DE2263299C3 - Abführanordnung zum Erfassen der von einer magnetisierten Stelle eines sich mit niedriger Geschwindigkeit bewegenden Stahlbandes hervorgerufenen Magnetfeldänderung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abfühlanordnung zum Erfassen der von einer magnetisierten Stelle eines sich mit niedriger Geschwindigkeit bewegenden Stahlbandes hervorgerufenen Magnetfeldänderung mit Hilfe einer Reihenschaltung von zwei magnetfeldempfindlichen Halbleiterdioden, die an einer stabilisierten Speisespannung liegt, wobei das an der Mittelanzapfung der Halbleiterdioden, die im Betrieb in entgegengesetzter Richtung vom magnetischen Fluß durchdrungen werden, auftretende Ausgangssignal einem Operationsverstärker über eine Wechselspannungskopplung zugeführt wird, die einen Widerstand und einen Kondensator umfaßt, der mit dem Eingang des Operationsverstärkers

verbunden ist, nach Patent 21 37 700.4.

Abfühlanordnungen nach dem Prinzip des genannten Patentes P 21 37 700 arbeiten im Betrieb sehr zufriedenstellend; die im Ausführungsbeispiel dieses Patents dargestellte Schaltung, bei der das Ausgangssignal der Dioden-Reihenschaltung über einen Kondensator und einen mit diesem in Reihe liegenden Widerstand dem invertierenden Minus-Eingang eines ersten Operationsverstärkers zugeführt wird, dessen Ausgang über ίο einen Widerstand mit dem invertierenden Eingang dieses Operationsverstärkers gekoppelt ist und über einen weiteren Widerstand mit dem invertierenden Eingang eines zweiten, die Hauptverstärkung übernehmenden Operationsverstärkers gekoppelt ist, dessen Ausgangssignal schließlich verarbeitet wird, ist jedoch verhältnismäßig aufwendig. Außerdem ist die genannte Mindestbandgeschwindigkeit von 10 m/min, die für das sichere Funktionieren der Abfühlanordnung notwendig ist, noch verhältnismäßig hoch.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Abfühlanordnung nach dem Patent 21 37 700 dahingehend zu verbessern, daß sie trotz einfacherem elektronischen Aufbau sowohl für hohe als auch für noch niedrigere Bandgeschwindigkeiten geeignet ist.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer Abfühlanordnung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß der Koppelkondensator mit dem nicht-invertierenden Plus-Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist, dessen Eingang über einen hohen Widerstand von etwa 400 Kilo-Ohm, der in Verbindung mit dem Koppelkondensator einen Hochpaß mit niedriger Grenzfrequenz bildet, mit Masse verbunden ist, und daß der Ausgang des Operationsverstärkers über eine Widerstandsgegenkoppiung mit dem invertierenden Minus-Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist.

Es hat sich gezeigt, daß mit dieser Schaltung sehr niedrige Grenzfrequenzen möglich sind und damit Bandgeschwindigkeiten bis herunter zu etwa 3 m/min sicher beherrscht werden können; solche Bandgeschwindigkeiten sind für manche Transportaufgaben erforderlich. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Abfühlanordnung ist darin zu sehen, daß die zum Aufbau einer zuverlässig arbeitenden Schaltung erforderliche Zahl von teuren Halbleiterbauelementen gegenüber der Schaltung nach dem Patent 21 37 700 auf nahezu die Hälfte reduziert ist. Insbesondere benötigt die erfindungsgemäße Abfühleinrichtung auch in Fällen, in denen bei der Schaltung nach dem Hauptpatent zwei Operationsverstärkerbausteine verwendet werden, nur einen solchen Baustein.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht einer Förderbandanlage, mit einer erfindungsgemäßen Abfühlanordnung,

F i g. 2 eine Draufsicht auf die Förderbandanlage nach Fig. 1,
F i g. 3 eine vergrößerte, teilweise im Schnitt dargestellte Einzeldarstellung einer erfindungsgemäßen Abfühlanordnung zusammen mit einem Konzentrator zur Erhöhung der Empfindlichkeit, und mit dem zugehörigen Stahl-Förderband.

F i g. 4 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Ab-Kühlanordnung, und

F i g. 4A eine Schaltungsvariante zu F i g. 4.
Die F i g. 1 und 2 zeigen ein Stahl-Förderband 10, das auf Rollen 11 und 12 gelagert ist, wobei die Rolle 11 in

A,

Richtung des Pfeiles 13 angelrieben wird, so daß ein auf das Band 10 aufgelegtes Paket 15 in Richtung des Pfeiles 18 nach rechts gefördert wird.

Längs des Bandes 10 sind neben diesem mehrere Eiipfängerstationen angeordnet, von denen nur die Empfängerstation 24 dargestellt ist. Wird eine solche Empfängerstation aktiviert, so wird an ihr das Paket 15 angehalten und vom Band 10 abgelenk·.. Das Paket 15 wird in der Nähe der Rolle 11 auf das Band 10 aufgelegt. Hierbei wählt die Bedienungsperson die gewünschte Empfängerstation, indem sie eine entsprechende Information in eine Schalttafel 17 eintpstet.

Unterhalb des Bandes 10 sind Elektromagnete angeordnet, und zwar in einer zur Rolle 11 parallelen Reihe. In den Skizzen Fig. 1 und 2 sind als Beispiel die Elektromagnete 14a, 14b und 14c gezeichnet. Oberhalb des Bandes 10 sind im Bereich zwischen der Rolle 11 und den Elektromagneten 14 auf der einen Seite des Bandes 10 eine Lampe 26 und ihr gegenüber eine Photozelle 27 angeordnet. Der Lichtstrahl aus der Lampe 26 fällt wie dargestellt, auf die Photozelle 27. Entsprechend der Einstellung der Schalttafel 17 wird einer der Elektromagnete 14 kurzzeitig erregt, wenn das Paket 15 den Lichtstrahl von der Lampe 26 zur Photozelle 27 unterbricht. Soll z. B. das Paket 15 zur Empfängerstation 24 transportiert werden, so wird der Elektromagnet 14,·; erregt, wodurch eine magnetisierte Stelle 20 im Band 10 erzeugt wird, die vor dem Paket 15 liegt und mit diesem nach rechts wandert. Die Stelle 20 kann z. B. einen Durchmesser von 5 cm haben.

Unterhalb des Bandes 10 sind mehrere Abfühlanordnungen vorgesehen, von denen die Abfühlanordnungen 21a und 2\b gezeigt sind, und die zum Abfühlen der magnetisierten Stellen 20 dienen. Jeder Empfängerstation ist eine gesonderte Abfühlanordnung zugeordnet, und diese Abfühlanordnung ist gleich weit vom Rand des Bandes 10 entfernt wie der zugeordnete Elektromagnet 14. Z.B. erfaßt die Abfühlanordnung 21a die vom Elektromagnet 14a erzeugten magnetisierten Stellen 20, während die Abfühlanordnung 21b die vom Elektromagnet 146 erzeugten magnetisierten Stellen erfaßt.

An jeder Empfängerstation 24 ist ein schwenkbares Glied 16 vorgesehen, das von einer Antriebsvorrichtung 22, z. B. einem Motor oder einem Elektromagneten, in die Bahn des Paketes 15 verschwenkt werden kann, wie das in Fig.2 durch die Stellung 16a angedeutet ist. Hierbei lenkt das Glied 16 das Paket 15 zur Empfängerstation 24. — Die Abfühlanordnung 21a betätigt die Antriebsvorrichtung 22 in der Weise, daß dann, wenn die magnetisierte Stelle 20 zur Abfühlanordnung 21a kommt, die Vorrichtung 22 während einer vorgegebenen Zeit aktiviert wird und während dieser Zeitspanne das Glied 16 in die Stellung 16a verschwenkt hält. Nach Ablauf dieser Zeitspanne kehrt das Glied 16 automatisch in seine Ruhelage zurück.

Die magnetisierte Stelle 20 läuft bei ihrem weiteren Umlauf an Entmagnetisierungsspulen vorbei, die unterhalb des Bandes 10 kurz nach der Rolle 11 angeordnet sind. In F i g. 1 und 2 sind jeweils 3 Entmagnetisierspulen 23a, 23feund 23c eingetragen. Das Band 10 wird hier auf seiner ganzen Breite entmagnetisiert.

Da das Band 10 gewöhnlich mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit zwischen etwa 5 und 120 m/min umläuft, müssen die Abfühlanordnungen sehr empfindlich sein und auch auf sehr langsame Änderungen der Magnetisierung ansprechen. Erschwerend kommt hinzu, daß derartige Förderbandanlagen oft in ungeheizten Lagerhäusern verwendet werden und deshalb in einem Temperaturbereich von -20... + 6O⁰C sicher arbeiten müssen. Auch hat sich gezeigt, daß sich bei den magnetischen Teilen solcher Anlagen im Laufe der Zeit eine bestimmte Restmagnetisierung aufbaut, die ebenfalls das sichere Arbeiten der Abfühlanordnungen 21 erschwci t.

Fig. 3 zeigt schemalisch die räumliche Anordnung einer erfindungsgemäßen Abfühlanordnung 21 unter dem Band 10. Der Abstand zwischen ihr und dem Band soll naturgemäß möglichst klein sein, um eine möglichst große Empfindlichkeit zu erzielen und die magnetisierte Stelle 20 sicher zu erfassen. In vielen Fällen ist aber z. B. wegen gewellten Stellen im Band, die Einhaltung eines bestimmten Abstandes nicht möglich was eine zusätzliche Schwierigkeit darstelli.

Die Abfühlanordnung 21 weist einen Konzentrator 30 auf, der aus Weicheisenblechen zusammengesetzt ist und auf dessen Oberseite zwei magnetfeldempfindliche Halbleiterdioden 31 und 32 (im folgenden kurz als »Magnetdioden« bezeichnet) so angeordnet sind, daß ihre p-n-Übergänge jeweils in umgekehrter Richtung vom magnetischen Fluß durchdrungen werden, der von der Stelle 20 ausgeht. Diese beiden Dioden 31, Ϊ2 werden im Betrieb in Reihe geschaltet und ergeben auf diese Weise ein Ausgangssignal, das eine etwu lineare Funktion der Stärke des angelegten magnetischen Feldes H ist. Sie werden zweckmäßig paarweise zueinander passend ausgesucht (Auswahlpaarung).

Es ist hier darauf hinzuweisen, aaß die einzelnen Empfängerstationen immer nur auf eine vorgegebene Polarität der Magnetisierung in der ihnen zugeordneten Spur des Bandes 10 ansprechen. Z. B. spricht die Station 24 nur an, wenn die Abfühlanordnung 21a einen Nordpol abfühlt. Man kann also mit derselben Spur auch noch eine weitere Station steuern, die dann z. B. nur auf eine Stelle 20 anspricht, die mit einem Südpol magnetisiert ist. Entsprechend muß dann jede Station eine Abfühlanordnung 21 haben, welche auf die richtige Polarität der Magnetisierung anspricht.

Die Anschlüsse der Magnetdioden 31 und 32 sind zu einem mit 35 bezeichneten Verstärker geführt, dessen Aufbau im folgenden im Zusammenhang mit F i g. 4 noch näher erläutert wird. Wie Fig. 3 zeigt, ist an den Verstärker 35 ein monostabiler Multivibrator 39 angeschlossen, welcher seinerseits die Antriebsvorrichtung 22 steuert. Läuft also eine entsprechend polarisierte Stelle über die Magnetdioden 31, 32 hinweg, so gibt der Verstärker 35 über ein Ausgangssignal ab, welches den monostabilen Multivibrator 39 während einer bestimmten einstellbaren Zeit, z. B. während zwei Sekunden in seinen instabilen Zusatz bringt, so daß während dieser Zeitspanne das verschwenkbare Glied 16 in seine in F i g. 2 mit 16a gezeichnete Stellung verschwenkt wird und das Paket 15 zur Empfängerstation 24 umleitet.

Fig. 4 zeigt im einzelnen die Schaltung des Verstärkers 35. Dieser ist zur Spannungsversorgung mit einem Eingang 42 an Masse, mit einem Eingang 43 an ein positives Potential von z. B. +15 Volt und mit einem Eingang 44 an ein entsprechendes negatives Potential von z. B. -15 Volt angeschlossen. Sein Ausgang ist mit 45 bezeichnet. Je nach der Art der erforderlichen Steuerung können an diesen Ausgang 45 die verschiedensten Geräte angeschlossen werden; der Multivibrator 39 (Fig.3) ist ein Beispiel für diese Möglichkeiten.. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Multivibrator 39 verwendet, welcher nur auf positive Impulse

46 am Ausgang 45 anspricht. Hierdurch werden z. B. beim Einschalten der Abfühlanordnung Störschaltungen vermieden, wie dies im folgenden noch beschrieben

wird. . .

Erfindungsgemäß wird im Verstärker 35 ein einziger Operationsverstärker 47 verwendet, welcher einen sehr geringen Eingangsstrom benötigt; geeignete Typen sind ζ B der Typ MC 1456 G von MOTOROLA oder der Typ N 5556 T von SIGNETlCS. Der Operationsverstärker 47 ist zur Betriebsspannungsversorgung an die Eingänge 43 und 44 angeschlossen, denen jeweils ein Siebkondensator 48 bzw. 49 zugeordnet ist, während sein Ausgang über einen Widerstand 51 an die Ausgangsklemme 45 angeschlossen ist. Dieser Widerstand bildet zusammen mit einer Kapazität C am Eingang der nachgeschalteten Geräte, z. B. Multivibrator 39 ein RC-Siebglied, das Störimpulse sehr kurzer Dauer ausfiltert. Der negative Verstärkereingang 52 ist über einen Widerstand 53 mit Masse, d. h. der Klemme 42, und über einen Widerstand 54 und ein mit ihm in Reihe geschaltetes Potentiometer 55 mit dem Ausgang des Verstärkers 47 verbunden. Die Widerstände 54 und 55 bilden eine variable Gegenkopplung zur Einstellung der Verstärkung.

Zur Einstellung der Nullpunktvcrschiebung (sogenanntes Offset) ist ein Potentiometer 56 vorgesehen, dessen beide Klemmen mit Beschaltungsanschlüsscn des Verstärkers 47 und dessen Abgriff mit dem negativen Verstärkeranschluß verbunden ist.

Der positive Verstärkereingang 58 ist über einen sehr hochohmigen Widerstand 59 (z.B. 400 kOhm) mit Masse verbunden. Zum Widerstand 59 ist ein Kondensator 60 (z. B. InF) parallelgeschaltct, um zu verhindern, daß Störimpulse kurzer Dauer, wie sie z. B. von Magnetventilen erzeugt werden, zum Verstärkcrcingang 58 gelangen.

Bei der Schaltung nach Fig.4 ist diejenige Magnetdiode, welche bei Annäherung eines Nordpols ihren Widerstand verringert, mit 31 bezeichnet und diejenige welche dabei ihren Widerstand erhöht, mit 32. Die Verbindung dieser Dioden 31, 32 ist mit A bezeichnet. Dieser Punkt A ist gemäß der Lehre des Hauptpatenics über eine Wcchsclspannungskopplung, nämlich einen Kondensator 63 (z. B. 5,1 Mikrofarad; kein Elektrolytkondensator) mit dem positiven Eingang 58 verbunden, um zu verhindern, daß Langzeitänderungen des Signals am Punkt A. z.B. durch Tcmpcraturschwankungcn. rcmanentc Magnetisierung des Konzentrator od. dgl., ein Signal am Ausgang 45 hervorrufen.

Die Anode der Magnetdiode 31 ist über einen Punkt C mit Masse verbunden! die Kotode der Diode 32 ist über einen Punkt B mit der Anode einer Zenerdiode (z. B. 8,2 Volt) verbunden, deren Katode an Masse liegt.

IO

20

35

40

45 Ein Widerstand 65 liegt zwischen dem Eingang 44 und der Anode der Zenerdiode 64. Zwischen den Punkten B und C liegt also eine durch die Zenerdiode 64 stabilisierte Gleichspannung von z. B. 8,2 Volt.

Die Abfühlanordnung nach F i g. 4 arbeitet wie folgt: Beim Einschalten lädt sich zunächst der Kondensator 63 auf eine Spannung auf, welche etwa dem Potential am Punkt A entspricht, welche etwa minus 4,1 Volt beträgt, wenn die Magnetdioden 31 und 32 keinem Magnetfeld ausgesetzt sind. Dieser Vorgang dauert etwa 10 Sekunden und erzeugt am Ausgang 45 einen negativen Impuls, der von der nachfolgenden Schaltlogik nicht weiterverarbeitet wird.

Nähert sich nun im Band 10 eine Stelle 20, die mit einem Nordpol magnetisiert ist, so wird bei ihrem Vorbeilaufen an dem Magnetdiodenpaar 31 und 32 die Diode 31 niederohmiger und die Diode 32 hochohmiger, so daß das Potential des Punktes A etwas positiver wird, z. B. um 30 mV. Diese Potentialänderung wird über den Kondensator 63 auf den Verstärkereingang 58 übertragen und erzeugt am Ausgang des Operationsverstärkers 47 ein positives Signal, welches wieder verschwindet, wenn die Stelle 20 vorbeigelaufen ist. Man erhält also beim Vorbeilaufen einer mit einem Nordpol magneti- ; sierten Stelle 20 einen positiven Impuls 46, der z. B. eine Dauer von 50 bis 100 msec haben kann. Dieser Impuls triggert den nachfolgenden monostabilen Multivibrator 39, wodurch in der bereits beschriebenen Weise das Paket 15 zur Empfangsstation 24 umgeleitet wird, ι Läuft eine mit einem Südpol magnetisierte Stelle 20 vorbei, so entsteht am Ausgang 45 ein negativer Impuls, der von der nachgeschalteten Logik nicht verarbeitet wird.

Zur Erzeugung eines positiven Impulses 46 beim Vorbeilaufen einer mit einem Südpol magnetisierten Stelle 20 dient die Schaltungsvariante nach Fig.4A. Hierbei sind gegenüber Fig.4 die Magnetdioden kreuzweise vertauscht, d. h. die Magnetdiode 32 nach Fig.4 entspricht der Magnetdiode 3Γ nach Fig.4A, und die Magnetdiode 31 nach Fig.4 entspricht der Magnetdiode 32' nach F i g. 4A. Da die Magnetdiode 31' beim Vorbeilaufen eines Südpols niederohmiger, die Magnetdiode 32' dagegen hochohmiger wird, wird bei dieser Variante der Punkt A beim Vorbeilaufen eines Südpols positiver, und es wird deshalb in diesem Fall beim Vorbeilaufen eines Südpols am Ausgang 45 ein positiver Impuls46 erzeugt.

Es hat sich gezeigt, daß es zweckmäßig ist. da; Magnctcliodenpaar 31, 32 bzw. 3Γ, 32' fest mit clci zugehörigen Verstärkerschaltung 35 zu verbinden, df wegen des hochempfindlichen Eingangs des Opera tionsverstörkers 47 Kontaktumschalter Anlaß zu Slö rungen geben könnten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Abfühlanordnung zum Erfassen der von einer magnetisierten Stelle eines sich niedriger Geschwindigkeit bewegenden Stahlbandes hervorgerufenen Magnetfeldänderung mit Hilfe einer Reihenschaltung von zwei magnetfeldempfindlichen Halbleiterdioden, die an einer stabilisierten Spannung liegt, wobei das an der Mittelanzapfung der Halbleiterdioden, die im Betrieb in entgegengesetzter Richtung vom magnetischen Fluß durchdrungen werden, auftretende Ausgangssignal einem Operationsverstärker über eine Wechseispannungskopplung zugeführt wird, die einen Widerstand und einen Kondensator umfassen, der mit dem Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist, nach Patent 2137 700, dadurch gekennzeichnet, dnß der Koppelkondensator (63) mit dem nichtinvertierenden Plus-Eingang (58) des Operationsverstärkers (47) verbunden ist, dessen Eingang (58) über einen hohen Widerstand (59) von etwa 400 kOhm, der in Verbindung mit dem Koppelkondensator (63) einen Hochpaß mit niederiger Grenzfrequenz bildet, mit Masse (42) verbunden ist und daß der Ausgang des Operationsverstärkers (47) über eine Widerstandsgegenkopplung (54, 55) mit dem invertierenden Minus-Eingang des Operationsverstärkers (47) verbunden ist.

2. Abfühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem mit Masse verbundenen, hohen Widerstand (59) ein kleiner Kondensator (60) von etwa 1 nF parallel geschaltet ist.

3. Abfühlanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode der einen Magnetdiode (31), deren Kathode mit dem Koppelkondensator (63) verbunden ist, auf einem Potential (C) etwa zwischen den beiden SpeiseDotentialen des Operationsverstärkers (47) liegt, und daß die Kathode der anderen Magnetdiode (32) auf einem Potential (B) liegt, das so gewählt ist, daß beim Einschalten am Ausgang (45) des Operationsverstärkers (47) ein Signal mit einer Polarität auftritt, die durch die nachfolgende Schaltlogik (39) nicht verwertet wird.

4. Abfühlanordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetdiodenpaar (31, 32; 31', 32') je nach der Art der auszuwertenden Magnetisierung (Nordpol oder Südpol) ausgebildet und fest an den Eingang des Operationsverstärkers (47) angeschlossen ist.