-
Die
Erfindung betrifft eine fluidisch-elektrische Einrichtung mit drahtloser
Energiespeisung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs
1.
-
Bei
einer derartigen, beispielsweise aus der
EP 1 127 221 B1 oder der
DE 36 20 752 C2 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.
-
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 betätigbarer
Schalter seinerseits eine zusätzliche
Hilfsenergie, die in umständlicher
Weise zur Verfügung
gestellt werden muss. Weiterhin ist ein zusätzliches externes Ausschaltsignal
beziehungsweise Wiedereinschaltsignal erforderlich.
-
Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei Ausfall der
fluidischen Versorgung eine automatische Trennung zwischen Energiespeicher
und Verbraucher zu bewirken.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
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.
-
Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte. Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch
1 angegebenen Einrichtung möglich.
-
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.
-
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.
-
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.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung besitzt die elektrische Schalteinrichtung
einen durch einen gegen eine Rückstellkraft fluidisch
bewegbaren Permanentmagneten in seine Schließstellung bringbaren Reed-Kontakt.
-
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.
-
Zwei
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
-
1 ein
Blockschaltbild einer fluidisch-elektrischen Einrichtung mit einer
fluidischen Versorgungsleitung als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
-
2 ein
Blockschaltbild einer fluidisch-elektrischen Einrichtung mit zwei
fluidischen Versorgungsleitungen als zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
-
3 eine
erste Ausführungsvariante
eines fluidisch betätigbaren
elektrischen Schalters und
-
4 eine
zweite Ausführungsvariante
eines fluidisch betätigbaren
elektrischen Schalters.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.