messelektrode homogenisiert, ohne Öffnungen auszubilden, während der Teil der Schirmelektrode welcher oberhalb der Messelektrode angeordnet ist Lücken bzw. Öffnungen aufweist. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist es bevorzugt, dass die Schirmelektrode wenigstens teilweise oder vollständig eine Gitterstruktur aufweist.
Gemäß einer anderen Weiterbildung weist die Schirmelektrode eine größere laterale Erstreckung, als die Erstreckung der ersten Elektrode auf. In einer anderen Ausführungsform ist die Schirmelektrode einstückig ausgebildet.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Hierbei werden gleichartige Teile mit identischen Bezeichnungen beschriftet. Die dargestellten Ausführungsformen sind stark schematisiert, d. h. die Abstände und die lateralen und die vertikalen Erstreckungen sind nicht maßstäblich und weisen, sofern nicht anders angegeben auch keine ableitbare geometrische Relation zueinander auf. Darin zeigt:
1 eine erste Ausführungsform in einer schematischen Querschnittsansicht,
2 eine weitere Ausführungsform mit einer Schirmelektrode, welche in zwei Ebenen ausgebildet ist,
3 eine Ausführungsform, bei der die in einer Ebene ausgebildete Schirmelektrode Lücken bzw. Öffnungen aufweist.
4 eine Ausführungsform, bei der die Schirmelektrode in verschiedenen Ebenen ausgebildet ist.
Die Abbildung der 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 mit einer ersten Platte 110, einer zweiten Platte 100 und einer Schirmelektrode 120. Die erste Platte 110 ist von der zweiten Platte 100 durch einen ersten Abstand d1 beabstandet, während die erste Platte 110 von der Schirmelektrode 120 durch einen zweiten Abstand d2 beabstandet ist. Die zweite Platte 100 ist als eine Grundfläche zur Auflage von zu messenden Druckmedien – nicht dargestellt – ausgebildet. Es versteht sich, dass die Platten 110, 100 und die Schirmelektrode 120 entlang ihrer Erstreckung im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtete Flächen aufweisen. Die erste Platte 110 und die Schirmelektrode 120 sind in einem Gehäuse 20 angeordnet. Das Gehäuse 20 beinhaltet vorzugsweise eine Steuerungs- und Auswerteelektronik – nicht dargestellt – welche unter anderem zwischen der als Messplatte ausgebildeten ersten Platte 110 und der mit einem Massepotential verbundenen zweiten Platte 100 eine Spannung anlegt. Hierfür sind die beiden Platten 110, 100 mit der Steuerungs- und Auswerteelektronik niederohmig verschaltet. Des Weiteren ist die Schirmelektrode 120 gleichfalls niederohmig mit der Steuerungs- und Auswerteelektronik verschaltet. Es sei der Vollständigkeit angemerkt, dass die erste Platte 110 vorzugsweise einstückig und an der Unterseite der Oberfläche des Gehäuses 20 ausgebildet ist, welche der zweiten Platte 100 zugewandt ist. Des Weiteren ist es auch bevorzugt, die Schirmelektrode und die beiden Platten 110, 100 aus Metall auszuführen und insbesondere die zweite Platte mechanisch mit dem Gehäuse 20 zu verbinden.
In der Abbildung der 2 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 mit einer Schirmelektrode 120 dargestellt. Im Weiteren werden nur die Unterschiede zu der Abbildung der 1 erläutert. Demnach weist die Schirmelektrode 120 einen ersten Teil 122, der in einer Ebene oberhalb der ersten Platte 110 angeordnet ist, und einen zweiten Teil 124, der in der Ebene der ersten Platte 110 angeordnet ist, auf. Es versteht sich, dass der Abstand zwischen der ersten Platte 110 und des zweiten Teils 124 der Schirmelektrode 120 in lateraler Hinsicht klein ist, um ein gute Homogenisierung des elektrischen Randfeldes an der ersten Platte 110 zu erzielen. Es ist bevorzugt, dass der zweite Teil 124 vollständig umlaufend um den Rand der ersten Platte 110 ausgebildet ist.
In der 3 ist die Vorrichtung 10 in einer anderen Ausführungsform abgebildet, welche eine Schirmelektrode 120 aufweist, die in einzelne Abschnitte 126 mit zwischenliegenden Öffnungen 130 unterteilt ist. Nachfolgend werden nur die Unterschiede zu den beiden vorangegangenen Figuren erläutert. Es versteht sich, dass die einzelnen Abschnitte 126 der Schirmelektrode 120 untereinander elektrisch, vorzugsweise niederohmig verschaltet sind. Des Weiteren ist die laterale Erstreckung der Schirmelektrode 120, wie in den Ausführungsformen in den 1 und 2 ebenfalls dargestellt, jeweils größer als die darunterliegende als Messelektrode ausgebildete erste Platte 110. Hierdurch wird eine besonders gute Schirmung und eine besonders gute Homogenisierung des Randfeldes zwischen den beiden Elektroden 100, 110 erzielt.
In der Abbildung der 4 weist die Schirmelektrode 120 neben den einzelnen Abschnitten 126 einen dritten Teil 128 auf, welcher durch einen Abstand d3 unterhalb einer durch die Abschnitte 126 gebildeten Ebene und durch einen Abstand d4 oberhalb der Ebene der ersten Platte 110 angeordnet ist. Es ist bevorzugt, dass den Abstand d4 kleiner als 0,3 mm auszuführen und den dritten Teil 128 in lateraler Richtung den Rand der ersten Platte 110 um einen Abstand d5, welcher größer als 0 ist, zu überdecken. Es ist des Weiteren bevorzugt, den dritten Teil 128 vollständig umlaufend um den Rand der ersten Platte 110 auszubilden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1637486 B1 [0002]
US 2009/003340 A1 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

http://de.wikipedia.org/wiki/Kapazitiver_Sensor [0004]

Claims

Vorrichtung (10) zur Ermittlung der Stapelhöhe von Druckmedien mittels eines Plattenkondensators, aufweisend eine mit einer Sensorvorrichtung verschaltete erste Platte 110 und zweite Platte (100), wobei die zweite Platte (100) mit einem Bezugspotential und als im Wesentlichen zur ersten Platte (110) parallele Fläche zur Aufnahme von Druckmedien ausgebildet ist, eine Schirmelektrode (120) zur Homogenisierung des Feldverlaufs, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmelektrode (120) wenigstens teilweise oberhalb der ersten Platte (110) angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil (124) der Schirmelektrode (120) im Wesentlichen in der gleichen Höhe wie die erste Platte (110) angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmelektrode (120) vollständig oberhalb der ersten Platte (110) angeordnet ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmelektrode (120) in einzelne Abschnitte (126) mit zwischenliegenden Öffnungen (130) unterteilt ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmelektrode (120) wenigstens teilweise eine Gitterstruktur aufweist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die laterale Erstreckung der Schirmelektrode (120) größer als diejenige der ersten Platte (110) ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (d2) zwischen der ersten Platte (110) und der Schirmelektrode (120) im Bereich zwischen 1 cm und 0,05 mm ausgebildet ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmelektrode (120) einen dritten Teil (128) aufweist und der dritte Teil (128) oberhalb der Ebene der ersten Platte (110) und unterhalb des obersten Teils der Schirmelektrode (120) ausgebildet ist.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmelektrode (120) einstückig ausgebildet ist.