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Dokumentenidentifikation DE102004016053A1 28.10.2004
Titel Elektrisch gesteuertes Betätigungselement an einer Maschine
Anmelder Tiefenbach Bergbautechnik GmbH, 45136 Essen, DE
Erfinder Kussel, Willi, 59368 Werne, DE
Vertreter Pfingsten, D., Dipl.-Ing., Rechtsanw., 42897 Remscheid
DE-Anmeldedatum 01.04.2004
DE-Aktenzeichen 102004016053
Offenlegungstag 28.10.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.10.2004
IPC-Hauptklasse H01H 9/02
Zusammenfassung Ein elektrisch gesteuertes Betätigungselement ist an einer Maschine durch Flanschverbindung, bestehend aus Befestigungsflansch und Maschinenflansch, angebracht und wird durch eine elektrische Teilsteuereinrichtung gesteuert. In dem Befestigungsflansch ist eine Vielzahl elektrischer Schalter in einem vorgegebenen geometrischen Muster eingebettet. Jeder Schalter liegt in einem mit der Teilsteuereinrichtung verbundenen Stromkreis. In dem Maschinenflansch sind an einigen Markierungsstellen des geometrischen Musters Schließelemente in einer für die jeweilige Maschine charakteristischen und dieser zugeordneten geometrischen Anordnung angebracht. Bei bestehender Flanschverbindung sind durch die Schließelemente die an den jeweiligen Markierungsstellen liegenden Schalter betätigbar. Die Teilsteuereinrichtung jedes Verbrauchers ist mit einem Speicher ausgerüstet, in welchem die der jeweiligen Maschine charakteristische und zugeordnete geometrische Anordnung der Schließelemente gespeichert sind.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein elektrisch gesteuertes Betätigungselement an einer Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.

Als derartige Betätigungselemente werden z.B. hydraulische, elektrohydraulische oder pneumatische Ventile, Elektromagnete oder Aktuatoren angesehen. Als Maschinen, die durch Ventile betätigt werden sind z.B. Zylinder – Kolbeneinheiten oder Motoren anzusehen.

Als Teilsteuerung kommt z.B. die der Maschine zugeordnete, einer Zentralsteuerung untergeordnete Steuerung in betracht, insbesondere bei Magnet – betätigten Ventilen die Magnetsteuerung.

Derartige Betätigungselemente werden häufig in größerer Stückzahl angewandt, um eine entsprechende Anzahl von Maschinen anzusteuern. So kommt es z. B. im Bergbau bei dem Strebausbau vor, daß die Ausbaugeräte mehrere identische hydraulische Zylinder-Kolbeneinheiten enthalten, durch welche die Ausbaueinheiten zur Ausführung ihrer Funktion, insbesondere des Rauben, Schreitens, Setzen und Abstützen betätigt werden.

Immer dann, wenn mehrere insbesondere identische Maschine mit unterschiedlichen Funktionen zu betätigen sind, ist nicht nur eine umfangreiche Energiezufuhr, z.B. Verschlauchung erforderlich; vielmehr wird zur Ausgabe der Befehle an die einzelnen Maschinen, z.B. Zylinder-Kolbeneinheiten auch eine umfangreiche elektrische Verdrahtung erfordert. Hieraus ergeben sich in allen Anwendungsbereichen Schwierigkeiten und – insbesondere im Bergbau – Sicherheitsprobleme. Dies gilt insbesondere dann, wenn eine Automatisierung stattfindet und daher neben den Funktionsbefehlen auch Kontrollbefehle gegeben werden müssen. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, die elektrischen Teilsteuerungen, die an jedem Betätigungselement, z.B. an jedem Ventil angebracht sind und in diesem Falle mindestens aus einem Elektromagnet bestehen, seriell, d.h. durch ein gemeinsames Kabel mit der Zentralsteuerung zu verbinden. Voraussetzung ist hierfür jedoch, daß die einzelnen Funktions- und/oder Kontrollbefehle stets mit einer Codierung abgesandt werden, welche von der angesprochenen Teilsteuerung erkannt wird, so daß nur diejenige Teilsteuerung anspricht, in welcher eine übereinstimmende Codierung gespeichert ist.

Das bedeutet, daß nach der mechanischen Installation eines Betätigungselements, z.B. Ventils an einer bestimmten Maschine der jeweiligen Teilsteuereinheit eine bestimmte Codierung eingespeichert werden muss und daß in der Zentralsteuerung die Codierungen sämtlicher Ventile derart eingespeichert werden, daß die dem jeweiligen Ventil aufzugebenden Funktions- und/oder Kontrollbefehle nur mit der zugeordneten Codierung seriell abgeschickt werden. Es muss hierzu also sowohl in den einzelnen Teilsteuereinheiten als auch in der Zentralsteuerung eine Programmierung stattfinden, die nur durch Fachleute geschehen kann und die bei komplexen Anlagen mit einer Vielzahl von Maschinen und Funktionen sehr viel Zeit, Können und Umsicht erfordert.

Aufgabe der Erfindung ist es, zumindest einen der zuvor geschilderten Arbeitsschritte zu vermeiden und hierdurch die Montage der Betätigungselemente, z.B. Ventile an ihrer jeweiligen Maschine und die Zuordnung ihrer Teilsteuereinrichtung zu der Zentralsteuereinnchtung sicherer zu machen.

Die Lösung ergibt sich aus Anspruch 1.

Es ist ersichtlich, daß die Verteilung der Schalter und der Schließelemente auf Befestigungsflansch und Maschinenflansch auch umgekehrt werden kann, wenn dies zur Zuordnung von Ventil und Maschine zweckmäßig erscheint. Die Stromkreise liegen ständig und sämtlichst an einer Spannungsquelle, z.B. der Spannung der Stuerstromversorgung an.

Mit dieser Lösung steht in der Teilsteuereinheit jedes Betätigungselements durch die Schließung einiger geometrisch festgelegter und gekennzeichneter Schalter ein für das Betätigungselement, z.B. das Ventil charakteristisches Signal an, das als Schlüssel oder Codierung dem jeweiligen Betätigungselement zugeordnet ist, und welches mit jedem ankommenden Signal verglichen werden kann. Um die Teilsteuereinheit eines bestimmten Betätigungselements zur Ausführung eines Funktions- oder Kontrollbefehls zu veranlassen, muß mit dem Befehl der dem Betätigungselement zugeordnete Code eingegeben werden. Dadurch werden Fehlbedienungen vermieden.

In den Weiterbildungen der Erfindung werden unterschiedliche elektrische Schalter und dazu korrespondierende Schließelemente verwandt. Insbesondere ist vorgesehen, daß durch die Kombination von Schalter und Schließelement der jeweilige Stromkreis ein- oder ausgeschaltet werden kann. Ebenso ist jedoch möglich, lediglich den Strom des Stromkreises zu beeinflussen, z. B. als Schalter wirkende induktive Widerstände zu verwenden, welche in den Stromkreis eingeschossen sind. Als Schließelemente dienen in diesem Fall Einschlüsse oder Aussparungen, z. B. Bohrungen in dem Maschinenflansch, welche das Magnetfeld der Spule beeinflussen.

Wenn als Schalter Reedkontakte verwandt werden, sind die Schließelemente als Magnete ausgeführt, welche ein stark gerichtetes Magnetfeld haben, um Streuung zur Seite zu vermeiden und eine eindeutige Zuordnung der Schließelemente an vorgegebenen Markierungsstellen des geometrischen Musters zu gewährleisten. Insbesondere kann es sich dabei um Topfmagnete handeln, bei denen ein zentraler magnetischer, permanentmagnetischer Kern von einer magnetischen Isolierschicht und sodann einem magnetisch nicht leitenden Topf umgeben wird.

Auch Hellgeneratoren eignen sich.

Bei Anordnung eines Schließelementes an einer Markierungsstelle müssen so viele Markierungsstellen in dem geometrischen Muster potentiell vorgegeben werden, daß jedes der Ventile ausreichend charakterisiert werden kann. Dadurch daß in einem vorgegebenen geometrischen Muster mit einer Vielzahl von Markierungsstellen jeweils zwei oder mehr Markierungsstellen besetzt werden, lässt sieh die zur Verfügung stehende Zahl möglicher Auswahlen von Markierungsstellen steigern zu der Summe der Anzahl von potentiellen Markierungsstellen. Wenn also z.B. 8 Schalter in dem Befestigungsflansch angeordnet werden und in dem Maschinenflansch zwei Markierungsstellen durch Schließelemente besetzt sind, so können 28 unterschiedliche Kombinationen hergestellt und z.B. als Zahlen ausgedrückt werden. In einer bevorzugten Weiterbildung wird jedoch vorgesehen, daß das geometrische Muster in zwei oder mehr Teilmuster unterteilt wird, wobei jedes Teilmuster unabhängig von dem anderen Teilmuster mit jeweils einer oder mehreren Markierungsstellen belegt wird. In diesem Falle ist bei Belegung jedes Teilmusters mit einer Markierungsstelle die Anzahl der zu charakterisierenden Ventile gleich dem Produkt der potentiellen Markierungsstellen eines jeden Teilmusters. Wenn also z.B. 8 Schalter in jedem der Teilmuster des Befestigungsflansches angeordnet werden und in jedem Teilmuster eine Markierungsstelle durch Schließelemente besetzt wird, so können 64 unterschiedliche Kombinationen hergestellt und z.B. als Zahlen ausgedrückt werden

In einer Weiterbildung, die insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn derartige Maschinen wie z.B. hydraulische Geräte erst nachträglich einer bestimmten Funktion zugewiesen werden, ist vorgesehen, daß in dem Maschinenflansch ein, vorzugsweise zwei Träger angeordnet sind, in denen jeweils ein Schließelement untergebracht ist. Die Träger sind relativ zu dem Flansch derart verstellbar, daß die Schließelemente in auszuwählenden Markierungsstellen des vorgegebenen geometrischen Musters platziert werden können. Hierdurch kann die Codierung des zu montierenden derartige Betätigungselementes, z.B. Ventils nachträglich eingestellt werden. Die Träger sind vorzugsweise als drehbare Scheiben ausgebildet, die in Ebenen nahe und parallel zu der Flanschebene angeordnet sind, wobei vorzugsweise die Drehstellung der Scheibe durch Einrastung in verschiedenen Stellungen, welche jeweils einer Stelle des geometrischen Musters entsprechen, feststellbar sind. In diesem Falle werden selbstverständlich auch die elektrischen Schalter in den Befestigungsflansch auf einem Kreis angeordnet, welcher dem Drehkreis der Schließelemente entspricht. Generell ist hinzuzufügen, daß das geometrische Muster für die Anordnung der Schalter beliebig ist; es kann sich z. B. um eine Linie oder einen geschlossenen Kreis in vorgegebener Teilung handeln.

In der Zeichnung ist schematisch eine Flanschverbindung für eine Maschine und ein Betätigungselement dargestellt. Als Maschine ist eine Zylinder – Kolbeneinheit 1 dargestellt, die einen Maschinenflansch 2 besitzt. An diesen ist als Betätigungselement ein Magnet – gesteuertes hydraulisches Ventil 3 mit Befestigungsflansch 4 anflanschbar. Es sei erwähnt, daß die beiden Flansche in der Zeichenebene dargestellt sind, in der Flanschverbindung jedoch auf einander liegen. Der Magnet 5 des Ventils 3 wird durch eine Teilsteuereinrichtung 6 und diese durch eine nicht dargestellte Zentralsteuereinrichtung angesteuert. In den Befestigungsflansch sind eingebettet die Schalter 7.1 bis 7.8 und 8.1 bis 8.8, und zwar jeweils 8 Stück angeordnet auf jeweils einem der Kreise 9 und 10. Die Schalter liegen nahe der Verbindungsebene des Flansches 4. Jeder der Schalter 7 und 8 liegt in einem Stromkreis, der mit der Teilsteuereinrichtung verbunden ist. Wenn einer der Schalter 7.1 ff und 8.1 ff geschlossen ist, wird in der Teilsteuereinrichtung der Strom des entsprechenden Stromkreises registriert. In einem Speicher 11 der Teilsteuereinrichtung sind alle möglichen Kombinationen der Stromkreise mit Schaltern 7.1 ff. und 8.1 ff gespeichert. In einer Vergleichoperation werden diese Kombinationen mit der anstehenden Kombination von geschlossenen Schaltern verglichen und die übereinstimmende Kombination aufgerufen. Für jede der Kombinationen ist jeweils ein bestimmtes Codewort in dem Speicher hinterlegt. Dasjenige Codewort wird aktiviert, dessen Kombination aufgerufen ist. Das Codewort muß der Teilsteuereinrichtung eingegeben werden, wenn die Teilsteuereinrichtung einen bestimmten Funktionsbefehl oder Kontrollbefehl ausführen soll. Das Codewort kann z.B. in der Zentralsteuereinrichtung hinterlegt und automatisch gesendet werden, wenn über die Zentralsteuereinrichtung ein Befehl für diese Teilsteuereinrichtung bzw. das zugeordnete Ventil eingegeben wird.

In die Verbindungsebene des Maschinenflansches 2 liegen als Träger 12 und 13 zwei Scheiben, in zusammen gebautem Zustand konzentrisch zu den Kreisen 9 bzw. 10 des Maschinenflansches 4 drehbar, jedoch durch Rasten in einer von 8 Positionen 17.1 bis 17.8 bzw. 18.1 bis 18.8 feststellbar. Auf jeder der Scheiben ist auf einem Kreis, der in zusammen gebautem Zustand kongruent zu den Kreisen 9 bzw. 10 des Maschinenflansches 4 ist, jeweils ein Schließelement angeordnet derart, daß es in einer der Raststellungen in zusammen gebautem Zustand mit einem der Schalter 7.1 ff bzw. 8.1 ff zusammenwirkt und den betreffenden Stromkreis schließt.

Es können nun z.B. in einem Streb sämtliche Zylinder- Kolbeneinheiten eines Ausbaugestells und die zugeordneten Ventile und die zugeordneten Ventilsteuerungen identisch aufgebaut bzw. programmiert werden. Bei der Montage der Zylinder – Kolbeneinheit wird durch die Scheiben 12 und 13 eine bestimmte Position von Schließelementen eingestellt. Die Kombination dieser Position ist charakteristisch für die Lage und Funktion der Zylinder – Kolbeneinheit in dem Ausbaugestell. Durch Montage des Ventils wird nunmehr eine charakteristische Kombination von Schaltern 7.1 ff bzw. 8.1 ff geschlossen und dadurch in der Teilsteuereinrichtung dem Ventils ein bestimmtes Codewort zugeordnet. Dieses Codewort ist auch in der Zentralsteuereinrichtung diesem Ventil bzw. dieser Zylinder – Kolbeneinheit zugeordnet. Wenn dann von der Zentralsteuereinrichtung aus ein bestimmter Befehl an diese Zylinder – Kolbeneinheit gegeben werden soll, wird automatisch das Codewort aufgerufen und damit das eingegebene Befehlssignal an die zugeordnete Teilsteuereinrichtung weitergeleitet.

1Zylinder-Kolbeneinheit 2Maschinenflansch 3Magnet-gesteuertes hydraulisches Ventil 4Befestigungsflansch 5Magnet 6Teilsteuereinrichtung 7.1 bis 7.8Schalter 8.1 bis 8.8Schalter 9Kreis 10Kreis 11Speicher 12 ScheibeTräger 13 ScheibeTräger 17.1 bis 17.8Positionen 18.1 bis 18.8Positionen

Anspruch[de]
  1. Elektrisch gesteuertes Betätigungselement an einer Maschine

    mit einer Flanschverbindung, bestehend aus Befestigungsflansch und Maschinenflansch, zur Verbindung von Betätigungselement und Maschine und

    mit einer elektrischen Teilsteuereinrichtung

    dadurch gekennzeichnet, daß

    in dem Befestigungsflansch eine Vielzahl elektrischer Schalter in einem vorgegebenen geometrischen Muster eingebettet ist,

    daß jeder Schalter in einem mit der Teilsteuereinrichtung verbundenen Stromkreis liegt,

    daß in dem Maschinenflansch an einigen Markierungsstellen des geometrischen Musters Schließelemente in einer für die jeweilige Maschine charakteristischen und dieser zugeordneten geometrischen Anordnung angebracht sind, derart

    daß bei bestehender Flanschverbindung durch die Schließelemente die an den jeweiligen Markierungsstellen liegenden Schalter betätigbar sind.
  2. Betätigungselement nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß bei bestehender Flanschverbindung durch die Schließelemente die an den jeweiligen Markierungsstellen liegenden Schalter im Einschaltsinne betätigbar sind.
  3. Betätigungselement nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß bei bestehender Flanschverbindung durch die Schließelemente die an den jeweiligen Markierungsstellen liegenden Schalter zur Beeinflussung des Stroms in dem Stromkreis betätigbar sind.
  4. Betätigungselement nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter Reed-Kontakte und die Schließelemente Magnete, insbesondere Permanent-Magnete, insbesondere Permanent-Magnete mit stark gebündeltem Magnetfeld sind.
  5. Betätigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichret, daß die Paarung aus Schalter und Schließelementen Hall-Generatoren sind.
  6. Betätigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter aus zwei geöffneten Kontakten bestehen, welche durch an dem Maschinenflansch angeordnete Vorsprünge, Stifte oder dergleichen geschlossen werden.
  7. Betätigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das geometrische Muster in mehrere Teilmuster unterteilt wird und daß Schließelemente jeweils an einer oder mehreren Stellen eines jeden Teilmusters angeordnet sind.
  8. Betätigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilsteuereinrichtung jedes Verbrauchers mit einem Speicher ausgerüstet ist, in welchem die dem jeweiligen Maschine charakteristische und zugeordnete geometrische Anordnung der Schließelemente gespeichert sind.
  9. Betätigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer zentralen Steuereinheit für das vorgegebene geometrische Muster alle vorgegebenen Auswahlen von Markierungsstellen gespeichert und jeweils einem Betätigungselement zugeordnet sind.
  10. Betätigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

    die Steuerung aus den mit jedem der Betätigungselemente verbundenen Teilsteuereinrichtung und einer Zentralsteuereinrichtung besteht, welche seriell mit den Teilsteuereinrichtungen verbunden ist,

    daß die jeweilige geometrische Anordnung von Markierungsstellen an die Zentralsteuerung oder eine hierdurch abgeleiteten Codierung des jeweiligen Ventils gemeldet und gespeichert wird und

    daß die Betätigungsbefehle von der Zentralsteuerung jeweils mit der jeweiligen Anordnung der Markierungsstellen und/oder der daraus abgeleiteten Codierung des angesprochenen Ventils seriell an alle Teilsteuereinrichtungen versendbar sind, und

    daß nur diejenige Teilsteuereinrichtung die Befehle zur Betätigung des ihr zugeordneten Betätigungselements umsetzt, welche die übersandte Anordnung der Markierungsstellen aufweist oder in welcher die daraus abgeleiteten Codierung gespeichert ist.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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