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Verfahren und Gerät zum Sortieren von kleinen Gegenständen, wie Samen
o. dgl. Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Sortieren von kleinen Gegenständen
bzw. Erbsen, Bohnen und ähnlichen Pflanzensaaten, wie Hülsenfrüchte und Grassamen.
plan hat gefunden, daß solche Pflanzensaaten einzeln elektrisch geladen werden können
und daß so geladene Samenkörner beim freien Fall durch ein elektrisches Feld geeignet
hoher Intensität abgelenkt werden.
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Es ist bekannt, daß Fehler in den einzelnen Samen dieser Art durch
die Färbung und hzw. oder ihre Oberflächenbildung ersichtlich sind. Man hat deshalb
schon diese Unterschiede heim Sortieren mittels eines selbsttätigen Sortiergerätes
ausgenutzt, und zwar durch Beleuchtung der Gegenstände finit Licht durch ein geeignetes
optisches System und durch Weiterleitung dieses durch den Gegenstand reflektierten
Lichtes auf photoelektrische Zellen. Da die auf die photoelektrische Zelle von einem
fehlerhaften Gegenstand reflektierte Lichtmenge sich von der von einem gesunden,
fehlerfreien Gegenstand reflektierten Lichtmenge unterscheidet, hat man den daraus
folgenden Unterschied im erzeugten Photozellenstrom zur Betätigung von Relais benutzt,
die den Sortiervorgang entsprechend regeln. Ein Mangel hierbei ist, daß die Relais
und die mit ihnen verbundenen mechanischen Einrichtungen relativ teuer sind, dauernde
Einstellung, l@einigung und Wartung erfordern und verhältnismäßig
langsam
arbeiten. Des weiteren muß man beim raschen Sortieren einer sehr großen Zahl von
Gegenständen das gesamte Gerät vervielfachen, um eine große Zahl Sortierkanäle zu
haben, von denen jeder mit einem besonderen Verstärker versehen ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfacheres, billigeres und zuverlässigeres
Gerät vorzusehen, das größere Sortiergeschwindigkeit besitzt.
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Eine Art des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Sortieren kleiner Gegenstände,
beispielsweise Bohnen, Erbsen oder ähnliche Pflanzensaaten, deren Oberflächen unterschiedliche
Eigenschaften der Lichtreflexion besitzen, besteht in dem Aufladen der Gegenstände,
in der Spannungsänderung zum mindestens eines Elektrodenteiles eines Feldes und
in dem Durchgang der aufgeladenen Gegenstände durch ein elektrisches Feld, wo sie
entsprechend ihrer Aufladung ausgesucht abgelenkt werden.
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Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Sortieren
kleiner Gegenstände, beispielsweise Bohnen, Erbsen oder ähnliche Pflanzensamen,
deren Oberfläche unterschiedliche Eigenschaften der Lichtreflexion besitzen. besteht
darin, daß die elektrische Aufladung der zu sortierenden Gegenstände in Abhängigkeit
von der Menge oder Art des von ihnen reflektierten Lichtes erfolgt und die so aufgeladenen
Gegenstände ein elektrostatisches Gleichfeld durchlaufen, in dem sie entsprechend
ihrer Aufladung ausgesucht abgelenkt werden.
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Vorzugsweise sind die Gegenstände positiv oder negativ elektrostatisch
geladen, und man läßt sie dann durch ein starkes elektrostatisches Feld durchfallen.
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Das Gerät zum Sortieren von kleinen Gegenständen, beispielsweise Bohnen,
Erbsen oder ähnliche Pflanzensamen, die unterschiedliche lichtreflektierende Eigenschaften
ihrer Oberflächen besitzen, besteht gemäß der Erfindung aus einem Paar Deflektorplatten,
aus einer Einrichtung zur Erzeugung eines starken elektrostatischen Gleichfeldes
zwischen diesen Deflektorplatten, aus einer Rutsche für die Zuführung der Gegenstände
zu einem Punkt über den Deflektorplatten, so daß beim Verlassen des Rutschenendes
die zu sortierenden Gegenstände zwischen den beiden Platten durchfallen, aus einer
Einrichtung zur elektrostatischen Aufladung der Gegenstände beim Verlassen des Rutschenendes
oder kurz vorher und aus einer Einrichtung zur Beleuchtung der Gegenstände, wenn
sie das Rutschenende erreichen. Des weiteren besitzt es eine photoelektrische Zelle
zur Aufnahme des von den einzelnen Gegenständen reflektierten Lichtes, wobei diese
Zelle mit der Einrichtung zur elektrostatischen Aufladung der Gegenstände in der
Weise gekoppelt ist, daß diese Aufladung der zu sortierenden Gegenstände im Einklang
mit dem von ihrer Oberfläche reflektierten Licht steht, worauf dann die Gegenstände
beim Durchlauf zwischen den Deflektorplatten ausgesucht abgelenktwerden. Schließlich
ist noch eine Einrichtung zum Sammeln der aussortierten abgelenkten Samen vorgesehen.
Weitere erfinderische Merkmale der Bauform und des Arbeitsverfahrens sind in den
Unteransprüchen enthalten.
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In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht.
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Fig. i ist ein Schaltdiagramm einer geeigneten Form eines Samensortiergerätes
nach der Erfindung; Fig. 2 ist eine Seitenansicht einer geeigneten Geräteform nach
der Erfindung; Fig. 3 und 4 sind weitere Ansichten derselben von verschiedenen Seiten;
Fig.5 zeigt eine schematische Darstellung der Arbeitsweise des Sortiergerätes; Fig.6
zeigt eine bauliche Abwandlung der Rutsche zur Sicherung, daß die Gegenstände genügend
lang im elektrostatischen Feld bleiben.
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In den Zeichnungen besteht das Samensortiergerät aus einem Rahmen
i o, an dem in geeigneter Weise auf Isolierkörpern i i ein Paar Deflektorplatten
12, 13 angebracht sind, zwischen welchen, wie weiter unten beschrieben, ein starkes
elektrostatisches Gleichfeld erzeugt wird. Wie in dem gezeichneten Gerät dargestellt,
sind die Samen positiv geladen, und die Platte 12 am positiven Pol der Leitung hängt
etwa senkrecht herab. während die Platte 13 am negativen Pol der Leitung, wie insbesondere
Fig. 5 zeigt, so geneigt ist, daß sie am unteren Ende in weiterem Abstand von der
Platte 12 absteht als am oberen Ende, um die Ablenkung der aufgeladenen Samenkörner,
beispielsweise Bohnen, einwandfrei zu ermöglichen.
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Über den oberen Enden der Deflektorplatten 12, 13 liegt eine feste
Rutsche 14, in welcher die Bohnen, eine hinter der anderen, in rascher Folge mittels
irgendeiner geeigneten Einrichtung abwärts laufen. Bei der dargestellten Ausführungsform
werden die Bohnen in eine Schütte 15 eingefüllt, von wo sie in einen Trog 16 fallen,
der durch einen Elektromotor 17 hin und her gerüttelt wird. Von dieser Schüttelrutsche
16 geht eine geneigte Rutsche 18 ab, die in dem oberen Ende der festen Rutsche 14
hin und her rüttelt, so daß die Bohnen beim Verlassen des Troges 16 in rascher Folge,
eine hinter der anderen, in den Rutschen 18 und 14 durch ihr Eigengewicht abgleiten.
Nach dem Verlassen des Endes der festen Rutsche 14 fallen die Bohnen zwischen den
beiden Deflektorplatten 12, 13 hindurch und in den einen oder anderen Sammelbehälter
i9 bzw. 2o, je nachdem sie abgelenkt wurden oder nicht.
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Die Rutsche 14 besteht in der Hauptsache aus Isolierstoff, besitzt
aber eine Metallspitze 14°, die als Elektrode zum Aufladen der Bohnen, wie weiter
unten beschrieben, ausgebildet ist.
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Von einer Lampe 21 wird Licht durch eine Linse oder ein Linsensystem
22 auf die Spitze i4° der Rutsche 14 geworfen, Das durch eine Bohne an der Spitze
i4° der Rutsche 14 reflektierte Licht wird durch eine Linse oder Linsensystem 23
auf eine photoelektrische Zelle 24 gesammelt. Wie oben festgestellt wurde, ist das
Ansprechen dieser photoelektrischen Zelle 24 auf das durch eine Bohne an der Spitze
14° der Rutsche reflektierte Licht maßgebend
für die elektrische
Aufladung der betreffenden Bohne, und man muß daher darauf achten, daß keine zweite
Bohne in den Lichtbereich der Linse 22 und der photoelektrischen Zelle 24 kommt,
wenn die erste Bohne noch an der Spitze 14a der Rutsche 14 liegt. Wäre dies aber
der Fall, dann würde das Ansprechen der photoelektrischen Zelle 24 durch eine Lichtkombination
bestimmt werden, die von zwei Bohnen reflektiert wird, so daß dann die erste Bohne
im Gegensatz zu dem von ihr allein reflektierten Licht nicht richtig aufgeladen
würde. Um nun diese Möglichkeit eines etwa auftretenden Fehlers zu verhindern, ist
die Linse 22 so angeordnet, daß sie das von der Lampe 21 ausstrahlende Licht auf
einen Bereich richtet, der teils am Ende der Rutschenspitze 14a und teils in dem
Luftraum vor dieser liegt. Hierdurch wird das Licht von einer Bohne in die photoelektrische
Zelle 24 nur dann reflektiert, wenn sie gerade von der Kutschenspitze 1411 abfällt.
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Was die elektrische Einrichtung des Gerätes (Fig. i) betrifft, so
ist dort ein Regeltransformator 3o vorgesehen, der von der Wechselstromhauptleitung
gespeist wird und selbst einen Transformator 31 speist, dessen Sekundärspule etwa
eine Effektivspannung von 15 ooo Volt hat. Die Spannung des Transformators 31 wird
durch einen Gleichrichter mit Spannungsverdopplung gleichgerichtet, der zwei gleichsinnig
geschaltete Gleichrichter 32 und 33 in zwei Brückenarmen und zwei Kondensatorenwiderstandskreise
34, 35 in den beiden anderen Brückenarmen enthält, so daß an den Punkten 36 und
37 Gleichspannung von etwa 21 000 Volt, Lind zwar positiv und negativ mit
Rücksicht auf die Erdung 38 vorhanden ist, wobei die eine Leitung der Sekundärwicklung
des Transformators 31 mit der Erde verbunden ist. Der Punkt 36 ist mit der positiven
Deflektorplatte 12, und der Punkt 37 mit der negativen Deflektorplatte 13 verbunden,
so daß eine Potentialdifferenz von etwa 42 000 Volt zwischen den Platten
12 und 13 vorhanden ist, die ein starkes elektrostatisches Gleichfeld im Raum zwischen
den Platten 12, 13 erzeugt.
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Eine übliche Spannungsquelle 40 ist angeordnet, deren Spannung etwa
bei 6oo Volt liegt und deren positive Leitung 41 geerdet ist. Die Anode 42 der photoelektrischen
Zelle 24 ist mit einem geeigneten Punkt A eines Potentiometers ß verbunden, das
an der Spannungsquelle 4o liegt, und die Kathode 43 ist mit dem Gitter 44 der Röhre
45 verbunden. Die Anode 46 dieser Röhre 45 ist über einen Widerstand 47 von etwa
6o ooo Ohm geerdet und durch die positive Leitung 4i mit der Spannungsquelle 40
verbunden, während die Kathode 48 der Röhre 45 an der negativen Leitung dieser Kraftquelle
4o angeschlossen ist. Das Gitter 44 der Röhre 45 ist mit Rücksicht auf die Kathode
48 durch den Ladekreis 5o negativ geladen, wobei dieser Kreis mit dem Gitter 44
über einen hohen Widerstand 51 verbunden ist, der etwa 2o 1Megollm sein kann. Der
Ladekreis 5o besteht aus einer Batterie 52, einem festen Widerstand 53, der in Reihe
mit einem veränderlichen Widerstand 54 liegt, so daß die Ladung auf dem Gitter 44
regelbar ist. Die photoelektrische Zelle 24 ist vom Hochvakuumtyp mit sehr geringem
Dunkelstrom, und beim Gebrauch wird die Vorspannung des Gitters 44 der Röhre 45
durch den Ladekreis auf den Schaltpunkt eingestellt, wenn kein Strom durch die photoelektrische
Zelle 24 fließt. Die Folge davon ist, daß bis zu der Zeit, wo dann Licht in die
photoelektrische Zelle 24 von einer Bohne auf der Spitze i4a der Rutsche 14 reflektiert
wird, die Röhre 45 abgeschaltet ist und kein Strom in den Anodenkreis 46, 47, 38
fließt.
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Die Röhre 45 dient zum Auslösen einer Laderöhre 55, deren Anode 56
zunächst unmittelbar mit der Metallspitze 14a der Rutsche 14 und zweitens durch
den hohen Widerstand 57 von etwa 20 \legohm mit dem positiven Punkt 36 und drittens
über einen sehr hohen Widerstand 58 von etwa 200 Megohm mit der Erde verbunden ist.
Die Anode 46 der Röhre 45 ist direkt mit dem Gitter 59 der Röhre 56, wie dargestellt,
verbunden, und die Kathode 6o dieser Röhre 56 ist geerdet.
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Bisher wurden die Vorgänge ohne Beleuchtung der photoelektrischen
Zelle 24 erörtert, und es folgt nunmehr die Erläuterung des Arbeitsganges der Röhre
55 unter diesen Bedingungen. Ist die Röhre 45 auf den Schaltpunkt eingestellt geladen,
dann fließt kein Strom in dem Widerstand 47, und das Gitter der Röhre 55 steht unter
Erdpotential. Die Röhre 55 wird auf diese Weise eingeschaltet, und es fließt dann
Strom durch sie. Der innere Röhrenwiderstand wird unter diesen Bedingungen im Vergleich
mit dein Widerstand 57 unbeachtlich sein, so daß der Spannungsabfall in der Röhre
55 sehr klein sein und ein sehr kleines Potential an der Spitze 14a der Rutsche
14 auftreten wird. Für alle praktischen Zwecke ist die Spitze 14a als mit Erdpotential
versehen zu betrachten, und es wird daher eine Bohne in ihr nicht geladen werden.
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Zur Betrachtung kommt nunmehr der Fall, in dem Licht auf die photoelektrische
Zelle 24 fällt und damit Strom fließt. Der Zellenstrom stellt, über den Widerstand
51 fließend, ein Potential auf, das der Vorspannung des Gitters 44 der Röhre 45
entgegengesetzt ist, so daß die Röhre 45 nicht mehr gesperrt ist. Die Röhre 45 wird
daher über den Widerstand 47 stromführend. Es erfolgt ein Potentialabfall am Widerstand
47, der sich auf das Gitter 59 der Röhre 55 überträgt, wobei die Größe des Widerstandes
47 mit Rücksicht auf den inneren N@'iderstand der Röhre 45 unter diesen Bedingungen
so gewählt ist, daß die Röhre 55 wieder gesperrt wird. Infolgedessen wird kein Strom
über die Röhre 55 fließen, und das Anodenpotential 56 wird genau dem des Punktes
36 entsprechen, der, wie erwähnt, mit der positiven Deflektorplatte 12 verbunden
ist, da die Höhe des Widerstandes 57 gegenüber der des Widerstandes 58 verhältnismäßig
gering ist. Ein hohes Potential, etwa vom gleichen Range des Potentials der positiven
Deflektorplatte 1?, wird sich deshalb an der Spitze 14a der Rutsche 14 einstellen,
und eine mit dieser in Berührung stehende lohne wird dann positiv aufgeladen.
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Es soll nunmehr die Arbeitsweise der Saatensortiermaschine
erklärt
und der einfachste Fall der Sortierung von hellen und dunklen Bohnen erläutert werden,
z. B. Bohnen, deren Oberflächen gute, lichtreflektierende Eigenschaften besitzen
gegenüber solchen, deren Oberflächen keine lichtreflektierenden Eigenschaften haben.
Die Bohnen werden durch die Rutsche 14 abwärts geleitet und erreichen, eine nach
der anderen, die Spitze i4°. wo sie durch den Lichtstrahl der Lampe 21 beleuchtet
erden. Erreicht eine helle Bohne die Spitze i4°. dann wird Licht von ihrer Oberfläche
nach der photoelektrischen Zelle 24 reflektiert, welche daraufhin stromführend wird.
Die Folge davon ist, daß die Röhre 45 ebenfalls Strom führt, die Röhre 55 gesperrt
und ein hohes Potential auf die Spitze 14" gelegt wird, um diese Bohne, wie beschrieben,
positiv zu laden. Die hochgeladene Bohne fällt am Ende der Rutsche ab und zwischen
den Deflektorplatten 12, 13 unter ihrer eigenen Schwere nach unten. Da sie positiv
aufgeladen ist, wird sie beim Eintritt in das elektrostatische Feld zwischen den
Platten 12, 13 durch die positive Platte 12 abgestoßen und durch die negativ geladene
Platte 13 angezogen, und sie wird infolgedessen so abgelenkt, daß sie in den Sammler
20 fällt. Es kann mathematisch nachgewiesen werden, daß die Bohnenbahn innerhalb
des elektrostatischen Feldes, vorausgesetzt, daß diese sich nicht zu dicht der negativ
geladenen Platte 13 nähert, eine gerade Linie und keine Parabel ist, wie es beim
ersten Anblick scheinen könnte. Durch geeignete Bemessung der Deflektorplatten 12,
13 kann man daher leicht eine angemessene Ablenkung erzielen.
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Erreicht aber eine dunkle Bohne die Spitze 14° der Rutsche 14, so
wird kein Licht (oder nur ungenügendes Licht für das Ansprechen der photoelektrischen
Zelle 24) von der Bohnenoberfläche reflektiert werden, so daß die photoelektrische
Zelle deshalb keinen Strom entstehen läßt. Unter den oben beschriebenen Bedingungen
bleibt die Röhre 45 ebenfalls gesperrt, während die Röhre 55 Strom führt, aber das
auf die Spitze i4° der Rutsche 14 gelegte Potential tatsächlich gleich Null ist.
Eine dunkle Bohne wird daher nicht aufgeladen und fällt nach Verlassen der Rutsche
zwischen den Platten 12.13 unter ihrer Schwere senkrecht in den Sammler icg ab.
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Die Bahn der hellen Bohnen ist mit X und die der dunklen mit I' in
Fig. 5 bezeichnet.
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Es, ist wesentlich, festzustellen, daß nicht die relativen Potentiale
zwischen den Platten 12, 13 und den Bohnen den Vorgang veranlassen. Die Platte 12
ist gegen Erde auf ein hohes Potential positiv geladen, während die Platte 13 gegen
Erde negativ aufgeladen ist. Nichtsdestoweniger fällt die dunkle Bohne mit Erdpotential
unabgelenkt durch das Feld.
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Auf diese Weise wird eine wirksame Trennung von hellen und dunklen
Bohnen sichergestellt. Der angeführte Fall der Trennung hellfarbiger Bohnen von
dunkelfarbigen Bohnen ist lediglich aus Gründen der Einfachheit und der leichteren
Erklärung des Arbeitsganges ausgewählt. Es ist ersichtlich, daß das von der Oberfläche
einer Bohnenart oder eines anderen Gegenstandes reflektierte Licht die photoelektrische
Zelle 24 in einem solchen Maße anregt, daß die Ladung des Gitters 44 so weit abfällt,
daß die Röhre 45 stromführend wird, während das von der Oberfläche einer anderen
Bohnenart oder eines anderen Gegenstandes reflektierte Licht die photoelektrische
Zelle nicht in diesem Maße anregt, so daß eine Trennung erreicht wird.
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`'Fenn die Bohnen, Erbsen oder anderen Gegenstände zum Sortieren in
der Intensität des von ihren Oberflächen reflektierten Lichtes voneinander abweichen,
ist eine Regelung durch den veränderlichen Widerstand 54 vorgesehen. Der Widerstand
54 ist so eingestellt, daß das von Gegenständen mit geringen Reflexionsvermögen
reflektierte Licht gerade nicht mehr genügt, daß der Strom in der photoelektrischen
Zelle die Vorspannung überxvindet und das Gitter 44 der Röhre 45 über den Sperrpunkt
hinüberbringt. Das Sortieren oder Trennen wird dann, wie oben beschrieben, durchgeführt.
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Die Erfindung kann auch dazu verwendet werden, Gegenstände, die sich
in der Lichtfarbe unterscheiden, zu sortieren oder zu trennen, die also unabhängig
von der Lichtintensität reflektieren. In diesem Falle bedarf es lediglich der Anordnung
eines Farbfilters zwischen der Spitze 14° der Rutsche 14 und der photoelektrischen
Zelle 24, die einerseits den Durchlaß des Lichtes von einer Farbe verhindert, während
es anderseits den einer anderen Farbe gestattet. Die Bohne, die Licht reflektiert,
das durch das Filter gegangen ist, wird dann zu einer hellen Bohne, und die Bohne,
die Licht reflektiert, das von dem Filter absorbiert wird, wird eine dunkle Bohne,
worauf das Sortieren, wie oben beschrieben, erfolgen kann.
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Für den Fall der Trennung von gemischten kleinen Gegenständen, wie
Bohnen, Erbsen oder ähnlichen Pflanzensaaten, in zwei Sorten kann man, bevor sie
durch das elektrostatische Feld fallen können, eine Sorte aufladen, die andere aber
nicht. Dies ist aber in keinem Falle wesentlich, da mit einiger Abänderung der elektrischen
Einrichtung der gleiche Erfolg durch Aufladung beider Teile erreicht werden kann,
wenn sie nur unterschiedlich geladen sind. So kann man z. B. eine Sorte positiv
und die andere negativ laden.
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Die Erfindung ist auch nicht auf die Trennung einer Mischung von zwei
Sorten beschränkt. Man kann sie auch zur Sortierung einer Mischung von drei oder
mehr Sorten anwenden. In diesem Falle kann jede Sorte die photoelektrische Zelle
24 in unterschiedlichem Maße erregen, und der Gegenstand wird dann entsprechend
dieser Erregung in diesem Maße aufgeladen. Dies kann leicht durch Verstärkung der
Leistung der Photozelle zur Rufladung der Bohne o. dgl. erfolgen.
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In allen Fällen ist angenommen, daß der Betrag, bis zu welchem die
aufgeladene Bohne o. dgl. abgelenkt wird, eine Funktion der Zeit ist, während der
sie sich in dem elektrostatischen Feld aufhält.
Um die Zeit zu verlängern,
in der sich die Bohne o. dgl. im elektrostatischen Feld befindet, kann das Rutschenende
14 leicht aufgebogen werden wie in Fig. 6, so daß die Bohne o. dgl. einer dort ersichtlichen
Bahn folgt, statt daß sie unmittelbar beim Verlassen der Rutsche abfällt. Es ist
ersichtlich. daß die Bohne eine vorgesehene längere Zeit im Feld bleibt und daß
daher bei gleichen anderen Faktoren die Ablenkung größer wird.
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Man kann nach Belieben mehr als eine Rutsche mit einer elektrisch
aufladenden Spitze an jedem Paar von Deflektorplatten vorsehen, doch wird dies im
allgemeinen nicht notwendig sein. In allen Fällen wird ein getrennter Verstärker,
wie die Röhren 45 und 55, für jede aufladende Spitze vorzusehen sein, und ein einzelner
Hochspannungsgenerator kann zur Speisung irgendeiner Zahl von Deflektorplattenpaaren
benutzt werden, da das Potential nicht so verändert wird, daß eine große Ersparnis
durch Zuführung von mehr als einem Strom verschieden aufgeladener Mischgegenstände
durch ein einzelnes Paar Deflektorplatten erreicht würde.
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Obwohl es vorzuziehen ist, die Trennung der verschieden geladenen
Bohnen o. dgl. dadurch zu erreichen,daß sie durch ein elektrostatischesGleichfeld
fallen können, kann auch ein Erfolg erreicht werden, wenn die verschieden geladenen
Bohnen o. dgl. ein magnetisches Gleichfeld durchlaufen.