DE2508067A1

DE2508067A1 - Vorrichtung zur aufspuerung von metallischen teilchen

Info

Publication number: DE2508067A1
Application number: DE19752508067
Authority: DE
Inventors: Jean Martha De Gueldre; Jun Luc Yves Natens
Original assignee: Agfa Gevaert AG
Current assignee: Agfa Gevaert AG
Priority date: 1974-03-19
Filing date: 1975-02-25
Publication date: 1975-09-25
Also published as: JPS50126299A; FR2265101B1; GB1510103A; BE826520A; US4004216A; FR2265101A1

Description

2 1. Feb. 1375

AGFA-GEYAERT Aktiengesellschaft

LEVERKUSEN 2508Q67

Vorrichtung zur Aufspürung von metallischen Teilchen.

Priorität : Grossbritannien, den 19· März 1974·» Anm.Nr. 12 167/74-

Die Erfindung "betrifft eine Detektor vorrichtung, und insbesondere die Aufspürung metallischer Teilchen in einem dielektrischen Raum.

Die Erfindung ist besonders darauf abgestellt, metallische Teilchen aufzuspüren, die in einer Polyestergranulatmasse vorliegen, bevor diese Masse einer Extrusionsvorrichtung zugeführt wird.

Die Gegenwart solcher metallischer Teilchen in Polyestergranulat kann, auf Grund der nicht vorhandenen Verformbarkeit oder des hohen Verformungswiderstandes dieser Teilchen und der verhältnismUssig engen Zwischenräume, durch die sie gepresst würden, Grund für ernsthafte Schwierigkeiten oder Beschädigung der Extruderschnecke oder der Düse sein.

Eine rechtzeitige Erfassung ermöglicht es, Vorsorgemassnahmen zu ergreifen, wie etwa den Extruder anzuhalten, oder die Trichter zu entleeren, in denen das Granulat aufbewahrt und/ oder getrocknet wird. Obwohl diese Vorsorgemassnahmen sich wegen der unvermeidlichen, zeitweiligen Unterbrechung der Produktion als sehr kostspielig erwiesen haben, werden sie jedoch mehr als aufgewogen durch die Kosten, die aus den Produktionsverlusten und der gelegentlichen Beschädigung des Extruderhauses, der Extruderschnecke und/oder der Düse herrühren und die durch zufällig mit dem Rohmaterial vermischten metallischen Teilchen verursacht werden.

Es befinden sich bereits Detektorvorrichtungen im Handel, die auf der Erscheinung basieren, dass die Amplitude der

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elektrischen Spannung bex Resonanzfrequenz eines parallelen Resonanzkreises Schwankungen ^eigt., wenn einer der diesen Kreis bildenden Teile verändert wird. In dieser speziellen Vorrichtung ist die Selbstinduktionsspule auf der peripheren Oberfläche eines Rohres angebracht, durch welches das Polyestergranulat fliesst, so dass, wenn ein metallisches Teilchen diese Spule passiert, dies die Charakteristika des Resonanzkreises durch Einwirkung auf die Konfiguration oder Stärke der magnetischen Feldlinien dieser Spule beeinflusst. Die resultierenden Schwankungen können durch einen geeigneten Amplitudendetektor erfasst werden, worauf die erhaltenen Signale verstärkt werden können, um z.B. zur Speisung eines Alarmkreises, kräftig genug zu werden.

Eine sorgfältige Untersuchung der Übertragungsfunktion solcher Detektoren unter Verwendung paralleler Resonanzkreise in Kombination mit einem Oszillator, wobei letzterer als Kompensator für die unvermeidlich in einem solchen Kreis auftretende Dämpfung wirkt, ergibt, dass Amplitudendetektion die allgemeine Verwendung solcher Detektorvorrichtungen stark einengt.

Eine merkliche Störung der magnetischen Feldlinien der Selbstinduktionsspule wird in der Tat nur auftreten, wenn Körper mit einem genügend hohen magnetischen Permeabilitätskoeffizienten, die gleichzeitig genügend Wirbelstromverluste aufweisen, in den Spulenkern eingeführt werden. Ein solches System wird daher zwar Eisenteilchen erfassen können, aber weniger geeignet zur Erfassung etwa von Kupfer oder Messing oder nichtmagnetischem, rostfreiem Stahl sein.

Es ist daher ein Ziel der Erfindung, die vorher erwähnten Nachteile zu beheben.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Detektorsystem für metallische Teilchen verschiedener Form und Grosse zu schaffen. Andere Vorteile der Vorrichtung gemäss der Erfindung werden' im Lauf dieser Beschreibung ersichtlich werden.

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Erfindungsgegenstand ist demnach :

eine Vorrichtung zum Nachweis der Gegenwart metallischer Teilchen in einem Strom eines dielektrischen Mediums, umfassend :

- ein Rohr, durch welches das dielektrische Medium fliesst,

- Oszillatoreinrichtungen, die bei einer gegebenen Resonanzfrequenz schwingen,

- einen parallelen Resonanzkreis, der durch die von diesen Oszillatoreinrichtungen ausgesandte elektrische Energie angeregt werden kann, wobei die SeIbstinduktionsspule vlieses parallelen Resonanzkreises um dieses Rohr herum (vorzugsweise konzentrisch) angebracht ist und

- Detektoreinrichtungen, verbunden mit diesem parallelen Resonanzkreis, die in der Lage sind, Veränderungen der Frequenz und/oder Phase des in diesem parallelen Resonanzkreis bei der Passage eines metallischen Teilchens durch das Rohr verursachten Signals zu erfassen.

Eine Vorrichtung wie oben erläutert, ist in der Lage, ein Signal zu erzeugen, das von der Veränderung der Phasendifferenz zwischen zwei Signalen abhängig ist, wobei diese Phasendifferenz mit der Störung des magnetischen Felds oder der Veränderung von mindestens einem für die Erzeugung dieses magnetischen Felds verantwortlichen Parameter in Beziehung steht.

Bei der Betrachtung eines parallelen Resonanzkreises, der eine Selbstinduktionsspule, einen Kondensator und einen Widerstand umfasst, wobei letzterer für die "Wider st andsverluste in diesem Kreis steht, müssen drei Fälle betrachtet werden, wenn ein fremdes Metallteilchen in das Zentrum der Selbstinduktionsspule, in der das magnetische Feld erzeugt wird, eingeführt wird.

Wenn im obigen Fall ein ferromagnetisch.es Teilchen betrachtet wird, wird bei dessen Einführung in das Zentrum der Selbstinduktionsspule die durchschnittliche Permeabilität des mag-

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netischen Mediums zunehmen, so dass der Selbstinduktionskoeffizient L ebenfalls zunehmen wird, wodurch eine Abnahme der Resonanzfrequenz bedingt wird, welche durch die Quadratwurzel aus 1/LC definiert ist, wobei C die Kapazität des parallel zu dieser Selbstinduktionsspule L angebrachten Kondensators bedeutet. Hier wurde der Widerstand E, der normalerweise vernachlässigbar ist, nicht berücksichtigt.

Wenn das Teilchen gute elektrische Leitfähigkeitseigenschaften hat, werden Wirbelströme von hoher Amplitude in dem Körper induziert, die eine Verschiebung oder teilweise Aufhebung der magnetischen Feldlinien verursachen, was bedeutet, dass der Selbstinduktionskoeffizient abgenommen und die Resonanzfrequenz zugenommen hat.

Wenn schliesslich das Teilchen schlechte Leitungseigenschaften hat, werden die induzierten Wirbelströme Widerstandverluste in dem Material und damit eine Zunahme der Dämpfung verursachen, welche durch den Ausdruck k => -^k γ L/C definiert ist. In diesem lall wird die Amplitude der Spannung bei Resonanzfrequenz erniedrigt werden, und da R nicht mehr zu vernachlässigen ist, wird die Resonanzfrequenz zunehmen.

Bei Berücksichtigung dieser Gesichtspunkte ergibt sich, dass die Empfindlichkeit einer Torrichtung, welche nur Änderungen der Amplitude erfassen kann, sehr gross für ferromagnetische Materialien wie Eisen oder Stahl sein wird, da auf Grund der hohen Permeabilität des verhältnismässig grossen elektrischen Widerstandes dieser Metalle eine grosse Anzahl magnetischer Feldlinien absorbiert wird und die Widerstandsverluste ansteigen. Im Gegensatz dazu wird die Erfassungsempfindlichkeit niedrig sein für elektrische Leiter, wie Gold, Silber, Kupfer, usw. Es kann sogar vorkommen, dass die Empfindlichkeit des Systems Null wird, da der Qualitätsfaktor Q des Kreises, welcher RyG/l! gleich ist, unverändert bleiben kann, wenn sowohl R als auch L abnehmen, wie es bei einigen para- und diamagnetischen Stoffen, wie z.B. Eisen, der Fall sein kann.

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In den oben erwähnten drei möglichen Fällen wird daher die Resonanzfrequenz eines parallelen Resonanzkreises der Parameter sein, welcher sich ändern wird, wenn ein metallisches Teilchen mit beliebigen magnetischen Eigenschaften in die Selbstinduktionsspule dieses parallelen Resonanzkreises eingeführt wird. Hauptziel dieser Erfindung ist daher eine zur Aufspürung von Freqnenzveränderungen geeignete Vorrichtung, die im Folgenden unter Verweisung auf die anliegenden Zeichnungen eingehender beschrieben werden wird. Es zeigen :

Fig. 1 eine schematiscne Ansicht der Anordnung einer Vorrichtung gem'ass der Erfindung,

Fig. 2 eine Querschnittansicht der Konfiguration des magnetischen Feldes,

Fig. 3 eine Ansicht der Konfiguration der Selbstinduktionsspule,

Fig. 4 ein Schaltschema der Vorrichtung gemäss der Erfindung,

Fig. 5 ein Schaltschema einer Koppelungsstufe in der Vorrichtung von Fig. 4,

Fig. 6 die Phasendifferenz als eine Funktion der Frequenz am Ausgang der Koppelungsstufe von Fig. 5,

Fig. 7a und 7b das Signal am Ausgang der Vorrichtung von Fig. 4 bei Resonanzfrequenz bzw. Nicht-Resonanzfrequenz,

Fig. 8 ein Schaltschema des Oszillators der Vorrichtung von Fig. 4,

Fig. 9a bis 9e das Ausgangssignal der Detektorvorrichtung mit der Resonanzfrequenz gleich 200. kHz für Eisen, Edelstahl, Messing, Aluminium bzw. Kupfer,

Fig. 10a bis 1Oe das Ausgangssignal der Detektorvorrichtung für die gleichen Metalle wie in Fig. 9 bei einer Resonanzfrequenz von 100 kHz,

Fig. 11a bis 11e das Ausgangssignal der Detektoryorrichtung für die gleichen Metalle wie in Fig. 9 bei einer Resonanzfrequenz von 100 kHz, jedoch mit einer zusätzlichen Feldkorrektur.

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In Jig. 1 ist der allgemeine Aufbau einer erfindungsgemassen Vorrichtung 10 gezeigt, welche zur Erfassung'metallischer Teilchen 11 vorgesehen ist, die zufällig in einem dielektrischen Medium 12, wie Polyesterschnitzel oder -granulat, aufbewahrt in einem Trichter 13, vorhanden sein können. Zu diesem Zweck ist eine Selbstinduktionsspule 14- rund um das Auslassrohr des Trichters 13 vorgesehen, die die Erfassung der Teilchen erlaubt, da diese dip Frequenz.und/oder die Amplitude des magnetischen Felds verändern, das in dem Rohr durch die Selbstinduktionsspule erzeugt wird, wenn diese zusammen mit einem parallel geschalteten Kondensator (nicht gezeigt) einen parallelen Resonanzkreis bildet.

Die durch ein sich bewegendes Teilchen 11 erzeugte Störung wird in ein analoges elektrisches Signal verwandelt, das dazu dient, nach seiner Verstärkung eine Alarmvorrichtung zu speisen, so dass Vorsichtsmassnahmen, wie etwa das Anhalten des Extruders oder das Entleeren des Trichters, in dem vor der Extrusion Polyesterschnitzel oder -granulat 12 fallen, ergriffen werden können. Eines der Hauptprobleme, denen man sich gegenübersieht, ist die Erzeugung eines Magnetfeldes, das so gleichförmig wie möglich ist, in dem Rohr 15- Eine gleichförmige Verteilung des magnetischen Feldes ist eine notwendige Bedingung, um eine konstante Empfindlichkeit des Systems über die gesamte Querschnittsfläche des Rohrs zu erhalten.

Das System wird fast unabhängig vom Weg, den das metallische Teilchen durch das Feld nimmt. Wenn letzteres nicht wenigstens in einem bestimmten Grad gleichförmig wäre, würde ^±_e Empfindlichkeit des Systems zu grosse Schwankungen in Abhängigkeit davon zeigen, ob das Teilchen durch das Zentrum des magnetischen Feldes oder durch ein mehr an dessen Peripherie gelegenes Gebiet, im vorliegenden Beispiel die Wand des Rohres 15» geht.

Eine Form einer Detektorspulenanordnung, die ein hinreichend gleichförmiges Magnetfeld erzeugt, ist in Fig. 2 gezeigt.

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Statt nur eine ein magnetisches Feld von ungleichförmiger Verteilung erzeugende Selbstinduktionsspule 14 (hier im Schnitt gezeigt) vorzusehen, wurden innerhalb und ausserhalb des Rohres 15 Feldkorrektureinrichtungen vorgesehen.

Zu diesem Zweck sind am äusseren Umfang der Selbstinduktionsspule 14 Stäbe 17, die aus einer Ferritmischung bestehen, und parallel in axialer Richtung des Eohres orientiert sind, um die magnetischen Kraftlinien 16 zu konzentrieren, so dass diese Linien vornehmlich in den Innenraum der Selbstinduktionsspule 14 gerichtet sind. Eine weitere Verbesserung besteht darin, dass man einen kurzgeschlossenen Ring 18 rund um den äusseren Umfang der Spule 14 und die Stäbe 17 vorsieht. Dieser Hing besteht aus einem gut leitenden Material, vorzugsweise Kupfer oder Messing. Dadurch wird der magnetische Widerstand des Raums ausserhalb dieses Rings 18 sehr hoch, da zufällige Kraftlinien, die diesen Ring umgeben wurden, einen elektrischen Strom in diesem erzeugten, der wiederum ein Feld aufbaut, welches das durch diese Kraftlinien erzeugte Feld auslöscht.

Eine weitere Korrektur des Feldes kann schliesslich durch das Anbringen von Stäben 19 aus gut leitendem Material im inneren Umfang der Selbstinduktionsspule 14 in axialer Richtung des Rohres 15 erreicht werden. Auf diese Weise tritt ein mehr oder weniger analoges Phänomen, wie das im vorhergehenden Absatz beschriebene, auf, welches die Kraftlinien 16 veranlasst, einen Weg über bzw. unter dem unteren Ende dieser Stäbe 19 zu nehmen. Auf diese Weise erhält man im horizontalen Schnitt des Rohres 15 ein verhältnismässig gleichförmiges magnetisches Feld, bedingt durch die Tatsache, dass das Verhältnis zwischen den längsten und den kürzesten Kraftlinien (in der Nähe der Stäbe 19 laufend) stark verkleinert wird und nur 1,5 his 2, statt 10 und mehr beträgt. So wird die sehr hohe Konzentration des magnetischen Feldes in der Nachbarschaft der Spule · 14 ausgelöscht.

Um diesen günstigen Effekt zu verstärken, ist es vorteilhaft, die Windungen der Selbstinduktionsspule 14 so gleichmässig A-G 13:52 509839/066S

wie möglich über die Höhe der Spule zu verteilen. Dies ist nicht immer ganz einfach, da die Anzahl von Windungen, die zur Erzielung der erforderlichen Selbstinduktion notwendig ist, ziemlich begrenzt ist.

Es ist daher in Jig. 3 eine Lösung gezeigt, die darin besteht, dass man mehrere Spulen 14 parallel anbringt, so dass man eine verhältnismässig lange kombinierte Spule erhält, wobei der Selbstinduktionskoeffizient L so niedrig wie gewünscht gehalten werden kann.

in Fig. 4 ist ein Schema des elektronischen Kreises in einer Verrichtung gem'ass der Erfindung gezeigt.

Der elektrische Kreis 10 umfasst einen parallelen Resonanzkreis, aufgebaut durch die Kondensatoren 21 a und 21 b und die Selbstinduktionsspule 14- (versehen mit den in I¹Xg- 2 gezeigten Feldkorrektureinrichtungen und aufgebaut wie in Fig· 3 gezeigt), wobei die letztere induktiv mit einer zweiten Selbstinduktionsspule 22 gekoppelt ist, die als Verbindung des parallelen Resonanzkreises mit dem Oszillator 23 dient. Es können nach Belieben auch andere Arten von Koppelungsanordnungen verwendet werden, z.B. kapazitive oder galvanische Kopplungsarten. Der parallele Resonanzkreis ist mit den Pufferstufen 24 und 25 verbunden, die z.B. Emitterfolger sein können, und als Eingangsstufen zweier Kanäle für die Weiterverarbeitung des Oszillatorsignals dienen können.

Der erste Kanal wandelt das in dem parallelen Resonanzkreis erzeugte sinusförmige Signal mit Hilfe des Triggers 26 in ein Rechteckwellensignal um. Dieses Signal 31 (I¹Xg. 7) wird dem einen Eingang eines Digitalfrequenz- oder -phasendiskriminators 29 zugeführt, dessen Funktion später beschrieben wird.

Auch der zweite Kanal wandelt das sinusförmige Signal des Oszillators 23 mittels des Triggers 28 in ein Rechteckwellensignal 32 (siehe I¹Xg. 7) um, jedoch ist ein zusätzlicher

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Phasenverschiebungskreis 27 vorgesehen, der das Eingangssignal um 90° verschiebt. Der Kreis 27 besteht aus dem Kopplungskondensator 35 und den induktiv gekoppelten Spulen 34- und 36, wie es in Fig. 5 zu sehen ist.

Die Ausgänge der Trigger 26 und 28 werden in den Eingangsteil des Diskriminators 29 eingegeben, dessen Ausgangssignal verwendet werden kann, um nach Verstärkung mit Hilfe eines Verstärkers 30 einen Alarmkreis (nicht gezeigt) zu speisen.

Vas den zweiten Kanal betrifft, der bei Resonanzfrequenz ein gegenüber dem ersten Kanal um 90° phasenverschobenes Signal liefert, so erhält man eine Phasenverschiebung von 90° +_A0, wenn die Oszillatorfrequenz auf Grund der Gegenwart des fremden Metallteilchens zu f + ^f ändert.

Die Empfindlichkeit der Phasendifferenzerfassung wird vom so- ■ genannten Qualitätsfaktor des Resonanzkreises, gebildet aus der Spule 14- und den Kondensatoren 21 a und 21 b, abhängen. I¹Xg. zeigt die Beziehung zwischen der Phasenverschiebungsdifferenz (A 0) und der Punktion der Frequenz (f). Mit der Definition dieser Phasendifferenz gleich 90° bei Resonanzfrequenz f zeigen die Kurven 50, 51 und 52 die Veränderung der Phasendifferenz für einen hohen, einen massigen bzw. einen niedrigen Qualitätsfaktor des Resonanzkreises. Man kann aus dieser Figur ableiten, dass ein hoher Qualitätsfaktor die besten Ergebnisse für die Empfindlichkeit des Systems ergeben wird. Je höher in der Tat der Qualitätsfaktor-Q ist, um so kleiner wird die minimale Grosse der erfassten Teilchen.

In den Figuren 7a und 7b betrachtet man nun die Erzeugung eines Signals 33 am Ausgang des Diskriminators 29·

In Fig. 7a ist die Situation gezeigt, die dem parallelen Resonanzkreis bei Resonanzfrequenz entspricht, was-bedeutet, dass kein Metallteilchen in der Umgebung, der Selbstinduktionsspule ist, welche rund um das Rohr liegt, durch das die polymeren Teilchen fixessen.

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Die mit 31 bezeichnete Kurve ist das am Ausgang des Triggers 26 erzeugte Ausgangssignal des ersten Kanals und hat die gleiche Phase wie das Osziilatorsignal, das heisst, sie gehen beide zur gleichen Zeit durch O. Die Kurve 32 ist das am Ausgang des Triggers 28 erzeugte Ausgangssignal des zweiten Kanals, das hinter dem ersten Signal um 90° nacheilt.

Venn b.eide Signale 31 und 32 dem Diskriminator 29 eingegeben werden, welcher digit le Multiplikationseigenschaften hat, wird ein Ausgangssignal 33 erzeugt. Unter der Annahme, dass die Eingangssignale 31 und 32 pulsierend zwischen +1 und -1 Volt schwanken, wird das Signal 33 ebenfalls zwischen diesen zwei Werten schwanken ,obwohl die Frequenz verdoppelt wird. Diese letztere Erscheinung ist jedoch ohne Bedeutung. Das charakteristische Merkmal jedoch ist, dass der Durchschnittswert 37 dieses Signals 33 Null sein wird, da die Flächen unter der Kurve 33» die ober- und unterhalb der Nullachse liegen, einander gleich sind, so dass die positiven Werte die negativen Werten kompensieren.

Aus der obigen Beschreibung kann man daher schliessen, dass, wenn kein fremdes Teilchen in der Umgebung der Detektorspule 14- (Fig.^ 1) vorliegt, kein Signal in der Ausgangsstufe des Kreises erscheint, und dass die angeschlossene Alarmvorrichtung (nicht gezeigt) nicht in Gang gesetzt wird.

Wenn im Gegensatz dazu eine Störung des homogenen Magnetfeldes in der Spule 14 (Fig. 1) auftritt, verursacht durch die Gegenwart eines Metallteilchens im Strom von Polymerschnitzeln oder -granulat, so werden Frequenz und Amplitude der Spannung im parallelen Resonanzkreis Schwankungen unterworfen sein. Infolgedessen wird die Frequenz der Ausgangssignale ebenfalls Schwankungen ausgesetzt sein,wahrend gleichzeitig die Phase des Signals des zweiten Kanals sich ändern wird. Diese Situation ist in Fig. 7b dargestellt.

Kurve 31 zeigt das rechteckweilenförmige Ausgangssignal des ersten Kanals, das beispielsweise zwischen +1 und -1 Volt

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schwankt. Im zweiten Kanal erhält man das Ausgangssignal 32, dessen Phasenverschiebung von 90° verschieden sein wird, in Abhängigkeit von der Tatsache, dass der von der Spule 14 und den Kondensatoren 21 a und 21 b (Fig. 4) gebildete Resonanzkreis als induktiver oder kapazitiver Kreis wirken wird. Die Frequenz des Rechteckssignals 32 wird jedoch die gleiche wie die im ersten Kanal erzielte sein,da beide Signale aus der gleichen Quelle ohne Frequenzteilung oder -multiplikation in einem der Kanäle erhalten sind.

In dem in Fig. 7b dargestellten Beispiel wird angenommen, dass das Signal 32 um weniger als 90° nacheilt. Die Diskriminatoreinheit 29 in Fig. 4 wird in diesem Fall ein Ausgangssignal erzeugen, das nicht mehr gleich Null ist. Tatsächlich ergibt die Multiplikation beider Signale 31 und 32 eine Fläche unter der Kurve 33 über dem Nullniveau, die grosser als diejenige darunter ist. Im gezeigten Fall bewirkt dies einen Wert der durchschnittlichen Ausgangsspannung 37» der zwischen 0 und +1 Volt liegt. Nach Verstärkung kann dieses Signal zur Speisung eines Alarmkreises dienen.

Die vorhergehende Argumentation kann auf den Fall angewandt werden, dass das Signal 32 um mehr als 90° gegenüber dem Signal 31 nacheilt. Dann wird eine mittlere Ausgangsspannung 37 zwischen 0 und -1 Volt aufgebaut.

Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung des Oszillators Die Oszillatorstufe selbst umfasst den Transistor 46, der gemäss dem üblichen Emitterprinzip der Klasse C arbeitet und eine verhältnismässig hohe Leistungsverstärkung erlaubt.

Auf diese Weise wird jedoch ein neues Problem durch die Tatsache erzeugt, dass die Periode, während der der Transistor leitend ist, verhältnismässig klein wird, was ein Ansteigen der Verzerrung des Signals bewirkt. Diese Erscheinung kann nur dadurch begrenzt werden, dass man eine lose Koppelung zwischen den Selbstinduktionsspulen 14, 22 und 38 vorsieht,

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oder eine zusätzliche Selbstinduktion 39 im Kollektorkreis des Transistors 46 hinzufügt. Vorzugsweise wird der durch den Kondensator 4-8 und die Selbstinduktionsspulen 22 und 39 gebildete Kreis in einer Weise gewählt, dass die Resonanzfrequenz dieses Kreises mit der Resonanzfrequenz des durch SeIbstinduktionsspule 14 und Kondensatoren 21 a und 21 b gebildeten parallelen Kreises identisch ist. Demgemäss geschieht die Energieumwandlung aus einem pulsförmigen Signal in ein sinusförmiges in dem seriengeschalteten Resonanzkreis (Kondensator 48, Selbstinduktionsspulen 22 und 39) und nicht im eigentlichen Oszillator selbst. Das Kontrollsignal, das zur weiteren Verarbeitung in beiden erwähnten Kanälen verwendet wird, wird am gemeinsamen Punkt der Kondensatoren 21a und 21b abgenommen und kann, bevor es aufgespalten wird, zuerst der Eingangsstufe eines Spannungsfolgers zugeführt werden.

Aus der vorangehenden Erklärungen kann man schliessen, dass der Oszillator nach dem Prinzip der Klasse G arbeitet, wobei der Vorteil darin liegt, dass man eine verhältnismässig hohe Ausbeute erzielt; ein Nachteil ist jedoch, dass das erzeugte Signal eine ziemlich hohe Verzerrung zeigt. Der parallele Resonanzkreis wird jedoch in Klasse A betrieben, so dass die Verzerrung stark vermindert wird. Die Charakteristik der Oszillatorstufe kann durch adäquate Wahl der Werte der Kondensatoren 43 und 44 optimiert werden. Die Diode 41 erlaubt einen leichten Start des Oszillators, da sie xfährend der Startperiode abgeschaltet ist, so dass der durch den Widerstand 40 fliessende Strom völlig in die Basis des Transistors 46 eingespeist wird. Wenn der Oszillator voll arbeitet, ist die Diode 41 jedoch leitend und ein Teil des Stroms geht durch den Widerstand 42, so dass der in die Basis des Transistors eingegebene Strom erniedrigt wird.

Der Oszillatorkreis gemäss Pig. 8 ist vorteilhafter in vollständig abgeschirmten Behältern montiert, um etwaige parasitäre Signale von und/oder Interferenzen mit auswärtigen Quellen zu

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eliminieren. Der Einfluss mechanischer Vibrationen kann dadurch vermindert werden, dass man die elektronische Schaltung so nah wie möglich an den Detektorkreis legt, wodurch man die "Verwendung langer Kabelverbindungen zwischen beiden vermeidet. Die Gegenwart geringer Mengen von Wasser in Polyestern;ranulat und/oder -schnitzeln hat keinen wesentlichen Einfluss auf die Erfassungsfähigkeit des Systems.

In jeder der Figuren 9, 10 und 11 ist die Länge der x-Achse ein Mass für den Durchmesser der Spule.

Eine Reihe von Kurven für Eisen, Edelstahl, Messing, Aluminium bz7/. Kupfer ist in Fig. 9a bis 9e für den Fall gezeigt, dass nur eine Selbstinduktionsspule als Detektorsystem vorgesehen ist und eine Resonanzfrequenz von 200 kHz verwendet wird. Die Hintergrundgeräuschkomponente des Signals ist ziemlich hoch, weswegen man kein reproduzierbares Signal über den Durchmesser der Spule erzielen kann.

Die Figuren 10a bis 1Oe zeigen die Detektorantwortkurven für die gleichen Materialien bei einer Resonanzfrequenz von 100 kHz und gleichzeitiger Optimierung der Windungsverteilungen der Detektorspule. In diesem Fall erhält man bereits reproduzierbare Ergebnisse als eine Funktion des Spulendurchmessers, ,jedoch ist das Verhältnis zwischen den am Umfang und in der Nähe der Mitte der Spule erhaltenen Signalen noch zu gross. Das Hintergrundgeräusch hat jedoch beträchtlich abgenommen.

Schliesslich zeigen die Figuren 11a bis 11e die Kurven für die gleichen Materialien bei Verwendung einer Resonanzfrequenz von 100 kHz, Optimierung der Windungsverteilung auf der Detektorspule und Verwendung einer in Fig. 2 gezeigten Detektoranordnung. Aus diesen Kurven kann man ersehen, dass ein qualitativ gutes Signal erzielt wird, das eine fehlerfreie Ermittlung von üblicherweise verwendeten Metallen ermöglicht.

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Aus der vorhergehenden Beschreibung kann man schliessen, dass eine geeignete Detektorvorrichtung zur Prüfung auf die Gegenwart von Metallteilchen in einem dielektrischen Medium entwickelt wurde. Bei der Verwendung zeigt die Vorrichtung grosse Verlässlichkeit und man kann kleine Metallteilchen ermitteln, sogar wenn letztere durch die Mitte des Rohres passieren, durch welches das Dielektrikum fliesst, Feuchtigkeit erzeugt kein parasitäres Signal, so dass der Alarmkreis nur in Gang gesetzt wird, wenn eine echte Gefahr für die Extrusionsstrecke vorliegt.

Die Vorrichtung kann für andere Arbeitsweisen vervollständigt und/oder angepasst werden, wie z.B. die Erfassung metallischer Teilchen in Polymerbahnen, wenn letztere durch eine Spule geeigneter Form laufen, ohne von Ziel und Geist der Erfindung abzuweichen. Wenn erwünscht, kann bei einer solchen Anwendungsform der Erfindung oder in jeder anderen Anwendungsform davon das Rohr wie das Rohr 15 in Fig. 1. weggelassen werden, wobei natürlich das dielektrische Material veranlasst oder gezwungen wird, einem Weg durch die Selbstinduktionsspule zu folgen.

Die Erfindung schliesst jede Vorrichtung wie hier beschrieben, mit solchen Veränderungen, ein. Bei Prüfung einer Materialbahn z.B. kann das Gewebe leicht, z.B. durch Walzen, so geführt werden., dass es einen Weg durch diese Spule nimmt.

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Claims

Patentansprüche

ί 1.JVorrichtung zur Erfassung der Gegenwart von Metallteilchen ^v in einem Strom eines dielektrischen Mediums, gekennzeichnet durch :

- ein Rohr, durch welches das dielektrische Medium fliesst,

- Oszillatoreinrichtungen, die bei einer gegebenen Resonanzfrequenz schwingen,

- einen parallelen Resonanzkreis, der durch die von diesen Oszillatoreinrichtungen abgegebene Energie erregt werden kann, wobei die Selbstinduktionsspule dieses parallelen Resonanzkreises um dieses Rohr herum angeordnet ist, und

- Detektoreinrichtungen, die mit diesem parallelen Resonanzkreis gekoppelt und befähigt sind um Veränderungen von Frequenz und/oder Phase in diesem Resonanzkreis auf Grund des durch das Passieren eines Metallteilchens durch dieses Rohr verursachten Signals zu erfassen.
2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzfrequenz des parallelen Resonanzkreises die gleiche wie die Frequenz der Oszillatoreinrichtungen ist.
3- Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonanzfall zwischen dem parallelen Resonanzkreis und den Oszillatoreinrichtungen der Abwesenheit von Teilchen im Rohr entspricht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oszillatoreinrichtungen und der Resonanzkreis induktiv miteinander gekoppelt sind.
5· Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Koppelung durch die Vermittlung des Rohres, durch welches das dielektrische Medium fliesst, erfolgt.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoreinrichtungen vom Typ eines Diskriminators sind.

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7· Vorrichtung nach, einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektoreinrichtungen :

- Mittel, um ein erstes pulsförmiges Signal aus dieser Resonanzfrequenz abzuleiten,

- Mittel, um ein zweites pulsförmiges Signal aus dieser Resonanzfrequenz abzuleiten, wobei die Phase dieses zweiten pulsfö'rmigen Signals sich von der des ersten unterscheidet, und

- Mittel, um die Phasenverschiebungsdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten pulsfö'rmigen Signal auf Grund des Passierens eines metallischen Teilchens durch das Rohr zu vergleichen, um ein Signal zu erzeugen, das dieser Phasenverschiebungsdifferenz proportional ist, enthalten.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite pulsförmige Signal gegenüber dem ersten pulsförmigen nacheilt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite pulsförmige Signal gegenüber dem ersten um 90° nacheilt.
10.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite pulsförmige Signal die gleiche Frequenz wie das der Oszillatoreinrichtungen haben.
11.Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Oszillatoreinrichtungen 100 kHz beträgt.
12.Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der parallele Resonanzkreis einen hohen Qualitätsfaktor hat.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen vorgesehen sind, um ein homogenes Magnetfeld in der Selbstinduktionsspule dieses

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parallelen Resonanzkreises und im Inneren dieses Rohres, um das die Spule konzentrisch angeordnet ist, zu erzeugen.
14.Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das homogene Magnetfeld erzielt wird; indem man stark leitende Teile innerhalb der Selbstinduktionsspule vorsieht.
15·Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die stark leitenden Teile die Form von Stäben aufweisen, die rund um das Rohr und axial zu diesem orientiert in gegenseitigem Abstand angeordnet sind.
16.Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Stäbe aus Kupfer bestehen.
17«Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fliessweg des dielektrischen Mediums durch diese Selbstinduktionsspule des parallelen Resonanzkreises führt, jedoch kein Rohr vorhanden ist.
18.Verfahren zur Prüfung eines dielektrischen Materials auf die Gegenwart von Metallteilchen, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Material eine Selbstinduktionsspule eines parallelen Resonanzkreises passiert, in welchem ein Signal durch Oszillatoreinrichtungen induziert wird, die bei einer gegebenen Resonanzfrequenz schwingen, so dass die Frequenz und/oder Phase dieses Signals sich ändert, wenn Metallteilchen in der Spule vorliegen, und dass man das induzierte Signal einer Detektoreinrichtung eingibt, die solche Frequenz- und/oder Phasenänderungen erfasst.

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