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Die Erfindung betrifft ein Doppelbodenelement für einen Doppelboden. Das Doppelbodenelement ist insbesondere mit integrierten Zusatzfunktionen ausgestattet. Weiterhin umfasst die Erfindung eine Anordnung mehrerer Doppelbodenelemente.
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Insbesondere in Industriebauten finden allgemein als „Doppelböden“ bezeichnete Bodenkonstruktionen Verwendung. Bei einem Doppelboden sind oberhalb eines vorhandenen Fußbodens oder oberhalb einer massiven Rohdecke, die beispielsweise aus Beton ausgeführt sein kann, Platten angeordnet, die auf Stützen aufgelegt sind. Beispielhaft sei auf die
DE 20 2007 017236 U1 zur weiteren Erläuterung des allgemeinen Aufbaus eines solchen Doppelbodens verwiesen. Die Stützen weisen überwiegend eine Fußplatte auf, die auf dem unteren Fußboden bzw. der Rohdecke aufgestellt sind. Die Doppelboden-Platten sind herausnehmbar. Mithilfe der Doppelböden ist eine bedarfsgerechte Aus- und Nachrüstung der Gebäude mit Leitungen für die Kommunikationstechnik und elektrischem Strom einfach möglich, weil die Leitungen in dem zwischen den Bodenplatten und dem Gebäudeboden bestehenden Zwischenraum verlegt werden können. Durch an den Bodenplatten angeordnete Kabeldurchführungen werden die Leitungen aus dem Zwischenraum herausgeführt.
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Moderne industrielle Produktionssysteme müssen wandlungsfähig sein. Dies bedeutet, dass zur ökonomischen und marktgerechten Herstellung von Produkten die Produktionssysteme oftmals in ihrer Konfiguration zueinander, aber auch in ihrer räumlichen Lage, verändert werden müssen. Dieses Problem tritt dabei nicht nur in einem bereits jahrelang genutzten Produktionsumfeld („Brownfield“), sondern bereits auch in Neuanlagen („Greenfield“) auf. Das hat zur Folge, dass die gesamte, das Produktionssystem versorgende Infrastruktur der neuen Konfiguration angepasst werden muss. Typischerweise werden heute dazu die vorhandenen Versorgungseinrichtungen bis zu einem bestimmten Punkt zurückgebaut, die Produktionsanlage umgezogen und anschließend eine neue Medienversorgung aufgebaut. Das Problem des Rück- und Wiederaufbaus ist insbesondere für Produktionssysteme definierter Größe (Leistung, Gewicht, Abmaße) und Funktion nachteilig.
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Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Doppelbodenelement zu schaffen, das die genannten Nachteile lindert oder sogar vermeidet. Insbesondere sollen auf konstruktiv einfache Weise eine kompakte Bauweise und eine flexible Umstellung der Produktionseinrichtungen ermöglicht werden. Außerdem soll der Aufwand, namentlich in zeitlicher und arbeitsmäßiger Hinsicht, zur Reorganisation der Produktion signifikant minimiert werden.
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Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Doppelbodenelement und mit einer Anordnung mehrerer Doppelbodenelemente gemäß den unabhängigen Patentansprüchen. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, weitere Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung anführen, die mit den Merkmalen aus den Patentansprüchen kombinierbar sind.
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Hierzu trägt ein Doppelbodenelement für einen Doppelboden bei, zumindest umfassend eine obere Bodenplatte, einen daran nach unten anschließenden begrenzten Freiraum, mindestens zwei Funktionselemente, von denen mindestens ein Funktionselement durch ein Steuergerät betätigbar ist, sowie mindestens ein Verbindungselement zum Anschluss an mindestens ein weiteres Doppelbodenelement.
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Das hier vorgestellte Doppelbodenelement mit integrierten Zusatzfunktionen, insbesondere zum Einsatz in industriellen Umgebungen, hat den Vorteil, dass neben der eigentlichen Funktion (Bereitstellung eines an jeder Stelle zugänglichen Raumes unterhalb des Doppelbodens) weitere Zusatzfunktionen integriert sind. Vorteilhaft ist insbesondere, dass auf konstruktiv elegante Weise das Doppelbodenelement bei einer Produktionsumstellung nicht verlegt zu werden braucht, sondern an seinem Ort verbleiben kann und nur die Funktionen der Funktionselemente in oder an dem Doppelbodenelement geändert zu werden brauchen. Dadurch ist eine flexible Umstellung der Produktionseinrichtungen ermöglicht. Ein weiterer besonderer Vorteil besteht darin, dass der zeitliche und arbeitsmäßige Aufwand zur Reorganisation der Produktion signifikant minimiert ist.
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Die obere Bodenplatte kann einen ebenen Abschluss des Doppelbodenelements bilden, die insbesondere geeignet und eingerichtet ist, als Gehweg für Personen, Fahrweg für Fahrzeuge und/oder Stellfläche für Maschinen zu dienen. Die Bodenplatte kann zumindest teilweise transparent sein. Die Bodenplatte bildet insbesondere eine (vollständig) geschlossene Oberfläche aus, die sich über (nahezu oder vollständig) über die maximalen Dimensionen des Doppelbodenelements erstreckt. Diese Bodenplatte ist in der montierten bzw. installierten Position am weitesten entfernt von dem Fußboden bzw. der Rohdecke angeordnet und wird daher als „obere“ Bodenplatte bezeichnet. Es ist möglich, dass das Doppelbodenelement nur eine einzige Bodenplatte aufweist.
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Das Doppelbodenelement ist weiter so gestaltet, dass es einen sich von der oberen Bodenplatte (in montierter Position hin in Richtung des Fußbodens bzw. Rohbodens erstreckenden) begrenzten Freiraum vorhält. Der Freiraum ist insbesondere durch Bauteile begrenzt, die dem Doppelbodenelement zugeordnet sind. Der Freiraum kann mittels Stegen, Stützen, Rahmen oder Rahmenfragmenten, etc. begrenzt sein. Der Freiraum kann insbesondere der Raum sein, der eine (ggf. einstellbare) räumliche Tiefe und die flächigen Dimensionen der oberen Bodenplatte hat. Der Freiraum ist insbesondere in der Weise begrenzt, dass er die flächigen Dimensionen der oberen Bodenplatte nicht (oder nur unwesentlich) überragt. Es ist insbesondere gewünscht, dass dieser Freiraum nicht vollständig von den genannten Bauteilen umhüllt ist, sondern dass die den Freiraum definierenden Bauteile einen seitlichen bzw. allseitlichen Zugang ermöglichen.
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Ein Funktionselement kann insbesondere einem pneumatischen, hydraulischen, elektrischen und/oder elektronischen System zugehörig sein. Insbesondere kann das Funktionselement eine (gezielte) Förderung von Luft, Gas, Öl, Wasser, Strom, etc. ermöglichen. Das Funktionselement kann mehrteilig sein. Das Funktionselement kann zumindest einen Anschluss, einen Leitungsabschnitt, einen Schalter, ein Ventil, einen (elektrischen) Verbraucher oder dergleichen umfassen.
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Wenigstens eines der vorgesehenen Funktionselemente kann durch ein Steuergerät des Doppelbodenelements betätigt werden. Gegebenenfalls können mehrere oder sogar alle Funktionselemente des Doppelbodenelements durch dieses Steuergerät betätigt werden. Eine Betätigung des Funktionselementes umfasst, dass dessen Funktion einstellbar bzw. aktivierbar und deaktivierbar sind. Hierfür kann ein Funktionselement ein Stellglied, einen Schalter, ein Ventil oder ein anderes Betätigungsorgan aufweisen, welches über Signale des Steuergeräts verstellt werden kann. Das Steuergerät ist insbesondere vorgesehen und eingerichtet (nur) das mindestens eine Funktionselement des Doppelbodenelements zu betätigen. Bei diesem Steuergerät handelt es sich demnach insbesondere um ein in das Doppelbodenelement integriertes Leitsystem, welches (nur) die Funktionen des zugehörigen Doppelbodenelements beeinflusst bzw. beeinflussen kann.
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Weiter weist das Doppelbodenelement mindestens ein Verbindungselement zum Anschluss an mindestens ein weiteres Doppelbodenelement auf. Bevorzugt sind Verbindungselemente derart vorgesehen, dass das Doppelbodenelement zumindest an zwei gegenüberliegenden Seiten, bevorzugt an allen vier Seiten, mit einem weiteren Doppelbodenelement passend angefügt werden kann. Das Verbindungselement kann dauerhaft oder lösbar an dem Doppelbodenelement angebracht sein. Damit kann das Doppelbodenelement als Doppelbodenelement-Modul ausgeführt sein, das insbesondere einen (geschlossenen) Doppelboden und/oder ein übergreifendes pneumatisches, hydraulisches, elektrisches und/oder elektronisches Doppelboden-System ausbilden kann. Das mindestens eine Verbindungselement kann zum Beispiel form- und/oder kraftschlüssige Verbindungen mit (unmittelbar) benachbarten (gleichartig aufgebauten) Doppelbodenelementen ausbilden.
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Das Steuergerät ist z. B. eingerichtet, das Funktionselement zu aktivieren und zu deaktivieren. Hierbei können auch Zwischenfunktionen, z. B. unterschiedliche Helligkeiten oder Farben, eingestellt werden. Bevorzugt ist mindestens ein Funktionselement durch das Steuergerät ein- und ausschaltbar. Bevorzugt ist das Steuergerät an der Bodenplatte angeordnet bzw. in diese integriert. Bei einer Anordnung an der Bodenplatte ist eine leichte Montage und Demontage ermöglicht.
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Das Funktionselement kann insbesondere eine Einrichtung zur berührungslosen Daten- und/oder Energieübertragung umfassen. Diese Einrichtung kann insbesondere mit einem Objekt oder einem Gerät oberhalb der Bodenplatte kommunizieren und/oder interagieren, also z. b. dem Gerät durch die (geschlossene) Bodenplatte hindurch Daten und/oder Energie liefern und/oder empfangen, beziehungsweise auch mit einer oder mehreren Personen durch das Aussenden/Empfangen von Informationen kommunizieren.
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Vorzugsweise ist das Funktionselement mindestens eines aus der folgenden Gruppe ausgewählt:
- - Bidirektional arbeitende Energieversorgungseinrichtung,
- - bidirektional arbeitende Datenübertragungseinheit,
- - Visualisierungssystem aus einer Visualisierungsaktorik und einer Visualisierungseinheit.
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Eine bidirektional arbeitende Energieversorgungseinrichtung umfasst, dass die Versorgung eines auf dem Doppelbodenelement stehenden Geräts mit elektrischer Energie drahtlos funktioniert und aus einem Spulensystem (Primär- und Sekundärspulen) und einer Ein- und Rückspeiseeinheit besteht, die durch die Steuerungseinheit gesteuert wird. Darüber hinaus kann optional die Energieversorgung auch drahtgebunden zur Verfügung gestellt werden. Die Energieversorgung kann über eine Energiemessung verfügen.
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Eine bidirektional arbeitende Datenübertragungseinheit hat zum Inhalt, dass eine Kommunikationsschnittstelle in das Doppelbodenelement integriert ist, die es dem auf dem Doppelbodenelement stehenden Gerät erlaubt, drahtlos über das Bodenelement an einen industriellen Feldbus oder an ein Kommunikationsnetzwerk, wie bspw. Ethernet, angeschlossen zu werden. Dazu ist die Datenübertragungseinheit in geeigneter Art und Weise an das Spulensystem der Energieversorgungseinrichtung angeschlossen oder verfügt über eine eigenständig arbeitende Übertragungseinrichtung.
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Zweckmäßig ist ein Visualisierungssystem in das Doppelbodenelement integriert, welches eine Visualisierungsaktorik (z. B. einzelne LEDs oder auch ein Bildschirm) und eine Visualisierungseinheit umfassen kann. Dabei ist die Visualisierungseinheit ebenfalls in geeigneter Art und Weise an den industriellen Feldbus oder an das Kommunikationsnetzwerk angeschlossen.
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Des Weiteren benötigen mobile Logistiksysteme, wie beispielsweise fahrerlose Transportsysteme (FTS), für ihre Fahrten einen ausreichenden Energievorrat und müssen ihre Route über ein bordeigenes Kartensystem oder über Fahrspurmarkierungen kennen. Dabei sind insbesondere Fahrspurmarkierungen im industriellen Umfeld in der Regel statisch und nur mit einem erhöhten Aufwand änderbar. Mit Blick auf eine Änderung von Fahrspurmarkierungen besteht ein Vorteil darin, dass die Energiezufuhr über das kontaktlos arbeitende Energieversorgungssystem verwirklicht ist und so kleinere bzw. keine Batterien zur Energieversorgung des FTS benötigt werden. Die Problematik der Routenplanung kann durch eine Positionserkennung via Sensoriksystem realisiert sein. Spurbezogene FTS können sehr einfach über ein neu eingeblendetes Routensystem dem sich gewandelten Produktionsablauf folgen. Maschinenbediener sehen beispielsweise über ein einfaches Farbsystem den aktuellen Maschinenstatus auf dem Boden.
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Ein weiterer Vorteil ist die problemlose Abbildung von Informationen und deren Änderung. Hierfür können LEDs und Monitore in ein Doppelbodenelement integriert sein. Die Visualisierungsfunktion ermöglicht in Kombination mit dem Sensoriksystem eine interaktive Mensch-Maschine-Kommunikation.
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Ein weiteres wichtiges Anwendungsfeld ist die Anzeige und Überwachung sicherer Gehwege in einer sich kontinuierlich verändernden Produktion. Damit Intr alogistik- und Produktionssysteme optimal und sicher betrieben werden, ohne dass Schutzzäune, Barrieren oder Abschrankungen notwendig wären, ist die sichere Detektion und Positionserkennung von Menschen innerhalb des Produktionsablaufs über das Sensoriksystem notwendig.
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Mit Vorteil ist das Funktionselement mindestens eines aus der folgenden Gruppe ausgewählt:
- - Sensor, bspw. kapazitiv arbeitender Taster oder Beschleunigungsaufnehmer,
- - Aktor, bspw. Weiche zur Führung spurgebundener Flurförderfahrzeuge oder Hubeinheit.
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Bei einem bevorzugten Sensoriksystem sind in das Doppelbodenelement Sensoriken unterschiedlicher Art, beispielsweise kapazitiv arbeitende Taster zur sicheren Detektion von Personen auf der Bodenplatte oder auch Beschleunigungsaufnehmer zur Detektion von Schwingungen des auf der Bodenplatte stehenden Geräts, integriert. Das Sensoriksystem besteht hierbei aus dem/den Sensor (en) und einer geeigneten Sensorauswerteeinheit. Diese ist in geeigneter Art und Weise an den industriellen Feldbus oder an das Kommunikationsnetzwerk angeschlossen.
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Bei einem vorteilhaften Aktoriksystem sind in das Doppelbodenelement ein oder mehrere Aktoren integriert, beispielsweise mechanische Weichen zur Führung spurgebundener Flurförderfahrzeuge und/oder Hubeinheiten zum Anheben von Kisten. Das Aktoriksystem kann aus dem/den Aktorikelement(en) und einer passenden Aktorikeinheit bestehen, die über den industriellen Feldbus angeschlossen sind, so dass das Aktoriksystem mit den Befehlen einer übergeordneten Steuerung versorgt wird.
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Zweckmäßig umfasst das Doppelbodenelement ein Auslasssystem für nichtelektrische Medien. Bei einem solchen Auslasssystem für nichtelektrische Medien sind für verschiedene nichtelektrische Versorgungsmedien, wie beispielsweise industrielle Druckluft- oder Wasserversorgung, geeignete Auslässe in das Doppelbodenelement integriert. Dabei werden diese Auslässe mit geeigneter Sensorik ausgestattet, sodass aktuelle Verbrauchswerte in eine übergeordnete Steuerung via Feldbus oder Kommunikationsnetzwerk gesendet werden können.
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Bevorzugt ist das Funktionselement in oder an der Bodenplatte angeordnet. Bei einer Anordnung in der Bodenplatte ist eine kompakte Bauweise ermöglicht. Außerdem ist das Funktionselement dadurch zumindest teilweise gegen mechanische Beanspruchung geschützt und/oder kann Messdaten an der Oberfläche der Bodenplatte genauer erfassen. Das Funktionselement kann sich zumindest teilweise in den Freiraum erstrecken. Insbesondere überragt das Funktionselement den begrenzten Freiraum nicht. Es können Haltemittel vorgesehen sein, mit denen das Funktionselement dauerhaft und positionsgenau in Relation zur Bodenplatte gehalten wird.
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Vorzugsweise ist das Funktionselement integraler Bestandteil der Bodenplatte. Dadurch ist eine besonders kompakte Bauweise verwirklicht. Es ist beispielsweise möglich, dass ein Funktionselement oder ein Teil davon in die Bodenplatte eingegossen ist bzw. sich bis (nahezu) an die obere Oberfläche der Bodenplatte hin erstreckt. Dies kann beispielsweise bei der Anordnung von Sensoren oder LED vorgesehen sein, damit dieses Funktionselement zwar geschützt aber von außen sichtbar bzw. die Umgebung sensorisch erfassbar ist.
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Mit Vorteil ist der Freiraum mit mindestens einem Rahmenelement variabel einstellbar begrenzt. Durch das Rahmenelement ist die Bodenplatte von einem Rohboden beabstandet. Die Einstellbarkeit des Rahmenelements ermöglicht einen variablen Abstand.
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Zweckmäßig ist, dass mindestens ein Verbindungselement an der Bodenplatte angebracht ist. Auf diese Weise wird eine sichere Befestigung des Doppelbodenelements zu weiteren Doppelbodenelementen ermöglicht, wodurch ein Doppelboden gebildet ist.
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Von Vorteil sind mehrere Verbindungselemente vorgesehen, die zumindest ein aktives Kopplungselement und ein passives Kopplungselement ausbilden. Die Kopplungselemente sind geeignet und eingerichtet, miteinander eine passende, dichte, leitende, etc. Verbindung herzustellen. Die Bezeichnung „aktiv“ und „passive“ sind dabei beispielsweise so zu verstehen, dass das eine (aktive) Kopplungselement so gestaltet ist, dass es von dem anderen (passiven) Kopplungselement wenigstens teilweise aufgenommen werden kann. Beispiele solcher gepaarten Kopplungselemente sind Stecker - Buchse, Haken - Öse, Schraube - Mutter, Klickverschluss, Bajonettverschluss, etc. Insbesondre sind bei dem Doppelbodenelement die beiden zueinander gehörigen Kopplungselemente an verschiedenen Stellen angeordnet, beispielsweise an gegenüberliegenden Seiten. Insbesondre dienen diese Verbindungs- bzw. Kopplungselemente dazu, mit denen eines benachbarten Doppelbodenelement gekoppelt zu werden.
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Zweckmäßig umfasst das Doppelbodenelement mindestens eine Aufnahme für ein Zusatzfunktionenelement. Die Aufnahme kann nach Art eines eingerichteten aber freien Steckplatzes, Anschlusses, etc. ausgebildet sein. Damit ist das Doppelbodenelement vorbereitet, neben den vorgesehenen Funktionselementen optional und bedarfsgerecht mit mindestens einem Zusatzfunktionenelement bestückt zu werden. Die Aufnahme kann insbesondere so eingerichtet sein, dass beim Einsetzen des Zusatzfunktionenelements auch (unmittelbar) eine Betätigung mittels des Steuergerätes ermöglicht ist. Folglich können alle hierfür erforderlichen Leitungen, Steuerverbindungen, Gehäuse, etc. bereits vorgesehen sein. Somit ist die Flexibilität des Einsatzes eines Doppelbodenelements verbessert.
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Das hier vorgestellte Doppelbodenelement ist mit einer eigenen Steuerung sowie Sensorik und/oder Aktorik versehen, um z. B. einen einfach umkonfigurierbaren Fabrikhallenboden zu erstellen. Die Steuerung jedes Doppelbodenelements kann sich bevorzugt mit einer übergeordneten Kontrolleinheit datenaustauschend verbinden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Anordnung mehrerer Doppelbodenelemente vorgeschlagen, zumindest aufweisend eine übergeordnete Kontrolleinheit, welche mit den Steuergeräten der Doppelbodenelemente datenleitend verbunden ist. Die Kontrolleinheit kann eine aufeinander abgestimmte Betätigung der Funktionselemente mehrerer Doppelbodenelemente durch Anleiten der Steuergeräte veranlassen bzw. gewährleisten. Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass eine Betätigung der Funktionselemente unterschiedlicher Doppelbodenelemente auf einfache und sichere Weise ermöglicht ist.
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Die Erfindung und das technische Umfeld werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Dabei sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Darstellungen sind schematisch und nicht zur Veranschaulichung von Größenverhältnissen vorgesehen. Die mit Bezug auf einzelne Details einer Figur angeführten Erläuterungen sind extrahierbar und mit Sachverhalten aus anderen Figuren oder der vorstehenden Beschreibung frei kombinierbar, es sei denn, dass sich für einen Fachmann zwingend etwas anderes ergibt bzw. eine solche Kombination hier explizit untersagt wird. Es zeigen schematisch:
- 1: eine Seitenansicht eines Doppelbodenelements für integrierte Zusatzfunktionen sowie - teilweise dargestellt - zweier weiterer angeschlossener Doppelbodenelemente;
- 2: eine Seitenansicht eines Doppelbodens, bestehend aus mehreren Doppelbodenelementen mit integrierter Energieversorgungseinrichtung und integriertem Visualisierungssystem, wobei sich auf dem Doppelboden ein spurgebundenes Flurförderfahrzeug und eine Person befinden;
- 3: eine Draufsicht auf einen Doppelboden gemäß 2;
- 4: ein Blockschaltbild zur Steuerung eines Doppelbodenelements, umfassend integriert ein Steuergerät und drei Funktionselemente für Zusatzfunktionen;
- 5: ein Blockschaltbild zur Steuerung eines Doppelbodenelements, umfassend integriert ein Steuergerät und Funktionselemente eines 4-fach-Druckluftanschlusses; und
- 6: ein Blockschaltbild zur Steuerung zweier Doppelbodenelemente, wobei eine übergeordnete Kontrolleinheit mit den Steuergeräten der Doppelbodenelemente verbunden ist.
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Nach 1 besteht ein Doppelbodenelement 1 aus einer oberen Bodenplatte 2, die an den Ecken auf einem Rahmenelement 3 in Gestalt von Stützen 3a, 3b, z. B. Metallstützen, aufliegen, durch die die Bodenplatte 2 über einem Rohboden 4, z. B. aus Beton, abgestützt ist. Die Bodenplatte 2 ist mithilfe der Stützen 3a, 3b beabstandet vom Rohboden 4 angeordnet, sodass zwischen dem Rohboden 4 und der Bodenplatte 2 und begrenzt durch das Rahmenelement 3 ein Freiraum 5 (Zwischenraum) gebildet ist. Die Stützen 3a und 3b weisen eine Kopfplatte 6a bzw. 6b für die Auflage der Ecken der Bodenplatte 2 und eine Fußplatte 7a bzw. 7b auf, mit der die Stützen 3a und 3b auf dem Rohboden 4 aufliegen. Die Stützen 3a, 3b sind vorzugsweise in der Höhe verstellbar, z. B. durch einen Gewindeschaft 8a bzw. 8b an den Fußplatten 7a bzw. 7b, der in ein Gewinderohr 9a bzw. 9b an der Kopfplatte 6a bzw. 6b eingreift.
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Das Doppelbodenelement 1 entsprechend 1 mit der Funktion „Energieversorgung“ umfasst eine in die Bodenplatte 2 eingebaute Steuer- und Kommunikationseinheit (siehe 4 und 5) und eine Energieversorgungseinrichtung 10, die über eine steckbare Anschlussleitung 11 an ein elektrisches Versorgungsnetz 12 angeschlossen ist, das sich im Freiraum 5 befindet.
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In das Doppelbodenelement 1, welches die oberhalb aufliegende Last aufnimmt und über eine eigene Steuer- und Kommunikationseinheit verfügt, ist die Funktion „Energieversorgungseinrichtung“ 10 eingerichtet. Die Energieversorgungseinrichtung 10 ist kontaktlos ausgeführt, d. h. mittels einer geeigneten Steuerungseinheit und Spulenanordnung wird elektrische Energie auf das oberhalb befindliche Gerät, bspw. eine Produktionseinrichtung oder ein Logistiksystem, übertragen. Die Energieversorgungseinrichtung 10 ist wiederum über die steckbare Anschlussleitung 11 an das elektrische Versorgungsnetz 12 für Energie und Daten angeschlossen, welche beispielsweise über eine Stromschiene 13 realisiert ist. Die Stützen 3a, 3b ständern das Doppelbodenelement 3 gegenüber dem Rohboden 4 auf.
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Ein Doppelboden 58 besteht aus einer Mehrzahl von Doppelbodenelementen 1a bis 1n, die in horizontaler Richtung nebeneinander angeordnet sind (siehe 2). Die vollständig dargestellte Bodenplatte 2 ist über die optionalen Verbindungselemente 14 und 15 an die abgebrochen dargestellten Bodenplatten 2a und 2b angeschlossen. Hierzu sind an bzw. in jeder Bodenplatte 2, 2a, 2b jeweils mindestens ein aktives Kopplungselement 14a und mindestens ein passives Kopplungselement 15a vorhanden. Im Beispielsfall ist zur Verwirklichung einer Verbindung zwischen den Bodenplatten 2 und 2a an der Bodenplatte 2 als erstes aktives Kopplungselement 14a, z. B. ein elastisch bewegliches Hakenelement angebracht, das formschlüssig in ein erstes passives Kopplungselement 15a, z. B. eine Ausnehmung in der Bodenplatte 2a, eingreift (z. B. Schnapp- oder Klickverbindung). Zur Herstellung einer Verbindung zwischen den Bodenplatten 2 und 2b ist an der Bodenplatte 2b ein elastisch bewegliches zweites Kopplungselement 14b angebracht, das formschlüssig in ein zweites passives Kopplungselement 15b in der Bodenplatte 2 eingreift.
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Der Systemaufbau eines Doppelbodens 58 mit integrierten Zusatzfunktionen ist in 1 dargestellt und erläutert. Vorausgreifend ist festzuhalten, dass die eingangs beschriebenen Funktionen des Doppelbodenelements 1 optional sind und nicht alle Funktionen in ihrer Gesamtheit in einem Doppelbodenelement 1 vorkommen müssen. Hier ist vielmehr ein spezifischer Modulbaukasten möglich, der sich in Abhängigkeiten von den jeweiligen Anforderungen zusammenstellen lässt.
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Die räumlichen und funktionalen Anforderungen des Anwenders können durch die individuelle Anpassungsfähigkeit des modular aufgebauten Doppelbodens 58 mit integrierten Zusatzfunktionen gelöst werden. Dabei ist der Aufbau eines solchen „aktiven“ Bodens zu einem Doppelbodensystem wichtig. So wird zunächst auf dem Rohboden 4 das Versorgungsnetz 12 in einem geeigneten Raster verlegt. Dabei kann das Versorgungsnetz 12 aus einer oder mehreren Medienversorgungen bestehen, beispielsweise Elektro-, Druck- und Kühlmittelversorgung sowie einen Datenversorgung. Anschließend werden die höhenverstellbaren Stützen 3a, 3b zur Aufständerung des Doppelbodens 58 auf dem Rohboden 4 installiert. Schließlich werden die Doppelbodenelemente 1 über geeignete Steckeinrichtungen an das Versorgungsnetz 12 angeschlossen und in das Stützenraster eingelegt.
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Die 2 zeigt die Seitenansicht eines fertig aufgebauten Doppelbodens 58, auf dem ein spurgebundenes Flurförderfahrzeug 16 (FTS) beladen mit einer Gitterbox 17 fährt. Hinter dem FTS steht eine Person 18 auf dem Doppelboden 58. Die ersten Wellen 19a, 19b unterhalb des FTS deuten einen aktuell stattfindenden Ladevorgang des FTS an. Dabei ist nicht nur die unidirektionale und kontaktlose Energieübertragung vom Doppelbodenelement 1 auf das FTS vorgesehen, sondern es ist umfasst auch die Übertragung vom FTS auf das Doppelbodenelement 1. Des Weiteren ist auch eine mögliche Visualisierungsfunktion mit zweiten Wellen 20a bis 20d gezeigt. Diese ist in der Draufsicht des Doppelbodens 58 (3) zu erkennen. Hier sind auf die Doppelbodenelemente Bildschirmoberflächen integriert, die zum einen die Fahrspur und Fahrtrichtung des FTS signalisieren. Auch sind für Personen 18 im Produktionsumfeld Gehwege eingeblendet und ein Stopp-Zeichen, um vor einem Zusammenstoß mit dem FTS zu warnen.
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Durch eine geeignete, in das Doppelbodenelement 1 integrierte - nicht dargestellte - Sensorik, wie beispielsweise kapazitive Sensoren, kann die Anwesenheit eines Menschen oder eines Gegenstandes auf dem Bodenelement zuverlässig und sicher nach Performance Level d (PL d) oder höher detektiert werden. Bei Ausrüstung der Doppelbodenelemente mit einer Objektdetektionssensorik kann eine übergeordnete Steuerung (siehe 6) zur Koordination aller Abläufe auf dem Doppelboden das Unfallrisiko zwischen Mensch und Produktionseinrichtung verringern. Dies erfolgt durch eine Annäherungserkennung von Mensch und Produktionseinrichtung. Die in der Produktionseinrichtung für den Menschen gefährlichen Bewegungen können über die Steuerung verlangsamt oder gestoppt werden.
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Abhängig von den integrierten Funktionen entsteht so eine Bodenfläche, die es dem Betreiber erlaubt, seine Produktionseinrichtungen flexibel den Marktanforderungen folgend umzustellen. Die Aufwände zur Reorganisation einer Produktion werden signifikant minimiert.
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Weiterhin lässt sich nicht nur die Energieversorgungseinrichtung 10 in das Doppelbodenelement 1 integrieren. Beispielsweise können auch die in 3 gezeigten Visualisierungssysteme 21 realisiert werden.
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Analog zu der in 1 dargestellten Art des Doppelbodenelementanschlusses sind auch die Doppelbodenelemente in 1 mit der Funktion „Visualisierungssystem“ 21 über die Steuer- und Kommunikationseinheit an die elektrische Energie- und Datenversorgung angeschlossen. Dadurch können unterschiedlichste Grafiken oder Texte auf dem Doppelbodenelement 1, wie in 3 dargestellt, angezeigt werden.
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In einer sich stetig verändernden Produktionsumgebung hat der Mensch Schwierigkeiten, sich zu orientieren. Das integrierte Visualisierungssystem 21 löst dieses Problem, indem für den Fußgänger ein sicherer Gehweg 22 eingeblendet wird. Dieser Fußweg berücksichtigt die gefährlichen Bewegungen von Produktionseinrichtungen und umgeht diese automatisch.
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Des Weiteren werden Übertretungen der Gehwegbegrenzungen 23 und 24 durch das eigene und/oder angrenzende Sensoriksystem der Doppelbodenelemente 1 erkannt und ein Warnhinweis, z. B. in Form eines Stopp-Zeichens 25 eingeblendet.
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Zur einfachen und dennoch effektiven Spurführung von FTS dient beispielsweise die Doppelbodenelementanzeige aus 3. In diesem Beispiel sind die gezeigten Doppelbodenelemente 1a bis 1e mit einer LED-Spur- und Richtungsanzeige 26 ausgeführt, sodass es einem FTS ermöglicht ist, durch Folgen der Linien an den richtigen Zielort zu gelangen.
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In den 4 und 5 ist jeweils ein Blockschaltbild zur Steuerung eines Doppelbodenelements 1 gezeigt. Die beiden dargestellten Ausführungsformen umfassen zumindest ein Basis-Doppelbodenelement 27 und ein Zusatzfunktionenelement 28. Während das Basis-Doppelbodenelement 27 bei beiden Ausbildungen konstruktiv in gleicher Weise aufgebaut ist, ist nach 4 das Zusatzfunktionenelement 28 für eine erste Zusatzfunktion 29, eine zweite Zusatzfunktion 30 und eine dritte Zusatzfunktion 31 vorgesehen, wogegen nach 5 das Zusatzfunktionenelement 28 einer vierten Zusatzfunktion 32 dient.
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Die Funktionselemente des Basis-Doppelbodenelements 27 sind im Blockschaltbild nach 4 dargestellt und erläutert. Dabei stellt das Basis-Doppelbodenelement 27 die Grundkonfiguration dar, auf der weitere Zusatzfunktionalitäten 29, 30, 31 aufgebaut werden können.
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Das Basis-Doppelbodenelement 27 beinhaltet neben einer Stromversorgungseinrichtung 33 zur Bereitstellung einer oder mehrerer geeigneter Kleinspannungen, ein Steuergerät 34, eine Statusanzeige 36 und eine Waage 37 zur Aufnahme der Elementbelastung. Die Steuerung ist an die interne Stromversorgung und an das Datenversorgungsnetz angeschlossen. Beispielsweise kann dieses Datenversorgungsnetz ein Ethernet-basierter, industrieller Ether-CAT, Profinet oder SERCOS sein, in dem die Steuerung einen Feldbusteilnehmer darstellt. Dabei stellt die Steuerung neben ihrer eineindeutigen Identifikationsnummer (ID) auch weitere Statusmeldungen des Basis-Doppelbodenelements 27 mitsamt den Statusmeldungen der integrierten Zusatzfunktionen 29, 30, 31 zur Verfügung.
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Die Statusanzeige 36 des Doppelbodenelements 1 kann auf unterschiedliche Art und Weise umgesetzt werden. So sind beispielsweise einfache Visualisierungsformen wie die Statusanzeige über LEDs nach den Ampelfarben (grün = alles i. O., Element in Betrieb, gelb = alles i. O., Element außer Betrieb, rot = Fehler, Element außer Betrieb) bis hin zu komplexeren Anzeigen über einen Bildschirm denkbar.
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Das Funktionselement Waage 37 meldet über die Steuerung via Datenversorgungsnetz an eine übergeordnete Steuerung (übergeordnetes Steuergerät 52 in 6) die momentane Belastung des Bodenelements zurück. Auch hier sind verschiedene Arten der Sensordatenaufnahme und Rückmeldungen denkbar.
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So kann beispielsweise die Aufnahme über einen Dehnungsmessstreifen- (DMS-) Verbund erfolgen und zweikanalig mit einem Performance Level d (PL d) sicher an die übergeordnete Steuerung zurückgemeldet werden. Damit wird die sichere Erkennung von Objekten auf dem Doppelbodenelement 1 möglich. Es sind aber auch einfachere Lösungen denkbar, die eine nicht sichere Objekterkennung ermöglichen.
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Steuer- und Kommunikationseinheit/Steuergerät:
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Die Steuer- und Kommunikationseinheit bzw. das Steuergerät 34 ist der zentrale Baustein des Doppelbodenelements 1. Durch ihn kann das Doppelbodenelement 1 nach Anschluss an das Versorgungsnetz 12 sowohl autark in einer Umgebung einfacher Doppelbodenelemente 1 als auch im Zusammenschluss mit weiteren „intelligenten“ Doppelbodenelementen 1a bis 1n betrieben werden. Neben den zuvor beschriebenen Steuerungs- und Kommunikationsaufgaben übernimmt das Steuergerät in dieser beschriebenen Konfiguration die Aufgabe der Objekterkennung auf Basis der Daten aus der Funktion Waage 37.
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Die Stromschiene 13 umfasst bevorzugt die Energieversorgungseinrichtung 10 und eine Datenübertragungseinheit 38.
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Bidirektional arbeitende Energieversorgungseinrichtung:
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Mithilfe der bidirektional arbeitenden Energieversorgungseinrichtung 10, die als Zusatzfunktion zum Basis-Doppelbodenelement 27 hinzugefügt werden kann, ist das Laden und Entladen unterschiedlicher Produktionseinrichtungen möglich. Dabei kann die Produktionseinrichtung sowohl ruhend auf dem Doppelbodenelement 1 platziert sein, beispielsweise eine Montagezelle, als auch sich in Bewegung befinden, wie es bei Flurförderfahrzeugen 16 der Intralogistik der Fall ist.
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Bei sich in Bewegung befindlichen Produktionseinrichtungen wird über die Objekterkennung (siehe Steuer- und Kommunikationseinheit) der Energieversorgungseinrichtung 10 die Information zur Verfügung gestellt, zu welchem Zeitpunkt ein Be- bzw. Endladevorgang sinnvoll möglich ist. So sind durch mehrere hintereinander geschaltete Doppelbodenelemente 1a bis 1n mit der Zusatzfunktion „kontaktlose Energieübertragung“ Übertragungsstrecken aufbaubar, die segmentiert geschaltet werden können.
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Um die Energieübertragung nur dann zu aktivieren, wenn sich geeignete be-/entladbare Objekte auf dem Doppelbodenelement 1 befinden, verfügt die Energieversorgungseinrichtung 10 über eine - nicht dargestellte - Fremdkörpererkennung. Diese Erkennung unterscheidet dabei sicher (PL d oder höher) zwischen Produktionseinrichtungen und Lebewesen sowie zwischen be-/entladefähigen und anderen Produktionseinrichtungen.
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Bidirektional arbeitende Datenübertragungseinheit:
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Die bidirektional arbeitende Datenübertragungseinheit 38 ist in der Regel Bestandteil der Energieversorgungseinrichtung 10 und erlaubt es den (mobilen) be-/entladefähigen Produktionseinrichtungen die Anbindung an das fest installierte Datenversorgungsnetz. Somit können Informationen in beide Richtungen (Senden/Empfangen) zwischen der Produktionseinrichtung und Teilnehmern des Datenversorgungsnetzes ausgetauscht werden.
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Grundsätzlich ist die Datenübertragungseinheit 38 auch als autarke Einheit vorhanden. So können bei entsprechender Ausgestaltung des Doppelbodenelements 1 ebenfalls nicht be/entladefähige Produktionseinrichtungen eine Kommunikation mit den Teilnehmern des Datenversorgungsnetzes aufbauen.
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Visualisierungssystem:
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Das als Zusatzfunktionalität in das Doppelbodenelement 1 integrierbare Visualisierungssystem 21 kann autark betrieben werden und ist somit separat an das Energie- und Datenversorgungsnetz anzuschließen. Es kann teilweise aber auch sinnvoll sein, die im Basis-Doppelbodenelement 27 vorhandene Steuerungseinrichtung 34 und Stromversorgungseinrichtung 33 mit zu nutzen, sodass ein separater Anschluss entfällt.
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Das Visualisierungssystem 21 besteht somit aus einem Bildschirm 39 und einem ihn steuernden Rechner mit entsprechenden Energie- und Datenschnittstellen zur Anschaltung ans Versorgungsnetz. Damit können durch andere, am Datenversorgungsnetz angeschlossene Teilnehmer bzw. durch eine übergeordnete Steuerung Visualisierungsinformationen zur Einheit gesendet werden. Ein Beispiel für ein mögliches Zusammenspiel der Systeme ist in 3 dargestellt. Hier werden die Informationen „Mensch auf J 19“ und „FTS auf J 20“ in einer übergeordneten Steuerung zu dem Signalisierungsbefehl „Stopp-Zeichen auf I 19 anzeigen“ verarbeitet. Bei der Bezeichnung „Mensch auf J 19“ ist eine Flächeneinteilung des Doppelbodens 58 in Planquadrate vorausgesetzt. Dabei sind in diesem zweidimensionalen, kartesischen Koordinatensystem die Abschnitte auf der Abszisse mit Buchstaben und die Abschnitte auf der Ordinate mit Zahlen fortlaufend gekennzeichnet.
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In 4 sind weiterhin Beispiele für die Integration weiterer Funktionen in das Doppelbodenelement 1 gezeigt. Die erste Zusatzfunktion 29 ist durch eine kontaktlose Energieübertragung 40, die zweite Zusatzfunktion 30 durch den Bildschirm 39 und die dritte Zusatzfunktion 31 durch eine Hubeinheit 41 verwirklicht.
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Sensorik- und Aktoriksystem:
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Die vielfältigen Möglichkeiten zur Implementierung von Sensorik- und Aktorikkomponenten in ein Doppelbodenelement 1 lassen eine detaillierte Beschreibung jeder einzelnen Anwendung nicht zu. Daher wird an dieser Stelle die generelle Einbindung in das Doppelbodenelement 1 inklusive dessen Anschluss an das fest installierte Versorgungsnetz 12 beschrieben. Als Sensor 42 kommen - nicht dargestellt - beispielsweise Taster 43 und Beschleunigungsaufnehmer 44 in Betracht. Als Aktor 45 können eine Weiche 46 und ein Auslasssystem 47 Verwendung finden.
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Auslasssystem für nichtelektrische Medien:
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Analog zu den in das Doppelbodenelement 1 implementierbaren Sensorik- und Aktorikkomponenten ist auch die Bandbreite und Vielfalt der Auslasssysteme 47 für nicht elektrische Medien, wie für Druckluft oder Kühlmittel, sehr groß. Daher werden exemplarisch an dieser Stelle nur einige, für das industrielle Umfeld wichtige Auslasssysteme 47 und deren Integration in das Doppelbodenelement 1 beschrieben. Als Auslasssysteme 47 sind (AC 230/400 V Steckdosen und zwei Druckluftanschlüsse) und (AC 230/400 V Steckdosen und zwei Wasseranschlüsse) für elektrische und nichtelektrische Medien zum Einbau in Doppelböden 58 anwendbar.
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Mit Vorteil sind solche Auslasssysteme 47 in Kombination mit Energiezählern für die einzelnen Medien zum Einbau in ein Doppelbodenelement 1 anwendbar. Zweckmäßig ist daher die Integration von industrieüblichen Anschlusssystemen 47 samt Energiemengenmessung in einen Doppelboden 1. Zu den industrieüblichen Anschlusssystemen zählen unter anderem:
- - Druckluftanschlüsse bis 15 bar/28 mm inklusive der Anschlüsse für technische Gase, ggf. mit Sensorik zur Überwachung von Leckagen,
- - Wasseranschlüsse bis 12 bar/DN 50 inklusive der Anschlüsse für Kälte- und Wärmetechnik,
- - Hydraulikanschlüsse bis 280 bar/DN 20.
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Diese Anschlüsse können, sofern es der zur Verfügung stehende Bauraum zulässt, nun wahlweise einzeln oder in Kombination in ein Doppelbodenelement 1 integriert werden. Die 5 zeigt die Integration eines 4-fach-Druckluftanschlusses 48 (6 bar/10 mm) in ein Doppelbodenelement 1 und dessen Anbindung an das elektrische und pneumatische Energieversorgungsnetz sowie an das Datenversorgungsnetz.
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Alle vier Anschlussstellen verfügen über eine Durchflussmessung (Volumenstrommesser 49), die datentechnisch an das Steuergerät 34 gekoppelt sind. So kann das Doppelbodenelement 1 der übergeordneten Steuerung stetig aktuelle Luftverbrauchswerte zur Verfügung stellen. Diese Informationen können analysiert werden und ggf. helfen, die Energieeffizienz der angeschlossenen Produktionsmittel zu verbessern. Mit 50 ist eine Rohrleitung und mit 51 eine Druckluftquelle bezeichnet.
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6 zeigt ein Blockschaltbild zur Steuerung zweier Doppelbodenelemente 1a und 1b, wobei ein übergeordnetes Steuergerät 52 mit den Steuergeräten 34 und 35 der Doppelbodenelemente 1a bzw. 1b verbunden ist. An das erste Steuergerät 34 sind ein erstes Funktionselement 54 und ein zweites Funktionselement 55 und an das zweite Steuergerät 35 sind ein drittes Funktionselement 56 und ein viertes Funktionselement 57 angeschlossen.
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Ein Doppelboden 58 aus mehreren Doppelbodenelementen 1; 1a bis 1n kann in zweifacher Weise aufgebaut sein. Zum einen können alle Doppelbodenelemente 1; 1a bis 1n konstruktiv gleich sein. Zum anderen können die Doppelbodenelemente 1; 1a bis 1n mindestens teilweise konstruktiv unterschiedlich sein. In beiden Fällen können unterschiedliche Funktionen dadurch verwirklicht werden, dass das übergeordnete Steuergerät 52 über die Steuergeräte 34 und 35 unterschiedliche Funktionselemente 54, 55, 56, 57 ansteuert. Mit 53 ist eine datenleitende Verbindung bezeichnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Doppelbodenelement
- 1a bis 1n
- Doppelbodenelemente
- 2
- Bodenplatte
- 2a bis 2n
- Bodenplatten
- 3
- Rahmenelement
- 3a, 3b
- Stützen
- 4
- Rohboden
- 5
- Freiraum
- 6a, 6b
- Kopfplatte
- 7a, 7b
- Fußplatte
- 8a, 8b
- Gewindeschaft
- 9a, 9b
- Gewinderohr
- 10
- Energieversorgungseinrichtung
- 11
- Anschlussleitung
- 12
- elektrisches Versorgungsnetz
- 13
- Stromschiene
- 14
- erstes Verbindungselement
- 14a
- erstes aktives Kopplungselement
- 14b
- zweites aktives Kopplungselement
- 15
- zweites Verbindungselement
- 15a
- erstes passives Kopplungselement
- 15b
- zweites passives Kopplungselement
- 16
- spurgebundenes Flurförderfahrzeug
- 17
- Gitterbox
- 18
- Person
- 19a, 19b
- erste Wellen
- 20a bis 20d
- zweite Wellen
- 21
- Visualisierungssystem
- 22
- Gehweg
- 23
- erste Gehwegbegrenzung
- 24
- zweite Gehwegbegrenzung
- 25
- Stopp-Zeichen
- 26
- Spur- und Richtungsanzeige
- 27
- Basis-Doppelbodenelement
- 28
- Zusatzfunktionenelement
- 29
- erste Zusatzfunktion
- 30
- zweite Zusatzfunktion
- 31
- dritte Zusatzfunktion
- 32
- vierte Zusatzfunktion
- 33
- Stromversorgungseinrichtung
- 34
- erstes Steuergerät
- 35
- zweites Steuergerät
- 36
- Statusanzeige
- 37
- Waage
- 38
- Datenübertragungseinheit
- 39
- Bildschirm
- 40
- kontaktlose Energieübertragungseinrichtung
- 41
- Hubeinheit
- 42
- Sensor
- 43
- Taster
- 44
- Beschleunigungsaufnehmer
- 45
- Aktor
- 46
- Weiche
- 47
- Auslasssystem
- 48
- Druckluftanschluss
- 49
- Volumenstrommesser
- 50
- Rohrleitung
- 51
- Druckluftquelle
- 52
- übergeordnetes Steuergerät
- 53
- datenleitende Verbindung
- 54
- erstes Funktionselement
- 55
- zweites Funktionselement
- 56
- drittes Funktionselement
- 57
- viertes Funktionselement
- 58
- Doppelboden
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202007017236 U1 [0002]
