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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln des Hubes eines von
einem Antriebselement angetriebenen ersten Betätigungselements
und eines von dem Antriebselement angetriebenen zweiten Betätigungselements.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Einstellen des
Hubes eines von einem Antriebselement angetriebenen ersten Betätigungselements
und eines von dem Antriebselement angetriebenen zweiten Betätigungselements.
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Bei
bestimmten technischen Anwendungen ist es erforderlich, die Hübe
von Betätigungselementen zu messen und/oder einzustellen.
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Aus
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 43 29 976 A1 ist ein Verfahren zur Hubmessung
und zur Einstellung eines Bottom-Feed-Einspritzventils bekannt.
Bei einem solchen Ventil wird der Hub einer Ventilnadel gemessen,
da dieser für die Menge eines durch das Ventil strömenden
Mediums entscheidend ist. Bei diesem bekannten Verfahren wird zur
Hubmessung ein Laserstrahl auf einen fest mit der Ventilnadel verbundenen
Ventilschließkörper gerichtet und damit berührungslos
die Lage der Endstellungen der Ventilnadel bestimmt. Dabei muss
bei jedem zu vermessenden Ventil eine Laser-Messanlage positioniert
und relativ zum Ventil ausgerichtet werden. Außerdem muss
das Ventil konstruktiv so aufgebaut sein, dass die Laserstrahlung
durch entsprechende Öffnungen bis zu dem im Inneren des
Ventils gelegenen Ventilschließkörper gelangen
kann.
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Gelegentlich
tritt der Fall auf, dass mehrere Betätigungselemente von
einem einzigen (gemeinsamen) Antriebselement angetrieben werden.
Dabei ist es denkbar, die Hübe der einzelnen Betätigungselemente
jeweils mit einer Messvorrichtung zu messen, welche ähnlich
der aus der Offenlegungsschrift
DE 43 29 976 A1 bekannten Messeinrichtung
ist. Dies setzt jedoch voraus, dass zum einen die Betätigungselemente
für die Messung zugänglich sind und dass zum anderen
die Messeinrichtung jeweils relativ zu dem entsprechenden Betätigungselementen
ausgerichtet und justiert wird. Sollen die Hübe der einzelnen
Betätigungselemente gleichzeitig gemessen werden, ist eine
Anzahl von Messeinrichtungen notwendig, die der Anzahl der Betätigungselemente
entspricht. Insgesamt betrachtet ist ein solches denkbares Verfahren
zum Ermitteln des Hubes und/oder zur Einstellung des Hubes aufwändig.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ermitteln
des Hubes und ein Verfahren zum Einstellen des Hubes anzugeben,
welche mit geringem Aufwand realisiert werden können.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren nach dem Patentanspruch 1 oder 12. Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen
2 bis 11 und 13 angegeben.
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Die
oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst
durch ein Verfahren zum Ermitteln des Hubes mindestens eines von
einem Antriebselement angetriebenen ersten Betätigungselements
(z. B. für eine erste elektrische Schalteinrichtung) und
eines von dem Antriebselement angetriebenen zweiten Betätigungselements
(z. B. für eine zweite elektrische Schalteinrichtung),
wobei bei dem Verfahren
- – eine erste
Position des Antriebselements bestimmt wird, wenn sich das Antriebselement
in einer Endlage befindet,
- – eine zweite Position des Antriebselements bestimmt
wird, sobald das erste Betätigungselement eine vorgewählte
Position erreicht,
- – eine dritte Position des Antriebselements bestimmt
wird, sobald das zweite Betätigungselement eine vorgewählte
(z. B. gleichartige Position erreicht,
- – der Hub des ersten Betätigungselements bestimmt
wird, indem die Differenz zwischen der ersten Position und der zweiten
Position gebildet wird, und
- – der Hub des zweiten Betätigungselements
bestimmt wird, indem die Differenz zwischen der ersten Position
und der dritten Position gebildet wird.
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Bei
diesem Verfahren ist insbesondere vorteilhaft, dass zur Ermittelung
des Hubs von mindestens zwei Betätigungselementen die Position
lediglich eines einzigen Antriebselements bestimmt zu werden braucht.
Zur Bestimmung der Position des Antriebselements ist lediglich eine
einzige Messeinrichtung notwendig, welche bezüglich des
Antriebselements auch nur einmal montiert und eingestellt zu werden
braucht.
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Das
Verfahren lässt sich selbstverständlich auch zum
Ermitteln des Hubes von mehr als zwei Betätigungselementen,
welche von dem Antriebselement angetrieben werden, einsetzen. Dann
wird für jedes weitere Betätigungselement eine
weitere Position des Antriebselementes bestimmt, sobald das weitere
Betätigungselement die vorgewählte Position erreicht.
Zum Abschluss des Verfahrens wird die Differenz zwischen der ersten
Position und der weiteren Position des Antriebselements bestimmt.
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Das
Verfahren kann so ausgestaltet sein, dass die erste Position bestimmt
wird, indem ein erstes elektrisches Signal erzeugt wird, sobald
die Antriebsbewegung des Antriebselements beginnt oder ein erstes
elektrisches Signal erzeugt wird, sobald die Antriebsbewegung des
Antriebselements endet, und als erste Position die Position des
Antriebselements bestimmt wird, welche das Antriebselement zum Zeitpunkt
der Erzeugung des ersten Signals innehat. Auf diese Art und Weise
lässt sich die erste Position des Antriebselements besonders
einfach bestimmen, da als die erste Position diejenige Position
bestimmt wird, die das Antriebselement einnimmt, wenn die Antriebsbewegung
des Antriebselements beginnt oder endet. Bei dieser Position handelt
es sich also um die beiden Endlagen bzw. Endpositionen des Antriebselements.
Ein diese Endlagen kennzeichnendes elektrisches Signal ist oftmals
sowieso bei Antriebselementen vorhanden, da aus Sicherheitsgründen
oder zu Steuer- oder Regelzwecken oftmals die Bewegung der Antriebselemente
mittels Sensoren o. ä. überwacht wird.
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Das
Verfahren kann so ablaufen, dass die zweite Position bestimmt wird,
indem ein zweites elektrisches Signal erzeugt wird, sobald das erste Betätigungselement
die vorgewählte Position erreicht, und als zweite Position
die Position des Antriebselements bestimmt wird, welche das Antriebselement
zum Zeitpunkt der Erzeugung des zweiten Signals innehat. Bei der
Bestimmung der zweiten Position ist besonders vorteilhaft, dass
lediglich das zweite elektrische Signal erzeugt zu werden braucht,
sobald das erste Betätigungselement die vorgewählte Position
erreicht hat. Bei dem ersten Betätigungselement braucht
also vorteilhafterweise nur ein Signalgeber für ein elektrisches
Signal vorhanden zu sein (im einfachsten Fall ein elektrischer Schalter
oder Kontakt), wohingegen bei dem ersten Betätigungselement
keine Messeinrichtung zur Positionsbestimmung vorhanden zu sein
braucht.
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In
gleicher Art und Weise kann das Verfahren so ausgestaltet sein,
dass die dritte Position bestimmt wird, indem ein drittes elektrisches
Signal erzeugt wird, sobald das zweite Betätigungselement die
vorgewählte Position erreicht,
und als dritte Position
die Position des Antriebselements bestimmt wird, welche das Antriebselement zum
Zeitpunkt der Erzeugung des dritten Signals innehat.
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Das
Verfahren kann auch so realisiert sein, dass die Differenz zwischen
der ersten Position und der zweiten Position mit dem Übersetzungsverhältnis dieses Übersetzungsmittels
multipliziert wird, wenn zwischen dem Antriebselement und dem ersten
Betätigungselement ein (z. B. mechanisches) Übersetzungsmittel
angeordnet ist, und/oder dass die Differenz zwischen der ersten
Position und der dritten Position mit dem Übersetzungsverhältnis
eines Übersetzungsmittels multipliziert wird, wenn zwischen dem
Antriebselement und dem zweiten Betätigungselement ein
(z. B. mechanisches) Übersetzungsmittel angeordnet ist.
In dieser Ausgestaltungsform kann das Verfahren vorteilhafterweise
auch dann angewendet werden, wenn zwischen dem Antriebselement und
dem ersten Betätigungselement bzw. zwischen dem Antriebselement
und dem zweiten Betätigungselement ein Übersetzungsmittel
(beispielsweise ein Hebel oder ein Lineargetriebe) angeordnet ist.
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Das
Verfahren kann so realisiert sein, dass das erste Betätigungselement
einen ersten beweglichen Kontakt einer ersten elektrischen Schalteinrichtung
betätigt, und als zweite Position die Position des Antriebselements
bestimmt wird, die dieses zum Zeitpunkt des Einschaltens des ersten
beweglichen Kontakts innehat.
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Dabei
kann das Verfahren auch so ausgestaltet sein, dass ein zweites elektrisches
Signal erzeugt wird, sobald der erste bewegliche Kontakt eingeschaltet
wird, und als zweite Position die Position des Antriebselements
bestimmt wird, welche das Antriebselement zum Zeitpunkt der Erzeugung
des zweiten Signals innehat. Bei den beiden vorgenannten Ausführungsvarianten
des Verfahrens ist vorteilhaft, dass mittels des ersten beweglichen
Kontakts der Schalteinrichtung das zweite elektrische Signal besonders
einfach erzeugt werden kann, und damit auch die zweite Position
des Antriebselements besonders einfach bestimmt werden kann. Beim
Einschalten des ersten beweglichen Kontakts lässt sich nämlich
sehr einfach das zweite elektrische Signal erzeugen.
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Das
Verfahren kann bezüglich des zweiten Betätigungselements
gleichartig ablaufen, d. h. das Verfahren kann so ausgestaltet sein,
dass das zweite Betätigungselement einen zweiten beweglichen
Kontakt einer zweiten elektrischen Schalteinrichtung betätigt,
und als dritte Position die Position des Antriebselements bestimmt
wird, die dieses zum Zeitpunkt des Einschaltens des zweiten beweglichen
Kontakts innehat.
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Dabei
kann das Verfahren so realisiert sein, dass ein drittes elektrisches
Signal erzeugt wird, sobald der zweite bewegliche Kontakt eingeschaltet wird,
und als dritte Position die Position des Antriebselements bestimmt
wird, welche das Antriebselement zum Zeitpunkt der Erzeugung des
dritten Signals innehat.
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Das
Verfahren kann so realisiert sein, dass eine Wirkverbindung von
dem Antriebselement über eine erste Kontaktfederdruckeinrichtung
zu dem ersten Betätigungselement besteht, und/oder eine
Wirkverbindung von dem Antriebselement über eine zweite
Kontaktfederdruckeinrichtung zu dem zweiten Betätigungselement
besteht. Eine – als solches bekannte – Kontaktfederdruckeinrichtung
kann mit Vorteil immer dann eingesetzt werden, wenn die zu schaltenden
Kontakte mit hohen Strömen beaufschlagt werden und daher
aufgrund dieser hohen Ströme hohe Kräfte auftreten
können. Überraschenderweise funktioniert das beschriebene
Verfahren auch bei dem Einsatz von Kontaktfederdruckeinrichtungen,
da solche Kontaktfederdruckeinrichtungen erst nach Schließen
des elektrischen Kontaktes den Druck auf den geschlossenen Kontakt
aufbauen und somit erst nach Schließen des elektrischen
Kontakts wirksam werden. Bis zum Schließen des elektrischen
Kontakts werden die Kontaktfederdruckeinrichtungen jedoch nicht
wirksam, so dass sie die Bewegung der den Kontakt schließenden
bzw. öffnenden Betätigungselemente nicht beeinflussen.
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Vorteilhafterweise
kann das Verfahren so realisiert sein, dass die erste elektrische
Schalteinrichtung eine Schalteinrichtung eines ersten Schaltpols
eines mehrphasigen Schalters, insbesondere eines mehrphasigen Leistungsschalters,
ist, dass die zweite elektrische Schalteinrichtung eine Schalteinrichtung
eines zweiten Schaltpols des mehrphasigen Schalters ist, und dass
das Antriebselement ein Antriebselement eines gemeinsamen Antriebs
für den ersten Schaltpol und den zweiten Schaltpol ist.
Mit Vorteil lässt sicht das Verfahren bei Schaltpolen eines mehrphasigen
Schalters, insbesondere eines mehrphasigen Leistungsschalters, einsetzen.
Dabei ist vorteilhaft, dass bei einem mehrphasigen Schalter bzw.
Leistungsschalter sowieso (zum Schalten von oftmals gro ßen
Nennströmen oder Nennspannungen) vorgesehene Schalteinrichtungen
(z. B. Vakuumschaltröhren oder ähnliches) vorgesehen
sind. Diese Schalteinrichtungen können vorteilhafterweise beim
Messen des Hubes bzw. beim Einstellen des Hubes abweichend von ihrer üblichen
vorgesehenen Bestimmung dazu verwendet werden, das elektrische Signal
zu erzeugen, sobald das entsprechende Betätigungselement
die vorgewählte Position erreicht (hier können
die Schalteinrichtungen also zur Erzeugung des zweiten elektrischen
Signals bzw. des dritten elektrischen Signals eingesetzt werden). Daher
ist vorteilhafterweise keine zusätzliche elektrische Schalteinrichtung
notwendig, welche nur zum Zwecke des Ermittelns bzw. Einstellen
des Hubes installiert zu werden braucht, sondern die sowieso bei mehrphasigen
Schaltern vorhandenen Schalteinrichtungen werden zusätzlich
im Vorfeld ihrer eigentlichen Bestimmung zum Erzeugen der jeweiligen
elektrischen Signale genutzt. Dadurch lässt sich das beschriebene
Verfahren besonders einfach und damit auch kostengünstig
ausführen.
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Die
oben genannte Aufgabe wird ebenfalls erfindungsgemäß gelöst
durch ein Verfahren zum Einstellen des Hubes nach den Merkmalen
des Patenanspruchs 12. Dabei handelt es sich um ein Verfahren zum
Einstellen des Hubes eines von einem Antriebselement angetriebenen
ersten Betätigungselements (z. B. für eine erste
elektrische Schalteinrichtung) und zum Einstellen des Hubes eines
von dem Antriebselement angetriebenen zweiten Betätigungselements
(z. B. für eine zweite elektrische Schalteinrichtung),
wobei bei dem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden
Ansprüche der Hub des ersten Betätigungselements
und der Hub des zweiten Betätigungselements ermittelt wird,
und die Wirkverbindung zwischen dem Antriebselement und dem ersten Betätigungselement
und/oder zwischen dem Antriebselement und dem zweiten Betätigungselement
so verändert wird, dass der Hub des ersten Betätigungselements
innerhalb eines vorgewählten Toleranzbandes um einen Nennwert
liegt und/oder der Hub des zweiten Betätigungselements
innerhalb eines vorgewählten Toleranzbandes um einen Nennwert
liegt. Bei diesem Verfahren wird zunächst – wie
oben erläutert – der Hub des ersten Betätigungselements und
der Hub des zweiten Betätigungselements ermittelt. Danach
wird die Wirkverbindung zwischen dem Antriebselement und dem ersten
Betätigungselement und/oder zwischen dem Antriebselement
und dem zweiten Betätigungselement so verändert,
dass der Hub des ersten Betätigungselements innerhalb des
vorgewählten Toleranzbandes um einen Nennwert liegt und/oder
dass der Hub des zweiten Betätigungselements innerhalb
des vorgewählten Toleranzbandes um dessen Nennwert liegt.
Dadurch werden nach Ermittlung der Hübe der oder die Hübe
eingestellt.
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Das
Verfahren kann dabei so ablaufen, dass die wirksame Länge
der Wirkverbindung zwischen dem Antriebselement und dem ersten Betätigungselement
und/oder zwischen dem Antriebselement und dem zweiten Betätigungselement
so verkürzt oder verlängert wird, dass der Hub
des ersten Betätigungselements innerhalb des vorgewählten
Toleranzbandes um den Nennwert liegt und/oder der Hub des zweiten
Betätigungselements innerhalb des vorgewählten
Toleranzbandes um den Nennwert liegt.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Dazu ist in
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1 ein
Ausführungsbeispiel eines zur Ausführung der Verfahren
eingerichteten dreipoligen Leistungsschalters und in
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2 ein
Diagramm mit beispielhaften Signalverläufen des erfindungsgemäßen
Verfahrens dargestellt.
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In 1 ist
als Beispiel für einen mehrphasigen Schalter ein dreiphasiger
(dreipoliger) Leistungsschalter 1 dargestellt, bei dem
der Hub von drei beweglichen Kontakten gemessen und eingestellt
wird. (Allgemein kann das Verfahren vorteilhaft bei Schaltgeräten
mit zwei oder mehr Polen angewendet werden: also bei zwei-, drei-,
vier- oder fünfpoligen Schaltgeräten oder bei
Schaltgeräten mit noch mehr Polen.) Der dreipolige Leistungsschalter 1 weist
für seine drei Pole einen gemeinsamen Antrieb 3 auf, der
im Ausführungsbeispiel als ein als solcher bekannter Magnetantrieb
ausgestaltet ist. Bei einem solchen Magnetantrieb 3 wird
durch elektromagnetische Kräfte ein Antriebselement in
Form eines Antriebsbolzens 5 linear zwischen zwei Endstellungen hin-
und herbewegt. Diese Linearbewegung (Hub) des Antriebselements 5 wird
durch einen Doppelpfeil 7 symbolisiert.
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Der
Antriebsbolzen 5 ist mit einem mechanischen Übersetzungsmittel 9 in
Form eines Kipphebels verbunden, welcher die Linearbewegung 7 des Antriebsbolzens 5 auf
eine erste Antriebsstange 11 eines ersten Schaltpols des
Leistungsschalters, auf eine zweite Antriebsstange 11' eines
zweiten Schaltpols des Leistungsschalters und auf eine dritte Antriebsstange 11'' eines
dritten Schaltpols des Leistungsschalters überträgt.
Dabei wird die Linearbewegung (Hub) mit dem Übersetzungsverhältnis
(Hebelverhältnis) des Übersetzungsmittels (Kipphebel 9) übersetzt.
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Die
drei Schaltpole des Leistungsschalters sind im Wesentlichen gleichartig
aufgebaut, im Folgenden wird der Aufbau des ersten Schaltpols beschrieben.
Die erste Schaltstange 11 führt zu einer Hubeinstelleinrichtung 17,
mit der die wirksame Länge der ersten Schaltstange 11 verkürzt
oder verlängert werden kann. Die Hubeinstellvorrichtung 17 weist
im Ausführungsbeispiel ein auf die Antriebsstange aufgebrachtes
Außengewinde auf, welches in ein Innengewinde einer Hülse
hinein- oder herausgeschraubt werden kann. Dadurch verlängert
bzw. verkürzt sich die wirksame Länge der ersten
Antriebsstange 11. Die Hubverstellvorrichtung 17 ist
mit einer Kontaktfederdruckeinrichtung 19 verbunden, welche über
ein erstes Betätigungselement 21 in Form einer Betätigungsstange 21 mit
einem ersten beweglichen Kontakt 23 einer ersten Vakuumschaltröhre 25 verbunden
ist. Sobald mittels des ersten beweglichen Kontaktes 23 der
elektrische Kontakt innerhalb der Vakuumschaltröhre 25 geschlossen
wird, baut die Kontaktfederdruckeinrichtung 19 einen mechanischen
Druck auf den dann geschlossenen elektrischen Kontakt der Vakuumschaltröhre
auf, damit dieser sicher geschlossen bleibt. Dabei besteht die Kontaktfederdruckeinrichtung 19 im
Ausführungsbeispiel im Wesentlichen aus einer Schraubenfeder,
welche nach Schließen des beweglichen Kontaktes 23 durch die
weitere Bewegung der Antriebsstange 11 zusammengedrückt
wird und dadurch eine Federkraft auf den beweglichen Kontakt 23 aufbaut
(in der schematischen 1 ist die Kontaktfederdruckeinrichtung durch
eine Schraubenfeder symbolisiert.)
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Es
besteht also eine Wirkverbindung von dem Antriebselement 5 über
die erste Antriebsstange 11, die erste Hubeinstellvorrichtung 17 und
die erste Kontaktfederdruckeinrichtung 19 zu dem ersten
Betätigungselement 21.
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Axial
gegenüberstehend zu dem beweglichen Kontakt 23 ist
ein feststehender Kontakt 27 der Vakuumschaltröhre 25 angedeutet;
zwischen dem feststehenden Kontakt 27 und dem beweglichen Kontakt 23 wird
der elektrische Kontakt der Vakuumschaltröhre geschlossen
bzw. geöffnet. Der erste Schaltpol ist z. B. zum Schalten
einer ersten Phase L1 eines nicht dargestellten dreiphasigen Energieübertragungsnetzes
vorgesehen.
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Der
rechtsseitig des ersten Schaltpols des dreipoligen Leistungsschalters 1 dargestellte
zweite Schaltpol und der rechts daneben dargestellte dritte Schaltpol
sind gleichartig zu dem ersten Schaltpol aufgebaut: So weist der
zweite Schaltpol eine zweite Antriebsstange 11', eine zweite
Hubeinstellvorrichtung 17', eine zweite Kontaktfederdruckeinrichtung 19',
ein zweites Betätigungselement in Form einer zweiten Betätigungsstange 21' und
eine zweite Vakuumschaltröhre 25' mit einem zweiten
beweglichen Kontakt 23' und einem zweiten feststehenden
Kontakt 27' auf. Es besteht eine Wirkverbindung von dem Antriebselement 5 über
die zweite Antriebsstange 11', die zweite Hubeinstelleinrichtung 17' und
die zweite Kontaktfederdruckeinrichtung 19' zu dem zweiten
Betätigungselement 21'. Der zweite Schaltpol ist
z. B. zum Schalten einer ersten Phase L2 eines nicht dargestellten
dreiphasigen Energieübertragungsnetzes vorgesehen.
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Ebenso
weist der dritte Schaltpol eine dritte Antriebsstange 11'',
eine dritte Hubeinstelleinrichtung 17'', eine dritte Kontaktfederdruckeinrichtung 19'',
ein drittes Betätigungselement in Form einer dritten Betätigungsstange 21'' und
eine dritte Vakuumschaltröhre 25'' mit einem dritten
beweglichen Kontakt 23'' und einem dritten feststehenden
Kontakt 27'' auf. Es besteht eine Wirkverbindung von dem Antriebselement 5 über
die dritte Antriebsstange 11'', die dritte Hubeinstelleinrichtung 17'' und
die dritte Kontaktfederdruckeinrichtung 19'' zu dem dritten
Betätigungselement 21''. Der dritte Schaltpol
ist z. B. zum Schalten einer dritten Phase L3 eines nicht dargestellten
dreiphasigen Energieübertragungsnetzes vorgesehen.
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Der
Magnetantrieb 3 treibt mit seinem Antriebsbolzen 5 gleichzeitig über
die erste Antriebsstange 11 das erste Betätigungselement 21 (Betätigungsstange)
des ersten Schaltpols, über die zweite Antriebsstange 11' das
zweite Betätigungselement 21' (Betätigungsstange)
des zweiten Schaltpols und über die dritte Antriebsstange 11'' das
dritte Betätigungselement 21'' (Betätigungsstange)
des dritten Schaltpols an. Das erste Betätigungselement 21,
das zweite Betätigungselement 21' und das dritte
Betätigungselement 21'' bewegen sich also gleichzeitig und
betätigen jeweils den ersten beweglichen Kontakt 23,
den zweiten beweglichen Kontakt 23' bzw. den dritten beweglichen
Kontakt 23''. Aufgrund von Fertigungstoleranzen (und/oder
von unterschiedlich stark ausgeprägten Stauchungen der
Festkontakte 27 und Bewegkontakte 23 bei den ersten
Schaltvorgängen nach der Herstellung der Vakuumschaltröhren 25, 25' und 25'') öffnen
und schließen jedoch die Kontakte der drei Vakuumschaltröhren
im Allgemeinen nicht gleichzeitig, sondern zu unterschiedlichen Zeitpunkten.
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An
dem Antriebselement (Antriebsbolzen) 5 ist eine Positionsbestimmungseinrichtung 29 angeordnet,
welche im Ausführungsbeispiel ein berührungslos
messender Wegsensor ist. Diese Positionsmesseinrichtung 29 tastet
mittels eines Lichtstrahls einen an dem Antriebselement 5 angeordneten Strichcode
ab und bestimmt dadurch die Position des Antriebselements. In der 1 befindet
sich das Antriebselement 5 in seiner ersten Endlage (Position P1).
In dieser ersten Endlage (Endposition P1) sind die elektrischen
Kontakte der Vakuumschaltröhren maximal weit geöffnet,
das erste Antriebselement befindet sich in der Position P1 (in der
Figur durch einen Pfeil gekenn zeichnet). Sobald die Antriebsbewegung des
Antriebselements 5 beginnt und sich das Antriebselement 5 aus
seiner ersten Endlage P1 herausbewegt, wird dies z. B. durch eine
Analyse des Stroms, der die Magnetspulen des Magnetantriebs durchfließt,
erkannt. Daraufhin wird ein erstes elektrisches Signal S1 in Form
eines binären Signals erzeugt, welches zum Zeitpunkt des
Beginns der Antriebsbewegung des Antriebselements 5 von
0 auf 1 springt (vgl. 2). Während der darauffolgenden
Bewegung ermittelt die Positionsbestimmungseinrichtung 29 fortlaufend
die Position des Antriebselements 5; das Antriebselement 5 bewegt
sich dabei von der Position P1 über (in der 1 nicht
dargestellte) Positionen P2, P3 und P4 zur Position P5.
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Wenn
das Antriebselement die Position P2 erreicht, dann schließt
das erste Betätigungselement 21 den beweglichen
Kontakt 23 der ersten dritten Vakuumschaltröhre 25.
Bei Erreichen der Position P3 des Antriebselements 5 schließt
das dritte Betätigungselement 21'' den dritten
beweglichen Kontakt 23'' der dritten Vakuumschaltröhre 25''.
Sobald das Antriebselement 5 die Position P4 erreicht,
schließt das zweite Betätigungselement 21' den
zweiten beweglichen Kontakt 23' der zweiten Vakuumschaltröhre 25'.
Sobald das Antriebselement 5 in seiner zweiten Endposition
P5 angekommen ist, wird z. B. durch eine Analyse des Magnetantriebsstroms
das Erreichen der zweiten Endposition P5 erkannt und das erste elektrische
Signal S1 von 1 auf 0 zurückgesetzt (vgl. 2).
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Im
Folgenden wird die Erzeugung des zweiten elektrischen Signals S2,
des dritten elektrischen Signals S3 und des vierten elektrischen
Signals S4 erläutert. Dazu ist über den Kontakt
der Vakuumschaltröhre 25 ein Stromkreis (Signalstromkreis)
aufgebaut, welcher von einer Spannungsquelle 31 über den feststehenden
Kontakt 27 und den beweglichen Kontakt 23 der
Vakuumschaltröhre 25 zu einem Spannungsabgriff 33 führt.
So lange der elektrische Kontakt der Vakuumschaltröhre
nicht geschlossen ist, d. h. so lange der bewegliche Kontakt 23 keine galvanische
Verbindung zum feststehenden Kontakt 27 hat, liegt an dem
Spannungsabgriff 33 eine Spannung von 0 Volt an, d. h.
das zweite elektrische Signal S2 weist den Wert Null auf. Sobald
der bewegliche Kontakt 23 den feststehenden Kontakt 27 beim Schließen
der Vakuumschaltröhre 25 berührt, liegt
an dem Spannungsabgriff 33 eine Spannung der Größe U
an, d. h. das zweite elektrische Signal S2 weist den Wert U auf.
Im Ausführungsbeispiel wird also der Übergang
(die Flanke) des zweiten Signals S2 von S2 = 0 auf S2 = U ausgewertet
und gilt als Zeitpunkt der Erzeugung des elektrischen Signals S2,
d. h. zum Zeitpunkt des Überganges von S2 = 0 auf S2 =
U wird das zweite elektrische Signal S2 erzeugt.
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In
gleicher Weise wird beim Schließen des elektrischen Kontakts
der Vakuumschaltröhre 25' (d. h. beim galvanischen
Berühren des beweglichen Kontakts 23' mit dem
feststehenden Kontakt 27') ein Signal S3 erzeugt, d. h.
das Signal S3 geht von dem Zustand S3 = 0 V über auf den
Zustand S3 = U. In gleicher Art und Weise wird beim Schließen
des elektrischen Kontakts der Vakuumschaltröhre 25'' ein elektrisches
Signal S4 erzeugt (d. h. es findet der Übergang des Signals
S4 von S4 = 0 auf S4 = U statt). Die Signale S2, S3 und S4 haben
die Einheit Volt.
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In 2 ist
anhand von vier Diagrammen dargestellt, wie sich das erste elektrische
Signal S1, das zweite elektrische Signal S2, das dritte elektrische
Signal S3 und das vierte elektrische Signal S4 in Abhängigkeit
von der Position des Antriebselements 5 verändern.
Die Messung der Position des Antriebselements 5 und die
Messung des Verlaufs der Signale Si bis S4 laufen so ab, dass sowohl
die Position des Antriebselements 5 als auch der Signalverlauf
der elektrischen Signale S1 bis S4 in Abhängigkeit von
der Zeit gemessen wird. Es wird also die Position P des Antriebselements 5 als
Werteverlauf in Abhängigkeit von der Zeit gemessen und
abgespeichert, also als Funktionswerte P(t). Außerdem werden
die Signale S1, S2, S3 und S4 als Werteverläufe in Abhängigkeit
von der Zeit gemessen und abgespeichert, also als Funktionswerte
S1t), S2(t), S3(t) und S4(t).
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Über
den gemeinsamen Parameter Zeit (t) können dann die jeweiligen
Signale S1 bis S4 den Positionen des Antriebselements zugeordnet
werden. In der Darstellung der 2 sind die
Signale S1 bis S4 in Abhängigkeit von der Position P als
Funktion S(P) dargestellt.
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In 2 ist
in dem untersten Diagramm das erste elektrische Signal S1 über
der Position P des Antriebselements 5 dargestellt, d. h.
in Abhängigkeit von der Position P. Sobald die Antriebsbewegung
des Antriebselements 5 beginnt (Position P1) geht – wie oben
erläutert – das elektrische Signal S1 von dem Wert
0 auf den Wert 1 über, d. h. es entsteht eine Signalflanke.
Diese Signalflanke wird erkannt und gilt als Erzeugung des ersten
elektrischen Signals. Mit anderen Worten wird das erste elektrische
Signal S1 erzeugt, sobald das Antriebselement 5 die Position P1
verlässt. Das Antriebselement bewegt sich dann über
die Position P2, P3 und P4 zu der Endposition P5. Bei Erreichen
der Endposition P5 endet die Antriebsbewegung des Antriebselements
und das Signal 51 geht von dem Wert S1 = 1 auf den Wert
S1 = 0 zurück, d. h. es entsteht wieder eine Signalflanke. (In
einem anderen Ausführungsbeispiel könnte das erste
elektrische Signal auch dann als erzeugt gelten, sobald die Antriebsbewegung
des Antriebselements 5 endet, d. h. sobald das Antriebselement 5 an
der Position P5 angekommen ist und daraufhin das Signal 51 von
seinem Signalwert S1 = 1 auf den Signalwert S1 = 0 zurückspringt.
In diesem Falle würde also die negative Flanke des ersten
elektrischen Signals S1 ausgewertet werden und nicht die positive
elektrische Flanke des ersten elektrischen Signals S1.)
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Wenn
sich das Antriebselement von der Endposition P5 zur Endposition
P1 zurückbewegt, dann entsteht beim Beginn der Antriebsbewegung,
d. h. beim Verlassen der Position P5 eine positive Signalflanke
und beim Ende der Antriebsbewegung, d. h. bei der Position P1 eine
negative Signalflanke.
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In
dem darüber liegenden Diagramm ist das zweite elektrische
Signal S2 über der Position P dargestellt. Das erste Betätigungselement 21 hat
seine vorgewählte Position dann erreicht, wenn der elektrische
Kontakt der Vakuumschaltröhre 25 geschlossen wird.
Wenn die Antriebsbewegung des Antriebselements 5 beginnt,
und sich das Antriebselement 5 von der Position P1 auf
die Position P2 zubewegt, ist der elektrische Kontakt der Vakuumschaltröhre 25 zunächst
noch geöffnet. Das zweite elektrische Signal S1 hat demzufolge
den Wert S2 = 0. Das Betätigungselement 21 hat
dann seine vorgewählte Position erreicht, wenn der bewegliche
Kontakt 23 der Vakuumschaltröhre den feststehenden
Kontakt 27 erreicht, d. h. wenn der elektrische Kontakt
der Vakuumschaltröhre 25 schließt. Dann
wird das zweite elektrische Signal S2 erzeugt, d. h. das zweite
elektrische Signal S2 geht von seinem Wert S2 = 0 auf den Wert S2
= U über; es entsteht eine Signalflanke. Zum Zeitpunkt
der Erzeugung des zweiten elektrischen Signals S2, d. h. zum Zeitpunkt
der Signalflanke des Signals S2, wird die Position P bestimmt. Im Ausführungsbeispiel
ist das die Position P2.
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Nun
wird die Differenz (P1 – P2) zwischen der ersten Position
P1 und der zweiten Position P2 gebildet. Daraufhin wird der Betrag
der Differenz |(P1 – P2)| gebildet, also der positive Wert
der Differenz. Dann wird der Betrag der Differenz mit dem Übersetzungsverhältnis Ü des Übersetzungsmittels 9 multipliziert.
Falls das Übersetzungsmittel 9 ein Übersetzungsverhältnis Ü =
1 hat oder gar kein Übersetzungsmittel 9 vorhanden
ist, kann dieser Schritt natürlich weggelassen werden.
Der zu messende Hub des ersten Betätigungselements 21 entspricht
also dem Produkt aus Übersetzungsverhältnis Ü und
Betrag der Positions-Differenz: Hub = Ü·|(P1 – P2)|.
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Das
dritte Betätigungselement 21'' hat seine vorgewählte
Position dann erreicht, wenn der elektrische Kontakt der Vakuumschaltröhre 25'' geschlossen
wird. Wenn sich das Antriebselement 5 an der Position P2
befindet, hat das vierte elektrische Signal S4 (und auch das dritte
elektrische Signal S3) jeweils den Wert S3 = S4 = 0, weil sowohl
der elektrische Kontakt der zweiten Vakuumschaltröhre 25' als
auch der elektrische Kontakt der dritten Vakuumschaltröhre 25'' noch
geöffnet ist. Sobald das Antriebselement 5 die
Position P3 erreicht, schließt das dritte Betätigungselement 21'' den
dritten beweglichen Kontakt 23'' der dritten Vakuumschaltröhre 25''.
Daraufhin wird das vierte elektrische Signal S4 erzeugt: das Signal
S4 geht von dem Wert S4 = 0 auf den Wert S4 = U über.
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Unter
Auswertung des vierten Signals S4 wird daraufhin die Position bestimmt,
die das Antriebselement 5 hat, sobald das dritte Betätigungselement 21'' seine
vorgewählte Position er reicht hat (d. h. sobald der Kontakt
der dritten Vakuumschaltröhre 25'' geschlossen
ist). Damit ist die Position P3 bestimmt.
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Daraufhin
wird die Differenz gebildet zwischen den Positionen P1 und P3. Dann
wird der Betrag der Differenz |(P1 – P3)| gebildet, also
der positive Wert der Differenz. Dann wird der Betrag der Differenz
mit dem Übersetzungsverhältnis Ü des Übersetzungsmittels 9 multipliziert,
falls das Übersetzungsverhältnis Ü ungleich
1 ist. Der zu messende Hub des dritten Betätigungselements 21'' beträgt
also: Hub'' = Ü·|(P1 – P3)|.
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Das
zweite Betätigungselement 21' hat seine vorgewählte
Position dann erreicht, wenn der elektrische Kontakt der zweiten
Vakuumschaltröhre 25' geschlossen wird. Sobald
das Antriebselement 5 die vorgewählte Position
P4 erreicht, schließt das Betätigungselement 21' den
Kontakt der zweiten Vakuumschaltröhre 25'. Daraufhin
wird das dritte elektrische Signal S3 erzeugt, d. h. das dritte
elektrische Signal S3 geht vom Wert S3 = 0 auf den Wert S3 = U über. Diese
Signalflanke zeigt an, dass der elektrische Kontakt der Vakuumschaltröhre 25' geschlossen
ist, das also das zweite Betätigungselement 21' seine vorgewählte
Position erreicht hat. Daraufhin wird die zum Zeitpunkt der Erzeugung
des dritten elektrischen Signals S3 vorliegende Position des Antriebselements
durch Auswertung der gemessenen und gespeicherten Funktionswerte
P(t) ermittelt und somit festgestellt, dass das Antriebselement
sich zu diesem Zeitpunkt in der Position P4 befindet.
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Dann
wird der Betrag der Differenz zwischen der Position der Endlage
P1 des Antriebselements 5 und der Position P4 des Antriebselements
beim Erreichen der vorgewählten Position des Betätigungselements
ermittelt. Dieser Betrag wird mit dem Übersetzungsverhältnis
des mechanischen Übersetzungsmittels 9 multipliziert;
dieses Produkt entspricht dem zu messenden Hub des zweiten Betätigungselements 21':
Hub' = Ü·|(P1 – P4)|.
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Damit
ist der Hub sowohl des ersten Betätigungselements 21,
der Hub (Hub') des zweiten Betätigungselements 21' und
der Hub (Hub'') des dritten Betätigungselements 21'' ermittelt.
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Im
Weiteren wird beispielhaft erläutert, wie der Hub des dritten
Betätigungselements 21'' eingestellt wird. Zu
diesem Zweck ist in den Darstellungen der 2 eine Nennposition
PN für die Position des dritten Betätigungselements 21'' und
ein Toleranzband (PN – T, PN + T), um diese Nennposition
herum eingezeichnet (T = Toleranz).
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Es
ist zu erkennen, dass sich der Hub des dritten Betätigungselements 21'' außerhalb
des Toleranzbandes (PN – T, PN + T) befindet. Daher wird mittels
der dritten Hubeinstelleinrichtung 17'' die wirksame Länge
der Wirkverbindung zwischen dem Antrieb 5 und dem dritten
Betätigungselement 21'' verändert. Im
vorliegenden Fall muss die wirksame Länge verkleinert werden,
damit die Position P3 näher an die Nennposition PN heranrückt.
Dies geschieht im Ausführungsbeispiel, indem die mit einem
Außengewinde versehende Stange der Hubeinstellvorrichtung in
das Innengewinde der Hülse hineingeschraubt wird. Daraufhin
wandert die Position P3 in Richtung der Nennposition PN, wie im
Diagramm durch eine gestrichelt dargestellte Position P3* angedeutet
ist. Damit wurde der Hub des dritten Betätigungselements 21'' eingestellt.
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Insbesondere
bei Leistungsschaltern mit Vakuumschaltelementen, z. B. Vakuumschaltröhren, lässt
sich das beschriebene Verfahren zur Hubmessung und Hubeinstellung
vorteilhafterwei se einsetzen, da bei Vakuumschaltelementen bauartbedingt bei
den ersten durchgeführten Schaltungen eine Stauchung des
feststehenden Kontaktes 27 und des beweglichen Kontaktes 23 auftritt
und daher bei diesen Vakuumschaltelementen der elektrische Kontakt zwischen
beweglichen Kontakt 23 und feststehenden Kontakt 27 erst
bei einem größeren Hub des jeweiligen Betätigungselementes 21 erfolgt.
Insbesondere um dennoch durch die Kontaktfederdruckeinrichtung 19 den
vorgeschriebenen Kontaktdruck auf den beweglichen Kontakt 23 aufzubringen,
muss der Hub des Betätigungselementes 21 gemessen
und ggf. eingestellt (d. h. korrigiert) werden.
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Insbesondere
bei mehrphasigen Leistungsschaltern, bei denen sich die Vakuumschaltröhren
in feststoffisolierten Schaltpolen befinden, sind die Vakuumschaltröhren
bzw. die Betätigungselemente jedoch oftmals schlecht zugänglich,
so dass eine Messung der Hübe direkt an den Betätigungselementen oder
Vakuumschaltröhren mit großen Aufwand verbunden
ist. Daher lässt sich insbesondere bei solchen Vakuumschaltröhren
die beschriebenen Verfahren mit Vorteil anwenden, da bei diesen
Verfahren lediglich die Position des Antriebselements (hier des Antriebsbolzens
am Antrieb 3) bestimmt zu werden braucht und daraus der
Hub des Betätigungselements ermittelt werden kann.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren lässt sich anwenden,
wenn eine starre Kopplung zwischen dem Antriebselement (Aktor) und
den Betätigungselementen vorliegt. Das Verfahren lässt
sich jedoch überraschenderweise auch dann anwenden, wenn – wie
im Ausführungsbeispiel – eine Kontaktfederdruckeinrichtung
zwischen dem Antrieb und den Betätigungselementen angeordnet
ist, weil diese Kontaktfederdruckeinrichtung erst dann wirksam wird, wenn
der elektrische Kontakt der Vakuumschaltröhre bereits geschlossen
ist, d. h. wenn das Betätigungselement 21 bereits
seine vorgewählte Position erreicht hat. Die vorgewählte
Position ist hier die Position, an der der elektrische Kontakt der
Vakuumschaltröhre geschlossen wird. Man kann diese Position auch
als eine „charakteristische Position” des Betätigungselements
bezeichnen.
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Wenn
der Wunsch besteht, die Hübe aller drei Betätigungselemente 21, 21' und 21'' auf
einen einheitlichen Hub einzustellen, beispielsweise auf den Hub Ü·|(P1 – P3)|,
dann wird man wie vorstehend beschrieben die Hübe aller
drei Betätigungselemente ermitteln und daraufhin den Hub
des ersten Betätigungselementes 21 um den Wert
(P3 – P2) vergrößern bzw. erhöhen.
In gleichartiger Weise würde man den Hub des zweiten Betätigungselementes 21' um den
Wert (P4 – P3) verringern bzw. vermindern.
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Bei
den beschriebenen Verfahren ist insbesondere vorteilhaft, dass keine
Einzelmessung der Hübe an den einzelnen Betätigungselementen
notwendig ist. Daher ist vorteilhafterweise das Ermitteln der Hübe
bzw. das Einstellen der Hübe auch bei solchen Betätigungselementen
möglich, welche nicht zum Zwecke der Hubmessung direkt
zugänglich sind. Es braucht daher bei der Konstruktion
von Anlagen auch kein Bauraum für das temporäre
Einbringen von Positionsmesssystemen bzw. Wegmesssystemen bei jedem
einzelnen Betätigungselement vorgesehen zu werden. Daher
können die Geräte kompakter konstruiert werden.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass nur eine einzige Positionsbestimmungseinrichtung
(Wegmesssystem, Positionsmesssystem) für das Antriebselement
vorhanden zu sein braucht, mit dieser einen Positionsbestimmungseinrichtung
können vorteilhafterweise die Hübe sämtlicher
mit dem Antrieb verbundenen Betätigungselemente ermittelt werden.
Prinzipiell sind zur Positionsbe stimmung (Wegemessung, Positionsmessung)
des Antriebselements eine Vielzahl von als solche bekannten Verfahren
einsetzbar, z. B. Lasermesssysteme oder Hallsensoren.
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Bei
manchen Anwendungen sind mit dem Antriebselement des Antriebs sowieso
Zusatzelemente starr verbunden (beispielsweise Schaltstellungsanzeigen
oder ähnliches). In diesen Fällen können
diese Zusatzelemente vorteilhafterweise in die Wegmessung miteinbezogen
werden. Beispielsweise kann auf ein solches Zusatzelement (aber
natürlich auch direkt auf das Antriebselement (hier: Antriebsbolzen))
ein Raster mit der erforderlichen Auflösung angebracht
werden (beispielsweise in Form eines Aufklebers, eines Aufdrucks
oder einer Einprägung). Dieses Raster kann dann berührungslos
z. B. mit einem fotoelektrischen Verfahren abgetastet werden. Insbesondere
kann dieses Raster schon bei der Fertigung der Zusatzelemente oder
bei der Fertigung des Antriebselements aufgebracht, insbesondere eingeprägt,
werden.
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Es
wurde ein Verfahren zum Ermitteln des Hubes von mindestens zwei
von einem gemeinsamen Antriebselement angetriebenen Betätigungselementen
beschrieben. Bei diesem Verfahren ist insbesondere vorteilhaft,
dass mittels einer einzigen Positionsbestimmungseinrichtung die
Position des Antriebselements bestimmt wird und anhand von elektrischen
Signalen, welche die Endlage des Antriebselements kennzeichnen bzw.
welche das Erreichen einer vorgewählten Position des Betätigungselements kennzeichnen,
der Hub der Betätigungselemente ermittelt wird. Diese Lösung
ist insbesondere dann vorteilhaft einzusetzen, wenn die Betätigungselemente schlecht
zur Hubmessung zugänglich sind. Positiv ist weiterhin,
dass lediglich eine einzige Positionsbestimmungseinrichtung bei
dem Antriebselement benötigt wird und dass dennoch gleichzeitig
die Hübe mehrerer ge meinsam angetriebener Betätigungselemente
ermittelt und ggf. eingestellt werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4329976
A1 [0003, 0004]