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Die Erfindung betrifft ein Druckluft-Wartungsgerät, das über folgende Bestandteile verfügt:
- – ein elektrisch betätigbares Einschaltventil, das einen mit einer Druckluftquelle verbindbaren Speiseeingang, einen mit der Atmosphäre verbundenen Entlüftungsausgang und einen Arbeitsausgang aufweist und das in eine den Arbeitsausgang mit dem Speiseeingang verbindende Arbeitsstellung sowie in eine den Arbeitsausgang mit dem Entlüftungsausgang verbindende Entlüftungsstellung schaltbar ist,
- – einen mit einer externen Verbrauchereinrichtung verbindbaren Geräteauslass, der über einen Auslasskanal mit dem Arbeitsausgang des Einschaltventils verbunden ist,
- – einen zur Messung des in dem Auslasskanal herrschenden Auslassdruckes geeigneten Drucksensor und/oder einen zur Messung des in dem Auslasskanal auftretenden Auslassdurchflusses geeigneten Durchflusssensor,
- – und eine interne elektronische Steuereinheit, die mit dem Einschaltventil sowie mit dem Drucksensor und/oder dem Durchflusssensor signaltechnisch verbunden ist und die in einem Überwachungsmodus betreibbar ist.
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Die Erfindung betrifft ferner eine zur Steuerung einer Verbrauchereinrichtung geeignete Verbrauchersteuervorrichtung, die mit mindestens einem Druckluft-Wartungsgerät der vorgenannten Art und einer daran angeschlossenen oder anschließbaren elektronischen Steuereinrichtung ausgestattet ist.
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Ein in dem vorgenannten Sinne ausgebildeter Stand der Technik ist aus der
DE 19746179 C2 bekannt. Dabei handelt es sich um eine Druckluftwartungseinheit, die fluidisch an eine mit Druckluft zu versorgende Verbrauchereinrichtung anschließbar ist. Die Druckluftwartungseinheit setzt sich aus mehreren Modulen zusammen, die in beliebiger Reihenfolge und Zahl aneinandergereiht werden können. Ein Modul der bekannten Druckluftwartungseinheit ist als Überwachungsmodul ausgebildet, das eine elektronische Zentraleinheit aufweist und über eine entsprechende Schnittstelle an ein externes Bussystem anschließbar ist. Das Überwachungsmodul kann mit Anzeige- und Bedienungselementen versehen sein oder kann alternativ hierzu eine Diagnose- und Bedienungsschnittstelle für eine externe Anzeige- und Bedienungsvorrichtung aufweisen. An die Zentraleinheit im Überwachungsmodul ist ein zur Druckerfassung dienender Drucksensor angeschlossen. Als weiteres Modul der Druckluftwartungseinheit kann ein Durchflussmessermodul zur Messung des Luftdurchsatzes vorhanden sein. Schließlich enthält die bekannte Druckluftwartungseinheit ein mit einem Einschaltventil ausgestattetes Schaltventilmodul, mit dessen Hilfe die eingangsseitig zugeführte Druckluft entweder durchgelassen oder abgesperrt werden kann. Häufig verfügen Einschaltventile auch über eine Dreiwegefunktion, so dass sie bei abgesperrter Druckluft eine Entlüftungsstellung einnehmen, in der der Arbeitsausgang mit der Atmosphäre verbunden ist, so dass der sich an den Arbeitsausgang anschließende Auslasskanal einschließlich der daran angeschlossenen Verbrauchereinrichtung entlüftet wird.
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Aus der
DE 10 2004 005 982 B3 ist eine Druckluftwartungsvorrichtung bekannt, die sich aus mehreren Modulen zusammensetzt, unter denen sich beispielsweise ein Einschaltventil, ein Durchflussmesser, ein Steuermodul oder ein Überwachungsmodul befindet. Auch Sensoreinrichtungen zur Druckerfassung oder zur Durchflusserfassung können vorhanden sein.
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Die
DE 10355250 A1 beschreibt ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zur Leckage-Ermittlung bei einer mit einem Arbeitszylinder ausgestatteten Arbeitseinrichtung. Die Vorrichtung enthält einen Drucksensor, der den Druck des Druckmediums erfasst, wobei aufgrund der Druckschwankungen ein Verlust des Druckmediums ermittelt wird. Zusätzlich erfasst ein in den Zuführleitungen angeordneter Volumenstromsensor den Volumenstrom des fließenden Druckmediums, wobei aufgrund einer physikalischen Gleichung der Druckmesswert und der Volumenstrommesswert in eine bestimmte Beziehung zueinander gebracht werden, um darauf basierend die auftretende Leckage zu ermitteln.
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Druckluft-Wartungsgeräte der eingangs genannten Art sind im Allgemeinen mit Einschaltventilen ausgestattet, die über zwei mögliche Schaltstellungen verfügen. Eine erste Schaltstellung ist als Arbeitsstellung konzipiert und stellt eine Verbindung des Speiseeinganges mit dem Arbeitsausgang und somit zu einer angeschlossenen externen Verbrauchereinrichtung her. In der zweiten Schaltstellung ist der Speiseeingang vom Arbeitsausgang abgetrennt. Handelt es sich bei der zweiten Schaltstellung um eine Entlüftungsstellung, wird zugleich der Auslasskanal mit der daran angeschlossenen externen Verbrauchereinrichtung entlüftet. Andere Arten von Einschaltventilen sperren den Auslasskanal in der zweiten Schaltstellung vollständig ab, so dass keine Entlüftung möglich ist. Die Entlüftungsfunktion ist jedoch ein wichtiger Aspekt bei der Druckluftversorgung einer angeschlossenen Verbrauchereinrichtung.
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Nachteilig bei bisherigen Druckluft-Wartungsgeräten, deren Einschaltventil über eine Entlüftungsstellung verfügt, ist der Umstand, dass bei einem Betriebsstillstand der angeschlossenen externen Verbrauchereinrichtung ein unnötiger Luftverbrauch zu verzeichnen ist. Bleibt nämlich das Einschaltventil in der Arbeitsstellung, wird trotz nicht betriebener Verbrauchereinrichtung ständig Druckluft unter hohem Druck in den Auslasskanal gepresst, die zum Teil aufgrund unvermeidbarer Leckage verloren geht. Wird das Einschaltventil hingegen in die Entlüftungsstellung geschaltet, findet ein vollständiges Entleeren des Auslasskanals und der daran angeschlossenen Verbrauchereinrichtung statt, so dass bei neuerlichem Betriebsbeginn der Verbrauchereinrichtung das entleerte Kanalsystem zuerst wieder komplett befüllt werden muss. Aus energetischer Sicht sind derartige Begleitumstände beim Ansteuern externer Verbraucher nicht mehr zeitgemäß.
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Aus der
WO 95/19589 A1 ist es bekannt, eine Überwachungsvorrichtung zur Überwachung zyklisch arbeitender Systeme einzusetzen, wobei während eines Lernmodus Betriebsabläufe mehrfach wiederholt werden.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Maßnahmen zu treffen, die einen energetisch günstigen Betrieb von mit Druckluft betriebenen Verbrauchereinrichtungen ermöglichen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Druckluft-Wartungsgerät der eingangs genannten Art vorgesehen,
- – dass das Einschaltventil über eine 3/3-Ventilfunktionalität verfügt und zusätzlich in eine Absperrstellung schaltbar ist, in der sein mit dem Geräteauslass verbundener Arbeitsausgang von sowohl dem Speiseeingang als auch dem Entlüftungsausgang abgetrennt ist,
- – dass die interne elektronische Steuereinheit während der Absperrstellung und/oder während der Arbeitsstellung alternativ zu dem Überwachungsmodus in einem Einlernmodus betreibbar ist, in dem während der Absperrstellung ein zeitabhängiger Druckabfall des Auslassdruckes und/oder während der Arbeitsstellung ein zeitabhängiges Durchflussprofil des Auslassdurchflusses ermittelbar und in Form von Referenzinformationen in Speichermitteln der internen elektronischen Steuereinheit abspeicherbar sind,
- – dass die interne elektronische Steuereinheit über Vergleichermittel verfügt, durch die während des Überwachungsmodus von dem Drucksensor und/oder dem Durchflusssensor gelieferte Ist-Informationen mit den zugehörigen Referenzinformationen vergleichbar sind,
- – und dass die interne elektronische Steuereinheit über Ausgabemittel verfügt, die in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis der Vergleichermittel ein elektrisches Diagnosesignal ausgeben können.
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Die Aufgabe wird außerdem gelöst bei einer Verbrauchersteuervorrichtung, die über ein derart ausgestaltetes Druckluft-Wartungsgerät und eine daran angeschlossene oder anschließbare externe elektronische Steuereinrichtung verfügt.
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Der erfinderische Gedanke schließt ein, dass das Druckluft-Wartungsgerät mit sowohl einem Drucksensor als auch einem Durchflusssensor ausgestattet ist oder aber – je nach Art der gewünschten Überwachung – nur einen Drucksensor oder nur einen Durchflusssensor aufweist.
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Der Begriff ”Durchfluss” wird stellvertretend und zur Vereinfachung für die an sich korrekten Begriffe wie ”Volumenstrom”, ”Strömungsrate” oder ”Durchflussrate” verwendet und bezeichnet eine Strömungsmenge pro Zeiteinheit.
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Eine besondere Maßnahme der Erfindung besteht darin, dass das über eine Dreiwegefunktion verfügende Einschaltventil als 3/3-Wegeventil ausgebildet ist und insgesamt drei alternative Schaltstellungen einnehmen kann. Hierbei ist von Vorteil, dass außer der standardmäßig möglichen Arbeitsstellung wahlweise eine Entlüftungsstellung oder eine Absperrstellung realisierbar ist, um die im Auslasskanal und der daran angeschlossenen externen Verbrauchereinrichtung befindliche Druckluft wahlweise entweder komplett abzulassen oder – während vorübergehender Betriebspausen der externen Verbrauchereinrichtung – als geschlossenes Volumen einzusperren. Ohne auf die Vorteile einer Entlüftungsmöglichkeit zu verzichten, kann somit während eines vorübergehenden Stillstandes von beispielsweise einer als Verbrauchereinrichtung fungierenden Maschine sowohl eine übermäßige Leckage als auch ein unnötiges Entleeren des auslassseitigen Kanalsystems vermieden werden. Dies ermöglicht einen energetisch effizienten Betrieb.
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Einen weiteren Beitrag zur Effizienzsteigerung liefert die wahlweise in einem Einlernmodus oder in einem Überwachungsmodus betreibbare interne elektronische Steuereinheit. Letztere ermöglicht die Ausgabe eines beliebig verwertbaren elektrischen Diagnosesignals, wenn durch den internen Drucksensor und/oder Durchflusssensor des Druckluft-Wartungsgerätes Druckluftzustände ermittelt werden, die von den im Normalbetrieb erwarteten beziehungsweise tolerierbaren Werten abweichen. Abweichende Betriebszustände können beispielsweise auf Leckage oder auf Funktionsstörungen von Komponenten einer angeschlossenen externen Verbrauchereinrichtung beruhen. Eine besonders effektive Überwachung wird dadurch ermöglicht, dass die interne elektronische Steuereinrichtung – insbesondere in Verbindung mit der Erstinbetriebnahme einer angeschlossenen externen Verbrauchereinrichtung – in einem Einlernmodus betreibbar ist, um individuell Referenzinformationen in Bezug auf Druck und/oder Durchfluss aufzuzeichnen, die im anschließenden Betrieb während eines Überwachungsmodus der internen elektronischen Steuereinheit zum Vergleich mit aktuell gemessenen Ist-Informationen herangezogen werden können. Die Überwachungsfunktionalität des Druckluft-Wartungsgerätes kann somit sehr flexibel an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden.
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Unter Verwendung des Drucksensors besteht insbesondere die Möglichkeit, während der Absperrstellung des Einschaltventils den Druckabfall des Auslassdruckes zu überwachen und durch Vergleich mit den geteachten Referenzinformationen gegebenenfalls ein Alarmsignal bei zu schnellem Druckabfall auszugeben. Auf diese Weise ist eine Leckage-Überwachung der beispielsweise von einer Maschine gebildeten externen Verbrauchereinrichtung möglich.
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Mit Hilfe der von einem Durchflusssensor gelieferten Informationen können bei in Arbeitsstellung befindlichem Einschaltventil Rückschlüsse auf einen erhöhten Luftverbrauch der angeschlossenen externen Verbrauchereinrichtung gezogen werden, beispielsweise als Pauschalinformation bezogen auf einen gesamten Betriebszyklus der Verbrauchereinrichtung oder auch bezogen auf bestimmte Teilzyklen des Betriebszyklus.
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Vorzugsweise ist das Druckluft-Wartungsgerät in Form einer selbsttragenden Baueinheit ausgebildet, in der sämtliche ihrer Komponenten integriert sind, so dass eine äußerst kompakte und einfach in vorhandene Druckluftnetze integrierbare Druckluftwartungseinheit vorliegt.
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Wenn das Druckluft-Wartungsgerät mit einem Durchflusssensor ausgestattet ist, der die Strömungsrate auf der Basis ermittelter Druckwerte bestimmt, insbesondere auf der Basis ermittelter Druckdifferenzen, kann ein zu dem Durchflusssensor gehörender Drucksensor gleichzeitig auch als Drucksensor zur Erfassung des im Auslasskanal herrschenden Auslassdruckes genutzt werden. Ein separater Drucksensor erübrigt sich dann.
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Das Druckluft-Wartungsgerät ist zweckmäßigerweise unmittelbar mit optischen Anzeigemitteln und/oder mit akustischen Warnmitteln ausgestattet, die auf der Basis eines durch die Ausgabemittel erzeugten elektrischen Diagnosesignals betätigbar sind, um unmittelbar vor Ort auf problematische Betriebszustände hinzuweisen.
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Zweckmäßigerweise ist das Druckluft-Wartungsgerät so ausgebildet, dass das von ihm erzeugte elektrische Diagnosesignal extern verarbeitet werden kann. Zu diesem Zweck kann das Druckluft-Wartungsgerät mit mindestens einer Kommunikationsschnittstelle ausgestattet sein, an die sich eine insbesondere als übergeordnete Steuerung fungierende externe elektronische Steuereinrichtung und/oder ein elektronisches Informationsauslesegerät und/oder mindestens eine weitere externe elektronische Einrichtung anschließen lässt. Beispielsweise können zwei Kommunikationsschnittstellen vorhanden sein, von denen die eine zur Kommunikation mit der externen elektronischen Steuereinrichtung nutzbar ist, während die andere als Diagnoseschnittstelle zur Verbindung mit dem Informationsauslesegerät verwendet werden kann. Die jeweilige Kommunikationsschnittstelle ist vorzugsweise elektromechanischer Art, was eine sehr sichere Signalübertragung ermöglicht, insbesondere über ein daran anschließbares elektrisches Kabel. Vorzugsweise ist mindestens eine der Kommunikationsschnittstellen als Busschnittstelle konzipiert, um das Anschließen eines zu einer externen elektronischen Steuereinrichtung führenden externen Busses zu ermöglichen, wobei beliebige Busstandards anwendbar sind.
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Bei einer alternativen Ausführungsform ist mindestens eine Kommunikationsschnittstelle zur drahtlosen Signalübertragung ausgestattet, insbesondere zur Störungsmeldung über ein Mobilfunknetz und/oder für sonstigen drahtlosen Netzwerkanschluss.
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Besonders vorteilhaft ist eine dahingehende Auslegung der mindestens einen Kommunikationsschnittstelle, dass eine bidirektionale Signalübertragung möglich ist.
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Mindestens eine Kommunikationsschnittstelle kann zur Eingabe und/oder Ausgabe binärer und/oder analoger Signale ausgebildet sein. Eine solche Kommunikationsschnittstelle ist insbesondere zusätzlich zu einer als Busschnittstelle ausgebildeten Kommunikationsschnittstelle vorhanden.
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Die Umschaltbefehle für das Einschaltventil werden zweckmäßigerweise von außen her in das Druckluft-Wartungsgerät zugeführt und stammen von der angeschlossenen externen elektronischen Steuereinrichtung. Die interne elektronische Steuereinheit hat in diesem Fall lediglich als Übermittler von Umschaltsignalen zu fungieren, ohne selbige noch spezifisch zu verarbeiten. Dies reduziert die Belastung des mindestens einen zu der internen elektronischen Steuereinrichtung gehörenden Mikroprozessors.
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Zur Aktivierung und/oder Parametrisierung des Einlernmodus ist das Druckluft-Wartungsgerät zweckmäßigerweise mit geeigneten Eingabemitteln ausgestattet. Solche Eingabemittel bestehen beispielsweise aus mindestens einer Taste und/oder mindestens einem Schalter, die außen am Gehäuse des Druckluft-Wartungsgerätes leicht zugänglich angeordnet sind. Zusätzlich oder alternativ können auch Möglichkeiten vorgesehen sein, um das Einlernen beziehungsweise Teachen rein elektrisch vornehmen zu können, beispielsweise über ein spezielles Bediengerät oder durch eine in der Regel mit dem Druckluft-Wartungsgerät kommunizierende externe elektronische Steuereinrichtung, zu welchem Zweck das Druckluft-Wartungsgerät über mindestens eine elektrische Schnittstelle verfügen kann, die insbesondere von einer der schon erwähnten Kommunikationsschnittstellen gebildet sein kann.
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Die während des Überwachungsmodus der internen elektronischen Steuereinheit benötigten Ist-Informationen werden zweckmäßigerweise im gleichen Zeitintervall aufgezeichnet wie zuvor die Referenzinformationen während des Einlernmodus.
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Während des Überwachungsmodus zeichnet die interne elektronische Steuereinrichtung die Ist-Information je nach Betriebsweise lediglich einmal oder mehrmals oder mehrmals regelmäßig auf.
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Das elektrische Diagnosesignal kann außer zur reinen Betriebsüberwachung auch noch zur Initiierung bestimmter, insbesondere sicherheitsrelevanter Aktionen genutzt werden. So kann das Druckluft-Wartungsgerät beispielsweise ausgebildet sein, um in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis der Vergleichermittel einen Umschaltvorgang des Einschaltventils hervorzurufen. Beispielsweise kann ein Umschalten des Einschaltventils in die Absperrstellung hervorgerufen werden, wenn während der Arbeitsstellung über einen längeren Zeitraum hinweg kein nennenswerter Durchfluss in dem Auslasskanal detektiert wird.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur (1) zeigt in schematischer Darstellung einen bevorzugten Aufbau der erfindungsgemäßen Verbrauchersteuervorrichtung mit einem darin integrierten erfindungsgemäßen Druckluft-Wartungsgerät eines besonders zweckmäßigen Aufbaus.
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Die in ihrer Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Verbrauchersteuervorrichtung enthält als Hauptkomponente mindestens ein vorzugsweise in Form einer selbsttragenden Baueinheit ausgebildetes Druckluft-Wartungsgerät 2. Dieses Druckluft-Wartungsgerät 2 kann bei Bedarf zusammen mit anderen Wartungsmodulen, von denen eines bei 3 strichpunktiert angedeutet ist, zu einer Druckluft-Aufbereitungsvorrichtung 4 zusammengefasst werden. Als mindestens ein weiteres Wartungsmodul kommt beispielsweise ein Druckregelmodul, ein Filtermodul und/oder ein Lufttrocknungsmodul in Frage.
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Das Druckluft-Wartungsgerät 2 verfügt über ein vereinfacht als Rahmen illustriertes Gerätegehäuse 5, das die weiteren Komponenten des Druckluft-Wartungsgerätes 2 trägt und/oder umschließt.
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Außen an dem Gerätegehäuse 5 befindet sich ein Geräteeinlass 6, ein Geräteauslass 7 und ein Entlüftungsauslass 8. Der Geräteeinlass 6 ist ausgebildet, um über eine als Speiseleitung 12 bezeichnete Fluidleitung mit einer Druckluftquelle P verbunden zu werden. Abgebildet ist der an den Geräteeinlass 6 angeschlossene Zustand einer solchen Druckluftquelle P.
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Der Geräteauslass 7 ist ausgebildet, um eine zu einer externen Verbrauchereinrichtung A führende, als Arbeitsleitung 13 bezeichnete Fluidleitung anschließen zu können. Gezeigt ist ein Zustand, in dem eine Verbrauchereinrichtung A – beispielsweise eine über mehrere fluidbetätigte Arbeitskomponenten verfügende Maschine – an den Geräteauslass 7 angeschlossen ist.
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Der Entlüftungsauslass 8 kommuniziert mit der Atmosphäre R. Hierzu ist an den Entlüftungsauslass 8 zweckmäßigerweise ein nicht weiter abgebildeter Schalldämpfer angeschlossen. Auch eine gefasste Abluftabfuhr mittels einer anschließbaren Fluidleitung ist möglich.
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Das Druckluft-Wartungsgerät 2 verfügt über ein elektrisch betätigbares, aufgrund seiner Funktion als „Einschaltventil” 14 bezeichnetes Mehrwegeventil. Das Einschaltventil 14 ist zweckmäßigerweise im Innern des Gerätegehäuses 5 untergebracht. Es verfügt über eine 3/3-Ventilfunktionalität, hat also drei Wege beziehungsweise Anschlüsse und drei mögliche Schaltstellungen. Exemplarisch ist es in Gestalt einer einzigen Ventileinheit realisiert, wobei es jedoch auch durch geeignete Verschaltung mehrerer Ventileinheiten niedrigerer Funktionalität verwirklicht werden könnte. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Einschaltventil 14 um ein elektropneumatisch vorgesteuertes Ventil, jedoch könnte es auch als direkt elektrisch betätigbares Ventil ausgebildet sein.
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Das Einschaltventil 14 hat eine exemplarisch als Mittelstellung konzipierte erste Schaltstellung, die aus der Zeichnung ersichtlich ist. Ausgehend hiervon kann es durch wahlweise Aktivierung jeweils eines von zwei elektrisch betätigbaren Ventilantrieben 15a, 15b wahlweise in eine zweite Schaltstellung oder eine dritte Schaltstellung umgeschaltet werden. Die zweite und dritte Schaltstellung bleibt jeweils so lange bestehen, wie der zugeordnete Ventilantrieb 15a, 15b elektrisch aktiviert ist. Bei dem elektrischen Ventilantrieb 15a, 15b handelt es sich insbesondere um eine Elektromagneteinrichtung, wobei allerdings auch andere Arten elektrischer Antriebsmittel verwendbar sind.
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Die drei Anschlüsse des Einschaltventils 14 bilden einen Speiseeingang 16, einen Arbeitsausgang 17 und einen Entlüftungsausgang 18. Der Speiseeingang 16 ist ständig mit dem Geräteeinlass 6 verbunden oder bildet diesen unmittelbar. Der Arbeitsausgang 17 ist ständig mit dem Entlüftungsauslass 18 verbunden oder bildet diesen unmittelbar. Der Arbeitsausgang 17 steht über einen internen Auslasskanal 22 des Druckluft-Wartungsgerätes 2 mit dem Geräteauslass 7 in Verbindung. Der Auslasskanal 22 verläuft zweckmäßigerweise im Innern des Gerätegehäuses 5.
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Das Einschaltventil 14 kann eine Absperrstellung einnehmen, die exemplarisch der im unbetätigten Zustand vorliegenden Mittelstellung entspricht. Hierbei ist der Arbeitsausgang 17 von sowohl dem Speiseeingang 16 als auch dem Entlüftungsausgang 18 abgetrennt. Auf diese Weise ist der Auslasskanal 22 abgesperrt und das darin sowie in der Arbeitsleitung 13 und dem sich daran anschließenden Kanalsystem der Verbrauchereinrichtung A befindliche Fluidvolumen ist eingesperrt.
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Die beiden anderen möglichen Schaltstellungen des Einschaltventils 14 definieren eine Arbeitsstellung und eine Entlüftungsstellung. In der Arbeitsstellung ist der Arbeitsausgang 17 mit dem Speiseeingang 16 verbunden und gleichzeitig vom Entlüftungsausgang 18 abgetrennt. In der Entlüftungsstellung ist der Arbeitsausgang 17 mit dem Entlüftungsausgang 18 verbunden und gleichzeitig vom Speiseeingang 16 abgetrennt. Somit wird der Auslasskanal 22 und mit diesem die angeschlossene Verbrauchereinrichtung A in der Arbeitsstellung des Einschaltventils 14 mit Druckluft aus der Druckluftquelle P versorgt und in der Entlüftungsstellung zur Atmosphäre hin entlüftet.
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Das Einschaltventil 14 wird während der Betriebszeiten der angeschlossenen Verbrauchereinrichtung A in der Arbeitsstellung gehalten. Während dieser Betriebszeiten arbeitet die Verbrauchereinrichtung A einen vorgegebenen Betriebszyklus einmalig oder periodisch ab. Der Ablauf dieses Betriebszyklus wird durch eine externe elektronische Steuereinrichtung 23 gesteuert, die in nicht weiter abgebildeter Weise in steuerungstechnischer Hinsicht mit der Verbrauchereinrichtung A kommuniziert.
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Soll die Verbrauchereinrichtung A für einen längeren Zeitraum nicht betrieben werden, beispielsweise während Betriebspausen am Wochenende, kann das Einschaltventil 14 in die Entlüftungsstellung geschaltet werden, so dass die Verbrauchereinrichtung A entlüftet wird und keine Gefahrensituationen entstehen können.
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Während nur kurzzeitiger Betriebspausen der Verbrauchereinrichtung A lässt sich das Einschaltventil 14 in der Absperrstellung positionieren. Dadurch bleibt das in der Verbrauchereinrichtung A vorhandene Luftvolumen erhalten und steht für die neuerliche Betriebsaufnahme wieder zur Verfügung. Man erspart sich somit ein erneutes komplettes Befüllen der Verbrauchereinrichtung A mit Druckluft.
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Das Druckluft-Wartungsgerät 2 ist mit einem Drucksensor 24 und mit einem Durchflusssensor 25 ausgestattet. Beide Sensoren 24, 25 befinden sich zweckmäßigerweise im Innern des Gerätegehäuses 5. Außerdem kommunizieren beide Sensoren 24, 25 mit dem Auslasskanal 22, wobei exemplarisch der Drucksensor 24 an den Auslasskanal 22 angeschlossen und der Durchflusssensor 25 in den Verlauf des Auslasskanals 22 eingeschaltet ist.
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Der Drucksensor 24 ist in der Lage, den im Auslasskanal 22 herrschenden Druck zu messen, wobei dieser Druck im Folgenden als Auslassdruck bezeichnet sei. Der Durchflusssensor 25 ist in der Lage, die aktuelle Strömungsrate der durch den Auslasskanal 22 hindurchströmenden Druckluft, also den Durchfluss dieser Druckluft, zu ermitteln. Im Folgenden sei dieser gemessene Durchfluss als Auslassdurchfluss bezeichnet.
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Wenn das Messprinzip des Durchflusssensors 25 auf einer Druckerfassung basiert, kann auch ein zum Durchflusssensor 25 gehörender Drucksensor die Funktion des vorgenannten Drucksensors 24 übernehmen, so dass ein eigenständiger Drucksensor 24 eingespart werden kann.
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Das Druckluft-Wartungsgerät 2 enthält eine bevorzugt im Innern des Gerätegehäuses 5 untergebrachte interne elektronische Steuereinheit 26, die mit mindestens einem Mikroprozessor beziehungsweise Mikrocontroller ausgestattet ist. Zur Vereinfachung sei sie im Folgenden auch nur als ”interne Steuereinheit 26” bezeichnet.
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Die interne Steuereinheit 26 ist über interne elektrische Signalleitungen 27 des Druckluft-Wartungsgerätes 2 mit den Ventilantrieben 15a, 15b des Einschaltventils 14, mit dem Drucksensor 24 und mit dem Durchflusssensor 25 signaltechnisch verbunden. Die interne Steuereinheit 26 kann elektrische Druckmesswerte und Durchflussmesswerte vom Drucksensor 24 beziehungsweise vom Durchflusssensor 25 empfangen und kann elektrische Betätigungssignale an das Einschaltventil 14 ausgeben.
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Das Druckluft-Wartungsgerät 2 ist mit einer im Folgenden zur besseren Unterscheidung als erste Kommunikationsschnittstelle 28 bezeichneten elektrischen Schnittstelle ausgestattet, die eine signaltechnische Kommunikation zwischen der internen Steuereinheit 26 und der externen elektronischen Steuereinrichtung 23 ermöglicht. Die erste Kommunikationsschnittstelle 28 ist insbesondere an einer Außenseite des Gerätegehäuses 5 angeordnet und zweckmäßigerweise über interne elektrische Leiter 32 mit der internen Steuereinheit 26 verbunden. Vorzugsweise ist die erste Kommunikationsschnittstelle 28 von elektromechanischer Art und insbesondere als Steckanschlusseinrichtung konzipiert, so dass sich ein nur schematisch angedeutetes externes Signalkabel 33 insbesondere lösbar anschließen lässt, das eine Verbindung zu der externen elektronischen Steuereinrichtung 23 ermöglicht.
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Alternativ kann die erste Kommunikationsschnittstelle 28 auch als drahtlos arbeitende Schnittstelle konzipiert sein, um insbesondere über Funksignale mit der externen elektronischen Steuereinrichtung 23 kommunizieren zu können.
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Bei der ersten Kommunikationsschnittstelle 28 handelt es sich vorzugsweise um eine Busschnittstelle, die in der Lage ist, serielle Bussignale zwischen der internen Steuereinheit 26 und der externen elektronischen Steuereinrichtung 23 zu übertragen. Das externe Signalkabel 33 kann ebenso wie die internen elektrischen Leiter 32 in Form eines seriellen Bussystems realisiert sein.
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Die interne Steuereinheit 26 verfügt über elektronische Speichermittel 34, über Vergleichermittel 35 und über Ausgabemittel 36. In den Speichermitteln 34 lassen sich Druckwerte des vom Drucksensor 24 gemessenen Auslassdruckes und Durchflusswerte des vom Durchflusssensor 25 gemessenen Auslassdurchflusses als Referenzinformationen und vorzugsweise auch als Ist-Informationen abspeichern. Die Vergleichermittel 35 sind in der Lage, gespeicherte Referenzinformationen mit insbesondere ebenfalls zwischengespeicherten oder auch mit unmittelbar gemessenen Ist-Informationen zu vergleichen. Die Ausgabemittel 36 sind in der Lage, in Abhängigkeit von dem durch die Vergleichermittel 35 ermittelten Vergleichsergebnis ein elektrisches Diagnosesignal auszugeben.
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Vorzugsweise geben die Ausgabemittel 36 der internen Steuereinheit 26 das elektrische Diagnosesignal an die erste Kommunikationsschnittstelle 28 aus, von wo aus es zur bedarfsgemäßen weiteren Verarbeitung an die externe elektronische Steuereinrichtung 23 übermittelbar ist.
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Das elektrische Diagnosesignal kann auch optischen Anzeigemitteln 37 des Druckluft-Wartungsgerätes 2 zugeleitet werden, um sie in beliebiger Weise zu visualisieren.
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Es ist ferner möglich, dass das Druckluft-Wartungsgerät 2 mit nur gestrichelt angedeuteten akustischen Warnmitteln 38 ausgestattet ist, beispielsweise ein Summer, so dass bei Empfang eines entsprechenden Diagnosesignals vor Ort ein akustisches Warnsignal ausgegeben werden kann.
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Die interne Steuereinheit 26 ist in einem Überwachungsmodus betreibbar, in dem sie von dem Drucksensor 24 und/oder von dem Durchflusssensor 25 stammende Messsignale als Ist-Informationen empfangen und verarbeiten kann. Auf diese Weise empfängt die interne Steuereinheit 26 zeitabhängig aktuelle Werte des Auslassdruckes und/oder des Auslassdurchflusses als Ist-Informationen. Die interne Steuereinheit 26 kann ausgebildet sein, um diese Ist-Informationen an der ersten Kommunikationsschnittstelle 28 und/oder an den optischen Anzeigemitteln 37 elektrisch oder visuell auszugeben.
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In vorteilhafter Weise kann die interne Steuereinheit 26 alternativ zu dem Überwachungsmodus auch in einem Einlernmodus betrieben werden, der auch als Teach-Modus bezeichnet werden kann. Im Rahmen dieses Einlernmodus kann die interne Steuereinheit 26 die schon angedeuteten Referenzinformationen aufnehmen und zur weiteren Verarbeitung in den Speichermitteln 34 abspeichern.
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Das Druckluft-Wartungsgerät 2 ist zweckmäßigerweise mit Eingabemitteln 42 ausgestattet, die zur bedarfsgemäßen Aktivierung des Einlernmodus dienen. Es kann auch vorgesehen sein, dass durch diese Eingabemittel 42 ein bedarfsgemäßes Umschalten zwischen dem Einlernmodus und dem Überwachungsmodus möglich ist. Vorzugsweise ist die interne Steuereinheit 26 mit einem internen Steuerprogramm ausgestattet, das für ein selbsttätiges Umschalten in den Überwachungsmodus sorgt, wenn die Einlernphase abgeschlossen ist.
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Der Einlernmodus ist zweckmäßigerweise sowohl in der Absperrstellung als auch in der Arbeitsstellung des Einschaltventils 14 aktivierbar. Bei während der Absperrstellung aktiviertem Einlernmodus wird ein zeitabhängiger Druckabfall des im Auslasskanal 22 herrschenden Auslassdruckes aufgenommen und als erste Referenzinformation 43 in den Speichermitteln 34 abgelegt. Dies geschieht beispielsweise durch zweimaliges Drücken bzw. Betätigen einer Taste bzw. eines Schalters 42a der Eingabemittel 42 in einem beliebigen zeitlichen Abstand. Die interne Steuereinheit 26 nimmt dann den Druckabfall des Auslassdruckes über der Zeit auf und bildet eine beim Ausführungsbeispiel als Gerade illustrierte Referenzkurve 43a. Allerdings spielt der Kurvenverlauf bei der späteren Auswertung keine Rolle, da letztlich nur der absolute Wert des Druckabfalls (p1–p2) während des gemessenen Zeitintervalls (t2–t1) von Bedeutung ist.
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Durch Ausführen des Einlernmodus während der Arbeitsstellung des Einschaltventils 14 lässt sich ein bei Bezugsziffer 44a angedeutetes zeitabhängiges Durchflussprofil Q(t) des im Auslasskanal 22 herrschenden Auslassdurchflusses ermitteln und in Form zweiter Referenzinformationen 44 in ebenfalls den Speichermitteln 34 der internen Steuereinheit 26 abspeichern. Dies erfolgt bei laufendem Betrieb der angeschlossenen Verbrauchereinrichtung A, wobei das die zweiten Referenzinformationen 44 bildende Durchflussprofil 44a vorzugsweise die Zeitdauer eines gesamten Bearbeitungszyklus der Verbrauchereinrichtung A abdeckt. Die zweiten Referenzinformationen 44 sind folglich als Kurve vorstellbar, die den momentanen Auslassdurchfluss zu jedem Zeitpunkt während eines typischen Bearbeitungszyklus wiedergibt.
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Im späteren Normalbetrieb der Verbrauchersteuervorrichtung 1 kann die im Überwachungsmodus arbeitende interne Steuereinheit 26 aus einem Vergleich zwischen gemessenen Ist-Informationen mit den zugeordneten ersten oder zweiten Referenzinformationen 43, 44 ein elektrisches Diagnosesignal generieren, das Aufschluss über die energetische Situation der angeschlossenen Verbrauchereinrichtung A liefert.
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Das Druckluft-Wartungsgerät 2 bietet insbesondere die Möglichkeit, bei in Absperrstellung befindlichem Einschaltventil 14 eine Leckage-Überwachung vorzunehmen. Hierzu werden durch die interne Steuereinheit 26 während der Absperrstellung des Einschaltventils 14 von dem Drucksensor 24 gelieferte Ist-Informationen aufgezeichnet und mit den während des Einlernmodus aufgezeichneten und abgespeicherten ersten Referenzinformationen 43 verglichen. Das Zeitmessintervall für die Aufnahme der Ist-Informationen ist hierbei gleichgroß wie dasjenige bei der Aufnahme der ersten Referenzinformationen 43, was über ein in der internen Steuereinheit 26 enthaltenes Steuerprogramm überwacht und gesteuert wird. Nach Möglichkeit sollte die Istdruckmessung auch bei einem zumindest annähernd gleichgroßen Ausgangswert des Auslassdruckes wie bei der Referenzdruckmessung stattfinden, was ebenfalls durch die interne Steuereinheit 26 überwacht wird. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die zu vergleichenden Informationen auch dem gleichen Betriebszustand zugerechnet werden können.
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Die interne Steuereinheit 26 veranlasst über die Ausgabemittel 36 beispielsweise dann die Ausgabe eines Diagnosesignals, wenn der im Überwachungsmodus ermittelte Druckabfall des Auslassdruckes den während des Einlernmodus aufgenommenen Referenzwert um einen vorgegebenen Toleranzwert unterschreitet.
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Das Messen der Ist-Informationen kann an den Umschaltvorgang des Einschaltventils 14 gekoppelt sein. So kann das Aufnehmen der Ist-Informationen beispielsweise zeitgleich mit oder um einen vorbestimmten Zeitraum zeitverzögert nach der Ausgabe eines Umschaltsignals erfolgen, das von der internen Steuereinheit 26 an das Einschaltventil 14 gesendet wird.
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Auch bei der Überwachung des Ausgangsdurchflusses kann die Ausgabe eines für das Einschaltventil 14 bestimmten Umschaltsignals der internen Steuereinheit 26 als Initiator für die Aufzeichnung von Durchfluss-Ist-Informationen verwendet werden.
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Ebenso wie bei der Überwachung des Auslassdruckes kann auch bei der Überwachung des Ausgangsdurchflusses eine nur einmalige oder aber eine mehrmalige Aufzeichnung von Ist-Informationen stattfinden, wobei eine mehrmalige Aufzeichnung von Ist-Informationen insbesondere in zeitlicher Regelmäßigkeit stattfinden kann.
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Das Druckluft-Wartungsgerät 2 eröffnet vorzugsweise alternativ oder zusätzlich die Möglichkeit, ein von der angeschlossenen elektronischen Steuereinrichtung 23 geliefertes Triggersignal als Initiator für den Aufzeichnungsvorgang der Ist-Informationen zugrunde zu legen. Diese Triggerfunktion der externen elektronischen Steuereinrichtung 23 ist vor allem bei der Durchflussüberwachung besonders vorteilhaft, weil hierdurch die Möglichkeit besteht, den Betriebszyklus der Verbrauchereinrichtung A nicht nur pauschal zu überwachen, sondern auch eine individuelle Überwachung eines oder mehrerer Teilzyklen des gesamten Betriebszyklus durchzuführen.
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Die Durchflussüberwachung findet bei in die Arbeitsstellung umgeschaltetem Einschaltventil 14 statt. In dieser Arbeitsstellung strömt normalerweise Druckluft aus der Druckluftquelle P zur Verbrauchereinrichtung A und betätigt dort eine oder mehrere mittels Fluidkraft aktivierbare Arbeitskomponenten der Verbrauchereinrichtung A. Eine oder mehrere dieser Arbeitskomponenten sind beispielsweise pneumatische Antriebe. Durch einen Vergleich der während des Überwachungsmodus erfassten Auslassdurchfluss-Ist-Informationen mit den zugeordneten zweiten Referenzinformationen 44 lässt sich sehr einfach überwachen, ob während des Betriebszyklus oder während bestimmter Phasen beziehungsweise Teilzyklen des Betriebszyklus ein erhöhter Luftverbrauch auftritt, was ein Anzeichen für Funktionsstörungen oder fehlerhafte Arbeitskomponenten ist.
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Auch bei der Durchflussüberwachung ist die interne Steuereinheit 26 insbesondere so ausgebildet, dass sie ein elektrisches Diagnosesignal dann ausgibt, wenn eine ermittelte Ist-Information um einen vorgegebenen Toleranzwert von der zugeordneten und während des Einlernmodus aufgezeichneten zweiten Referenzinformation 44 abweicht. Die Toleranzwerte sind im Falle der Durchflussüberwachung zweckmäßigerweise in Form von Toleranzbändern 45a, 45b in der internen Steuereinheit 26 hinterlegt, die die Kennlinie 44a der zweiten Referenzinformationen 44 oberhalb und unterhalb flankieren.
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Die bei der Generierung des Diagnosesignals zu berücksichtigenden Toleranzwerte sind vorzugsweise individuell in die interne Steuereinheit 26 eingebbar. Der Nutzer des Druckluft-Wartungsgerätes 2 kann somit die Toleranzwerte und mithin die Ausgabe des Diagnosesignals individuell an seine Bedürfnisse anpassen. Zur Eingabe der Toleranzwerte können insbesondere die schon erwähnten Eingabemittel 42 genutzt werden, also beispielsweise eine Anordnung von Tasten und/oder Schaltern 42a und/oder – zur elektronischen Eingabe – eine beispielsweise von der ersten Kommunikationsschnittstelle 28 gebildete elektrische Schnittstelle, an die zweckmäßigerweise ein Bediengerät und/oder ein Personalcomputer (PC) angeschlossen werden kann.
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Die Eingabe der Toleranzwerte erfolgt zweckmäßigerweise während des Einlernmodus. Allerdings kann das Druckluft-Wartungsgerät 2 auch die Möglichkeit bieten, die Toleranzwerte im laufenden Überwachungsmodus zu verändern, um veränderten Betriebsumständen flexibel Rechnung tragen zu können.
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Zweckmäßigerweise ist der Einlernmodus durch Eingabemittel 42 individuell parametrierbar. Die Parametrierung kann unmittelbar am Druckluft-Wartungsgerät 2 durch Aktivierung von Tasten und/oder Schaltern 42a vorgenommen werden oder durch die externe elektronische Steuereinrichtung 23 unter Vermittlung der seriellen Busverbindung 33. Durch die Parametrierung kann beispielsweise vorgegeben werden, wie häufig während der dafür relevanten Betriebsstellung des Einschaltventils 14 Ist-Informationen in der internen Steuereinheit 26 ausgewertet werden. Auch die Veränderung der Toleranzwerte, beispielsweise die Veränderung der Bandbreite der Toleranzbänder 45a, 45b, lässt sich unter den Begriff der Parametrierung subsumieren.
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Beim Ausführungsbeispiel ist das Druckluft-Wartungsgerät 2 mit einer weiteren, zweiten Kommunikationsschnittstelle 29 ausgestattet, die als Diagnoseschnittstelle nutzbar ist und an der insbesondere ein elektronisches Informationsauslesegerät 46 der Verbrauchersteuervorrichtung 1 zumindest zeitweilig anschließbar ist. Ein solches Informationsauslesegerät 46 ermöglicht beispielsweise das Auslesen gemessener Ist-Informationen, insbesondere in Verbindung mit den zugeordneten Referenzinformationen, so dass sich beispielsweise in Verbindung mit der Durchflussüberwachung zeitgleich oder auch noch nachträglich verifizieren lässt, an welcher Stelle des aufgezeichneten Referenzprofils eine Unregelmäßigkeit aufgetreten ist.
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Die interne Steuereinheit 26 ist zweckmäßigerweise derart ausgelegt oder zumindest programmierbar, dass sie in Abhängigkeit von dem durch die Vergleichermittel 35 festgestellten Vergleichsergebnis mindestens eine weitere Aktion zusätzlich zur Ausgabe eines Diagnosesignals veranlassen kann. Beim Ausführungsbeispiel besteht eine solche Zusatzfunktion im Hervorrufen eines Umschaltvorganges des Einschaltventils 14. Selbiges wird beispielsweise dann aus der Arbeitsstellung in die Absperrstellung umgeschaltet, wenn während eines längeren Zeitraumes, der insbesondere frei parametrierbar ist, in dem Auslasskanal 22 kein oder zumindest kein nennenswerter Auslassdurchfluss vorhanden ist. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass das elektrische Diagnosesignal direkt einen Umschaltvorgang des Einschaltventils 14 hervorruft.
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Während in den vorgenannten Fällen die Ausgabe eines für das Einschaltventil 14 bestimmten Umschaltsignals durch die interne Steuereinheit 26 initiierbar ist, wird die Schaltstellung des Einschaltventils 14 im Übrigen zweckmäßigerweise ausschließlich durch die externe elektronische Steuereinrichtung 23 befehligt, die hierzu die notwendigen Umschaltsignale über die erste Kommunikationsschnittstelle 28 in die interne Steuereinheit 26 einspeist. Letztere fungiert hierbei als bloßer Übermittler der Umschaltsignale an das Einschaltventil 14, ohne die von der externen elektronischen Steuereinrichtung 23 erhaltenen Umschaltsignale nochmals in irgendeiner Form zu verarbeiten. Auf diese Weise wird die Prozessorbelastung des in der internen Steuereinheit 26 enthaltenen Mikroprozessors möglichst gering gehalten.
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Es versteht sich, dass das Druckluft-Wartungsgerät 2 mit beliebigen weiteren elektrischen Schnittstellen ausgestattet sein kann. Auf diese Weise kann eine beliebige Anzahl von Schaltausgängen zur Verfügung gestellt werden, die Ausgabe von Analogwerten ist möglich, oder auch eine Konfiguration mittels eines anschließbaren Personalcomputers. Die Anbindung der vorzugsweise vorhandenen externen elektronischen Steuereinrichtung 23 erfolgt wie erwähnt zweckmäßigerweise in serieller Signalübertragungstechnik durch einen geeigneten Bus, der unter anderem auch dem sogenannten IO-Link-Standard entsprechen kann.
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Ein Vorteil des Druckluft-Wartungsgerätes 2 liegt in seiner einfachen Inbetriebnahme. Im Prinzip genügt es, das Druckluft-Wartungsgerät 2 in ein vorhandenes Druckluftsystem einzubauen und es anschließend einzulernen beziehungsweise zu teachen. Dann ist es betriebsbereit.
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Weitere besondere Vorteile der beispielhaft geschilderten Anordnung bestehen darin, dass die angeschlossene Verbraucheranordnung A ohne Entlüftung ihrer Zuleitung 22, 13 in pneumatischer Hinsicht absperrbar ist, so dass bei vorübergehenden Stillstandszeiten keine Energieverschwendung auftritt. Gleichwohl besteht durch die Drei-Stellungs-Funktionalität des Einschaltventils 14 bei Bedarf die Möglichkeit, die angeschlossene Verbrauchereinrichtung A zu entlüften. Der vorhandene Drucksensor 24 vergleicht den Druckabfall im Auslasskanal 22 nach dem Absperren mit einem geteachten Sollverlauf beziehungsweise Referenzverlauf und gibt bei zu schnellem Druckabfall ein Diagnosesignal. Auf diese Weise ist eine Leckage-Überwachung der Verbrauchereinrichtung A möglich.
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Während des normalen Betriebes, wenn das Einschaltventil 14 die Arbeitsstellung einnimmt, kann der Verlauf des im Auslasskanal 22 gemessenen Durchflusswertes überwacht werden, um bei Abweichungen gegenüber dem geteachten Soll-Wert wiederum ein Diagnosesignal auszugeben. Auf diese Weise ist eine Verbrauchsüberwachung der Verbrauchereinrichtung A möglich.
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Wenn das Druckluft-Wartungsgerät 2 als Baueinheit realisiert ist, verfügt es über kompakte Abmessungen und vereinigt viele Funktionen auf wenig Raum.
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Abschließend ist noch zu erwähnen, dass das Druckluft-Wartungsgerät 2 auch mit verringerter Überwachungsfunktionalität ausgestattet sein kann, indem entweder nur der Auslassdruck oder nur der Auslassdurchfluss überwachbar ist. In diesen Fällen kann auf entweder den Durchflusssensor 25 oder den Drucksensor 24 in der Regel verzichtet werden. Die duale Implementierung beider Überwachungsmaßnahmen in ein und dasselbe Druckluft-Wartungsgerät 2 ist jedoch besonders vorteilhaft, weil sie eine besonders effektive Überwachung energierelevanter Parameter gewährleistet.
