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Fernsteuereinrichtung Es sind zahlreiche Femsteuereinrichtungen auf
drahtlosem Wege bekannt, die einen in der Amplitude oder Frequenz durch eine gewisse
Anzahl von Niederfrequenzen modulierten Hochfrequenzträger verwenden, wobei jede
der Niederfrequenzen einem Arbeitsgang der fernzusteuernden Maschine entspricht.
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Diese Einrichtungen sind im allgemeinen als selbständiger Sender
mit eigenem Netzgerät und einer Sendeantenne zur Fortleitung der hochfrequenten
Wellen tiber den Luftraum ausgebildet. Andererseits sind auch die Schwierigkeiten
bekannt, die auftreten, um auf drahtlosem Wege in den Bergwerksstollen miteinander
Verbindungen herzustellen.
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Die Vorteile, die bei Verwendung eines isolierten Kabelträgers als
Fortleitungsweg erhalten werden, wobei die Kopplung zwischen dem Sender oder Empfänger
und dem Kabel durch die Kapazität erfolgt, die zwischen der Antenne und dem in geringem
Abstand davon befindlichen Kabel auftreten, sind bekannt.
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Die Erfindung betrifft eine insbesondere für die Fernsteuerung von
Bergwerksmaschinen geeignete Fernsteuereinrichtung, die für schlagwettergefährdete
Anlagen betriebssicher sein soll. Die Einrichtung gemäß der Erfindung weist die
bekannten Vorteile der kapazitiven Kopplung zwischen einer Antenne und einem isolierten
Leiter auf, welche die Wellenträger bilden, von denen oben bereits die Rede war.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß auf drahtlosem
Wege die Fernsteuerung z. B. von Kohleabbaumaschinen auf eine Entfernung sichergestellt
ist die hinreichend groß ist, um jede direkte oder indirekte Gefahr für die Bedienungsperson
zu vermeiden und um zu verhindern, daß eine nichtbefugte Person sich des Fernsteuersignalsenders
bedienen könnte.
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Die Fernsteuereinrichtung gemäß der Erfindung ist gebildet durch
einen tragbaren Hochfrequenzsender geringer Leistung, dessen Trägerfrequenz durch
eine gewisse Anzahl von Frequenzen amplitudenmoduliert ist, von denen jede einem
Arbeitsgang der ferngesteuerten Maschine entspricht; ein Stromversorgungsgerät für
den Sender und Mittel zur Übertragung der durch den Sender ausgesandten Signale
durch kapazitive Kopplung an einen isolierten Leiter.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher beschrieben;
in der Zeichnung zeigt
Fig. 1 die Art und Weise, wie eine Bedienungsperson den gesamten
Fernsteuersender benutzen kann, Fig. 2 ein elektrisches Blockschaltbild eines Senders.
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Es wird angenommen, daß die Einrichtung gemäß der Erfindung bei einer
Schrämmaschine oder einer anderen Kohleabbaumaschine verwendet wird, die über die
eigentlichen Sicherheitsvorschriften für alle Maschinen hinaus, die unter schwierigen
Bedingungen arbeiten, eine große und lästige Menge von Kohlenstaub mit sich bringt.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung hat das Ziel, der Bedienungsperson
die Fernsteuerung einer derartigen Maschine zu ermöglichen, die in Sichtweite in
einer solchen Entfernung, beispielsweise in der Größenordnung von einigen Metern,
steht, daß jede direkte oder indirekte Gefahr vermieden ist.
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Im besonderen umfaßt die gesamte Einrichtung gemäß der Erfindung
die folgenden Teile: 1. einen tragbaren, mit dem allgemeinen Bezugszeichen 1 bezeichneten
Hochfrequenzsender geringer Leistung, dessen Trägerwelle, wie im einzelnen weiter
unten ausgeführt, durch eine gewisse Anzahl von Frequenzen amplitudenmoduliert ist,
von denen jede einem Arbeitsgang der ferngesteuerten Maschine entspricht. Für eine
Schrämmaschine können diese Arbeitsgänge beispielsweise sein: Vorwärts- und Rückwärtslauf
mit verringerter Geschwindigkeit, Vorwärts- und Rückwärtslauf mit größter Geschwindigkeit
usw.
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Zu diesem Zweck verfügt die Bedienungsperson über eine Tastatur von
Steuerknöpfen, die im
Ausführungsbeispiel mit 2, 2B, 2c und 2D bezeichnet
sind, von denen jeder einem bestimmten Arbeitsgang der Maschine entspricht. Eine
Befestigungseinrichtung, wie z. B. Tragriemen 3, ermöglicht die Anbringung des Senders
auf der Brust der Bedienungsperson; 2. eine Stromquelle, die durch ein Stromversorgungsgerät
4 der Helmlampe 5 gebildet ist, die die Bergleute tragen; 3. eine Hochfrequenzkoppeleinrichtung,
die mittels kapazitiver Ankopplung an einen isolierten Leiter 6 die Obertragung
der durch den Sender 1 ausgesandten Signale in das Innere eines unterirdischen Stollens
sicherstellt, wobei die Rückverbindung zur Erde durch den Körper der Bedienungsperson
erfolgt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Koppeleinrichtung durch
den Helm 7 der Bedienungsperson gebildet, wie im einzelnen weiter unten beschrieben
ist; 4. eine elektrische Verbindung, die einerseits aus einem nicht entfernbaren
Kabel zwischen dem Stromversorgungsgerät 4 und der Helmlampe 5 und andererseits
aus einem mit einem abziehbaren Stecker 10 versehenen Kabel 9 besteht, durch das
das Stromversorgungsgerät und der Senderl miteinander verbunden werden können.
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Unter Bezugnahme auf die F i g. 2 wird ein Schaltbild des gesamten
Fernsteuersenders beschrieben. Damit nicht die Beschreibung durch das Auizählen
von unwesentlichen Einzelheiten unübersichtlich wird, werden die üblichen Elemente
eines Senders nicht beschieben, sondern nur die wesentlichen Merkmale, die eine
Anpassung des Senders an die gesamte Fernsteuereinrichtung gemäß der Erfindung ermöglichen.
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Der Sender 1 besitzt als wesentlichen Teil einen Hochfrequenzsteueroszillator,
der einen Transistor T4 aufweist, der über einen Übertrager Tr2 eine symmetnsche
Ausgangsstufe mit zwei Transistoren Tß und Es und einen Übertrager Tr, ansteuert.
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Der Steueroszillator wird durch einen Niederfrequenzoszillator amplitudenmoduliert,
der aus einem Transistor T, und einem nachfolgenden Modulationsverstärker mit zwei
Transistoren T2 und T3 zusammengesetzt ist. Die Niederfrequenz wird durch das Anschließen
von Kapazitäten Cj, C2, Cm und C4 mittels der Steuerknöpfe 2A, 2B, 2c und 2D an
die Primärwicklung eines Übertragers Trt bestimmt, dessen Sekundärwicklung an den
zweistufigen Verstärker (T2 und T>) angeschlossen ist. Im übrigen sei bemerkt,
daß die Anzahl der möglichen Frequenzen praktisch nur durch die Notwendigkeit, genau
zu filtern, begrenzt ist, da es ja in der Tat genügt, wenn die Snmme der Werte der
an die Primärwicklung des Ubertragers Trl parallel angeschlossenen Kapazitäten kleiner
ist als der Maximalwert der zulässigen Kapazität Gemäß einem Merkmal der Erfindung
wird eine Zusatzfrequenz in Dauerton zur Sicherheit auf Grund einer Kapazität C5
ausgesendet, die parallel an die Primärwicklung des übertragers TrX ohne Zwischenschaltung
eines Steuerknopfes angeschlossen ist. Falls die ausgesandten Frequenzen und im
besonderen die durch den Kreis T1-C5 in Dauerton ausgesandte Frequenz im Hörbereich
liegen, kann die Bedienungsperson selbst vor dem Abstieg mittels eines geeigneten
Empfängers die einwandfreie Betriebsweise des Gerätes überprüfen.
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Das Gehäuse des Senders 1 umfaßt weder die Antenne noch die Speisequelle,
so daß eine Person, die nicht zum Steuern der Maschine befugt ist und folglich auch
nicht das Stromversorgungsgerät und die Helmantenne von der besonderen, oben allgemein
beschriebenen Ausführungsform besitzt, nichts mit dem oben beschriebenen Sender
anfangen kann.
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Dies hat den Vorteil einer besonders großen Sicherheit und ist besonders
wirksam zur Steuerung von Maschinen in Bergwerken oder anderen Orten, an welchen
die Sicherheitsvorschriften streng sind.
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Für diesen Zweck hat die Stufe mit symmetrischem Ausgang aus zwei
Transistoren T5 und Je und einem Übertrager Tr3 eine niedrige Impedanz, und die
Anpassung erfolgt, wie aus dem Späteren hervorgeht, an den Antennenhelm 7.
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Über die vorerwähnten Vorteile hinaus vermeidet diese Sendeweise
die bei der Fernsteuerung auftretenden Störungen, die beispielsweise durch die in
unmittelbarer Nähe des Kabels 9 befindliche Hand der Bedienungsperson herrühren
könnten.
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Das Stromversorgungsgerät hat, wie weiter oben kurz ausgeführt, einen
Ausgang 4A, der über das nicht entfernbare Kabel 8 zum Kopf der Helmlampe 5 hinführt,
und einen Ausgang*, der über das Kabel 9 zu dem abziehbaren Stecker 10 hinführt,
der am Gehäuse des Senders 1 vorgesehen ist. Jedes der Kabel 8 und 9 weist jeweils
drei mit 8A, 8ß, 8c und mit 9A> 9B 9C bezeichnete Adern auf, während der Stecker
10 drei mit 10A, 10B, 10C bezeichnete Stekker- und Buchsenelemente umfaßt. Die Anschlüsse
10A und 10c des abziehbaren Steckers 10 ermöglichen den Anschluß an den positiven
und negativen Pol der Batterie 11 über eine zwischengeschaltete Begrenzereinrichtung,
die durch einen Transistor T7 und drei Widerstände Rt, R2 und R3 gebildet ist, wodurch
der im Kurzschlußfall fließende Strom auf etwa 100 mA begrenzt wird. Eine Diode
12 ermöglicht die Wiederaufladung der Batterie von den beiden Anschlüssen 10A und
10C des Steckers 10 ab. Die Adern 8A und 8c des Kabels 8 ermöglichen die Speisung
der Birne 13 der Helmlampe 5. Schließlich kann über die dritten Adern 9B und 8B
der Kabel 9 und 8 die Übertragung des Hochfrequenzsignals zwischen dem Ausgang des
Senders und dem Abstimmungskreis der Helmlampe durchgeführt werden. Diese Schaltung
ist ein aus einer Induktivität 14 und einer Kapazität 15 gebildeter LC-Schwingkreis.
Die Kapazität ist einerseits an den Haltehaken 17 an der Kopfseite der Lampe 5 und
andererseits an die Rückleitschiene 18 am gleichen Lampenkopf über eine zweite Kapazität
19 angeschlossen.
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Der Haltehaken 17 ist mit einem metallischen Helm oder vorzugsweise,
wie in Fig. 2 schematisch aufgezeigt, mit der metallisierten Oberfläche 7A des Helmes
7 leitend verbunden, während die Leitschiene 18 des Lampenkopfes mit einem metallischen,
biegsamen und klebenden Element 20 verbunden ist, das in Berührung mit der Stirn
der den Helm tragenden Bedienungsperson gelangt und durch das isolierende Futter
21 des Helmes 7 gehalten ist.
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Auf Grund dieser Anordnung ergibt sich eine kapazitive Ankopplung
des Senders an den isolierten Leiter 6, wobei die Rückleitung über die Erde über
den Körper der Bedienungsperson erfolgt. Andererseits hat der Helm eine derartig
allgemeine Form, daß er, vom isolierten Leiter aus gesehen, unabhängig von seiner
Lage eine Fläche von ziemlich konstanter
Größe darstellt, die eine
hinreichend große kapazitive Verkopplung mit dem isolierten Leiter sicherstellt.
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Auf diese Weise braucht die Bedienungsperson während der Arbeit weder
auf ihre Körperhaltung noch auf ihre Lage in bezug auf den isolierten Koppelleiter
zu achten, besonders, wenn dieser Leiter eine höhere Lage einnimmt.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung hat zahlreiche Vorteile.
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Der im Betrieb befindliche Sender sendet mittels der ständig parallel
an die Anschlußklemmen der Primärseite des Übertragers Tr1 angeschlossenen Kapazität
C5 ein moduliertes Hochfrequenzsignal aus, das beim Ankommen an den Empfänger mit
einem hinreichenden Pegel ein Sicherheitsrelais auslöst; die verschiedenen Arbeitsgänge
der Maschine werden dann ausgelöst, wobei eine Leuchtscheibe vorgesehen ist, um
das Ansprechen des Relais anzuzeigen. Wenn jedoch der Sender 1 ausfällt, der Kabelträger
beschädigt ist oder auf der Erde liegt, oder wenn der Empfänger ausgefallen ist
oder der Empfangspegel auf Grund einer zu großen Entfernung der Bedienungsperson
vom Kabelträger 6 zu gering ist, wird das Relais nicht erregt, und die verschiedenen
Arbeitsgänge werden nicht ausgelöst.
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Andererseits weist der Sender 1 weder Antenne noch Speisequelle auf,
so daß eine Person, die nicht zum Steuern der Maschine befugt ist und folglich auch
nicht das Stromversorgungsgerät und die Helmantenne von der besonderen, oben allgemein
beschriebenen Ausführungsform besitzt, nichts mit dem oben beschriebenen Sender
anfangen kann.
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Im übrigen sei bemerkt, daß die Anzahl der möglichen Frequenzen praktisch
nur durch die Notwendigkeit, genau zu filtern, begrenzt ist, da es ja in der Tat
genügt, wenn die Summe der Werte der an die Primärseite des Übertragers Trt parallel
angeschalteten Kapazitätten kleiner ist als der Maximalwert der zulässigen Kapazität.
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Die Tatsache, daß der Sender ein moduliertes Hochfrequenzsignal an
eine niedrige Impedanz abgibt, wobei die Anpassung mittels der Schaltung 14-15 geschieht,
ermöglicht die Vermeidung von Sendestörungen, die sonst beispielsweise durch die
in der Nähe des Kabels 9 befindliche Hand der Bedienungsperson erzeugt werden würden.