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Linrichtung zur Informationsübertragung, insbesondere für den Bergbau
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Informationsübertragung, insbesondere
im Bergbau, aus mechanisch-elektrischen Gebern und elektrisch-mechanischen Empfängern.
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Zur Übertragung von Informationen, welche primär als Druckänderungen
in pneumatischen oder hydraulischen Anlagen oder als mechanische Lageänderungen
vorliegen, werden im Bergbau meist elektrische Übertragungseinrichtungen, teilweise
auch pneumatische Ubertragungseinrichtungen verwendet.
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Bei elektrischen Übertragungseinrichtungen sind der Anschluß an ein
elektrisches Versorgungsnetz oder die Verwendung von Eatterien notwendig; insbesondere
im Steinkohlenbergbau ist es häufig angezeigt, möglichst nicht mit elektrischer
Hilfsenergie z.B. in einem Abbaustreb oder in anderen grubengasgefährdeten Betriebspunkten
zu arbeiten.
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Bei pneumatischen Übertragungseinrichtungen werden Schlauchleitungen
zur Informationsübertragung benötigt. Dabei wird der Informationsfluß wegen der
langen Laufzeit stark eingeschränkt.
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Beispielsweise werden bei 300 m Übertragungsweglänge zum Übertragen
eines Impulses 2 Sekunden auf einem Leitungsweg benötigt (vergleiche Digitale Informationsverarbeitung,
Kammer der Technik, 1968, S. 188).
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In hydraulischen Hochdruckbehältern, z.B. in Hydraulikzylindern, ist
eine rein elektrische oder rein pneumatische Messung, z.B. der Stellung des Kolbens
und die Weitergabe dieser Information, nur mit vergleichsweise aufwendigen Mitteln
möglich.
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Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die angeführten Mängel der
bekannten Übertragungseinrichtungen zu vermeiden und eine Einrichtung zur Informationsübertragung
zu finden, die eigensicher ist, keine elektrische Hilfsenergie benötigt und die
Impulse vergleichsweise schnell weiterleitet sowie niederohmig ist und stoßunempfindlich
und dabei einfach und billig in der herstellung.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einer Einrichtung zur Informationsübertragung
der eingangs genannten Gattung dadurch, daß der mechanisch-elektrische Geber aus
in einem Gebergehäuse untergebrachten, mindestens einen Außenpol enthaltenden sowie
mit einem magnetischen Pol versehenen Weicheisenkern, einer den Außenpol umgebenden
mit zweiadriger Anschlußleitung und Gleichrichterdiode versehenen niederohmigen
Spule und einem in einer Gleitbahn geführten Eisenjoch mit Rückstellfeder besteht
und daß der elektrisch-mechanische Empfänger aus einem mit zwei Polen ausgerüsteten,
durch einen Magnet verbundenen Weicheisenkern, einer Spule mit Schaltglied und durch
diese steuerbaren Düsen mit daran angeschlossenen pneumatischen Steuergliedern besteht.
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Bei der erfindungsgem§ßen Einrichtung wird keine elektrische Hilisenergie
benötigt. Sie ist eigensicher und erlaubt mit etwa 20 bis 30 Impulsen/sek. eine
relativ schnelle Informationsübertragung.
Wegen der niederohmigen
Ausbildung werden die Impulse nicht so leicht durch elektrische Störquellen beeiiafluß.
Die Einrichtung ist stoßunempfindlich, die Bewegungsgeschwindigkeit des Eisenjochs,
das die Signalimpulse verursacht, hat keinen Einfluß auf die Länge und Form des
Impulses. Diese Bewegung kann vielmehr beliebig langsam erfolgen, da der Signal
impuls durch die definierte Rückstellgeschwindigkeit der Rückstellfeder festgelegt
ist.
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Der elektrisch-mechanische Empfänger kann als Einfachempfänger ausgebildet
sein, der aus einer zwischen den Polen des sich eisenkerns angeordneten, über eine
Rückstellfeder und einen Anschlag einstellbaren Drehspule besteht, an der eine Schaltfahne
befestigt ist, der im Bereich der Pole angebrachX Düsen mit nachgeschaltetem pneumatischen
Schaltglied mit pneumatischem Logikelement zugeordnet sind. Bei diesem Empfänger
ist die SchaltschweUeleicht einstellbar, so daß Störimpulse gleicher Polarität nicht
zu einem Störsignal führen. Trotzdem ist sein Energiebedarf sehr niedrig. Der Einfachempfänger
ist nicht stoßempfindlich, auch nicht bei starker mechanischer Beanspruchung. Die
Drehspule kann durch einfaches Umpolen so geschaltet werde, daß sie entweder nur
negative oder nur positive Impulse je nach Schaltung des mechanisch-elektrischen
Gebers empfangen kann.
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Der elektrisch-mechanische Empfänger kann auch als Speicherempfänger
ausgebildet sein, der aus einer nahe den Polen des Weicheisenkerns angeordneten
Spule besteht, in der eine Eisenzunge drehbar verlagert ist, deren einem Ende neben
den Polen angebrachte Düsen mit nachgeschaltetem pneumatischen Flip-Flop zugeordnet
sind. Zwar ist dieser Speicherempfänger nicht so erschütterungsunempfindlich wie
der vorbeschriebene Einfachemipänger. Er ist dafür aber einfacher herzustellen und
kann als Signalspeicher dienen. Das jeweils anstehende gespeicherte Signal bleibt
auch bei einem Ausfall der Druckluft erhalten.
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Das Eisenjoch des mechanisch-elektrischen Gebers kann mit einem pneumatischen
Zylinder verbunden sein, der auf Druckänderungen in einem angeschlossenen Druckraum
anspricht und dessen Kolbenstange am Eisenjoch über einen Mitnehmer angreift.
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Der elektrisch-mechanische Empfänger kann auch als elektrischmechanisches
Zählwerk ausgebildet sein.
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Ein solches elektrisch-mechanisches Zählwerk kann außerhalb eines
Arbeitszylinders angeordnet werden, in dessen Druckraum ein mechanisch-elektrischer
Geber anordenbar ist, ohne daß dabei Dichtprobleme bei der Informationsübertragung
auftreten, da lediglich eine Leitungsdurchführung durch den Zylinderboden, die Zylinderwand
oder den Kolben hindurch benötigt wird. Wegen der niederohmigen Ausführung der Spule
des mechanisch-elektrischen Gebers hat die umgebende Hydraulikflüssigkeit keinen
spürbaren Einfluß auf deren elektrische Funktionsweise.
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Gemäß einer Weiterbildung können zwei mechanisch-elektrische Geber
im Druckraum eines Arbeitszylinders vorgesehen sein, die über Schubstangen an je
ein Sperrklinkenrad angeschlossen sind, die zu einem in einem Gehäuse untergebrachten
Differentialgetriebe gehören, das über eine Welle mit einer Seiltrommel mit am Kolben
befestigbarem Seil und mit einer Rückstellfeder verbunden ist. Mit dieser Einrichtung
kann die Kolbenverschiebung eines hydraulischen Zylinders mit beliebiger digitaler
Einheit inkremental (Schritt für Schritt) gemessen werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung in einem Beispiel
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 in einer schematischen Darstellung die erfindungsgemäße
Einrichtung aus dem erfindungsgemäßen mechanisch-elektrischen Geber und dem erfindungsgemäßen
elektrischmechanischen Empfänger;
Eig. 2 einen mechanisch-elektrischen
Geber im Querschnitt; Fig. 3 einen elektrisch-mechanischen Einfachempfänger im Querschnitt;
Fig. 4 einen elektrisch-mechanischen Speicherempfänger im Querschnitt; Fig. 5 einen
Arbeitszylinder, in dessen Druckraum mechanischelektrische Geber angeordnet sind;
Fig. 6 Einzelheiten des in Fig. 5 dargestellten Mechanismusses zur Betätigung der
mechanisch-elektrischen Geber.
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In der Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Informationsübertragung,
bestehend aus einem mechanisch-elektrischen Geber 1 und einem elektrisch-mechanischen
Empfänger 4 dargestellt. Der mechanisch-elektrische Geber 1 ist an eine Arbeitsmaschine
8, im Beispiel an einen Zylinder 35 mit Kolben 36 und Kolbenstange 37, mechanisch
über die Kolbenstange 37 angeschlossen, während der elektrisch-mechanische Empfänger
4 über ein Schaltglied 70, das einen Hydraulikschalter 73 bedient, eine zweite Arbeitsmaschine
84 steuert.
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Der mechanisch-elektrische Geber 1 besteht aus einem Weicheisenlasern
10 mit zwei Außenpolen 11, 12 sowie einem dazwischen angeordneten magnetischen Pol
13. Um den Außenpol 11 herum ist eine niederohmige Spule 14 angeordnet. Die Pole
11, 12, 13 sind über ein verschiebbares Eisenjoch 15 verbindbar, dessen eines Ende
im Beispiel mechanisch an die Kolbenstange 37 der Arbeitsmaschine 8 angeschlossen
ist und an dessen anderem Ende eine Rückstellfeder 16 angreift. Der mechanisch-elektrische
Geber 1 ist über an die Spule 14 anschließende Leitungen 31, 32 an eine zweiadrige
Übertragungsleitung 3 anschließbar. Er wird mit hilfe einer Gleichrichterdiode 80,
die im Beispiel in der Leitung
32 untergebracht ist, so geschaltet,
daß entweder nur negative oder nur positive Impulse an die Übertragungsleitung 3
abgegeben werden.
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Der eleketrisch-mechanische Empfänger 4 ist im Beispiel ein Einfachempfänger
40, der aus einer Drehspule 6 besteht, an die Übertragungsleitungen 74, 75 anschließen.
An der Drehspule 6 mit einer Drehachse 81 ist eine Schaltfahne 61 befestigt. Um
die Drehspule 6 herum sind seitlich Pole 25, 26 eines Weicheisenkerns 64 angeordnet,
die über einen Magnet 65 miteinander verbunden sind. Die Drehspule 6 ist über einen
Anschlag 83 arretierbar und über eine Rückstellfeder 82 rückstellbar. Beiderseits
der von den beiden Polen 25, 26 gebildeten Öffnung 62, in der die Drehspule 6 untergebracht
ist, sind eine Blasdüse 63 und eine Fangdüse 66 einander gegenüber angeordnet, die
über eine Hinleitung 68 und eine Rückleitung 69 mit dem pneumatischen Schaltglied
70 verbunden sind, das an ein pneumatisches Logikelement 7 angeschlossen ist und
über eine Druckluftleitung 72 mit Druckluft versorgt wird. Die Impulsweitergabe
an den Hydraulikschalter 73 erfolgt über einen Impulsausgang 71.
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In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßer mechanisch-elektrischer Geber
1 in etwa abgeänderter Ausbildung dargestellt, dessen Eisenjoch 15 über einen Mitnehmer
21 mit der Kolbenstange 17 eines Pneumatikzylinders 18 mit Kolben 19 verbunden ist,
dessen Druckraum über eine Druckleitung 20 an den Druckraum einer hier nicht dargestellten
Arbeitsmaschine anschließbar ist. Die Rückholfeder 16 ist in diesem Beispiels mittelbar
über die Kolbenstange 17 an das Eisenjoch 15 angeschlossen. Der mechanischelektrische
Geber 1 ist in einem Gebergehäuse 50 untergebracht.
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Zwischen Eisenjoch 15 und den Polen 11, 12 und 13 ist eine Gleitbahn
51 angeordnet.
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Das Eisenjoch 15 verbindet den magnetischen Pol 13 mit einem der Außenpole
11 bzw. 12. Die Bewegungsgeschwindigkeit des bewegten Teils, im Beispiel des Kolbens
17, hat keinen Einfluß aufbdie Länge und die Form des von der Spule 14 gelieferten
Impulses. Dieser wird vielmehr erst beim Rückstellen des Eisenjochs 15 geliefert,
wobei die Rückstellgeschwindigkeit wegen der definierten Rückstellkraft der Rückstellfeder
16 stets konstant bleibt und somit beliebig langsame Bewegungen stets in ein definiertes
Signal umgewandelt werden. Der mechanischelektrische Geber 1 läßt sich über die
Diode 80 so schalten, daß er entweder nur negative oder nur positive Impulse an
die Übertragungsleitung 3 abgibt. Seine Bauweise erlaubt es, ihn z.B. in den Hochdruckraum
eines hydraulischen Arbeitszylinders einzubauen, ohne daß dabei Dichtprobleme auftreten,
weil lediglich eine Leitungshindurchführung für die Signalübertragung nach außen
benötigt wird. Wegen der niederohmigen Ausführung der Spule 14 hat die den mechanisch-elektrischen
Geber 1 umgebende Hydraulikflüssigkeit keinen merklichen Einfluß auf dessen elektrische
Funktionsweise.
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Beispiel 1 Aufbau und Funktionsweise eines erfindungsgemäßen mechanischelektrischen
Gebers 1 mit folgenden technischen Werten ist bereits praktisch erprobt worden:
Gehäusevolumen 2-5s5 cm3 = 50 cm3 Impulsanzahl je sek. 30 Impulslänge 20 ms Energie
je Impuls 50.106 Ws In der Fig. 3 ist ein erfindungsgemäßer Einfachempfänger 40
dargestellt, bei dem der vom mechanisch-elektrischen Geber 1 kommende elektrische
Impuls der Drehspule 6 zugeführt wird, die die Schalt fahne 61 aus der Blasrichtung
der Blasdüse 63 herausschwenkt, so daß im Schaltglied 70 ein pneumatisches
Signal
über die Rückleitung 69 ausgelöst wird. Die Schaltschwelle für dieses pneumatische
Signal ist einstellbar, indem beiseielsweise die Richtung des Luftstrahls durch
leichtes Verschwenken der Düse 63 verstellt wird. Die Schaltschwelle kann aber auch
über die maximal mögliche Drehung der Drehspule 6 reguliert werden, und zwar in
Abhängigkeit von der Rückstellkraft der Rückstellfeder 82, die entgegen der Drehrichtung
67 der Drehspule 6 wirkt. Auf diese Weise können Störimpulse gleicher Polarität
über den Drehwinkel der Drehspule 6 abgefiltert werden, so daß kein falsches pneumatisches
Ausgangssignal geliefert werden kann. Der Einfachempfänger 40 kann durch einfaches
Umpolen der Drehspule 6 an die jeweilige Schaltung des mechanisch-elektrischen Gebers
1 angepaßt werden, so daß er entweder nur auf negative oder nur auf positive Impulse
anspricht. Der Einfachempfänger 40 hat einen vergleichsweise niedrigen Energiebedarf
und eignet sich auch zum Empfang von gestörten Signalen, wenn die Schaltschwelle
entsprechend erhöht wird. Er ist nicht stoßempfindlich und praktisch bis zu seiner
mechanischen Zerstörung wirksam.
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Beisniel 2 Aufbau und Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Einfachempfängers
40 mit folgenden technischen Werten ist bereits praktisch erprobt worden: Stromstärke
0,2 10 A Impulsanzahl je sek. bis zu 60 Volumen 60 cm³ Gemeinsam ipit dem im Beispiel
1 beschriebenen mechanisch-elektrischen Geber 1 sind Signalübertragungen über eine
Leitungs-Länge bis zu 10 km erfolgreich vorgenommen worden. Die Lebenserwartung
des Einfachempfängers 40 ist zu 3.106 Impulsen bei 5 Impulsen/sek. ermittelt worden.
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In Fig. 4 ist ein weiterer erfindungsgemäßer elektrisch-mechanischer
Empfänger 4 und zwar ein Speicherempfänger 41 dargestellt. Bei diesem wird das vom
mechanisch-elektrischen Geber 1 ankommende Signal über Leitungen 28, 29 einer Spule
42 zugeführt, die eine um einen Drehpunkt 59 drehbare Eisenzunge 43 enthält, die
als Schaltglied dient. Hierzu ist das Ende 49 der Eisenzunge 43 zwischen Polen 44
und 45 eines Weicheisenkerns 5 mit Magnet 46 verschieblich angeordnet. Das Ende
49 bewegt sich unter dem Einfluß des von der Spule 42 erzeugten Magnetfeldes zu
einem der Pole 44 bzw. 45 und verdeckt dabei jeweils eine Fangdüse 47 bzw. 48, die
über Leitungen 55 bzw. 56 an pneumatische Elemente 52 bzw. 53 angeschlossen sind,
die gemeinsam ein pneumatisches Flip-Flop 54 mit Ausgängen 57, 58 bedienen. Die
an den Ausgängen 57 bzw. 58 im Beispiel dargestellten Symbole bedeuten 0 3 log.
Null (kein Druck) und 1 = log. Eins (Druck).
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Da die Stellung der Eisenzunge 43 abhängig ist von der Polarität des
zuletzt ankommenden Impulses, ergibt sich eine Speicherfunktion, die auch bei Ausfall
der Druckluft erhalten bleibt.
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Obwohl dieser Speicherempfänger 41 gegenüber dem Einfachempfänger
40 erschütterungsempfindlicher ist, ist er wegen seines einfachen Aufbaues für bestimmte
Anwendungsfälle vorzuziehen.
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Der mechanisch-elektrische Geber 1 kann, wie dies in den Fig. 5 und
6 dargestellt ist, im Hochdruckraum 90 eines hydraulischen Arbeitszylinders 9 untergebracht
werden. Im Beispiel sind zwei mechanisch-elektrische Geber 110 und 111 im Hochdruckraum
90 über Schubstangen 100 bzw. 101 an ein Differentialgetriebe 99 angeschlossen,
das in einem Gehäuse 94 verlagert ist. Das Differentialgetriebe 99 besteht, wie
Fig. 6 im einzelnen zeigt, aus Sperrklinkenrädern 102, 103, an die die Schubstangen
100, 101 anschließen und die über Stirnräder 104, 105 von mittleren Kegelrädern
106 angetrieben werden. An das Differentialgetriebe 99 sind über eine Welle 95 wellenfest
eine Seiltrommel 97 und wellen- und gehäusefest eine Rückstellfeder 96 angeschlossen.
Ein auf die Seiltrommel 97 aufgespultes Seil 98 ist am
Kolben 92
des Arbeitszylinders 9 befestigt. Dessen Kolbenstange ist mit 93 bezeichnet. Je
nach Bewegungsrichtung des Kolbens 92 wird das Seil 98 auf die Seiltrommel 97 auf-
oder davon abgespult. Über die jeweilige Drehrichtung der Reelle 95 werden über
die Schubstangen 100 bzw. 101 die jeweiligen Kolbenverschiebungen mit vorgegebener
digitaler Einheit inkremental (Schritt für Schritt) in den mechanisch-elektrischen
Gebern 110, 111 in elektrische Meßimpulse umgesetzt, die über Leitungen 33, 34 zu
elektrisch-mechanischen Zählwerken 112, 113 bzw.
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zu einem elektrisch-mechanischen Differenzzählcr 114 führen, die die
Meßimpulse in digitale Meßwerte umsetzen.
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Patentansprüche: