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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einsparung von Druckluft in
pneumatischen Einrichtungen sowie eine Druckluftspareinrichtung.
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Viele
pneumatische Einrichtungen arbeiten intervallweise zwischen einem
druckluftverbrauchenden Betriebszustand und einer Betriebspause.
Im Betriebszustand wird die erforderliche Druckluft zur Verfügung gestellt
und verbraucht. In der Betriebspause arbeitet die pneumatische Einrichtung
nicht, es steht aber trotzdem Druckluft an, da die Betriebspause
in der Regel relativ kurz ist und darauf wieder ein Betriebszustand
folgt. Beispielhaft sei hier ein Arbeitsplatz mit einem Druckluftschrauber
genannt, wobei der Druckluftschrauber dann arbeitet, wenn ein zu bearbeitendes
Werkstück
zur Verfügung
steht und bearbeitet wird, jedoch nicht arbeitet (Betriebspause),
wenn beispielsweise ein Werkstückwechsel
vorgenommen wird. Von der Betriebspause zu unterscheiden ist der
Anlagenstillstand, der beispielsweise bei Schichtende oder bei Service-
bzw. Wartungsarbeiten eintritt.
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Grundsätzlich haben
pneumatische Einrichtungen auf Grund der Vielzahl an pneumatischen
Leitungen und daraus resultierend einer Vielzahl von pneumatischer
Verbindungen bzw. Anschlüssen
eine Leckage, wodurch Druckluft unerwünschterweise austritt und verloren
ist. Insgesamt führt
die Tatsache, dass auch im Stillstand von pneumatischen Einrichtungen
Druckluft über
Leckagen ausströmt
zu einem erheblichen Mehrbedarf an zur Verfügung zu stellender Druckluft.
Dies führt
letztendlich zu einem relativ hohen Energieverbrauch, der für die Erzeugung
und Bereitstellung der Druckluft aufgewendet werden muss.
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Andererseits
soll verhindert werden, dass die Druckluftzufuhr bereits bei einer
Betriebspause, auf die dann wieder ein Betriebszustand folgt, abgesperrt wird.
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In
der
DE 198 61 222
B4 ist eine Druckluftversorgungseinrichtung für Fahrzeug-Druckluftanlagen
sowie ein Verfahren zum Energiesparen bei Druckluftaufbereitungsanlagen
offenbart. Die Druckluftversorgungseinrichtung umfasst einen Ener giesparkompressor,
der Druckluft bereitstellt, die über einen
elektropneumatischen Druckregler und eine Lufttrocknerpatrone geführt ist.
Die Druckluft gelangt über
eine Versorgungsleitung in ein Mehrkreisschutzventil und dort in
elektromechanische Drucksteuereinheiten, die Druckluft über zugehörige Anschlussstutzen
an Druckluftkreise des Fahrzeugs abgeben. Es ist eine Steuerelektronik
vorgesehen, die einerseits ein den Kompressor schaltendes Schaltglied und
andererseits die Drucksteuereinheiten steuert. Die Steuerung erfolgt
derart, dass zunächst
ein Ist-Druck in der Versorgungsleitung gemessen wird. Dieser Ist-Druck
wird mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen. Wird der Schwellwert
unterschritten, so wird das Schaltglied des Kompressors derart betätigt, dass
der Kompressor Druckluft in die Druckluftversorgungseinrichtung
fördert.
Wird der Schwellwert überschritten,
so erfolgt keine Förderung
von Druckluft in die Druckluftversorgungseinrichtung.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Einsparung von Druckluft
bzw. eine Druckluftspareinrichtung zu schaffen, mit der sich im
Stillstand von pneumatischen Einrichtungen zuverlässig Energie,
die für
die Bereitstellung und Erzeugung von Druckluft aufgewendet wird,
einsparen lässt.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs
1 sowie durch eine Druckluftspareinrichtung mit den Merkmalen des
unabhängigen
Anspruchs 9 gelöst. Weiterbildungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
dargestellt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Einsparung von Druckluft in pneumatischen Einrichtungen läuft folgendermaßen ab:
- – Zuführen von
Druckluft zu wenigstens einem Druckluftverbraucher, der intervallweise
zwischen einem druckluftverbrauchenden Betriebszustand und einer
Betriebspause betrieben wird,
- – Festlegung
eines Durchfluss-Schwellenwertes für den Durchfluss an Druckluft
durch ein Durchflussmessglied, das ein Aktivierungssignal an ein zugeordnetes
Zeitglied abgibt, falls ein durch das Durchflussmessglied ermittelter
Ist-Durchfluss den
Durchfluss-Schwellenwert unterschreitet,
- – Ermittlung
eines Ist-Zeitintervalls durch das Zeitglied ausgehend von einem
Ausgangszustand bis eine die Wiederüberschreitung des Durchfluss-Schwellenwertes
anzeigende Signaländerung
durch das Durchflussmessglied übertragen wird
und Vergleich des ermittelten Ist-Zeitintervalls mit einem vorher
festgelegten Referenz-Zeitintervall,
- – Abgabe
eines Absperrsignals durch das Zeitglied an ein Absperrglied zum
Absperren der Druckluftzufuhr falls das Ist-Zeitintervall gleich oder größer als
das Referenz-Zeitintervall
ist oder Rückstellung
des Zeitglieds auf Ausgangszustand falls das Ist-Zeitintervall kleiner
als das Referenz-Zeitintervall ist.
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Für das erfindungsgemäße Verfahren
ist es also möglich,
Betriebspausen, in denen keine Absperrung der Druckluftzufuhr erfolgen
soll, von Stillstandszeiten, in denen die Druckluftzufuhr zum Zwecke
der Energieeinsparung abgeschaltet werden soll, zu unterscheiden.
Durch das Festlegen eines Referenz-Zeitintervalls, das größer als
eine durchschnittliche Betriebspause des betreffenden Druckluftverbrauches
ist, und Vergleich dieses Referenz-Zeitintervalls mit einem über das
Zeitglied ermittelten Ist-Zeitintervall, kann die Druckluftzufuhr
zuverlässig bei
einem Stillstand der betreffenden pneumatischen Einrichtung abgesperrt
werden. Insgesamt wird dadurch die Leckage der betreffenden pneumatischen Einrichtung
verringert, was zu einer erheblichen Einsparung von Druckluft und
damit zusammenhängend von
Energie, die für
die Bereitstellung und Erzeugung von Druckluft aufgewendet werden
muss, führt.
Das Absperren der Druckluftzufuhr im Stillstand der pneumatischen
Einrichtung ist also automatisiert und kann somit, beispielsweise
am Ende einer Schicht, auch nicht vergessen werden.
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Pneumatische
Einrichtungen besitzen in der Regel ein Absperrglied, beispielsweise
in Form eines Wegeventils, beispielsweise 2/2-Wegeventils, und ein
Durchflussmessglied, beispielsweise in Form eines Durchflusssensors.
Dadurch ist eine Nachrüstung
der pneumatischen Einrichtung mit einem fehlenden Zeitglied und
dessen signaltechnische Ankopplung an das Durchflussmessglied und
an das Absperrglied in einfacher Weise und kostengünstig möglich.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung ist das vom Durchflussmessglied
abgegebene Aktivierungssignal ein Dauersignal, das so lange anhält, wie
der Durchfluss-Schwellenwert unterschritten ist.
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Alternativ
kann das Aktivierungssignal auch ein unabhängig von der Dauer der Unterschreitung des
Durchfluss-Schwellenwertes
ausgebildetes Einzelsignal sein, wobei dann eine Signaländerung,
die dann das Ende des gemessenen Ist-Zeitintervalls festlegt, durch ein weiteres
Einzelsignal übertragen wird.
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Befindet
sich die pneumatische Einrichtung im Stillstand und soll wieder
angefahren werden, so ist es zweckmäßig, dass das Absperrglied
mittels eines Startsignals in die Offenstellung geschaltet wird. Dabei
kann das Startsignal von einem separaten Startsignalgeber, beispielsweise
Startsignalschalter, ausgegeben werden. Der Bediener muss in diesem Fall
also aktiv den Startsignalgeber, insbesondere Startsignalschalter,
bedienen.
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Alternativ
ist es möglich,
dass die Ausgabe des Startsignals, die ja dann ein Schalten des
Absperrgliedes in die Offenstellung bewirkt, an die Aktivierung
einer Funktionskomponente der pneumatischen Einrichtung gekoppelt
ist. Dies kann beispielsweise das Hochfahren eines Rechners oder
das Anschalten eines Rechnermonitors sein. Das Startsignal kann
dabei gleichzeitig mit der Aktivierung der Funktionskomponente,
beispielsweise also des Rechnermonitors ausgegeben werden oder zeitverzögert. Die
Zeitverzögerung
kann dann individuell eingestellt werden, so dass beispielsweise
ein kurzer Einrichtbetrieb in der pneumatischen Einrichtung noch
durchgeführt
werden kann, bevor dann das Startsignal ausgegeben wird. Zweckmäßigerweise erfolgt
das Ende der Zeitverzögerung
nicht automatisch, sondern durch das Aktivieren einer weiteren Funktion.
Es kann also zunächst
ein sogenannter „Stand-By-Modus” gefahren
werden, bis dann die vollständige
Aktivierung und damit die Ausgabe des Startsignals erfolgt.
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In
besonders bevorzugter Weise erfolgt die Signalabgabe vom Durchflussmessglied
an das Zeitglied und/oder vom Zeitglied an das Absperrglied drahtlos.
Die drahtlose Signalabgabe kann beispielsweise per Funksignal oder
optischem Signal erfolgen. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass
die Übermittlung
des Startsignals ebenfalls drahtlos erfolgt.
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Es
ist möglich,
dass das Zeitglied mittels eines von einem Deaktivierungssignalgebers,
beispielsweise Deaktivierungsschalter, generierten Deaktivierungssignals
deaktiviert werden kann. Dies ist beispielsweise dann von Vorteil,
wenn Wartungsarbeiten an der pneumatischen Einrichtung durchgeführt werden
sollen und dazu Druckluft benötigt
wird.
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Die
Erfindung umfasst ferner noch eine Druckluftspareinrichtung, insbesondere
zur Durchführung
des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8. Die erfindungsgemäße Druckluftspareinrichtung
besitzt wenigstens ein Absperrglied zum Absperren einer Druckluftzufuhr
zu wenigstens einem Druckluftverbraucher, der intervallweise zwischen
einem druckluftverbrauchen den Betriebszustand und einer Betriebspause
betrieben wird, ein dem Absperrglied nachgeschaltetes Durchflussmessglied zur
Durchflussbestimmung der zugeführten
Druckluft und einer dem Durchflussmessglied zugeordnete Steuereinrichtung
zur Ansteuerung des Absperrgliedes, wobei die Steuereinrichtung
ein Zeitglied aufweist, das mit dem Durchflussmessglied derart signaltechnisch
gekoppelt ist, dass ein Aktivierungssignal an das Zeitglied abgebbar
ist, falls der Ist-Durchfluss einen in der Steuereinrichtung hinterlegten Schwellen-Durchflusswert
unterschreitet und dass durch das Zeitglied ein Absperrsignal an
das Absperrglied abgegeben wird, falls ein durch das Zeitglied bestimmtes
Ist-Zeitintervall der Unterschreitung des Schwellen-Durchflusswertes
gleich oder größer als
ein in der Steuereinrichtung hinterlegtes Referenz-Zeitintervalls
ist oder dass das Zeitglied auf einen Ausgangszustand zurückgestellt
wird, falls das Ist-Zeitintervall kleiner als das Referenz-Zeitintervall ist.
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Bei
einer Weiterbildung umfasst die Druckluftspareinrichtung mehrere,
jeweils einem bestimmten Druckluftverbraucher zugeordnete Absperrglieder,
denen jeweils ein Durchflussmessglied zugeordnet ist, wobei die
Signalübertragung
von den Durchflussmessgliedern an eine zentrale Steuereinrichtung erfolgt.
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Zweckmäßigerweise
erfolgt die Signalübertragung
zur Steuereinrichtung und die Signalübertragung von der Steuereinrichtung
zu den Absperrgliedern drahtlos, insbesondere per Funksignalen oder mittels
optischen Signalen. Im Falle von Funksignalen können die Signale zu den Absperrgliedern
codiert sein, so dass nur ein bestimmtes, mit dem jeweils vor liegenden
Signalcode korrespondierendes Absperrglied angesteuert wird.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden
näher erläutert. In
der Zeichnung zeigen:
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1 ein
schematisches Schaltbild des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Druckluftspareinrichtung,
mit der das erfindungsgemäße Verfahren
zur Einsparung von Druckluft durchgeführt werden kann und
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2 ein
Schaubild, in dem der Durchfluss Q in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt
ist.
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1 zeigt
ein schematisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Druckluftspareinrichtung 11.
Die Druckluftspareinrichtung 11 besitzt einen Druckluftzufuhrstrang 12, über den
Druckluft, beispielsweise von einem Drucklufterzeuger P stammend,
einer pneumatischen Einrichtung 13 mit wenigstens einem Druckluftverbraucher
zugeführt
wird. In den Druckluftzufuhrstrang 12 ist ein Absperrglied 14 in
Form eines Absperrventils eingeschaltet. Das Absperrventil ist hier
beispielhaft in Form eines 2/2-Wegeventils dargestellt. Es sind
jedoch selbstverständlich
auch andere Arten von Wegeventilen einsetzbar. Das dargestellte
2/2-Wegeventil besitzt zwei Schaltstellungen, nämlich eine Offenstellung, in
der Druckluft zur zugeordneten pneumatischen Einrichtung 13 gelangen
kann und eine Absperrstellung, in der die Druckluftzufuhr zur pneumatischen
Einrichtung 13 gesperrt ist. In 1 befindet
sich das Absperrventil in seiner Absperrstellung.
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Wie
insbesondere in 1 dargestellt, kann das Absperrventil
zwei Vorsteuerventile 15 besitzen, über die das Absperrventil wahlweise
in die Offen- oder in die Absperrstellung geschaltet wird. Als Vorsteuerventile 15 lassen
sich beispielsweise herkömmliche
Magnetventile verwenden, die in nachfolgend noch näher erläuterter
Weise signaltechnisch angesteuert werden.
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Ebenfalls
im Druckluftzufuhrstrang 12 befindet sich, dem Absperrventil
in Strömungsrichtung nachgeschaltet,
ein Durchflussmessglied 16 in Form eines Durchflusssensors. Über den
Durchflusssensor lässt
sich der Durchfluss an Druckluft durch den Druckluftzufuhrstrang 12 ermitteln.
Der Durchflusssensor ist in der Lage, ein Aktivierungssignal an
eine Steuereinrichtung 17, die ebenfalls zur Druckluftspareinrichtung
gehört,
abzugeben. Die Steuereinrichtung 17 umfasst unter anderem
ein Zeitglied 18, das das vom Durchflusssensor ausgegebene
Aktivierungssignal empfängt.
Das Zeitglied 18 seinerseits ist signaltechnisch mit einem
der Vorsteuerventile 15 des Absperrventils gekoppelt.
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In 1 ist
ferner eine Variante dargestellt, bei der zur Druckluftspareinrichtung 11 noch
ein Startsignalgeber 19 in Form eines Startschalters gehört, der
ein Startsignal ebenfalls an eines der Vorsteuerventile 15 des
Absperrventils ausgibt. Ferner ist noch ein Deaktivierungssignalgeber 20 vorgesehen,
der dem Zeitglied 18 zugeordnet ist und ein das Zeitglied 18 deaktivierendes
Deaktivierungssignal ausgeben kann.
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Im
Folgenden wird das Verfahren zur Einsparung von Druckluft in pneumatischen
Einrichtungen 13 insbesondere mit Hilfe des in 2 dargestellten Schaubildes
erläutert.
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Wie
in 2 zu ersehen, ist ein Durchfluss-Schwellenwert
R festgelegt, der größer ist
als der durchschnittliche Leckagewert der betreffenden pneumatischen
Einrichtung. Dieser Durchfluss-Schwellenwert R wird im Durchflusssensor
hinterlegt. Ferner wird ein Referenz-Zeitintervall Rt festgelegt,
das größer ist
als eine durchschnittliche Betriebspause der zugeordneten pneumatischen
Einrichtung 13, insbesondere dessen wenigstens einen Druckluftverbrauchers.
Dieses Referenz-Zeitintervall Rt
wird in der Steuereinrichtung 17 hinterlegt.
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Wie
in 2 anhand des Schaubildes verdeutlicht, ist der
Durchfluss Q als Funktion der Zeit t dargestellt. Wie die Durchflusskurve 21 zeigt,
ist der Durchfluss anfangs bei Stillstand der pneumatischen Einrichtung 13 geringer
als der Durchfluss-Schwellenwert R. Zum Einschaltzeitpunkt tEin wird die Anlage bzw. pneumatische Einrichtung 13 aktiviert,
insbesondere wird durch den Signalgeber 19 ein Startsignal
an das Absperrventil ausgegeben, das von der Absperrstellung in
die Offenstellung schaltet. Die im Druckluftzufuhrstrang 12 befindliche
Druckluft kann nunmehr über
das Absperrventil zur pneumatischen Einrichtung 13 gelangen.
Der Durchfluss durch den Durchflusssensor erhöht sich also, was durch das Ansteigen
in der Durchflusskurve 21 dargestellt ist. Die pneumatische
Einrichtung 13 befindet sich jetzt in ihrer Betriebsphase
BP bzw. ihrem Betriebszustand.
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Fällt der
Durchfluss nunmehr unter den Durchfluss-Schwellenwert R ab, so wird vom Durchflusssensor
ein Aktivierungssignal an das Zeitglied 18 der Steuereinrichtung 17 ausgegeben.
Das Zeitglied 18 misst die Zeit, bis eine Signaländerung
durch den Durchflusssensor ausgegeben wird. Im Falle eines vom Durchflusssensor
ausgegebenen Dauersignals hält
dieses so lang an, bis der Durchfluss wieder über den Durchfluss-Schwellenwert
R steigt. Im Falle von Einzelsignalen wird das Zeitglied zunächst durch ein
Einzelsignal aktiviert und dann wiederum durch ein weiteres Einzelsignal
angesteuert, wodurch nachfolgend noch näher erläuterte Folgen eintreten.
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Das
Ist-Zeitintervall ist das Intervall, in dem der Durchfluss unterhalb
des Durchfluss-Schwellenwertes R liegt. Ist dieses Ist-Zeitintervall
kleiner als das in der Steuereinrichtung 17 hinterlegte
Referenz-Zeitintervall Rt, so wird das Zeitglied veranlasst, in
den Ausgangszustand zurückzukehren.
Ist das Ist-Zeitintervall nämlich
kleiner als das Referenz-Zeitintervall Rt, so ist dies ein Indiz
dafür,
dass eine normale Betriebspause vorliegt, in der die pneumatische Einrichtung 13 weiterhin
mit Druckluft versorgt werden soll.
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Ist
das ermittelte Ist-Zeitintervall hingegen größer als das Referenz-Zeitintervall
Rt, so ist das ein Indiz für
ein Stillstand der pneumatischen Einrichtung. In diesem Fall gibt
das Zeitglied 18 ein Absperrsignal an eines der Vorsteuerventile 15 des
Absperrventils aus, so dass das Absperrventil 14 von seiner Offenstellung
in seine Absperrstellung schaltet. Die Druckluftversorgung zur pneumatischen
Einrichtung 13 wird abgesperrt. Dadurch wird verhindert,
dass beim Stillstand der pneumatischen Einrichtung 13 weiterhin
Druckluft über
Leckagen ausströmt
und dadurch verloren ist, was letztendlich zu den bereits vorstehend
erwähnten
Energieeinspareffekt führt.