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Die
Erfindung betrifft eine fluidisch-elektrische Einrichtung mit drahtloser
Energiespeisung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs
1.
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Bei
einer derartigen, beispielsweise aus der
EP 1 127 221 B1 bekannten
fluidisch-elektrischen Einrichtung erfolgt die elektrische Energieversorgung über
den Druck des Fluids in der ohnehin vorhandenen fluidischen Leitung,
sodass auf elektrische Zuführungsleitungen verzichtet werden
kann. Ein vom Fluid gespeister fluidisch-elektrischer Konverter
dient zur Umwandlung in elektrische Energie, die in einem Energiespeicher,
beispielsweise in einem Akkumulator, gespeichert wird und zur elektrischen
Energieversorgung mit dem Verbraucher verbunden ist. Die elektrische
Energie kann dann bei Bedarf abgerufen werden.
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Viele
elektrische Verbraucher bedienen sich dauerhaft mit dieser Energie,
um die Funktionalität und damit die Sicher heit des Systems
zu gewährleisten. Entfällt nun die Versorgung
mit dem Fluid, beispielsweise bei einer längeren Lagerung,
im Transportfall oder Störfall, so ist die Funktionalität
des Systems nur noch bis zur Entladung des Energiespeichers gewährleistet.
Dies kann bei Akkumulatoren zu einer Tiefentladung und damit zu
ihrer Zerstörung führen und macht einen Wiederanlauf
des Systems nach Wiederherstellung der fluidischen Versorgung unmöglich.
Es ist daher anzustreben, bei Wegfall der fluidischen Versorgung
die Trennung des oder der elektrischen Verbraucher vom Energiespeicher
vorzunehmen, um die Funktionalität zu erhalten. Dies wird üblicherweise
mittels eines manuell oder elektrisch betätigbaren Schalters
erreicht. Während bei einem manuell betätigbaren
Schalter die Gefahr besteht, dass das Trennen versehentlich unterlassen wird
und die Anbringung eines äußeren Schalters häufig
störend und umständlich ist, benötigt
ein elektrisch betätig barer Schalter seinerseits eine
zusätzliche Hilfsenergie, die in umständlicher
Weise zur Verfügung gestellt werden muss. Weiterhin ist
ein zusätzliches externes Ausschaltsignal beziehungsweise
Wiedereinschaltsignal erforderlich.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei Ausfall der
fluidischen Versorgung eine automatische Trennung zwischen Energiespeicher
und Verbraucher zu bewirken.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einrichtung
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die
Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung bestehen
insbesondere darin, dass der oder die Verbraucher automatisch nur
dann mit dem Energiespeicher verbunden sind, wenn auch das System
mit Fluid beaufschlagt ist. Eine Abtrennung von der Fluidversorgung
führt automatisch zur elektrischen Abtrennung des Energiespeichers
vom Verbraucher bzw. von den Verbrauchern. Durch diese automatische
Trennung besteht keine Gefahr, dass sie versehentlich vergessen
wird. Weiterhin ist keinerlei zusätzliche Hilfsenergie
erforderlich, und auch ein externes Schaltsignal kann entfallen.
Die Tiefentladung des Energiespeichers wird dadurch wirksam und
sicher verhindert, und es ist gewährleistet, dass das System
unmittelbar nach Wiederanschluss an die fluidische Versorgungsquelle
wieder voll funktionsfähig ist. Da die fluidisch-elektrische
Einrichtung ohnehin über eine fluidische Leitung versorgt
wird, sind zur elektrischen Trennung der elektrischen Verbraucher vom
Energiespeicher keinerlei zusätzliche Installationen oder
Steuersignale erforderlich.
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Durch
die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch
1 angegebenen Einrichtung möglich.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante ist die
fluidische Leitung zur Steuerung der elektrischen Schalteinrichtung
mit deren Steuereingang verbunden. Alternativ hierzu kann auch eine separate
zweite fluidische Leitung vorgesehen sein, mittels der zusätzliche
Schaltvorgänge unabhängig von der Fluidbeaufschlagung
durch die erste fluidische Leitung möglich sind.
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Der
Konverter ist zweckmäßigerweise über eine
Ladesteuerungseinrichtung mit dem Energiespeicher verbunden, sodass
ein dem jeweiligen Anwendungsfall angepasstes Energiemanagement auch
im Hinblick auf die angeschlossenen Verbraucher ermöglicht
wird. Der Energiespeicher ist dabei insbesondere als Akkumulator,
Batterie oder Kondensator ausgebildet.
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Bevorzugt
weist der Konverter einen von einem Luftmotor (14) angetriebenen
Generator (15) auf, wobei der Luftmotor (14) insbesondere
als Mikroturbine, Lamellenmotor oder Kolbenschwingeranordnung ausgebildet
ist. Auch andere bekannte Realisierungsformen von fluidisch-elektrischen
Konvertern sind einsetzbar.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung besitzt die elektrische Schalteinrichtung
einen durch einen gegen eine Rückstellkraft fluidisch bewegbaren
Permanentmagneten in seine Schließstellung bringbaren Reed-Kontakt.
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Als
vorteilhafte alternative Ausgestaltung kann die elektrische Schalteinrichtung
auch ein fluidisch gegen eine Rückstellkraft in eine Schaltposition bewegbares
Verstellglied mit einem elektrischen Kontaktelement besitzen, das
in der Schaltposition Teil einer elektrischen Schaltverbindung ist.
Dabei ist das Verstellglied zweckmäßigerweise
als Membran oder Kolben ausgebildet.
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Zwei
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild einer fluidisch-elektrischen Einrichtung mit einer
fluidischen Versorgungsleitung als erstes Ausführungsbeispiel der
Erfindung,
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2 ein
Blockschaltbild einer fluidisch-elektrischen Einrichtung mit zwei
fluidischen Versorgungsleitungen als zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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3 eine
erste Ausführungsvariante eines fluidisch betätigbaren
elektrischen Schalters und
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4 eine
zweite Ausführungsvariante eines fluidisch betätigbaren
elektrischen Schalters.
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Bei
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird
eine fluidisch-elektrische Einrichtung 10 über
eine fluidische Leitung 11 mit einem Fluid versorgt, beispielsweise
mit Druckluft oder Hydraulikflüssigkeit. Eine derartige
fluidisch-elektrische Einrichtung 10 ist im eingangs angegebenen
Stand der Technik näher beschrieben und enthält
elektrische Verbraucher 12, wie elektrische Steuereinrichtungen für
Magnetventile, Signalmittel, Elektronikschaltungen, Mikrocontroller
und dergleichen, und enthält darüber hinaus im
vorliegenden Ausführungsbeispiel über die fluidische
Leitung versorgte fluidische Komponenten, wie Ventile, fluidische
Aktoren und dergleichen, die zur Vereinfachung hier nicht dargestellt sind.
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Die
elektrische Energieversorgung erfolgt über das Fluid in
der fluidischen Leitung, sodass elektrische Versorgungsleitungen
entbehrlich sind. Hierzu ist die fluidische Leitung 11 mit
einem fluidisch-elektrischen Konverter 13 verbunden, der
aus einem von einer fluidischen Mikroturbine 14 angetriebenen
Generator 15 besteht. Die vom elektrischen Generator erzeugte
elektrische Energie wird einer Ladesteuerungseinrichtung 16 zur
Aufladung eines daran über einen fluidisch betätigbaren elektrischen Schalter 18 angeschlossenen
Energiespeichers 17 zugeführt. Bei diesem Energiespeicher 17 kann
es sich um einen Akkumulator, eine aufladbare Batterie oder einen
Kondensator beziehungsweise eine Kondensatoranordnung handeln.
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Anstelle
des beschriebenen und dargestellten fluidisch-elektrischen Konverters 13 können
auch andere bekannte Konverter mit von anderen Luftmotoren angetriebenen
Generatoren treten, beispielsweise Kolbenschwingeranordnungen, Lamellenmotoren
oder auch piezo-elektrische Konverter.
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Die
Ladesteuerungseinrichtung 16 dient zur Optimierung des
Energiemanagements beziehungsweise Lademanagements. Die Ladespannung
kann hierzu in Abhängigkeit des Ladezustands des Energiespeichers 17 variieren
oder bei geladenem Energiespeicher 17 die Ladung lediglich
aufrechterhalten. Weiterhin kann die Ladesteuerungseinrichtung 16 den
oder die angeschlossenen Verbraucher 12 mit der oder den
erforderlichen oder gewünschten Spannungen versorgen, z.
B. auch mit stabilisierten und/oder geregelten Spannungen, die aus
der im Energiespeicher 17 gespeicherten elektrischen Energie gebildet
werden.
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Der
Energiespeicher 17 ist über den fluidisch betätigbaren
elektrischen Schalter 18 und die Ladesteuerungseinrichtung 16 mit
dem elektrischen Verbraucher 12 verbunden, bei dem es sich
selbstverständlich auch um mehrere elektrische Verbraucher handeln
kann. Solche fluidisch betätigbaren elektrischen Schalter 18 sind
in den 3 und 4 beispielhaft dargestellt und
werden in Verbindung mit diesen Figuren noch näher beschrieben.
Der Schalter 18 ist bei einer Druckbeaufschlagung über
die fluidische Leitung 11 geschlossen, die über
eine interne fluidische Verbindungsleitung 19 mit einem
fluidischen Steuereingang des Schalters 18 verbunden ist.
Fällt die fluidische Versorgung aus oder wird die fluidische
Leitung 11 abgekoppelt oder getrennt, so öffnet
der Schalter 18 automatisch, wie dies in Verbindung mit
den 3 und 4 noch näher erläutert
wird. Dadurch wird verhindert, dass sich der Energiespeicher 17 bei
längerer fluidischer Abtrennung durch verbleibende elektrische
Funktionen im elektrischen Verbraucher 12 oder in der Ladesteuerungseinrichtung 16 entlädt,
insbesondere tiefentlädt, sodass zum einen der Energiespeicher 17 Schaden nehmen
kann und zum anderen beim Wiederanschließen der fluidischen
Leitung 11 ein sofortiger Betrieb nicht möglich
ist.
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Das
in 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel
zeigt wesentliche Übereinstimmungen mit dem ersten Ausführungsbeispiel,
sodass gleiche oder gleichwirkende Bauteile und Baugruppen mit denselben
Bezugszeichen versehen und nicht nochmals beschrieben sind. Beim
zweiten Ausführungsbeispiel entfällt die interne
Verbindungsleitung 19. Dafür wird der fluidisch
steuerbare Schalter 18 durch eine von außen separat
zugeführte fluidische Leitung 20 gesteuert. Hierdurch
ist es möglich, auch bei angeschlossener fluidischer Leitung 11 und
Versorgung der fluidischen und elektrischen Komponenten der Einrichtung 10 die
elektrischen Verbraucher 11 gezielt abzuschalten, was beispielsweise
bei Störfällen, Sicherheitsrisiken oder bei speziellen
Tests von Nutzen sein kann. In jedem Fall tritt auch hier der angestrebte
Effekt ein, dass nämlich bei Abkopplung der fluidischen
Zufuhr der Schalter 18 automatisch geöffnet wird.
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In 3 ist
eine erste Ausführungsvariante eines fluidisch steuerbaren
elektrischen Schalters 18 dargestellt. Ein Gehäuse 21 ist
mittels einer Membrananordnung 22 in zwei Kammern 23, 24 aufgeteilt. Wird
die mit einem fluidischen Druckanschluss 25 für eine
fluidische Leitung, z. B. eine der Leitungen 11, 19 oder 20,
versehene Kammer 23 mit einem Druck P beaufschlagt, so
bewegt sich die dadurch druckbeaufschlagte Membrananordnung 22 unter
Vergrößerung des Volumens der ersten Kammer 23 und
Verkleinerung des Volumens der zweiten Kammer 24. Die Membrananordnung 22 ist
auf ihrer der zweiten Kammer 24 zugewandten Seite mit einem
elektrischen Kontaktelement 26 versehen, das zur elektrischen
Verbindung zweier elektrischer Kontaktanordnungen 27, 28 dient.
Dies bedeutet, dass bei druckbeaufschlagter erster Kammer 23 das
Kontaktelement 26 die Kontaktanordnungen 27, 28 elektrisch verbindet,
sodass der Schalter geschlossen ist. Fällt der fluidische
Druck P ab, beispielsweise durch Auftrennung oder Unterbrechung
der fluidischen Leitung 11 beziehungsweise 20,
so wird die federnde beziehungsweise elastische Membrananordnung 22 in ihre
in 3 dargestellte neutrale, nicht erregte Stellung
zurückbewegt, sodass die elektrische Verbindung zwischen
den Kontaktanordnungen 27, 28 unterbrochen ist.
Der elektrische Schalter ist dann geöffnet und unterbricht
die Stromversorgung zwischen dem Energiespeicher 17 und
dem elektrischen Verbraucher 12.
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Bei
der in 4 dargestellten Ausführungsvariante eines
fluidisch steuerbaren Schalters 18' ist ein Permanentmagnet 30.
in einer Kammer 31 gegen die Kraft einer Rückstellfeder 32 mit
Hilfe eines fluidischen Druckes P bewegbar. Dieser fluidische Druck P
ist an einen fluidischen Druckanschluss 33 der Kammer 31 anlegbar,
beispielsweise gemäß 1 mittels
der Verbindungsleitung 19 oder gemäß 2 mittels
der fluidischen Leitung 20. Der Permanentmagnet 30 ist
nach Art eines Kolbens in der als Zylinderkammer ausgebildeten Kammer 31 verschiebbar
geführt. Der Permanentmagnet 30 befindet sich
in seiner Ruhestellung am anschlussseitigen Anschlag, wie dies in 4 dargestellt
ist. Bei Druckbeaufschlagung bewegt er sich zum entgegengesetzten Endbereich
der Kammer 31. Neben diesem entgegengesetzten Endbereich
ist eine Reed-Kontaktanordnung 34 angeordnet, sodass der
Permanentmagnet 30 in seiner druckbeaufschlagten Position
die Reed-Kontaktanordnung 34 schließt und somit
den Schalter 18' schließt. Fällt der
fluidische Druck P ab, so wird der Permanentmagnet 30 durch
die Rückstellfeder 32 wieder in die in 4 dargestellte
Ruheposition zurückgestellt, worauf die Reed-Kontaktanordnung 34 öffnet.
Der Schalter 18' stellt somit ein Reed-Relais dar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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