DE102004002111B4

DE102004002111B4 - Piezoelektrische Aktoreinheit für den Bergbau

Info

Publication number: DE102004002111B4
Application number: DE102004002111A
Authority: DE
Inventors: Sebastian M. Dr. Mundry; Jens Titschert; Franz-Heinrich Suilmann; Horst Wagner
Original assignee: DBT GmbH
Current assignee: Caterpillar Global Mining Europe GmbH
Priority date: 2004-01-14
Filing date: 2004-01-14
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2024-01-15
Also published as: GB2410140A; AU2004242500A1; AU2004242500B2; GB2410140B; CZ200521A3; CN1641990A; GB0427200D0; PL372147A1; DE102004002111A1; US20050151445A1

Abstract

Piezoelektrische Aktoreinheit zum Schalten von Ventilen, insbesondere zum Schalten von Vorsteuerventilen für die Öl- oder Wasserhydraulik im untertägigen Bergbau, mit einem bei Anlegen einer Steuerspannung zum Schalten des Ventils seine Größe ändernden Piezoelement und einer dem Piezoelement (11) zugeordneten, wenigstens ein Entladeelement (21; 31) zum Entladen des Piezoelementes umfassenden Entladeschaltung (20, 30), dadurch gekennzeichnet, daß die Entladeschaltung durch Anlegen der Steuerspannung zum Unterbrechen des Entladevorgangs öffenbar ist und derart aufgebaut ist, daß das Entladeelement das Piezoelement (11) ständig entlädt, solange die Entladeschaltung (20, 30) nicht durch Anlegen der Steuerspannung (S) geöffnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine piezoelektrische Aktoreinheit zum Schalten von Ventilen im Bergbau, insbesondere zum Schalten von Vorsteuerventilen für die Öl- oder Wasserhydraulik im untertägigen Bergbau, mit einem bei Anlegen einer Steuerspannung zum Schalten des Ventils seine Größe ändernden Piezoelement gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 oder 3.
Im untertägigen Bergbau werden zum Schalten der in untertägigen Ausbaugestellen eingesetzten, aus Vor- und Hauptsteuerventilen bestehenden Ventile üblicherweise Elektromagnetaktoren verwendet. Durch geeignete Schaltungen an den Elektromagnetaktoren, insbesondere durch eine Schaltung zur Haltestromabsenkung, kann der Strombedarf der Elektromagnetaktoren begrenzt werden. Eine begrenzte Stromaufnahme jedes einzelnen Elektromagnetaktors ermöglicht im untertägigen Bergbau ein günstiges Verhältnis zwischen der zu installierenden elektrischen Leistung und den mit der installierten Leistung ansteuerbaren Ventilen. Sämtliche im untertägigen Bergbau eingesetzten Elektromagnetaktoren sind mit einer Rückstellfeder versehen, welche z.B. bei Schaltfehlern, bei einem kurzfristigen Spannungsabfall im Leitungsnetz, bei einem störbedingten Kabelbruch und in anderen Situationen dafür sorgt, daß das Vorsteuerventil und entsprechend auch das nachgeschaltete Hauptsteuerventil in seine Ausgangsstellung zurückkehrt. Bei den Ventilen zum Ansteuern der Stempel der untertägigen Ausbaugestelle entspricht die Ausgangsstellung meist der Schließstellung des Ventils, so daß die Hydraulik- bzw. Stützstempel des Ausbaugestells ihre momentane Ausfahrlänge behalten oder sich bewegende Antriebe stehen bleiben. Im untertägigen Bergbau wird bezüglich des selbständigen Zurückkehrens der Elektromagnetaktoren in ihre Ausgangsstellung vielfach von einer Totmannfunktion oder Totmannstellung gesprochen, welche im untertägigen Bergbau aus Sicherheitsgründen zwingend bei Aktoren bzw. den mit diesen geschalteten Ventilen gefordert ist.

Im untertägigen Bergbau bestehen weiterhin erhebliche Bestrebungen, die elektrische Leistungsaufnahme der Aktoren zum Schalten der Ventile zu reduzieren. Ein Ansatz hierzu umfaßt die Verwendung von Piezoaktoren, da diese beim Anlegen einer Steuerspannung nur den Ladestrom für die Kapazität des Piezoelementes aufbrauchen und anschließend unter Verbrauch eines vernachlässigbaren Reststroms ihren einmal eingenommenen Schaltzustand, d.h. ihre Volumen- bzw. Längenänderung, beibehalten. Piezoelemente zeichnen sich durch Verschleißfreiheit, schnelle Schaltzeiten und eine hohe Stellkraft zu Beginn des Schaltvorgangs sowie einen geringen Energieverbrauch aus. Allerdings zeigen Piezoelemente bei Anlegen der Steuerspannung nur geringe Volumenänderungen, so daß der zum Schalten der Ventile benötigte Schalthub in der Regel nur durch Zwischenschaltung einer (mechanischen) Hebelübersetzung erreicht wird ( DE 102 33 316 A1 ). Die DE 102 33 316 A1 offenbart eine Lösungsmöglichkeit für ein schnelles Zurückkehren des Schalthebels bei der Totmannfunktion des Aktors, indem dem Schwenkhebel ein hydraulisch beaufschlagbarer Kolben zugeordnet ist.

Piezo-Aktoren zeichnen sich im Besonderen durch ihr kapazitives Verhalten aus. Wird an einem Piezo eine Spannung angelegt, so kommt es zu einem Ladungsfluß auf den Piezo, der diese Ladung so lange beibehält, bis er entladen wird. Eine selbsttätige Entladung erfolgt nur in einem vernachlässigbaren Maß durch einen Leckstrom über den inneren Widerstand des Piezoelementes. Ein kurzfristiges, selbständiges Zurückkehren des Piezoelementes in seine Ausgangsstellung durch Wegnahme der Steuerspannung ist somit nicht möglich.

Aus der DE 198 43 621 A1 ist eine Entladeschaltung für ein kapazitives Stellglied, und zwar insbesondere ein piezoelektrisch betriebenes Einspritzventil einer mit Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine, bekannt. Die für einen Piezoaktor bekannte Entladeschaltung setzt nur dann ein, wenn eine auf andere Weise realisierte gesteuerte Entladung ausfällt. Die bekannte Entladeschaltung kommt mithin nur dann zum tragen, wenn z.B. die Stromversorgung einer externen Steuereinheit ausfällt oder die externe Steuereinheit eine Funktionsstörung hat. Die im untertägigen Bergbau geltenden Sicherheitsbestimmungen erfüllt eine derartig aufgebaute Entladeschaltung nicht.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine piezoelektrische Aktoreinheit für den Bergbau zu schaffen, die für die Totmannfunktion ein sicheres und schnelles Zurückkehren in die Ausgangsstellung bzw. Ausgangsdehnung des Piezoelementes ermöglicht.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die piezoelektrische Aktoreinheit eine dem Piezoelement zugeordnete Entladeschaltung mit wenigstens einem Entladeelement umfasst, wobei erfindungsgemäß die Entladeschaltung derart aufgebaut ist, daß das Entladeelement permanent bzw. ständig das Piezoelement entlädt, solange kein Entsperrsignal die Entladeschaltung aktiv öffnet. Die aktive Öffnung der Entladeschaltung zum Unterbrechen des Entladvorgangs erfolgt erfindungsgemäß durch Anlegen entweder der Steuerspannung oder einer Entsperrspannung. Die Entladeschaltung mit dem Entladeelement ist mithin derart aufgebaut, daß das Piezoelement mit dem Entladeelement passiv entladen wird, solange kein Steuersignal an die Aktoreinheit ausgegeben wurde bzw. keine den Schalthub auslösende Steuerspannung am Piezoelement bzw. der Entladeschaltung anliegt. Erst wenn von einer übergeordneten Steuereinheit ein Steuersignal oder eine Steuerspannung am Piezoelement der piezoelektrischen Aktoreinheit angelegt wird, wird erfindungsgemäß das Entladeelement mittels der Entladeschaltung in einer Weise angesteuert, daß das Entladeelement vom Piezoelement getrennt ist, wodurch der Entladevorgang unterbrochen ist und das Piezoelement nun den gewünschten Schalthub ausführen kann. Auslöser hierfür ist ein der Entladeschaltung zugeführtes, geeignetes Entsperrsignal.

Mit der erfindungsgemäß vorgesehenen, ansteuerbaren, das Entladeelement umfassenden Entladeschaltung wird mithin zur Rea lisierung der bergmännisch geforderten Totmannfunktion immer dann eine Entladung des Piezoelementes bewirkt, wenn sich der Aktor in der bergmännisch sicheren Ausgangsstellung befinden soll. Die passive Entladung des Piezoelementes wird durch das Entladeelement gegenüber einer Selbstentladung unter Last erheblich beschleunigt, wobei die Entladung des Piezoelementes prinzipbedingt eine Volumenänderung des Piezoelementes und damit dessen Rückkehr in die Ausgangsstellung bewirkt.

Bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann die Entsperrspannung durch die Steuerspannung oder aus der Steuerspannung unmittelbar generiert werden. Alternativ kann die Entsperrspannung über eine Spannungsreduzierung aus der Steuerspannung generiert werden. Bei Spannungsunterbrechung an der Aktoreinheit bricht dann unmittelbar auch die Entsperrspannung zusammen. Das Entsperrsignal kann jedoch auch unabhängig vom Steuersignal aktiviert werden, auch wenn es von Vorteil ist, das Entsperrsignal insbesondere unmittelbar durch das Steuersignal zu aktivieren. Ferner kann eine analoge Schaltung zum Generieren der Steuerspannung und der Entsperrspannung aus einem Schaltsignal vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann eine vorgeschaltete, insbesondere digitale Intelligenz zum Generieren der Steuerspannung und der Entsperrspannung bzw. der entsprechenden Signale vorgesehen sein. Dies ermöglicht darüber hinaus, mit der vorgeschalteten Intelligenz über eine Kommunikationsleitung mit übergeordneten Steuergeräten Daten, insbesondere Sollwerte, Istwerte und Stati auszutauschen.

Die erfindungsgemäße Lösung sieht als eine Alternative auch vor, das Entladeelement durch Anlegen derselben Steuerspannung anzusteuern. Es versteht sich, daß mit Anlegen derselben Steuerspannung nicht zwingend gefordert sein muß, daß betragsmäßig dieselbe Steuerspannung zum Beaufschlagen des Piezoelementes und zum Ansteuern der Entladeschaltung verwendet wird. Für die erfindungsgemäße Lösung reicht vielmehr aus, daß das Ansteuern des Entladeelementes bzw. der Entladeschaltung durch Anlegen der Steuerspannung an der Aktoreinheit ausgelöst wird.

In bevorzugter Ausgestaltung ist der Entladeschaltung ein Schaltelement zugeordnet, das nur bei Anlegen der Steuerspannung oder Entsperrspannung eine Entladung des Piezoelementes unterbricht bzw. einen Schaltkreis mit dem Entladeelement auftrennt, während es immer dann, wenn keine Entsperr- oder Steuerspannung an der Aktoreinheit anliegt, das Piezoelement und das Entladeelement kurzschließt. Die bevorzugte erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, daß das Piezoelement aktiv zur Erreichung des Schalthubs freigeschaltet werden muß, da ansonsten das Piezoelement permanent entladen wird und aus diesem Grunde nicht geschaltet werden kann. Im Falle einer Spannungsunterbrechung oder einer anderweitigen Störung im Versorgungsnetz oder in der übergeordneten Steuereinrichtung ist dann permanent eine passive Sicherheitsfunktion in die piezoelektrische Aktoreinheit integriert, die ein selbständiges, sicheres und kurzfristiges automatisches Zurückkehren des Piezoelementes in seinen Ausgangszustand bewirkt.

Bei der insbesondere bevorzugten Ausgestaltung ist das Entladeelement parallel zum Piezoelement angeordnet. In einfachster Ausgestaltung der Entladeschaltung besteht das Entladeelement aus wenigstens einem Entladewiderstand. Es versteht sich, daß der Entladewiderstand bzw. die Entladewiderstände auf die Kapazität des Piezoelementes abgestimmt wird/werden. Durch entsprechende Auswahl des Entladewiderstandes ist es möglich, das Piezoelement (den Piezo bzw. Piezoaktor) innerhalb von Millisekunden zu entladen.

Das Schaltelement kann insbesondere aus einem Schalttransistor oder einem FET (Feldeffekttransistor) wie insbesondere einem NC-FET-Baustein (NC=Normally Closed) bestehen. Anstelle eines Schalttransistors oder FET's können auch mehrere Schalttransistoren oder FET-Bausteine vorgesehen sein.

Für den Einsatz piezoelektrischer Aktoreinheiten im untertägigen Bergbau ist besonders vorteilhaft, wenn die Entladeschaltung redundant ausgeführt ist und wenigstens zwei Schaltkreise mit Entladeelement und Schaltelement aufweist. Die redundante Ausführung der Entladeschaltung mit mehreren Schaltkreisen gewährleistet das Funktionieren der Totmannfunktion selbst bei Auftreten eines Abriß der Kontaktierung zwischen einem der Entladeschaltkreise und dem Piezoelement. Da das Piezoelement prinzipbedingt sein Volumen ändert, stellt eine zuverlässige Kontaktierung des Piezoelementes mit einem Schaltkreis ein Problem dar; nach einer Vielzahl von Schalthüben kann es zu einem Abriß einzelner Kontaktierungen kommen. In erfindungsgemäß bevorzugter Ausgestaltung ist daher jeder Schaltkreis über eine separate Kontaktierung an das Piezoelement angeschlossen. Aus den gleichen Gründen ist es besonders vorteilhaft, wenn einige oder alle elektrischen Kontaktierungen mit dem Piezoelement zumindest doppelt ausgeführt sind.

Für den Fachmann ist ersichtlich, daß bei der piezoelektrischen Aktoreinheit sämtliche Arten von Piezoelementen, insbesondere Piezoelementstapel, zum Einsatz kommen können, da die erfindungsgemäße Entladeschaltung unabhängig von der Ausgestaltung des Piezoelementes vorgesehen werden kann.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines schematisch in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiels für ein untertägi ges Hydraulikventil mit piezoelektrischer Aktoreinheit. In der Zeichnung zeigen:
1 in einem Schaltbild ein vorgesteuertes Hydraulikventil mit piezoelektrischer Aktoreinheit für den untertägigen Bergbau in Totmannstellung;
2 den Aufbau einer erfindungemäßen Entladeschaltung einer piezoelektrischen Aktoreinheit anhand eines schematischen, elektrischen Schaltplans; und
3 die erfindungemäße Aktoreinheit mit einer Ansteuerung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Im Schaltbild nach 1 ist einem hydraulischen Hauptsteuerventil 1 ein Vorsteuerventil 2 vorgeschaltet, welches durch Anlegen einer symbolisch angedeuteten Steuerspannung S an einer piezoelektrischen Aktoreinheit 10 betätigt werden kann. Das Schaltbild zeigt die beiden Ventile 1, 2 in der Ausgangsstellung. Durch Ansteuern der piezoelektrischen Aktoreinheit 10 wird der Ventilschieber des Vorsteuerventils derart verschoben, daß die Ausgangsleitung 3 des Vorsteuerventils 2 hydraulisch mit der Hochdruckquelle 4 verbunden ist, wodurch der Ventilschieber des nachgeschalteten Hauptsteuerventils 1 ebenfalls seine Schaltstellung ändert und einen über die Verbraucherleitung 5 angeschlossenen Verbraucher mit der Hochdruckquelle 4 verbindet. In der gezeigten Ausgangsstellung hingegen ist sowohl die Verbraucherleitung 5 als auch die Ausgangsleitung 3 des Vorsteuerventils 2 an den Rücklauf 6 angeschlossen.
In der bekannten Bauweise von Hydraulikventilen für den untertägigen Bergbau mit einem Elektromagnetaktor würde der Schaltstößel des Elektromagneten durch eine Feder immer dann in seine Ausgangsstellung zurückbewegt werden, wenn keine Steuerspannung an dem Aktor anliegt, mithin kein Strom durch die Spule des Elektromagneten fließt. Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Aktoreinheit 10 zum Ansteuern des Vorsteuerventils 2 hingegen ist eine Entladeschaltung vorgesehen, um das Piezoelement der piezoelektrischen Aktoreinheit 10 immer dann in ihren Ausgangszustand zurückzubewegen, wenn keine Steuerspannung S an der Aktoreinheit 10 anliegt.
2 zeigt in einem elektrischen Schaltplan die piezoelektrische Aktoreinheit 10 mit dem Piezoelement 11. Das Piezoelement 11 ist mittels der symbolisch dargestellten Vorspannungsfeder 12 in seiner Ausgangsstellung vorgespannt. Die Federkraft der Vorspannungsfeder 12 reicht jedoch nicht für eine schnelle elektrische Selbstentladung des Piezoelementes 11 aus. Wie an sich bekannt, wird das Piezoelement 11 durch Anlegen einer Steuerspannung S an den Ansteuerpolen 13, 14 der piezoelektrischen Aktoreinheit 10 zur Bewirkung eines Schalthubs in seiner Länge gedehnt. Beide Ansteuerpole 13, 14 sind jeweils über Leitungen 15, 16 mit dem Piezoelement 11 verbunden und das System aus Ansteuerpolen 13, 14 sowie Leitungen 15, 16 bildet die Piezoaktor-Ansteuerung für das Piezoelement 11. Erfindungsgemäß ist nun die piezoelektrische Aktoreinheit 10 mit einer Entladeschaltung versehen, die im gezeigten Ausführungsbeispiel nach 2 zwei identisch zueinander aufgebaute Entladeschaltkreise 20, 30 umfaßt. Jeder Entladeschaltkreis 20, 30 besteht aus einem Entladewiderstand 21, 31 und einem diesem zugeordneten FET-Baustein 22, 32. Beide Entladewiderstände 21, 31 sind parallel zum Piezoelement 11 geschaltet und im gezeigten Ausführungsbeispiel hat der Entladewiderstand 21 am Piezoelement 11 dieselbe Kontaktierung 17 wie die Minuspol-Leitung 16 der Piezoansteuerung, während der Entladewiderstand 31 über eine separate Kontaktierung 33 am Piezoele ment 11 angeschlossen ist. Hierbei ist nicht dargestellt, daß jede Kontaktierung zugleich mehrfach ausgeführt sein könnte. Die den Entladewiderständen 21, 31 zugeordneten FET-Bausteine 22, 32 sind derart ausgeführt, daß sie normalerweise das Piezoelement 11 mit dem jeweils zugeordneten Entladewiderstand 21 bzw. 31 über die Leitungen kurzschließen, wodurch die Entladewiderstände 21, 31 das Piezoelement entladen. Liegt allerdings die Steuerspannung S an den Ansteuerpolen 13, 14 und zugleich an den Ansteuerpolen 26, 36 an, wird der FET-Baustein 22 über die Verzweigungsleitung 18, 25 und der FET-Baustein 32 über die Kontaktleitung 34, 35 mit der Steuerspannung S beaufschlagt, so daß beide FET-Bausteine öffnen und die jeweiligen Entladeschaltkreise 20, 30 unterbrechen bzw. ebenfalls öffnen. Nur bei Anliegen der Steuerspannung S an den Ansteuerpolen 13, 14 sowie 26, 36 findet mithin keine aktive Entladung des Piezoelementes 11 über die Entladewiderstände 21, 31 statt. Sobald die Steuerspannung S an den Ansteuerpolen 13, 14 der Piezoansteuerung sowie an den Ansteuerpolen 26, 36 wegfällt, schließen die FET-Bausteine 22, 32 und schließen hierdurch die Entladewiderstände 21, 31 mit dem Piezoelement wieder kurz, so daß die Entladung des Piezoelementes 11 erneut unmittelbar einsetzt. Hierdurch nimmt das Piezoelement 11 wiederum seine Ausgangslänge ein, wodurch das Vorsteuerventil (2, 1) in seine Ausgangsstellung zurückkehrt.
3 zeigt anhand eines zweiten Ausführungsbeispiels die piezoelektrische Aktoreinheit 10 in einer Ansteuerung durch eine vorgeschaltete Schaltung 40. Die piezoelektrische Aktoreinheit 10 hat denselben Aufbau wie im Ausführungsbeispiel nach 2 und gleiche Bauteile sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Auf die vorherige Beschreibung wird Bezug genommen. Die analoge Schaltung 40 generiert aus einem Ansteuersignal 44 eines übergeordneten Steuergerätes 43 einerseits die Steuerspannung S und andererseits auch eine Entsperrspannung Es. Trotz der Steuerspannung S an den Ansteuerpolen 13, 14 fährt das Piezoelement 11 nur dann aus, wenn zugleich an den Ansteuerpolen 26, 36 ein Entsperrsignal z.B. als Entsperrspannung Es anliegt; denn nur durch die Entsperrspannung Es, welche über die Ansteuerleitungen 25, 35 die FET-Bausteine 22, 32 ansteuert, werden die Entladeschaltungen 20, 30 geöffnet. Dieses aktive Öffnen der Entladeschaltungen 20, 30, wodurch die Entladewiderstände 21, 31 vom Piezoelement getrennt werden, ist für eine Längendehnung des Piezoelementes 11 zwingende Voraussetzung. Nur bei Anliegen der Entsperrspannung Es an den Ansteuerpolen 26, 36 findet mithin keine ansonsten ständige Entladung des Piezoelementes 11 über die Entladewiderstände 21, 31 statt. Sobald die Entsperrspannung Es an den Ansteuerpolen 26, 36 wegfällt, schließen die FET-Bausteine 22, 32 und schließen hierdurch die Entladewiderstände 21, 31 mit dem Piezoelement wieder kurz, so daß die Entladung des Piezoelementes 11 erneut unmittelbar einsetzt. Hierdurch nimmt das Piezoelement 11 wiederum seine Ausgangslänge ein, wodurch das Vorsteuerventil (2, 1) in seine Ausgangsstellung zurückkehrt. Die Schaltung 40 kann über eine schematisch angedeutete Intelligenz (CPU etc.) 41 verfügen, um über die Kommunikationsleitung 44 Daten wie Soll- und Istwerte mit dem übergeordneten Steuergerät 43 bidirektional auszutauschen.
Für den Fachmann sind aus der vorhergehenden Beschreibung zahlreiche Modifikationen ersichtlich, die in den Schutzbereich der anhängenden Ansprüche fallen sollen. Anstelle nur eines Entladeschaltkreises oder von zwei Entladeschaltkreisen könnten auch drei oder mehr Entladeschaltkreise vorgesehen sein. Einige oder sämtliche der Kontaktierungen könnten doppelt oder mehrfach ausgeführt sein. Anstelle von FET-Bausteinen, die durch Anlegen einer Steuerspannung geöffnet werden, könnten auch andere, geeignete Schalttransistoren zum Einsatz kommen.

Claims

Piezoelektrische Aktoreinheit zum Schalten von Ventilen, insbesondere zum Schalten von Vorsteuerventilen für die Öl- oder Wasserhydraulik im untertägigen Bergbau, mit einem bei Anlegen einer Steuerspannung zum Schalten des Ventils seine Größe ändernden Piezoelement und einer dem Piezoelement (11) zugeordneten, wenigstens ein Entladeelement (21; 31) zum Entladen des Piezoelementes umfassenden Entladeschaltung (20, 30), dadurch gekennzeichnet, daß die Entladeschaltung durch Anlegen der Steuerspannung zum Unterbrechen des Entladevorgangs öffenbar ist und derart aufgebaut ist, daß das Entladeelement das Piezoelement (11) ständig entlädt, solange die Entladeschaltung (20, 30) nicht durch Anlegen der Steuerspannung (S) geöffnet ist.
Piezoelektrische Aktoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladeschaltung (20, 30) ein Schaltelement (22; 32) umfaßt, das nur bei angelegter Steuerspannung (S) die Entladung des Piezoelementes (11) unterbricht.
Piezoelektrische Aktoreinheit zum Schalten von Ventilen, insbesondere zum Schalten von Vorsteuerventilen für die Öl- oder Wasserhydraulik im untertägigen Bergbau, mit einem bei Anlegen einer Steuerspannung zum Schalten des Ventils seine Größe ändernden Piezoelement und einer dem Piezoelement (11) zugeordneten, wenigstens ein Entladeelement (21; 31) zum Entladen des Piezoelementes umfassenden Entladeschaltung (20, 30), dadurch gekennzeichnet, daß die Entladeschaltung (20, 30) durch Anlegen einer Entsperrspannung (Es) zum Unterbrechen des Entladevorgangs öffenbar ist und derart aufgebaut ist, daß das Entladeelement das Piezoelement (11) ständig entlädt, solange die Entladeschaltung (20, 30) nicht durch Anlegen der Entsperrspannung (Es) geöffnet ist.
Piezoelektrische Aktoreinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladeschaltung (20, 30) ein Schaltelement (22; 32) umfaßt, das nur bei angelegter Entsperrspannung (Es) die Entladung des Piezoelementes (11) unterbricht.
Piezoelektrische Aktoreinheit nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entsperrspannung (Es) durch die Steuerspannung (S) oder aus der Steuerspannung (S) unmittelbar generiert ist oder über eine Spannungsreduzierung generiert ist.
Piezoelektrische Aktoreinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Spannungsunterbrechung an der Aktoreinheit unmittelbar auch die Entsperrspannung (Es) zusammenbricht.
Piezoelektrische Aktoreinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch eine analoge Schaltung (40) zum Generieren der Steuerspannung (S) und der Entsperrspannung (Es) aus einem Schaltsignal (44).
Piezoelektrische Aktoreinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 7, gekennzeichnet durch eine vorgeschaltete, insbesondere digitale Intelligenz (41) zum Generieren der Steuerspannung (S) und der Entsperrspannung (Es).
Piezoelektrische Aktoreinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgeschaltete Intelligenz (41) über eine Kommunikationsleitung (42) mit übergeordneten Steuer geräten (43) Daten, insbesondere Sollwerte, Istwerte und Stati austauscht.
Piezoelektrische Aktoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladeschaltung mit dem Entladeelement (21; 31) parallel zum Piezoelement (11) angeordnet ist.
Piezoelektrische Aktoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladeelement aus wenigstens einem Entladewiderstand (21; 31) besteht.
Piezoelektrische Aktoreinheit nach einer der Ansprüche 2 oder 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement aus einem Schalttransistor besteht oder einen Schalttransistor umfaßt.
Piezoelektrische Aktoreinheit nach einem der Ansprüche 2 oder 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (22; 32) aus einem FET-Baustein besteht oder einen FET-Baustein umfaßt.
Piezoelektrische Aktoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladeschaltung redundant ausgeführt ist und wenigstens zwei Entladeschaltkreise (20, 30) mit Entladeelement (21, 31) und Schaltelement (22, 32) aufweist.
Piezoelektrische Aktoreinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Entladeschaltkreis über eine separate Kontaktierung an das Piezoelement angeschlossen ist.
Piezoelektrische Aktoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß alle elektrischen Kontaktierungen mit dem Piezoelement doppelt oder mehrfach ausgeführt sind.
Verfahren zum Schalten eines eine piezoelektrische Aktoreinheit aufweisenden Ventils, insbesondere zum Schalten eines Vorsteuerventils für die Öl- oder Wasserhydraulik im untertägigen Bergbau, wobei bei Anlegen einer Steuerspannung zum Schalten des Ventils das Piezoelement seine Größe ändert und dem Piezoelement (11) eine wenigstens ein Entladeelement (21; 31) zum Entladen des Piezoelementes umfassende Entladeschaltung (20) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladeelement (21; 31) das Piezoelement ständig entlädt, solange kein Entsperrsignal (Es) die Entladeschaltung zum Unterbrechen des Entladevorgangs aktiv öffnet.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladeschaltung durch Anlegen der Steuerspannung oder Anlegen einer Entsperrspannung geöffnet wird.