DE102022114879A1 - Device for controlling an actuator unit and system with the device, the actuator unit and a pantograph - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer mit einem Fluid ansteuerbaren Aktuatoreinheit. Die Vorrichtung umfasst ein erstes Steuerventil und ein in Reihe zu dem ersten Steuerventil angeordnetes zweites Steuerventil. Das erste Steuerventil und das zweite Steuerventil weisen jeweils einen Fluideingang und einen Fluidausgang auf. Ferner weist die Vorrichtung ein drittes Steuerventil und ein parallel zu dem dritten Steuerventil angeordnetes viertes Steuerventil auf. Sowohl das dritte Steuerventil, als auch das vierte Steuerventil weisen einen Fluideingang und einen Fluidausgang auf. Das dritte Steuerventil und das vierte Steuerventil stehen über den Fluideingang fluidleitend mit dem Fluidausgang des zweiten Steuerventils und dem ansteuerbaren Aktuator in Verbindung. Zudem ist eine Fluidquelle vorgesehen, die fluidleitend mit dem Fluideingang des ersten Steuerventils in Verbindung steht. Die Vorrichtung umfasst zudem eine erste Sensoreinheit, die fluidleitend mit dem Fluideingang des dritten und vierten Steuerventils in Verbindung steht und dazu bestimmt ist, Betriebsparameter der Vorrichtung zu erfassen. Die Vorrichtung umfasst zusätzlich mindestens eine Recheneinheit, die dazu bestimmt ist, die erfassten Betriebsparameter zu empfangen und/oder Steuersignale zur Ansteuerung der Steuerventile bereitzustellen, um eine Aktuatoreinheit mit Fluid anzusteuern.The present invention relates to a device for controlling an actuator unit that can be controlled with a fluid. The device comprises a first control valve and a second control valve arranged in series with the first control valve. The first control valve and the second control valve each have a fluid inlet and a fluid outlet. Furthermore, the device has a third control valve and a fourth control valve arranged parallel to the third control valve. Both the third control valve and the fourth control valve have a fluid inlet and a fluid outlet. The third control valve and the fourth control valve are in fluid communication with the fluid outlet of the second control valve and the controllable actuator via the fluid inlet. In addition, a fluid source is provided which is fluidly connected to the fluid inlet of the first control valve. The device also comprises a first sensor unit, which is fluidly connected to the fluid inlet of the third and fourth control valves and is intended to detect operating parameters of the device. The device additionally comprises at least one computing unit which is intended to receive the recorded operating parameters and/or to provide control signals for activating the control valves in order to activate an actuator unit with fluid.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer mit einem Fluid ansteuerbaren Aktuatoreinheit, sowie ein System zum Bewegen eines Pantographen.The present invention relates to a device for controlling an actuator unit that can be controlled with a fluid, and to a system for moving a pantograph.
Zur Ansteuerung verschiedener Aktuatoren und insbesondere von Aktuatoren, welche Pantographen von einer eingefahrenen Position in eine ausgefahrene Position zur Stromabnahme und zurück verfahren, werden Fluide über Vorrichtungen mit speziell verschalteten Ventilen bereitgestellt. Pantographen stellen einen elektrischen Kontakt zwischen einer Oberleitung und einem Triebfahrzeug her, indem die durch eine Feder gespannten Scheren den Bügel mit einer definierten Kraft gegen die Oberleitung drücken. Diese Pantographen-Ansteuervorrichtungen, bspw. mit 5/2-Wege-Ventilen sind bekannt und stellen eine zuverlässige Ansteuerung der Aktuatoren im Pneumatikbereich dar. Ebenfalls kann die pneumatische Ansteuerung redundant ausgelegt werden, womit im Fehlerfall, bspw. mechanischer Verschleiß, elektrische Fehlkontaktierung und/oder Leckagen im Pneumatiksystem, ein sicheres Zustand des Pantographen erreicht werden kann. Ferner sind Systeme zur elektropneumatischvorgesteuerten Schnellentlüftung bekannt. Diese sind als pneumatische Systeme vorgesehen, die eine schnelle Trennung des Pantographen von den stromführenden Leitungen in einer Gefahrensituation und/oder bei Störungen veranlassen.To control various actuators and in particular actuators which move pantographs from a retracted position to an extended position for current collection and back, fluids are provided via devices with specially connected valves. Pantographs establish electrical contact between an overhead line and a locomotive by using the scissors tensioned by a spring to press the bracket against the overhead line with a defined force. These pantograph control devices, for example with 5/2-way valves, are known and represent a reliable control of the actuators in the pneumatic sector. The pneumatic control can also be designed redundantly, which means that in the event of a fault, for example mechanical wear, incorrect electrical contact and/or or leaks in the pneumatic system, a safe condition of the pantograph can be achieved. Systems for electro-pneumatically pre-controlled quick ventilation are also known. These are intended as pneumatic systems that cause the pantograph to be quickly separated from the live lines in a dangerous situation and/or in the event of malfunctions.
Von der Funktionsweise her gesehen ist es sehr wichtig, dass immer ein definierter Kontakt zwischen dem Bügel und der Oberleitung vorliegt, da sonst Lichtbögen entstehen, die das Fahrzeug beschädigen könnten. Diese dauerhafte „Anpressung“ des Bügels an die Oberleitung wird durch die Pantographen-Ansteuervorrichtungen umgesetzt. Sollten nun Störungen/Fehler vorliegen, ist es notwendig die Verbindung sofort trennen zu können. Hierbei weisen die bekannten Vorrichtungen den Nachteil auf, dass zwar eine pneumatische Redundanz gegeben ist, um den Pantographen noch einfahren zu können, aber die Ansteuerung der Ventile in einfacher Weise ausgeführt ist und keine Überwachung der Betriebsparameter der Vorrichtung in redundanter Weise erfolgt. Somit kann eine notwendige Ansteuerung der Ventile und somit auch des Pantographen im Fehler-/Störungsfall nicht für jede Situation gewährleistet werden. Die Ansteuerung des Pantographen und das sichere Trennen von der Oberleitung in jeder Betriebssituation stellt ein hohes Sicherheitserfordernis dar, was für das Erfüllen der Betriebssicherheit notwendig ist.From a functional point of view, it is very important that there is always defined contact between the bracket and the overhead line, otherwise arcs can occur that could damage the vehicle. This permanent “pressure” of the bracket on the overhead line is implemented by the pantograph control devices. If there are any malfunctions/errors, it is necessary to be able to disconnect the connection immediately. The known devices have the disadvantage that there is pneumatic redundancy in order to be able to retract the pantograph, but the control of the valves is carried out in a simple manner and the operating parameters of the device are not monitored in a redundant manner. This means that the necessary control of the valves and thus also the pantograph cannot be guaranteed for every situation in the event of an error/malfunction. The control of the pantograph and the safe separation from the overhead line in every operating situation represents a high safety requirement, which is necessary to fulfill operational safety.
Es besteht daher der Bedarf an einer Vorrichtung, die jedes Sicherheitserfordernis für den Betrieb des Pantographen erfüllt und somit eine Ansteuerung des Aktuators in jeder Situation gewährleistet. Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die im Stand der Technik bekannten Nachteile mit Bezug auf die Sicherheitserfordernisse, wenigstens teilweise zu überwinden.There is therefore a need for a device that meets every safety requirement for the operation of the pantograph and thus ensures control of the actuator in every situation. The present invention is therefore based on the object of at least partially overcoming the disadvantages known in the prior art with regard to safety requirements.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1, insbesondere durch eine Vorrichtung zur Steuerung einer mit einem Fluid ansteuerbaren Aktuatoreinheit gelöst, sowie durch die nebengeordneten beiliegenden Patentansprüche, insbesondere durch ein System zum Bewegen eines Pantographen.The object is achieved by the features of
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer mit einem Fluid ansteuerbaren Aktuatoreinheit. Die Vorrichtung umfasst ein erstes Steuerventil und ein in Reihe zu dem ersten Steuerventil angeordnetes zweites Steuerventil. Das erste Steuerventil und das zweite Steuerventil weisen jeweils einen Fluideingang und einen Fluidausgang auf. Ferner weist die Vorrichtung ein drittes Steuerventil und ein parallel zu dem dritten Steuerventil angeordnetes viertes Steuerventil auf. Sowohl das dritte Steuerventil als auch das vierte Steuerventil weisen einen Fluideingang und einen Fluidausgang auf. Das dritte Steuerventil und das vierte Steuerventil stehen über den Fluideingang fluidleitend mit dem Fluidausgang des zweiten Steuerventils und dem ansteuerbaren Aktuator in Verbindung. Zudem ist eine Fluidquelle vorgesehen, die fluidleitend mit dem Fluideingang des ersten Steuerventils in Verbindung steht. Die Vorrichtung umfasst zudem eine erste Sensoreinheit, die fluidleitend mit dem Fluideingang des dritten und vierten Steuerventils in Verbindung steht und dazu bestimmt ist, Betriebsparameter der Vorrichtung zu erfassen. Die Vorrichtung umfasst zusätzlich mindestens eine Recheneinheit, die dazu bestimmt ist, die erfassten Betriebsparameter zu empfangen und/oder Steuersignale zur Ansteuerung der Steuerventile bereitzustellen, um eine Aktuatoreinheit mit Fluid anzusteuern.According to a first aspect, the present invention relates to a device for controlling an actuator unit that can be controlled with a fluid. The device comprises a first control valve and a second control valve arranged in series with the first control valve. The first control valve and the second control valve each have a fluid inlet and a fluid outlet. Furthermore, the device has a third control valve and a fourth control valve arranged parallel to the third control valve. Both the third control valve and the fourth control valve have a fluid inlet and a fluid outlet. The third control valve and the fourth control valve are in fluid communication with the fluid outlet of the second control valve and the controllable actuator via the fluid inlet. In addition, a fluid source is provided which is fluidly connected to the fluid inlet of the first control valve. The device also comprises a first sensor unit, which is fluidly connected to the fluid inlet of the third and fourth control valves and is intended to detect operating parameters of the device. The device additionally comprises at least one computing unit which is intended to receive the recorded operating parameters and/or to provide control signals for activating the control valves in order to activate an actuator unit with fluid.
Die Erfinder hatten die Idee, über eine ansteuerbare Vorrichtung mit entsprechenden Steuerventilen eine Ansteuerung eines Aktuators zu erreichen, der die notwendigen Sicherheitserfordernisse erfüllt. Insbesondere wird durch die erfindungsgemäße Verschaltung der Steuerventile und die Ansteuerung über die Recheneinheit, ein sicheres Entlüften des Aktuators im Fehlerfall umgesetzt, so dass der Pantograph eingefahren und von der Oberleitung getrennt werden kann.The inventors had the idea of using a controllable device with appropriate control valves to control an actuator that meets the necessary safety requirements. In particular, the inventive interconnection of the control valves and the control via the computing unit ensure safe venting of the actuator in the event of a fault, so that the pantograph can be retracted and separated from the overhead line.
Durch die erfindungsgemäße Idee kann in vorteilhafter Weise sichergestellt werden, dass die Steuerventile auch im Fehler-/Störungsfall korrekt angesprochen und die Ansteuerung des Aktuators für ein Trennen des Pantographen von der Oberleitung gewährleistet ist.The idea according to the invention can advantageously ensure that the control valves are correctly addressed and the actuator is activated even in the event of an error/malfunction to ensure that the pantograph is separated from the overhead line.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Ablasseinheit. Eine Ablasseinheit kann in der Vorrichtung vorgesehen sein, um Fluid, insbesondere Druckluft an die Umgebung außerhalb der Vorrichtung abzugeben. Die Ablasseinheit kann als eine Öffnung zur Umgebung der Vorrichtung ausgebildet sein. In vorteilhafter Weise kann die Ablasseinheit als ein Schalldämpfer, bevorzugt als ein pneumatischer Schalldämpfer ausgebildet sein bzw. kann dieser auf der Ablasseinheit montiert sein. Über den Schalldämpfer können, die vom Luftstrom übertragen Geräusche reduziert werden, bzw. werden die Geräusche beim Ablassen der Druckluft aus der Vorrichtung reduziert. Es ist vorgesehen, dass die Vorrichtung fluidleitend mit dem Fluidausgang des dritten und vierten Steuerventils in Verbindung steht und dazu bestimmt ist, Fluid aus der Vorrichtung abzuführen.According to one embodiment, the device comprises a drain unit. A discharge unit can be provided in the device in order to release fluid, in particular compressed air, to the environment outside the device. The drain unit can be designed as an opening to the surroundings of the device. Advantageously, the discharge unit can be designed as a silencer, preferably as a pneumatic silencer, or can be mounted on the discharge unit. The noise transmitted by the air flow can be reduced via the silencer, or the noise is reduced when the compressed air is released from the device. It is envisaged that the device is in fluid communication with the fluid outlet of the third and fourth control valves and is intended to discharge fluid from the device.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung wenigstens eine weitere Ablasseinheit. Die weitere Ablasseinheit kann als eine Öffnung zur Umgebung der Vorrichtung ausgebildet sein. Ferner kann vorgesehen sein, die Ablasseinheit als einen weiteren Schalldämpfer auszubilden bzw. kann der Schalldämpfer auf der Ablasseinheit montiert sein. Über die weitere Ablasseinheit bzw. den wenigstens einen weiteren Schalldämpfer kann in redundanter Weise Fluid aus der Vorrichtung abgeführt werden.According to a further embodiment, the device comprises at least one further drain unit. The further drain unit can be designed as an opening to the surroundings of the device. Furthermore, it can be provided that the discharge unit is designed as a further silencer or the silencer can be mounted on the discharge unit. Fluid can be discharged from the device in a redundant manner via the further drain unit or the at least one further silencer.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Steuerventile als 2-Wege-Ventile mit einer mechanischen Rückstellung ausgeführt. Über die mechanische Rückstellung kann das Steuerventil in einen spezifischen Schaltzustand versetzt werden. Beispielsweise wird das Schaltventil in den Ruhezustand zurückgeführt. Bei Beaufschlagung der Steuerventile mit einem Steuersignal, vorzugsweise einem positiven Steuersignal, werden die Steuerventile in ihrer Schaltstellung umgeschaltet, bspw. fluidleitend geschaltet. Bei einem Wegfall des Steuersignals, werden die Steuerventile in Ihre ursprüngliche Schaltstellung durch die mechanische Rückstellung geschaltet. Die mechanische Rückstellung kann als eine mechanische Feder ausgeführt sein.According to a further embodiment, the control valves are designed as 2-way valves with a mechanical reset. The control valve can be put into a specific switching state via the mechanical reset. For example, the switching valve is returned to the idle state. When the control valves are acted upon by a control signal, preferably a positive control signal, the control valves are switched in their switching position, for example switched to conduct fluid. If the control signal is lost, the control valves are switched to their original switching position by the mechanical reset. The mechanical return can be designed as a mechanical spring.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind das erste und zweite Steuerventil im Ruhezustand in Sperrstellung geschaltet. In vorteilhafter Weise wird eine Beaufschlagung der Vorrichtung bzw. eine Ansteuerung des Aktuators mit Fluid bei Nichtbetätigung bzw. Nichtansteuerung der Steuerventile unterbunden. Diesbezüglich ist der Aktuator in eine vorgegebenen Position gefahren, vorzugsweise nicht mit Fluid beaufschlagt.According to a further embodiment, the first and second control valves are switched to the blocking position in the idle state. Advantageously, loading of the device or activation of the actuator with fluid is prevented when the control valves are not actuated or activated. In this regard, the actuator is moved to a predetermined position, preferably not exposed to fluid.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind das dritte und vierte Steuerventil im Ruhezustand in Durchlassstellung geschaltet. In vorteilhafter Weise sind die Steuerventile bei Nichtbetätigung bzw. Nichtansteuerung der Steuerventile derart geschaltet, so dass das Fluid in der Vorrichtung bzw. aus dem Aktuator über das dritte und vierte Steuerventil abgeführt wird. Beispielsweise kann das Fluid durch das dritte und vierte Steuerventil über die Ablasseinheit mit oder ohne Schalldämpfer an die Umgebung abgeführt werden.According to a further embodiment, the third and fourth control valves are switched to the open position in the idle state. Advantageously, when the control valves are not actuated or not activated, the control valves are switched in such a way that the fluid in the device or from the actuator is drained away via the third and fourth control valves. For example, the fluid can be discharged to the environment through the third and fourth control valves via the drain unit with or without a silencer.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine weitere Sensoreinheit. Die Sensoreinheit ist dazu bestimmt, die Betriebsparameter der Vorrichtung in redundanter Weise zu erfassen. In vorteilhafter Weise wird durch die weitere Sensoreinheit ein Ausfall der ersten Sensoreinheit und/oder das Bereitstellen fehlerbehaftetet Betriebsparameter durch die erste Sensoreinheit kompensiert. In einem Fehlerfall der ersten Sensoreinheit, kann somit die Recheneinheit, auf die von der weiteren Sensoreinheit bereitgestellten Betriebsparameter zurückgreifen und eine weitere Verwendung der Vorrichtung kann sichergestellt werden.According to a further embodiment, the device comprises a further sensor unit. The sensor unit is intended to record the operating parameters of the device in a redundant manner. Advantageously, the further sensor unit compensates for a failure of the first sensor unit and/or the provision of faulty operating parameters by the first sensor unit. In the event of a fault in the first sensor unit, the computing unit can therefore access the operating parameters provided by the further sensor unit and further use of the device can be ensured.
In einer weiteren Ausführungsform sind die erste Ablasseinheit und die zweite Ablasseinheit bzw. die vorgesehenen Schalldämpfer zueinander parallelgeschaltet. Somit kann gewährleistet werden, dass bei Beschädigung und/oder Störung weiter Fluid aus der Vorrichtung abgeführt werden kann. Ferner kann durch die Parallelschaltung Fluid in vermehrter Menge in gleicher Zeitspanne abgeführt werden.In a further embodiment, the first exhaust unit and the second exhaust unit or the silencers provided are connected in parallel to one another. This can ensure that fluid can continue to be drained from the device in the event of damage and/or malfunction. Furthermore, the parallel connection allows increased amounts of fluid to be removed in the same amount of time.
In einer weiteren Ausführungsform sind die erste und/oder die zweite Sensoreinheit als ein Drucksensor ausgebildet. Mittels dem Drucksensor kann der Fluiddruck innerhalb der Vorrichtung und/oder dem Aktuator erfasst werden. Insbesondere können Druckschwankungen innerhalb der Vorrichtung und/oder dem Aktuator erfasst werden. Über diese kann eine Ansteuerung der Steuerventile bewirkt werden, um die Druckschwankungen und/oder Ausgleichsbewegungen der Aktuatoreinheit zu kompensieren. Die Drucksensoren sind an den Druckleitungen in der Vorrichtung eingebracht und dem Druck des Fluids, vorzugsweise einem pneumatischen Druck ausgesetzt.In a further embodiment, the first and/or the second sensor unit are designed as a pressure sensor. The pressure sensor can be used to detect the fluid pressure within the device and/or the actuator. In particular, pressure fluctuations within the device and/or the actuator can be detected. This can be used to activate the control valves in order to compensate for the pressure fluctuations and/or compensating movements of the actuator unit. The pressure sensors are installed on the pressure lines in the device and are exposed to the pressure of the fluid, preferably a pneumatic pressure.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ferner eine weitere Recheneinheit. Die Recheneinheit und die weitere Recheneinheit sind in redundanter Weise zum Empfangen von Betriebsparametern und Bereitstellen von Steuersignalen ausgebildet. In vorteilhafter Weise ist die weitere Recheneinheit in gleichartiger Weise zur ersten Recheneinheit ausgebildet und kann deren Funktionalitäten bei einem Ausfall übernehmen. Somit kann ein weiterer Betrieb der Vorrichtung bei einem Fehlerfall der ersten Recheneinheit weiter gewährleistet werden. Ferner kann das Verfahren der Vorrichtung und des Aktuators in eine sichere und gefahrlose Stellung bei einem Fehlerfall der ersten Recheneinheit über die Redundanz gewährleistet werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Recheneinheit die Betriebsparameter von einer Sensoreinheit empfängt und Steuersignale für das erste und dritte Steuerventil bereitstellt und die weitere Recheneinheit Betriebsparameter von der weiteren Sensoreinheit empfängt und Steuersignale für das zweite und vierte Steuerventil bereitstellt. Somit kann die Entlüftung des Aktuators in einem Fehlerfall, unter anderem bei Ausfall und Störung einer der beiden Recheneinheiten gewährleistet werden. In a further embodiment, the device further comprises a further computing unit. The computing unit and the further computing unit are designed in a redundant manner to receive operating parameters and provide control signals. Advantageously, the further computing unit is designed in a similar manner to the first computing unit and can take over its functionalities in the event of a failure. Thus can Further operation of the device can be guaranteed in the event of an error in the first computing unit. Furthermore, the movement of the device and the actuator into a safe and hazard-free position can be ensured via redundancy in the event of a fault in the first computing unit. In particular, it can be provided that the computing unit receives the operating parameters from a sensor unit and provides control signals for the first and third control valves and the further computing unit receives operating parameters from the further sensor unit and provides control signals for the second and fourth control valves. This means that the actuator can be vented in the event of a fault, including failure or malfunction of one of the two computing units.
Darüber hinaus stellt das vorliegende System sicher, dass unter anderem bei Ausfall oder Störung einer der beiden Recheneinheiten die Belüftung des Aktuators unterbleibt.In addition, the present system ensures that, among other things, if one of the two computing units fails or malfunctions, the actuator is not ventilated.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Recheneinheit und die weitere Recheneinheit redundant ausgebildet. Insbesondere ist eine der Recheneinheiten als Mastereinheit ausgebildet und die weitere Recheneinheit als eine Slaveeinheit ausgebildet. Hierbei kann bspw. die Recheneinheit die Funktion der weiteren Recheneinheit abbilden. In einem fehlerfreien Betrieb arbeitet nur eine Recheneinheit. Die Funktion der aktiven Recheneinheit, vorzugsweise der Mastereinheit, wird bewertet und im Fehlerfall wird durch einen Umschalter auf die parallel vorhandene Funktion (Slaveeinheit) umgeschaltet. Durch das Verschalten der Recheneinheiten mit entsprechenden Kommunikations- und Steuerleitungen wird das Empfangen der Betriebsparameter und das Bereitstellen entsprechender Steuerparameter umgesetzt.In a further embodiment, the computing unit and the further computing unit are designed to be redundant. In particular, one of the computing units is designed as a master unit and the further computing unit is designed as a slave unit. Here, for example, the computing unit can map the function of the further computing unit. In error-free operation, only one computing unit works. The function of the active computing unit, preferably the master unit, is evaluated and, in the event of an error, a switch switches over to the parallel function (slave unit). By interconnecting the computing units with appropriate communication and control lines, the operating parameters are received and the corresponding control parameters are provided.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Recheneinheit und die weitere Recheneinheit mit wenigstens einer System-Sensoreinheit über eine Kommunikationsverbindung verbunden sind. Die System-Sensoreinheit ist dazu bestimmt, Betriebsparameter der Aktuatoreinheit und/oder eines Pantographen zu erfassen und der Vorrichtung, insbesondere der Recheneinheit und der weiteren Recheneinheit bereitzustellen. Die Vorrichtung bzw. die Recheneinheiten bewerten die Betriebsparameter und entsprechende Steuersignale für die Steuerventile werden bereitgestellt. Über ein entsprechendes Ansteuern der Steuerventile kann eine aktive Dämpfung des Aktuators und somit des Pantographen erreicht werden. Hierfür werden Steuersignale für wenigstens eines des ersten oder zweiten Steuerventils oder für wenigstens eines des dritten und vierten Steuerventils bereitgestellt. Durch die gezielte Ansteuerung der Steuerventile kann eine aktive Dämpfung (Endlagendämpfung) des Pantographen umgesetzt und eine Erhöhung der Lebensdauer des Pantographen durch Verschleißverringerung erreicht werden.In a further embodiment it is provided that the computing unit and the further computing unit are connected to at least one system sensor unit via a communication connection. The system sensor unit is intended to record operating parameters of the actuator unit and/or a pantograph and to provide them to the device, in particular to the computing unit and the further computing unit. The device or the computing units evaluate the operating parameters and corresponding control signals for the control valves are provided. By appropriately controlling the control valves, active damping of the actuator and thus the pantograph can be achieved. For this purpose, control signals are provided for at least one of the first or second control valves or for at least one of the third and fourth control valves. By specifically controlling the control valves, active damping (end position damping) of the pantograph can be implemented and the service life of the pantograph can be increased by reducing wear.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ein erstes Schaltventil und ein zweites Schaltventil. Das erste Schaltventil und das zweite Schaltventil weisen jeweils drei Schaltventilanschlüsse auf. Das erste Schaltventil und das zweite Schaltventil sind über den ersten und dritten Schaltventilanschluss jeweils parallel zum dritten und vierten Steuerventil geschaltet. Über das erste Schaltventil und zweite Schaltventil kann eine redundante Entlüftung des Aktuators erfolgen. In vorteilhafter Weise kann eine redundante Schnellentlüftung durch die weitere geschaltete Leitung zur Ablasseinheit erzeugt werden. Somit kann in vorteilhafter Weise der Druck in der Vorrichtung bzw. in dem Aktuator schneller abgebaut werden.In a further embodiment, the device comprises a first switching valve and a second switching valve. The first switching valve and the second switching valve each have three switching valve connections. The first switching valve and the second switching valve are each connected in parallel to the third and fourth control valves via the first and third switching valve connections. The actuator can be vented redundantly via the first switching valve and second switching valve. A redundant quick vent can advantageously be generated through the additional switched line to the drain unit. The pressure in the device or in the actuator can therefore advantageously be reduced more quickly.
In einer weiteren Ausführungsform ist das erste Schaltventil und das zweite Schaltventil als ein 3/2-Wege-Ventil ausgebildet. Es ist jeweils ein zweiter Schaltventilanschluss an dem ersten Schaltventil und zweiten Schaltventil vorgesehen, um eine fluidleitende Verbindung mit dem Aktuator bereitzustellen. Über den zweiten Schaltventilanschluss kann der Aktuator mit Fluid beaufschlagt werden bzw. wird der Aktuator über dieses Schaltventilanschluss entlüftet. Entsprechend der Beaufschlagung des ersten Schaltventilanschlusses mit Fluid, erfolgt ein Schalten des Schaltventils in die Schaltstellung zum Belüften oder Entlüften des Aktuators.In a further embodiment, the first switching valve and the second switching valve are designed as a 3/2-way valve. A second switching valve connection is provided on the first switching valve and second switching valve in order to provide a fluid-conducting connection to the actuator. The actuator can be supplied with fluid via the second switching valve connection or the actuator is vented via this switching valve connection. According to the application of fluid to the first switching valve connection, the switching valve is switched into the switching position for ventilating or venting the actuator.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ein fünftes Steuerventil. Das fünfte Steuerventil weist einen Fluideingang und einen Fluidausgang auf. Der Fluideingang ist mit dem dritten Schaltventilanschluss und der Fluidausgang ist mit der Ablasseinheit bzw. dem Schalldämpfer fluidleitend verbunden. Das fünfte Steuerventil kann als ein pneumatisch vorgesteuertes Ventil ausgebildet sein. Über das fünfte Steuerventil kann in vorteilhafter Weise eine schnelle Entlüftung erzielt werden.In a further embodiment, the device comprises a fifth control valve. The fifth control valve has a fluid inlet and a fluid outlet. The fluid inlet is connected in a fluid-conducting manner to the third switching valve connection and the fluid outlet is connected to the drain unit or the silencer. The fifth control valve can be designed as a pneumatically pilot-controlled valve. Quick ventilation can advantageously be achieved via the fifth control valve.
In einer weiteren Ausführungsform ist als eine Fluidquelle eine Druckluftquelle vorgesehen. Die Vorrichtung ist dazu ausgelegt, in einem pneumatischen System mit Druckluft aus einer Druckluftquelle beaufschlagt, eingesetzt zu werden. Über die Vorrichtung wird die Druckluft an einen pneumatischen Aktuator bereitgestellt bzw. wird der Aktuator über die Vorrichtung belüftet und entlüftet.In a further embodiment, a compressed air source is provided as a fluid source. The device is designed to be used in a pneumatic system with compressed air from a compressed air source. The compressed air is provided to a pneumatic actuator via the device or the actuator is ventilated and vented via the device.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein System zum Bewegen eines Pantographen. Das System umfasst die erfindungsgemäße Erfindung. Ferner umfasst das System wenigstens eine Aktuatoreinheit. Die Aktuatoreinheit wird über die Vorrichtung angesteuert. Insbesondere wird die Aktuatoreinheit über die Vorrichtung mit Luft belüftet bzw. entlüftet. Die Aktuatoreinheit ist zum Bewegen eines Pantographen bestimmt.According to a further aspect, the invention relates to a system for moving a pantograph. The system includes the invention according to the invention. Furthermore, the system includes at least one actuator unit. The actuator unit is controlled via the device. In particular, the Actuator unit ventilated or vented with air via the device. The actuator unit is designed to move a pantograph.
In einer Ausführungsform des Systems ist die Aktuatoreinheit als eine pneumatische Aktuatoreinheit ausgebildet.In one embodiment of the system, the actuator unit is designed as a pneumatic actuator unit.
In einer weiteren Ausführungsform des Systems, umfasst das System eine System-Sensoreinheit. Die System-Sensoreinheit ist dazu bestimmt, Betriebsparameter der Aktuatoreinheit und/oder des Pantographen zu erfassen. Die erfassten Betriebsparameter der Aktuatoreinheit und/oder des Pantographen können der Vorrichtung bereitgestellt werden. Über die Betriebsparameter kann ein Verschleiß der Aktuatoreinheit und/oder des Pantographen ermittelt werden.In a further embodiment of the system, the system comprises a system sensor unit. The system sensor unit is intended to record operating parameters of the actuator unit and/or the pantograph. The recorded operating parameters of the actuator unit and/or the pantograph can be provided to the device. Wear on the actuator unit and/or the pantograph can be determined via the operating parameters.
In einer weiteren Ausführungsform des Systems, erfasst die System-Sensoreinheit eine Kraft, einen Weg, eine Geschwindigkeit und/oder einen Winkel als Betriebsparameter der Aktuatoreinheit und/oder des Pantographen. Die System-Sensoreinheit kann entsprechend als ein Kraftmesser, ein Wegmesser, Geschwindigkeitsmesser oder Winkelmesser und/oder als eine Kombination ausgebildet sein. Aus den bereitgestellten Betriebsparametern kann ein Verschleiß ermittelt werden.In a further embodiment of the system, the system sensor unit detects a force, a path, a speed and/or an angle as operating parameters of the actuator unit and/or the pantograph. The system sensor unit can be designed accordingly as a dynamometer, an odometer, speedometer or protractor and/or as a combination. Wear can be determined from the operating parameters provided.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserung oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen. Insbesondere können Merkmale der Systemansprüche durch entsprechende Komponenten der Vorrichtung umgesetzt und/oder ausgeführt werden, wonach diese deren Funktionalität ergänzen bzw. erweitern. Somit wird der Fachmann auch Aspekte der Vorrichtung für das System heranziehen.The above configurations and further developments can be combined with one another in any way, if it makes sense. Further possible refinements, further developments and implementations of the invention also include combinations of features of the invention described previously or below with regard to the exemplary embodiments that are not explicitly mentioned. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the present invention. In particular, features of the system claims can be implemented and/or carried out by corresponding components of the device, after which they supplement or expand their functionality. The person skilled in the art will therefore also use aspects of the device for the system.
Kurze Beschreibung der FigurenShort description of the characters
In der folgenden detaillierten Figurenbeschreibung werden nicht einschränkend zu verstehende Ausführungsbeispiele mit deren Merkmalen und weiteren Vorteilen anhand der Zeichnung besprochen. In dieser zeigen:
-
1 : eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform; -
2 : eine weitere schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform; -
3 : eine weitere schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform; und -
4 : eine weitere schematische Darstellung eines Systems gemäß einer Ausführungsform.
-
1 : a schematic representation of a device according to an embodiment; -
2 : a further schematic representation of a device according to an embodiment; -
3 : a further schematic representation of a device according to an embodiment; and -
4 : another schematic representation of a system according to an embodiment.
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.The accompanying drawings are intended to provide further understanding of embodiments of the invention. They illustrate embodiments and, in connection with the description, serve to explain principles and concepts of the invention. Other embodiments and many of the advantages mentioned arise with regard to the drawings. The elements of the drawings are not necessarily shown to scale to one another.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche, und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts anderes ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.In the figures of the drawing, identical, functionally identical and identically acting elements, features and components - unless otherwise stated - are each provided with the same reference numerals.
Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention
Die Vorrichtung 10 umfasst ein erstes Steuerventil 11. Der erste Steuerventil 11 ist in Reihe zu einem zweiten Steuerventil 12 geschaltet. Das erste Steuerventil 11 und das zweite Steuerventil 12 weisen jeweils einen Fluideingang 11_1, 12_1 und einen Fluidausgang 12_1, 12_2 auf. Das erste Steuerventil 11 ist über den Fluideingang 11_1 über eine Fluidleitung mit der Fluidquelle 50 fluidleitend verbunden. Das erste Fluidventil 11 ist über eine Fluidleitung an dem Fluidausgang 11_2 mit dem Fluideingang 12_1 des zweiten Steuerventils 12 fluidleitend verbunden. Das erste Steuerventil 11 und das zweite Steuerventil 12 sind als 2-Wege-Ventile mit einer mechanischen Rückstellung ausgebildet. Durch die mechanische Rückstellung werden das erste und zweite Steuerventil 11, 12 bei nicht aktiver Ansteuerung in den Ruheschaltzustand geschaltet. Das erste und zweite Steuerventil 11, 12 können über eine Recheneinheit und/oder entsprechende Schaltlogik mit dazwischengeschalteter Leistungselektronik angesteuert werden. Es ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass das erste und zweite Steuerventil 11, 12 im Ruheschaltzustand in Sperrstellung geschalt sind und somit einen Fluidfluss sperren. Über das erste und zweite Steuerventil 11, 12 erfolgt eine redundante Belüftung einer Aktuatoreinheit 40 bei geöffnetem Zustand beider Steuerventile 11, 12 im Sinne einer pneumatischen UND-Verknüpfung.The
Die Vorrichtung 10 umfasst ferner ein drittes Steuerventil 13 und parallel zu dem dritten Steuerventil 13 angeordnetes viertes Steuerventil. Das dritte Steuerventil 13 und das vierte Steuerventil 14 weisen jeweils einen Fluideingang 13_1, 14_1 und einen Fluidausgang 13_2, 14_2 auf. Die Fluideingänge 13_1, 14_1 des dritten und vierten Steuerventils 13, 14 sind über eine Fluidleitung mit dem Fluidausgang 12_2 des zweiten Steuerventils 12 fluidleitend verbunden. Das dritte Steuerventil 13 und das vierte Steuerventil 14 sind als 2-Wege-Ventile mit einer mechanischen Rückstellung ausgebildet. Durch die mechanische Rückstellung werden das dritte und vierte Steuerventil 13, 14 bei nicht aktiver Ansteuerung in den Ruheschaltzustand geschaltet. Das dritte und vierte Steuerventil 13, 14 können über eine Recheneinheit und/oder entsprechende Schaltlogik mit dazwischengeschalteter Leistungselektronik angesteuert werden. Es ist gemäß einer Ausführungsform vorgesehen, dass das dritte und vierte Steuerventil 13, 14 im Ruheschaltzustand in Durchlassstellung geschalt sind und somit einen Fluidfluss ermöglichen. Über das dritte und vierte Steuerventil 13, 14 kann eine redundante Entlüftung einer Aktuatoreinheit 40 erfolgenThe
Die Fluidausgänge 13_2, 14_2 des dritten und vierten Steuerventils sind mit einer Ablasseinheit 16 fluidleitend verbunden. Die Ablasseinheit 16 kann als eine Öffnung des Fluidsystems zur Umgebung der Vorrichtung 10 ausgebildet sein. Über die Ablasseinheit 16 und bei nichtgeschalteten Steuerventilen 13, 14 kann die Aktuatoreinheit 40 entlüftet werden. Das Entlüften umfasst ein Entweichen der Druckluft aus dem Aktuator über die Steuerventile 13, 14 an die Umgebung.The fluid outlets 13_2, 14_2 of the third and fourth control valves are fluidly connected to a
Die Vorrichtung weist zudem eine erste Sensoreinheit 15_1 auf. Die erste Sensoreinheit 15_1 ist über eine Fluidleitung mit dem Fluideingang 13_1, 14_1 des dritten und vierten Steuerventils 13, 14 fluidleitend verbunden. Die erste Sensoreinheit 15_1 ist dazu bestimmt, Betriebsparameter der Vorrichtung 10 zu erfassen. Die Sensoreinheit 15_1 kann einen Drucksensor umfassen. Der Drucksensor kann als Betriebsparameter der Vorrichtung den Fluiddruck und somit den Luftdruck in der Vorrichtung und von der Aktuatoreinheit 40 kommend, bestimmen. Die Sensoreinheit 15_1 kann ein analoges Signal bereitstellen, welches proportional zum gemessenen Druck in der Vorrichtung ist. Das analoge Signal kann über eine Elektronik, bspw. einem Analog-Digital-Wandler in ein digitales Signal zur weiteren Auswertung/Verarbeitung gewandelt werden. Als Drucksensoren können im Stand der Technik bekannten Sensortypen aus der Gruppe umfassend Absolutdrucksensoren, Differenzdrucksensoren und Relativdrucksensoren verwendet werden.The device also has a first sensor unit 15_1. The first sensor unit 15_1 is fluidly connected via a fluid line to the fluid inlet 13_1, 14_1 of the third and
Die Vorrichtung weist ferner mindestens eine Recheneinheit 20 auf. Die Recheneinheit 20 ist bestimmt, die von der ersten Sensoreinheit 15_1 erfassten Betriebsparameter zu empfangen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist unter einer Recheneinheit eine Einheit zu verstehen, die eine CPU, Speicher und entsprechende Mittel zur Kommunikation mit anderen Komponenten oder einem Nutzer aufweist, um ein Programm zu empfangen, zu speichern und zu berechnen und entsprechende Signale zur Ansteuerung der Steuerventile basierend auf dem ausgeführten Programm bereitzustellen. Die Recheneinheit kann bspw. als ein Computer, Mikrocontroller, FPGA, Raspberry Pi, SPS, usw. zentral oder dezentral bereitgestellt werden. Es kann vorgesehen sein, dass die Recheneinheit 20 in der Vorrichtung vorgesehen ist, was eine kompakte Bauweise der Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Systems (vgl.
Ferner ist die Recheneinheit 20 dazu bestimmt, Steuersignale zur Ansteuerung der Steuerventile 11, 12, 13, 14 bereitzustellen, um somit die Aktuatoreinheit 40 mit Druckluft zu belüften oder zu entlüften. Hierzu weist die Recheneinheit eine entsprechende Kommunikationsschnittstelle zum Verbinden mit Kommunikationsleitungen auf, um die Steuersignale über separate Kommunikationsleitungen an die Steuerventile zu übertragen.Furthermore, the
In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die von der Recheneinheit 20 bereitgestellten Steuersignale über eine Leistungselektronik (bspw. MOSFET) an die Steuerventile 11, 12, 13, 14 bereitgestellt wird.In one embodiment, it can be provided that the control signals provided by the
Mittels der in der
Die Vorrichtung 10 gemäß der
Gemäß der Ausführungsform der
Ferner ist vorgesehen, in der Ausführungsform der Vorrichtung 10 gemäß der
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass durch die mindestens eine Recheneinheit 20 die Betriebsparameter von der Sensoreinheit 15_1 empfangen und ausgewertet werden. Ferner werden durch die Recheneinheit 20 die Steuersignale zur Ansteuerung des zweiten Steuerventils 12 und des dritten Steuerventils 13 auf Basis der erfassten Betriebsparameter der ersten Sensoreinheit 15_1 bereitgestellt.In one embodiment it is provided that the operating parameters are received and evaluated by the sensor unit 15_1 by the at least one
Zudem ist vorgesehen, dass die weitere Recheneinheit 30 die Betriebsparameter von der zweiten Sensoreinheit 15_2 empfängt und auf deren Basis Steuersignale zum Ansteuern des ersten Steuerventils 11 und des vierten Steuerventils 14 bereitstellt. In vorteilhafter Weise sind sowohl die Erfassung der Betriebsparameter als auch die Ansteuerung eines Belüftungsventils (Steuerventil 11, 12) und eines Entlüftungsventils (Steuerventil 13, 14) redundant ausgelegt und der Ausfall einer der Komponenten führt nicht zu einer vollständigen Betriebsstörung. Die Sicherheitsanforderungen an ein Pantographensteuerung werden somit erfüllt.It is also provided that the
Mittels der zuvor beschriebenen Ausführungsform kann durch eine der Recheneinheiten 20, 30 über das Pulsen der Steuerventile die Druckregelung realisiert werden. Die verbleibende Recheneinheit der beiden Recheneinheiten 20, 30 übernimmt die Steuerung für das sichere An- und Abschalten der Aktuatoreinheit 40.Using the previously described embodiment, pressure control can be implemented by one of the
In einer alternative Ausführungsform ist vorgesehen, dass das System aus zwei funktionsgleichen Recheneinheiten 20, 30 besteht und jeweils eine der beiden Recheneinheiten 20, 30 als eine Mastereinheit bestimmt ist und die weitere Recheneinheit als eine Slaveeinheit ausgebildet ist. Die Mastereinheit übernimmt hierbei die Hauptsteuerung. Abwechselnd ist jeweils nur eine Recheneinheit 20, 30 zu einem Zeitpunkt aktiv. Es kann vorgesehen sein, dass die Recheneinheit 20 als Master tätig ist und arbeitet. Die Recheneinheit 30 als Slave befindet sich in einem Modus „Bereit“ und wartet auf ein entsprechendes Signal. Der Master gibt das Signal an den Slave. Der Slave beginnt zu arbeiten. Während der Slave arbeitet, befindet sich der Master im Modus „bereit“. Der Wechsel zwischen Master und Slave kann auf Basis einer Evaluierung der bereitgestellten Steuersignale erfolgen. Gibt es Abweichungen zwischen den von den Recheneinheiten 20, 30 bereitgestellten Steuersignalen, kann eine Umschaltung erfolgen. In dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass beide Recheneinheiten 20, 30 untereinander kommunizieren und alle Betriebsparameter zur Auswertung erhalten.In an alternative embodiment it is provided that the system consists of two functionally
In einer alternativen Ausführungsform kann eine Redundanz vorgesehen werden, dass jede der Recheneinheiten 20, 30 die von den Sensoreinheiten 15_1, 15_2 bereitgestellten Betriebsparameter empfängt und auswertet und für jedes Steuerventil 11, 12, 13, 14 Steuersignale bereitstellt. Die Steuersignale werden diesbezüglich über eine Logikverschaltung (Und-Gatter) zusammengeführt.In an alternative embodiment, redundancy can be provided so that each of the
Ferner ist in der Ausführungsform der
Ferner ist in der Ausführungsform der
Die vorteilhafte Ausführungsform der
Die System-Sensoreinheit 60 ist dazu bestimmt, Betriebsparameter der Aktuatoreinheit 40 und/oder des Pantographen 70 zu erfassen und der Vorrichtung 10 bereitzustellen. Die Vorrichtung 10 bzw. die Recheneinheiten 20, 30 bewerten die Betriebsparameter und entsprechende Steuersignale für die Steuerventile, insbesondere das Steuerventil 19 werden bereitgestellt. Über das Steuerventil 19 kann eine Feinentlüftung bereitgestellt werden, um eine aktive Dämpfung des Aktuators 40 zu realisieren. Somit kann die Lebensdauer des Pantographen 70 durch Verschleißverringerung erreicht werden. Die System-Sensoreinheit 60 kann eine Kraft, einen Weg, eine Geschwindigkeit und/oder einen Winkel als Betriebsparameter der Aktuatoreinheit 40 und/oder des Pantographen 70 erfassen. Die System-Sensoreinheit 60 kann im Stand der Technik bekannte Sensoren umfassen.The
BezugszeichenReference symbols
- 1010
- Vorrichtungcontraption
- 1111
- erstes Steuerventilfirst control valve
- 1212
- zweites Steuerventilsecond control valve
- 1313
- drittes Steuerventilthird control valve
- 1414
- viertes Steuerventilfourth control valve
- 15_115_1
- erste Sensoreinheitfirst sensor unit
- 15_215_2
- zweite Sensoreinheitsecond sensor unit
- 1616
- AblasseinheitDrain unit
- 16_116_1
- erster Schalldämpferfirst silencer
- 16_216_2
- zweiter Schalldämpfersecond silencer
- 1717
- erstes Schaltventilfirst switching valve
- 1818
- zweites Schaltventilsecond switching valve
- 1919
- fünftes Steuerventilfifth control valve
- 2020
- RecheneinheitComputing unit
- 3030
- zweite Recheneinheitsecond computing unit
- 4040
- AktuatoreinheitActuator unit
- 5050
- FluidquelleFluid source
- 6060
- System-SensoreinheitSystem sensor unit
- 7070
- Pantographpantograph
Claims (19)
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Legal Events
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