DE19601917A1 - Anordnung zur Stromversorgung elektrischer Geräte mittels pneumatischer Energie - Google Patents
Anordnung zur Stromversorgung elektrischer Geräte mittels pneumatischer EnergieInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Stromversorgung elektrischer Geräte mittels
pneumatischer Energie gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
In der Prozeßautomatisierung werden zur Ansteuerung pneumatischer Ventile
sogenannte l/p-Umformer oder elektropneumatische Stellungsregler eingesetzt. In
zunehmendem Maße werden derartige Einrichtungen mit elektronischen Bauteilen zur
intelligenten Kommunikation über einen Feldbus bzw. mit regelungstechnischen Mitteln
ausgestattet.
Insbesondere in explosionsgefährdeten Anlagen, in denen elektrische Einrichtungen
gemäß der "Verordnung über elektrische Anlagen in explosionsgefährdeten Räumen -
ElexV" ausschließlich in der Schutzart Eigensicherheit zugelassen sind, werden in
derartigen Einrichtungen Leistungen benötigt die über einen einzigen eigensicheren
Stromkreis nicht mehr übertragbar sind. Es ist jedoch wünschenswert, zu vermeiden,
eine Mehrzahl eigensicherer Stromkreise zur Versorgung einer einzigen Einrichtung
vorsehen zu müssen.
Versuche, die am Orte des l/p-Umformers oder elektropneumatischen Stellungsreglers
in Form von Druckluft vorhandene pneumatische Energie dezentral für jede derartige
Einrichtung zur Stromerzeugung zu nutzen, mittels Druckluftturbine und
nachgeordnetem Generator nach Art der DE 24 15 269 scheiterten an der Akzeptanz
der Anlagenbetreiber wegen störender Pfeifgeräusche. Darüber hinaus wird die
Vielzahl der bewegten Teile einer derartigen Kombination insbesondere unter
Miniaturisierungs- und Wartungsgesichtspunkten als nachteilig angesehen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine dauerbetriebsfeste,
geräuscharme und weitgehend wartungsfreie Anordnung zur Stromversorgung
elektrischer Geräte mittels pneumatischer Energie zur dezentralen Integration in
Einrichtungen der Meß-, Steuer- und Regelungstechnik anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Mitteln des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind im Anspruch 2 beschrieben.
Ausgehend von der Tatsache, daß der Leistungsbedarf dezentral versorgter
Einrichtungen der Meß-, Steuer- und Regelungstechnik (MSR) vergleichsweise gering
und im wesentlichen konstant ist, ist eine über eine Feder selbstumsteuernde Kolben-
/Zylinderanordnung vorgesehen, bei der die Feder an einem ortsfesten Piezoelement
befestigt ist.
Infolge Druckmittelbeaufschlagung wird der Kolben in dem Zylinder in eine hin- und
hergehende Bewegung in Form einer Schwingung versetzt. Diese Schwingung wird
über die Feder auf das Piezoelement übertragen, das dadurch eine periodische
Längenänderung erfährt. An dem Piezoelement ist eine zur Längenänderung
proportionale elektrische Spannung abgreifbar, die über einen Transformator und eine
diesem nachgeschaltete Kombination aus Gleichrichter und Spannungsregler auf den
Bedarf der lokalen MSR-Einrichtung abstimmbar ist.
Ein derartiger Energiewandler ist in seiner Bauform außerordentlich kompakt
realisierbar und wegen der geringen Anzahl bewegter Bauteile im wesentlichen
wartungsfrei.
Somit ist dieser Energiewandler zur Integration in lokale MSR-Einrichtungen vorteilhaft
einsetzbar. Darüber hinaus ist dieser Energiewandler durch konsequenten Verzicht auf
jede Form lösbarer und damit feuernder elektrischer Kontakte vorteilhaft in
explosionsgefährdeter Umgebung einsetzbar.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Dazu sind in der einzigen Figur die verwendeten Mittel prinzipiell dargestellt. In einem
feststehenden, geschnitten dargestellten Zylinder 4 ist ein beweglicher, ebenfalls
geschnitten dargestellter Kolben 11 an einer Kolbenstange 3 geführt. Die
Kolbenstange 3 ist über eine Feder 2 mit einem ortsfesten Piezoelement 1 verbunden.
Das Piezoelement 1 weist elektrische Anschlüsse 7 auf, die mit der Primärwicklung
eines Transformators 8 verbunden sind. Die Sekundärwicklung des Transformators 8
ist mit einer Kombination 9 aus Gleichrichter und Spannungsregler verbunden, an
dessen Ausgangsanschlüssen 12 eine geregelte Gleichspannung zur Versorgung der
angeschlossenen lokalen MSR-Einrichtungen abgreifbar ist.
In besonderer Ausgestaltung der Erfindung ist der Zylinder 4 mit einem Einlaß 5
versehen, durch den aus einer nicht dargestellten Druckmittelquelle pneumatische
Energie in das Innere des Zylinders 4 einleitbar ist. Weiterhin weist der Zylinder 4
einen Auslaß 6 auf, durch den das Druckmittel nach der bestimmungsgemäßen
Bewegung des Kolbens 11 entweichen kann. Daher ist der Auslaß 6 so angeordnet,
daß er sich im federnahen Totpunkt des Kolbens 11 auf der druckfreien Seite des
Kolbens 11 befindet bzw. durch die Mantelfläche des Kolbens 11 verschlossen ist.
Auf der Kolbenstange 3 ist ein Ventilschieber 10 so angeordnet, daß der Einlaß 5 des
Zylinders 4 im federfernen Totpunkt des Kolbens 11 durch die Mantelfläche des
Ventilschiebers 10 verschlossen ist.
Im Bereich des federnahen Totpunktes des Kolbens 11 ist der Einlaß 5 des Zylinders 4
freigegeben. Einströmendes Druckmittel füllt den federseitigen Raum des Zylinders 4
unter Umspülung des Ventilschiebers 10 bis der Kolben 11 infolge des sich
aufbauenden Drucks im Zylinder 4 entgegen der Kraft der Feder 2 in Richtung des
federfernen Totpunktes ausweicht.
Bei Annäherung des Kolbens 11 an den federfernen Totpunkt wird durch die
Mantelfläche des über die Kolbenstange 3 mitgeführten Ventilschiebers 10 der Einlaß
5 im Zylinder verschlossen und der bisher verschlossene Auslaß 6 durch die
Mantelfläche des Kolbens 11 freigegeben, wodurch sich der Druck im Zylinder 4 durch
entweichendes Druckmittel abbaut.
Nach dem Druckabbau im Zylinder 4 wird über die Kraft der Feder 2 der Kolben 11 in
Richtung des federnahen Totpunktes zurückbefördert, wodurch der Auslaß 6
geschlossen und der Einlaß 5 freigegeben wird und Druckmittel einströmt.
Diese Vorgänge wiederholen sich periodisch, wodurch der Kolben 11 in eine
schwingende Bewegung zwischen den federnahen und den federfernen Totpunkt
versetzt wird. Diese schwingende Bewegung wird über die Feder 2 auf das ortsfeste
Piezoelement 1 übertragen, in dem eine periodische Längenänderung hervorgerufen
wird.
An den zur Achse der Längenänderung des Piezoelementes 1 gegenüberliegenden
Seitenflächen des Piezoelementes 1 ist eine zur Längenänderung proportionale
elektrische Spannung abgreifbar, die an dafür vorgesehenen elektrischen Anschlüssen
7 abgenommen wird.
Die an den elektrischen Anschlüssen 7 des Piezoelementes 1 abgegriffene Spannung
wird mit für sich bekannten Mitteln, die aus einer Kettenschaltung aus einem
Transformator 8 und einer Kombination 9 aus Gleichrichter und Spannungsregler
besteht, zur elektrischen Speisung der lokalen MSR-Einrichtung aufbereitet.
Bezugszeichenliste
1 Piezoelement
2 Feder
3 Kolbenstange
4 Zylinder
5 Einlaß
6 Auslaß
7 elektrische Anschlüsse
8 Transformator
9 Kombination aus Gleichrichter und Spannungsregler
10 Ventilschieber
11 Kolben
12 Ausgangsanschlüsse
2 Feder
3 Kolbenstange
4 Zylinder
5 Einlaß
6 Auslaß
7 elektrische Anschlüsse
8 Transformator
9 Kombination aus Gleichrichter und Spannungsregler
10 Ventilschieber
11 Kolben
12 Ausgangsanschlüsse
Claims (2)
1. Anordnung zur Stromversorgung elektrischer Geräte mittels pneumatischer
Energie zur dezentralen Integration in Einrichtungen der Meß-, Steuer- und
Regelungstechnik
dadurch gekennzeichnet,
- - daß eine über eine Feder (2) selbstumsteuernde Kolben-/ Zylinderanordnung (3, 4, 11) mit einem in einem feststehenden Zylinder (4) beweglich angeordnetem Kolben (11) vorgesehen ist, die an eine Quelle pneumatischer Energie angeschlossen ist,
- - daß die Feder (2) zwischen eine an dem Kolben (11) der Kolben-/ Zylinderanordnung (3, 4, 11) angeordnete Kolbenstange (3) und einem ortsfesten Piezoelement (1) eingespannt ist,
- - daß das Piezoelement (1) elektrische Anschlüsse (7) aufweist, die mit der Primärwicklung eines Transformators (8) verbunden sind und
- - daß der Sekundärwicklung des Transformators (8) eine Kombination (9) aus Gleichrichter und Spannungsregler nachgeschaltet ist, an dessen Ausgangsanschlüsse (12) elektrische Geräte anschließbar sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß der Zylinder (4) der Kolben-/Zylinderanordnung (3, 4, 11) einen Einlaß (5) zur Druckmittelzufuhr und einen zu diesem in Kolbenbewegungsrichtung versetzten Auslaß (6) aufweist, der im federnahen Totpunkt des Kolbens (11) durch dessen Mantelfläche verschlossen ist,
- - daß auf der Kolbenstange (3) der Kolben-/Zylinderanordnung (3, 4, 11) ein Ventilschieber (10) so angeordnet ist, daß der Einlaß (5) des Zylinders (4) im federfernen Totpunkt des Kolbens (11) durch die Mantelfläche des Ventilschiebers (10) verschlossen ist.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1996101917 DE19601917A1 (de) | 1996-01-15 | 1996-01-15 | Anordnung zur Stromversorgung elektrischer Geräte mittels pneumatischer Energie |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1996101917 DE19601917A1 (de) | 1996-01-15 | 1996-01-15 | Anordnung zur Stromversorgung elektrischer Geräte mittels pneumatischer Energie |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19601917A1 true DE19601917A1 (de) | 1997-07-17 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE1996101917 Withdrawn DE19601917A1 (de) | 1996-01-15 | 1996-01-15 | Anordnung zur Stromversorgung elektrischer Geräte mittels pneumatischer Energie |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19601917A1 (de) |
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