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Verfahren und Vorrichtung zum Auffinden von Metall,
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insbesondere von metallischen Leitungen Die Erfindung betrifft ein
Verfahren zum Auffinden von Metall, insbesondere von metallischen Leitungen gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zum Auffinden von Metall gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 3.
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In sehr vielen Fällen, insbesondere bei der Hausinstallation ist es
erwünscht, daß verdeckte Metallteile, wie z.B. Metalleitungen, Eisenträger und dergleichen
geortet werden können, bevor mit einem Bearbeitungswerkzeug in die zu bearbeitende,
ein Metall überdeckende Fläche hineingearbeitet wird. Dazu sind die verschiedensten
Metallsuchgeräte entwickelt worden.
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Bei den Metallsuchgeräten mit akustischer Anzeige besteht dabei die
Gefahr, daß diese Geräte wegen des standig konzentriert zu verfolgenden Anzeigetons
und
wegen des relativ langen Suchvorgangs die Anwendung insbesondere
durch Handwerker abgelehnt wird, welche ständig mit dem Gerät umzugehen haben, weil
die Tonfrequenzen beim Suchvorgang und beim Auffinden eines Metalls voneinander
verschieden sein müssen und bei genauer Ortung als ständige Frequenzänderung als
unangenehm empfunden werden. Desweiteren sind oft die Umgebungsgeräusche so stark,
daß ein zuverlässiges Auffinden der gesuchten Metallgegenstände und -leitungen unmöglich
werden kann.
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Aus diesem Grunde wurden neuere Metallsuchgeräte mit einer Leuchtanzeige
ausgestattet, welche eine Glimmlampe oder Glühlampe aufweisen, die nur dann leuchtet,
wenn ein gesuchtes Metall gefunden wird.
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Bei der Anwendung dieser optisch anzeigenden Metallsuchgeräte hat
sich jedoch herausgestellt, daß weder die genaue Tiefe feststellbar ist, in welcher
sich das verdeckte Metall befindet, noch die Dimensionen des verdeckten Metalls
genau bestimmt werden können.
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Auch zwei sehr nahe beieinander liegende Leitungen können mit diesem
Geräten dahingehend unterschieden werden, ob es sich nun um eine oder mehrere Leitungen
handelt.
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Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung
der im Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 3 genannten Art derart zu schaffen, daß
sowohl die Tiefe feststellbar ist, in welcher sich das
gesuchte
Metallteil befindet, als auch die Größe und Form des gesuchten Metalls.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs
1 bzw. 3 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Vorrichtung
gemäß der kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 3 bis 12 sehr kompakt, leicht und
kostengünstig herstellbar ist, wodurch eine vielseitige und intensive Anwendung
ermöglicht wird. Ferner kann mit dieser Vorrichtung sogar die Lage von mehreren
verdeckten, dicht beieinanderliegenden Leitungen exakt bestimmt werden.
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Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung
dargestellt. Darin zeigt: Fig.1 in schematischer Darstellung das Verfahren, mit
welchem die Tiefe und die Dimensionen eines gesuchten Metalls festgestellt werden;
Fig.2 den wesentlichen Schaltungsteil für die Schalt- und Anzeigevorrichtung.
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Gemäß Fig.1 befinden sich in einem Mauerwerk 10 ein metallisches Rohr
12 und ein metallisches U-Profil. Wird nunmehr mit dieser Metallsuchvorrichtung
im eingeschalteten Zustand entlang einer Mauerwerkoberfläche 16
verfahren,
so leuchtet so lange eine Leuchtdiode auf, als hinter der Maueroberfläche 16 ein
metallischer Gegenstand liegt. Natürlich kann auch die Empfindlichkeit so eingestellt
werden, daß entweder gar keine Leuchtdiode aufleuchtet oder daß beispielsweise zwei
Leuchtdioden immer den betriebsbereiten Zustand dann derart anzeigen, daß kein metallischer
Gegenstand hinter der Mauerwerksoberflãche 16 liegt.
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Nähert sich nunmehr das Gerät dem gemäß Fig.1 rechten Schenkel des
U-Profils 14, dann leuchten beispielsweise sämtliche, zur Anzeige möglichen Leuchtdioden,
wie in diesem Falle acht Leuchtdioden auf. Wird nunmehr der im Kopf des Metallsuchgerätes
befindliche Metalldetektor gemäß Fig.1 weiter nach links verschoben, dann erlischt
ein Teil der Leuchtdioden, wenn der rechte Schenkel des U-Profils 14 hinter der
Mauerwerksoberfläche 16 verlassen wird. Da sich jedoch die Basis des U-Profils 14
in diesem Bereich hinter der Mauerwerksoberfläche 16 befindet, also die Tiefe, d.h.
der Abstand zwischen Metall und Metalldetektor größer wird, leuchten beispielsweise
nur noch vier Leuchtdioden auf. Ober die gesamte Breite der Basis des U-Profils
14 leuchten diese vier Leuchtdioden, wodurch die Breite der Basis des U-Profils
14 auf der Mauerwerksoberflãche 16 markiert werden kann. Erreicht der Metalldetektor
den linken Schenkel des U-Profils 14, welcher sich näher an die Mauerwerksoberfläche
16 im Mauerwerk heranerstreckt, dann leuchten wieder alle acht Leuchtdioden auf.
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Wie bei der Basis des U-Profils 14 können auch somit die Breiten des
linken und rechten Schenkels des U-Profils 14 auf der Mauerwerksoberfläche 16 markiert
werden.
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Verläßt der- Metalldetektor denjenigen Mauerwerksoberflächenbereich
16, hinter welchem sich das U-Profil 14 befand, dann erloschen alle Leuchtdioden
18 oder es leuchtet nur eine Leuchtdiode 18, wenn die Empfindlichkeit so eingestellt
ist. Nähert sich nunmehr der Metalldetektor einem metallischen Rohr 12, dann leuchten
direkt proportional zum Radius des metallischen Rohres 12 immer mehr Leuchtdioden
18 auf.
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Da das metallische Rohr 12 jedoch nicht so nahe im Mauerwerk an der
Mauerwerksoberfläche 16 liegt, wie beispielsweise die Schenkel des U-Profils 14,
leuchten bei gleichbleibender Empfindlichkeitseinstellung des Gerätes maximal sechs
Leuchtdioden auf, wenn der geringste Abstand zwischen Mauerwerksoberfläche 16 und
metallischem Rohr 12 erreicht ist. Wird dieser Abstand wieder größer, bei einer
weiteren Bewegung des Metalldetektors gemäß Fig.1 nach links, dann erlöschen eine
Leuchtdiode nach der anderen, bis das Gebiet, hinter welchem sich das metallische
Rohr 12 befindet, vollständig verlassen worden ist. Durch die gestrichelte Linie
in Fig.1 entlang der verschiedenen Leuchtdiodenanzeigen wird somit eine spiegelsymmetrische
Darstellung der hinter der Mauerwerksoberlache befindlichen Metallgegenstande aufgezeigt.
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Somit kann sowohl Art, Formation und Tiefe des jeweiligen metallischen
Gegenstandes festgestellt werden. Die Wirkungsweise des Gerätes wird durch die,
die metallischen Gegenstände umgebenden Materialien so lange nicht beeinflußt, als
diese nicht ebenfalls metallisch sind.und damit das von dem Metalldetektor ausgehende
Magnetfeld beeinflussen.
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Nach der prinzipiellen Funktionsweise gemäß Fig.1 wird nunmehr gemäß
Fig.2 die elektntechnische Funktion dieses Xetallsuchgerates beschrieben.
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Gemäß Fig.2 wird das Gerät von einer Gleichspannung mit einer positiven
Sammelschiene 20 und einer negativen Sammelschiene 22 elektrisch versorgt. An einem
Eingang 24 liegen die von einem herkömmlichen Metalldetektor gelieferten Signale
an. Ein derartiger Metalldetektor kann beispielsweise aus einem Schwingkreis bestehen,
dessen Frequenz durch Magnetfeldänderungen veränderbar ist. Dazu wird meist eine
mit einem Ferritkern versehene Suchspule mit einem Oszillator zusammengeschaltet.
Zur Verfeinerung können Transistorverstärkerstufen die Frequenzänderungen des Magnetfeldes
in Signale gewünschter Form umsetzen.
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Diese Signale liegen am Eingang 24 der Schaltung gemäß Fig.2 an. Ober
ein erstes Potentiometer 26, mit welchem die Empfindlichkeit des Gerätes einstellbar
ist, gelangen die Signale vom Eingang 24 auf eine Basis 28 eines KiEptransistors
T 4. Der Emitter 30 des npn-Transistors T4 liegt über einem ersten Kondensator 32
und einer dazu parallelen ersten Diode 34 an der negativen Sammelschiene 22. Der
ebenfalls mit der negativen Sammelschiene 22 über einen zweiten Kondensator 36 verbundene
Kollektor 38 desKipp-Transistors T4 ist ferner mit der Basis 40 eines Ansteuertransistors
T5 verbunden. Der Kollektor 38 und damit die Basis 40 sind über ein zweites Potentiometer
42 mit der positiven Sammelschiene 20 verbunden. Parallel zu dem zweiten
Potentiometer
42 liegt ein Festwiderstand R1 zwischen der positiven Sammelschiene 20 und der Verbindungsleitung
zwischen dem Kollektor 38 des Kipptransistors T4 und der Basis 40 des Ansteuertransistors
T5. Vom Emitter 44 des als pnp-Transistors ausgebildeten Ansteuertransistors T5
führt eine Verbindungsleitung 46 zu einem integrierten Ansteuerschaltkreis 48, welcher
zweckmäßigerweise aus den handelsüblichen Chip-Bausteinen ausgewählt wird.
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Der Ansteuerschaltkreis muß lediglich diejenige Funktion aufweisen,
mit welcher erreicht wird, daß bei Spannungsänderungen wie sie über die Verbindungsleitungen
46 eingegeben werden, die verschiedenen Ausgänge sukzessive schaltbar sind. Da an
den Ausgängen des. Ansteuerschaltkreises 48 die beispielsweise acht Leuchtdioden
18 angeschlossen sind, leuchten diese dann sukzessive auf.
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An den Emitter 44 des Ansteuertransistors T5 ist ein Spannungsteiler
R2 und R3 so angeschlossen, daß der Widerstand R2 zwischen der positiven Sammelschiene
20 und der Verbindungsleitung 46 liegt, während der Widerstand R3 zwischen der Verbindungsleitung
46 und dem Kollektor 50 des Ansteuertransistors T5 liegt. Vom Kollektor 50 des Ansteuertransistors
T5 führt eine Verbindung über eine Zehnerdiode 52 und ein drittes Poteniometer 54
zu der negativen Sammelschiene 22. Die Verbindung zwischen der Zehnerdiode 52 und
dem dritten Potentiometer 54 ist über einen Festwiderstand R4 an die positive Sammelschiene
20 angeschlossen, wodurch erreicht wird, daß die Zehnerdiode 52 und damit der. Kollektor
50 des Ansteuertransistors T5 an einer bestimmten Spannung
liegen,
welche durch das Widerstandsverhältnis von R4 und dem dritten Potentiometer 54 eingestellt
ist. Der Ansteuerschaltkreis 48 kann neben der festen Spannungsversorgung über die
negative Sammelschiene 22 und die positive Sammelschiene 20 noch mit einer variablen
Spannung aus dem dritten Potentiometer 54 über eine Verbindungsleitung 56 versorgt
werden.
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Zusammenfassend kann daher festgestellt werdén,daß das von dem Kipptransistor
T4 kommende Oszillatorsignal der Basis 40 des Ansteuertransistors T5 zugeführt wird.
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Durch Veränderung des Oszillatorsignals infolge Annäherung an Metallteile
verändert sich damit die Basisspannung von dem Ansteuertransistor T5. Das führt
zu einer Spannungsänderung des Emitters 44, die am Spannungsteiler R2-R3 entsteht.
Die Emitterkollektorstrecke des Ansteuertransistors T5 liegt dabei parallel zu dem
Widerstand R3 des Spannungsteilers R2-R3. Die Spannungsänderung wird über die Verbindungsleitung
46 dem Ansteuerschaltkreis 48 zugeführt. Je höher die Emitterspannung steigt, desto
mehr Leuchtdioden 18 leuchten in'der Kette auf.
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Natürlich können auch andere optische Anzeigeelemente verwendet werden,
welche geeignet sind die angegebene Aufgabe zu lösen.
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Werden mehrere Einzelgeräte und damit sowohl mehrere Metalldetektoren
als auch Anzeigeketten parallel zueinander zu einem Sammelgerät zusammengebaut,
so kann beispielsweise eine Anzeige erreicht werden, wie sie schematisch in Fig.1
mit gestrichelten Linien dargestellt worden ist.
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Während also bei dem bisher bekannten Metall- und Leitungssuchgeräten
eine Signallampe als optische Anzeige verwendet wurde, die durch Annäherung von
Metall an die Oszillatorspule mittels einer Kippschaltung zum Leuchten gebracht
wurde, und somit die Signallampe auch bei unterschiedlicher Entfernung zum Aufleuchten
gebracht wutde, unabhängig davon in welcher Tiefe die gesuchte Leitung oder das
Metallteil lag, wodurch Fehllokalisierungen durch seitliche Streuungen auftraten,
können im Gegensatz dazu durch die oben beschriebene Vorrichtung und die damit verbundene
Diodenanzeige eine wesentlich genauere Lokalisierung der gesuchten Leitungen erreicht
werden, wobei sich auch annähernd die Tiefe bestimmen läßt. Ebenso ist es möglich,
die Mitte der gesuchten Leitungen milimetergenau zu orten, da keine Signallampe
zur Anzeige verwendet wird, sondern acht Leuchtdioden, die zu einem Leuchtfeld zusammengefaßt
sind.
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Durch das Annähern von Metall an die Oszilratorspule leuchten somit
die Dioden je nach Abstand des Metallteils oder der Leitung nacheinander auf. Je
mehr Dioden aufleuchten, umso weniger tief liegt die Leitung, oder es handelt sich
um ein größeres Metallteil, wie z.B.
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einem Eisenträger oder dergleichen.
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Wegen der vielseitigen Anwendbarkeit und vielen Einsatzmdglichkeiten
wurde eine netzunabhängige Stromversorgung durch eine Gleiehstrombatterie gewählt.
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