DE4041268A1 - Banknote-deflecting system - uses hinging diverter blade of piezoelectric material - Google Patents

Abstract

Items of thin sheet material, e.g., banknotes are deflected from the transport direction using a diverter blade swung across the latter from the rest position. The blade is of piezoelectric material. It can be finger-shaped and of two metallised piezoelectric sheets joined together to form a laminate, and typically of polyvenylide fluoride. ADVANTAGE - Simple and compact, generating little heat.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umlenken von dünnem Blattgut, wie Banknoten, Belege und der­ gleichen aus einer Transportrichtung in eine andere Richtung, bestehend unter anderem aus einem Weichen­ flügel, welcher um einen Fixpunkt aus einer Stellung außerhalb der Transportebene in dieselbe bewegbar ist.The invention relates to a device for deflecting of thin sheets, such as banknotes, receipts and the same from one direction of transport to another Direction, consisting among other things of a switch wing, which around a fixed point from one position is movable in the same outside the transport plane.

Die bisher bekannt gewordenen Weichen dieser Art werden entweder mit Schrittmotoren oder mit Hilfe von Elektro­ magneten gesteuert. Eine der vielen Ausführungsformen elektromagnetischer Weichen beschreibt z. B. die DE-PS 10 84 647.The switches of this type that have become known so far either with stepper motors or with the help of electro magnet controlled. One of the many designs electromagnetic switches describes e.g. B. the DE-PS 10 84 647.

Es handelt sich hier um eine Weiche für ein Förderkanal­ system, wobei an einer der Außenflächen der Kanalseiten­ wand eine Platte befestigt ist, die über ein Scharnier schwenkbar gelagert ist und an ihrer dem Kanal zuge­ wandten Seite einen Elektromagneten trägt. Der Weichen­ flügel selbst wird von zwei keilförmig angeordneten Flä­ chen gebildet, die innerhalb der Höhenerstreckung des Keils über einen Steg, an dem ein Eisenstück befestigt ist, verbunden sind. Das obere Blech ist dabei am beweg­ lichen Teil der den Elektromagneten tragenden Platte befestigt und wird in Ruhestellung von einer Blattfeder so gehalten, daß sich der Weichenflügel außerhalb der Transportebene befindet. Bei Erregung des Elektromagneten wird das am Verbindungssteg der Flügelbleche angebrachte Eisenstück angezogen und der Weichenflügel klappt nach unten in die Transportebene.This is a switch for a conveyor channel system, being on one of the outer surfaces of the channel sides wall a plate is attached which is hinged is pivotally mounted and on the channel facing side carries an electromagnet. The switch wing itself is made up of two wedge-shaped wings chen formed within the vertical extension of the Wedge over a bridge to which an iron piece is attached is connected. The upper plate is moving Lichen part of the plate carrying the electromagnet attached and is at rest by a leaf spring held so that the switch wing is outside the Transport level is located. When the electromagnet is excited is attached to the connecting web of the wing panels Piece of iron tightened and the switch wing folds down below in the transport level.

Elektromagnetisch und in jüngerer Zeit mit Schrittmotoren angetriebene Weichen haben den Nachteil, daß vor allem bei hohen Schaltgeschwindigkeiten relativ hohe elektri­ sche Leistungen erforderlich sind. Hohe Leistung verbun­ den mit entsprechend hoher Verlustleistung dieser Antrie­ be führen zur Erwärmung der Weiche und damit des Gesamt­ systems. Die für hohe Geschwindigkeiten erforderlichen elektromagnetischen Antriebe oder Motoren sind zwangs­ läufig großvolumig, was einen entsprechenden Platzbedarf erforderlich macht. Darüber hinaus ist gerade bei der Verwendung von Schrittmotoren eine aufwendige Ansteu­ erungslogik notwendig.Electromagnetic and more recently with stepper motors powered turnouts have the disadvantage that above all at high switching speeds relatively high electri services are required. High performance combined those with a correspondingly high power loss of this drive  be lead to the heating of the switch and thus of the whole systems. The ones required for high speeds electromagnetic drives or motors are compulsory usually large volume, which requires a corresponding space makes necessary. In addition, the Use of stepper motors an expensive control logic necessary.

Daher liegt dieser Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Weiche zu schaffen, die die oben genannten Nachteile ver­ meidet.Therefore, this invention is based on the object To create switch that ver the disadvantages mentioned above avoids.

Die Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale gelöst.The task is defined by the main claim Features solved.

Als Piezoelektrizität bezeichnet man eine elektrische Polarisation, die in bestimmten Kristallen durch mecha­ nische Deformation in bestimmten Richtungen auftritt. Diese Polarisation ist proportional zur Größe der Ver­ formung und kann in Form eines elektrischen Spannungs­ signals an den Kristalloberflächen gemessen werden. Klassische piezoelektrische Materialien sind z. B. Quarz oder Seignettesalz, für technische Anwendungen werden jedoch meist piezoelektrische Polymerfolien benutzt. Der bekannteste Vertreter dieser Klasse ist das teilkristal­ line Polymer Polyvenylidenfluorid (PVDF).Piezoelectricity is electrical Polarization in certain crystals by mecha African deformation occurs in certain directions. This polarization is proportional to the size of the ver shaping and can take the form of an electrical voltage signals are measured on the crystal surfaces. Classic piezoelectric materials are e.g. B. quartz or Seignette salt, for technical applications however mostly piezoelectric polymer films are used. The The best-known representative of this class is the semi-crystal line polymer polyvinylidene fluoride (PVDF).

In den meisten Fällen werden piezoelektrische Materialien als Sensoren für eine äußere Krafteinwirkung benutzt. Die Krafteinwirkung führt zu einer unsymmetrischen Verschie­ bung der Kristallionen gegeneinander, die als Spannung an den Oberflächen des Materials meßbar ist.In most cases, piezoelectric materials used as sensors for external force. The The effect of force leads to an asymmetrical shift Exercise the crystal ions against each other, which is called voltage the surface of the material is measurable.

Die Erfindung nutzt jedoch die Umkehrung des piezoelek­ trischen Effekts, das heißt die Änderung der äußeren Ab­ messungen eines Materials beim Anlegen eines elektrischen Feldes. Ob sich das Material kontrahiert oder ausdehnt, hängt vom Vorzeichen des elektrischen Feldes ab.However, the invention uses the reverse of the piezoelek tric effect, that is, the change of the outer Ab measurements of a material when applying an electrical Field. Whether the material contracts or expands,  depends on the sign of the electric field.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Weichenflügel ein sogenanntes Bimorph verwendet. Ein Bimorph besteht aus zwei metallisierten piezoelektrischen Folien, die so miteinander verklebt werden, daß sich beim Anlegen einer Spannung an dieses Laminat die eine Poly­ merfolie verkürzt, während sich die andere verlängert. Dadurch erzielt man eine vertikale Auslenkung des Lami­ nats.In a preferred embodiment of the invention a so-called bimorph is used as the switch wing. A Bimorph consists of two metallized piezoelectric Films that are glued together so that when Applying voltage to this laminate the one poly mer film is shortened while the other lengthens. This results in a vertical deflection of the lami nats.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß mit sehr geringen Leistungen auch hohe Schaltgeschwindigkei­ ten erzielt werden können. Verlustleistung und Erwärmung des Systems sind entsprechend gering. Die erfindungsge­ mäße Weiche ist preisgünstig in der Herstellung, erfor­ dert einen geringen Platzbedarf und ist vergleichsweise einfach in der Anssteuerung.The device according to the invention has the advantage that with very low power and high switching speed ten can be achieved. Power loss and warming the system are correspondingly small. The fiction moderate turnout is inexpensive to manufacture takes up little space and is comparative easy to control.

Weitere Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung erge­ ben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung der Ausführungsbeispiele anhand der Figuren.Other advantages and developments of the invention ben from the dependent claims and the description of Exemplary embodiments with reference to the figures.

Darin zeigen:In it show:

Fig. 1 schematische Darstellung eines Ausschnitts aus einem Transportsystem im Bereich einer Weiche, Fig. 1 shows a schematic representation of a section of a transport system in the region of a switch,

Fig. 2 die Transportebene im Bereich der Weiche in Aufsicht, Fig. 2, the transport plane in the area of the switch in top view,

Fig. 3 schematische Darstellung des Funktionsprin­ zips der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 3 is a schematic representation of the zips OPERATINGPRINCIPLE the inventive device,

Fig. 4 eine mögliche Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Weiche, Fig. 4 shows a possible embodiment of the modern fiction, Soft,

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Weiche. Fig. 5 shows another embodiment of the switch according to the Invention.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Transportsystem für dünnes Blattgut im Bereich einer Weiche. Das Blatt­ gut wird zwischen einem Förderriemen 3 und Leitrollen 4 in Pfeilrichtung transportiert, wobei der Förderriemen 3 die Leitrollen 4 in einem bestimmten Winkel α um­ schlingt. Man spricht daher auch von Umschlingungsfüh­ rung. Der Abstand der Rollen 4 ist vorteilhafterweise so bemessen, daß das Transportgut sich ständig in wenigstens einer Umschlingungsführung befindet. Fig. 1 shows a section of a transport system for thin sheet material in the region of a switch. The sheet well is transported between a conveyor belt 3 and guide rollers 4 in the direction of the arrow, the conveyor belt 3 looping the guide rollers 4 at a certain angle α. One therefore speaks of looping guidance. The distance between the rollers 4 is advantageously such that the goods to be transported are constantly in at least one loop guide.

Die zwischen den Rollen 4 angeordnete Weiche besteht aus einem Weichenflügel 1, der mittels einer Halterung 2 an einem Leitblech 6 befestigt ist. Der Weichenflügel 1 ist um einen Fixpunkt 5 aus seiner Ruhestellung unterhalb der Transportebene in dieselbe drehbar, so daß das Trans­ portgut gezielt in eine andere Transportrichtung umge­ lenkt werden kann. Sowohl die Weichenstellung während des Umlenkens als auch die Transportrichtung des umgelenkten Blattguts sind in der Figur strichliert dargestellt.The switch arranged between the rollers 4 consists of a switch wing 1 which is fastened to a guide plate 6 by means of a holder 2 . The turnout wing 1 is rotatable about a fixed point 5 from its rest position below the transport level in the same, so that the trans portage can be specifically directed in a different transport direction. Both the switch position during deflection and the direction of transport of the deflected sheet material are shown in dashed lines in the figure.

Die Fig. 2 zeigt den Weichenbereich des Transportsystems in Aufsicht. Wird das Blattgut von mehreren Förderriemen 3 gehalten, so besteht die Weiche vorzugsweise aus meh­ reren Weichenflügeln 1, die in die Transportebene zwi­ schen den Förderriemen 3 eintauchen und das Blattgut in die neue Transportrichtung umlenken. Fig. 2 shows the switch area of the transport system in plan view. If the sheet material is held by several conveyor belts 3 , the switch preferably consists of a plurality of switch blades 1 which plunge into the transport plane between the conveyor belts 3 and deflect the sheet material in the new transport direction.

Fig. 3 veranschaulicht den Aufbau und die Funktionsweise der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Der Wei­ chenflügel 1 ist aus zwei piezoelektrischen Polymerfolien 7 aufgebaut, z. B. Polyvenylidenfluorid (PVDF), die jeweils auf der Ober- und Unterseite eine metallische Beschichtung 8 tragen. Diese Piezofolien werden derart miteinander verbunden, daß sich bei einer Parallelschal­ tung der Folien, wie in Fig. 3 gezeigt, die obere Piezo­ folie verkürzt und die untere verlängert. Auf diese Weise biegt sich das Laminat, auch Bimorph genannt, nach oben. Ein Vorzeichenwechsel des elektrischen Feldes bewirkt eine Ablenkung nach unten. Derartige Folien sind als fer­ tige Produkte im Handel, z. B. bei der Firma Pennwalt Corporation erhältlich. Fig. 3 illustrates the structure and operation of the preferred embodiment of the invention. The Wei chenflügel 1 is constructed from two piezoelectric polymer films 7 , for. B. polyvinylidene fluoride (PVDF), each carrying a metallic coating 8 on the top and bottom. These piezo foils are connected to one another in such a way that when the foils are connected in parallel, as shown in FIG. 3, the upper piezo foil is shortened and the lower one is lengthened. In this way, the laminate, also called bimorph, bends upwards. A change in the sign of the electrical field causes a downward deflection. Such films are commercially available, for. B. available from Pennwalt Corporation.

Tatsächlich ändert eine Piezofolie ihre Abmessungen in allen drei Dimensionen, abhängig von den ursprünglichen Abmessungen und der Feldstärke. Da die verwendeten Piezo­ folien jedoch im Vergleich zu ihrer Länge (ca. 6 cm) eine relativ geringe Breite (ca. 2 cm) und eine vernachlässig­ bare Dicke (28 µm) aufweisen, kann der Effekt in diesen Dimensionen vernachlässigt werden.In fact, a piezo film changes its dimensions to all three dimensions, depending on the original Dimensions and field strength. Because the piezo used however, compared to their length (approx. 6 cm) one relatively narrow width (approx. 2 cm) and negligible bare thickness (28 microns), the effect in these Dimensions are neglected.

Die erreichbare Ablenkung x kann anhand folgender Formel bestimmt werden:The attainable deflection x can be calculated using the following formula be determined:

x = (3 · V · d₃₁ · L²)/(4 · t²)x = (3 · V · d₃₁ · L²) / (4 · t²)

V: angelegte Spannung
d₃₁: Piezoelektrische Konstante (Feld in der Z-Richtung angelegt, Dimensionsänderung in X-Richtung)
L: Länge
t: DickeV: applied voltage
d₃₁: Piezoelectric constant (field created in the Z direction, dimensional change in the X direction)
L: length
t: thickness

Bei einer angelegten Spannung von 250 Volt ergibt sich für einen 6 cm langen bimorphen Weichenflügel, dessen einzelne Piezofolien eine Dicke von 28 µm aufweisen, eine Ablenkung von 19,8 mm.With an applied voltage of 250 volts for a 6 cm long bimorphic switch wing, the individual piezo foils have a thickness of 28 µm, a deflection of 19.8 mm.

Durch entsprechende Wahl der Parameter wie Spannung, Art und Länge des Laminats, kann natürlich die Ablenkung in weiten Grenzen variiert werden. Es können auch Bimorphe, die aus mehr als zwei Schichten piezoelektrischer Elemen­ te bestehen, verwendet werden.By appropriate selection of parameters such as voltage, Art and length of the laminate, can of course be the distraction in wide limits can be varied. It can also be bimorphs,  that of more than two layers of piezoelectric elements te exist, are used.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Hier wird der Weichenflügel 1 von einem keilförmigen Träger 9 gebildet, der starr mit dem in der Fig. 1 ge­ zeigten Leitblech 6 verbunden ist. Auf der Ober- und Un­ terseite dieses Trägers ist jeweils eine metallisierte piezoelektrische Folie 13, 16 (z. B. PVDF) derart ange­ ordnet, daß die Seite der Piezofolie, welche die elektri­ schen Anschlüsse 11, 12 trägt, auf dem ansteigenden Ende der jeweiligen Keilflanke 14 befestigt ist. Die freien Enden der Piezofolien 13, 16 erstrecken sich über die Keilspitze 15 hinaus und werden dort, z. B. mit Hilfe eines Klebstoffs, verbunden. Fig. 4 shows a further embodiment of the invention. Here the switch wing 1 is formed by a wedge-shaped support 9 which is rigidly connected to the baffle 6 shown in FIG. 1. On the top and bottom of this support, a metallized piezoelectric film 13 , 16 (z. B. PVDF) is arranged such that the side of the piezo film, which carries the electrical connections 11 , 12 , on the rising end of the respective wedge flank 14 is attached. The free ends of the piezo films 13 , 16 extend beyond the wedge tip 15 and are there, for. B. connected with the help of an adhesive.

Die Piezofolien 13, 16 müssen, wie im vorhergehenden Bei­ spiel, parallel angesteuert werden. Auf diese Weise ver­ kürzt sich wieder die obere Piezofolie 13, während sich die untere Folie 16 verlängert. Dabei biegt sich die Spitze des Weichenflügels nach oben. Für die Größe der Ablenkung x gilt die gleiche Formel wie oben angegeben.The piezo films 13 , 16 must, as in the previous example, be controlled in parallel. In this way, the upper piezo film 13 is shortened again, while the lower film 16 is lengthened. The tip of the turnout wing bends upwards. The same formula as given above applies to the size of the deflection x.

Fig. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung, die der in Fig. 4 dargestellten sehr ähnelt. Der einzige Unterschied besteht darin, daß anstelle der einfachen Piezofolien 13, 16 Bimorphe 18, 19 verwendet werden. Da in diesem Fall jedes Bimorph für sich nach oben abgelenkt wird, brauchen diese nicht im Bereich der Spitze verbun­ den zu werden. Die Spitze des unteren Bimorphs kann, wie in Fig. 5 dargestellt, als Tasche 20 ausgebildet sein, in welcher das obere Bimorph gleitend gelagert ist. FIG. 5 shows a third embodiment of the invention, which is very similar to that shown in FIG. 4. The only difference is that bimorphs 18 , 19 are used instead of the simple piezo foils 13 , 16 . Since in this case each bimorph is deflected upwards by itself, they do not need to be connected in the area of the tip. As shown in FIG. 5, the tip of the lower bimorph can be designed as a pocket 20 in which the upper bimorph is slidably mounted.

Der wesentliche Vorteil dieser Erfindung liegt darin, daß ohne großen Energieverbrauch hohe Schaltleistungen er­ reicht werden können. In den Piezofolien fließt nur so lange Strom, bis sich die der angelegten Spannung ent­ sprechende Ladungsverteilung eingestellt hat. Dies bedeu­ tet, daß nur eine geringe dielektrische Verlustleistung auftritt. Ferner ist der Platzbedarf der erfindungsge­ mäßen Weiche gering, wie man an den o. g. Maßen eines er­ findungsgemäßen Weichenflügels erkennen kann. Aber auch die Kosten für eine derartige Weiche sind niedrig, so daß alle bei elektromagnetischen Weichen auftretenden Mängel durch die erfindungsgemäße Lösung vermieden werden. Vorrichtung zum Umlenken von dünnem Blattgut.The main advantage of this invention is that high switching capacities without high energy consumption can be enough. This is the only way in which piezo foils flow long current until the applied voltage  speaking charge distribution has set. This means tet that only a low dielectric power loss occurs. Furthermore, the space requirement of the fiction moderate turnout, as you can see on the above Dimensions of a he switch wing according to the invention can recognize. But also the cost of such a switch is low, so that all defects that occur with electromagnetic switches can be avoided by the solution according to the invention. Device for deflecting thin sheet material.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Unlenken von dünnem Blattgut, wie Banknoten, Belegen und dergleichen aus einer Trans­ portrichtung in eine andere Richtung, bestehend unter anderem aus einem Weichenflügel, welcher um einen Fix­ punkt aus einer Stellung außerhalb der Transportebene in dieselbe bewegbar ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Weichenflügel aus piezoelek­ trischem Material besteht.1. Device for deflecting thin sheet material, such as banknotes, vouchers and the like from a trans port direction in a different direction, consisting inter alia of a switch wing, which can be moved around a fixed point from a position outside the transport plane in the same, characterized thereby that the diverter vane from piezoelek trischem material. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Weichenflügel fingerförmig ausgebildet ist und diese Weichenfinger beim Umlenken des Blattgutes in die Transportebene eintauchen.2. Device according to claim 1, characterized records that the switch wing is finger-shaped is trained and this switch fingers when deflecting the Immerse the sheet material in the transport level. 3. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Weichenflügel aus zwei metallisierten piezoelektrischen Folien besteht, die so miteinander verbunden sind, daß sie ein Laminat bil­ den.3. A device according to claim 1 or 2, characterized characterized that the turnout wing out that consists of two metallized piezoelectric foils are interconnected so that they bil a laminate the. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die piezoelektrischen Folien aus Polyvenylidenfluorid (PVDF) bestehen.4. The device according to claim 3, characterized characterizes that the piezoelectric foils Polyvenylidene fluoride (PVDF) exist. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Weichenflügel aus ei­ nem keilförmigen Träger besteht, auf dessen Ober- und Unterseite jeweils mindestens eine metallisierte piezo­ elektrische Folie derart angeordnet ist, daß das eine En­ de der Folie, welches die elektrischen Anschlüsse trägt, im auslaufenden Teil der Keilflanken befestigt ist, wäh­ rend sich das andere Ende der Folie frei über die Keil­ spitze hinaus erstreckt und dort mit dem entsprechenden Ende der jeweils anderen Folie verbunden ist. 5. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized ge indicates that the switch wing made of egg Nem wedge-shaped carrier, on the top and Bottom each have at least one metallized piezo electrical foil is arranged such that the one En de the film that carries the electrical connections, is attached in the tapered part of the wedge flanks, wäh rend the other end of the film freely over the wedge extends outward and there with the corresponding End of the other film is connected.   6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die freien Enden der piezoelek­ trischen Folien durch Klebstoff miteinander verbunden sind.6. The device according to claim 5, characterized records that the free ends of the piezoelectric trical foils connected by adhesive are. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die piezoelektrischen Folien als Bimorphe ausgebildet sind.7. The device according to claim 5, characterized records that the piezoelectric foils as Bimorphs are formed. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das freie Ende der unteren Folie als Tasche ausgebildet ist, in welche das freie Ende der oberen Folie eingeschoben wird.8. The device according to claim 7, characterized records that the free end of the bottom slide is designed as a pocket in which the free end of the upper slide is inserted.