EP1759369B1

EP1759369B1 - Ortungs- und betätigungseinrichtung für erdverlegte armaturen

Info

Publication number: EP1759369B1
Application number: EP05747270A
Authority: EP
Inventors: Peter Hawle
Original assignee: E Hawle Armaturenwerke GmbH
Current assignee: E Hawle Armaturenwerke GmbH
Priority date: 2004-06-21
Filing date: 2005-06-07
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2025-06-07
Also published as: EP1759369A1; AT500477A1; ATE549710T1; WO2005124717A1

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Steuer- und Betätigungseinrichtung (1) für eine, an einer unterflur verlaufenden Leitung (2), insbesondere an einer Rohrleitung für ein hydraulisches Medium, angeordneten Armatur (4), z.B. eine Servoarmatur, ein Absperrschieber, ein Absperrventil, mit einem aus einer Energiequelle, z.B. ein Generator (22), ein Stromnetz, mit einem Energiemittel ansteuerbaren Stellantrieb (12) einer Antriebsvorrichtung (11) für ein Sperrelement (10) der Armatur(4), und mit einer Steuer- und/oder Kontrolleinrichtung (20) zur Betätigung der Antriebsvorrichtung (11) und der Zustandsüberwachung der Armatur (4), sowie ein Verfahren zum steuern- und betätigen dieser Einrichtung. Eine Übertragungsvorrichtung (21) für das Energiemittel ist dabei aus der Energiequelle und durch ein mit der Energiequelle leitungsverbundenes Energieabgabemittel (24) und einem von diesem in einem Abstand (26) angeordneten und mit einem Steuergerät (16) der Antriebsvorrichtung (11) leitungsverbundenen Energieaufnahmemittel (25) gebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuer- und Betätigungseinrichtung für eine, an einer unter Flur verlaufenden Leitung, insbesondere an einer Rohrleitung für ein hydraulisches Medium, angeordneten Armatur, z.B. eine Servoarmatur, ein Absperrschieber, ein Absperrventil, mit einem aus einer Energiequelle, z.B. Generator, Stromnetz, mit einem Energiemittel ansteuerbaren Stellantrieb einer Antriebsvorrichtung für ein Sperrelement der Armatur, und mit einer Steuer- und/oder Kontrolleinrichtung zur Betätigung der Antriebsvorrichtung und der Zustandsüberwachung der Armatur und mit einer draht- und kontaktlosen Übertragungsvorrichtung für Energie und Steuer- und Überwachungssignale mit einem, mit der Energiequelle leitungsverbundenen Energieabgabemittel und einem von diesen in einem Abstand angeordneten und mit einem Steuergerät der Antriebsvorrichtung leitungsverbundenen Energieaufnahmemitteln. Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zum Steuern und Betätigen einer, an einer unter Flur verlaufenden Leitung angeordneten Armatur, z.B. eine Servoarmatur, ein Absperrschieber, ein Absperrventil, bei dem mittels eines Energiemittels Energie drahtlos zwischen einem Energieabgabemittel und einem Energieaufnahmemittel an ein Steuergerät eines Stellantriebes einer Antriebsvorrichtung für ein Sperrelement der Armatur übertragen wird.
Aus der EP 0 200 535 A1 ist ein Überprüfungssystem für ein Untertage-Steuergerät, für von der Erdoberfläche aus zu steuernde Ventile mit Einrichtungen zum Senden von Signalen an das Steuergerät und mit Einrichtungen zum Erfassen des Operationszustandes des Steuergeräts, bekannt. Aus diesem Dokument ist ebenfalls eine mit dem Steuergerät von der Oberfläche aus zum Steuern des Ventils drahtlos kommunizierende Steuerstation bekannt in die Einrichtungen zum Identifizieren des Ventils und Adressieren der Signale an ein bestimmtes Ventil eines Ventilsystems aufweist.
Aus der US 5, 813, 655 A ist eine drahtlos, fernsteuerbare Ventilanordnung für eine Wasserleitung bekannt, wobei die Ventilanordnung ein Hauptventil mit einem wasserkraftbetriebenen Stellantrieb aufweist und ein aus einer Stromquelle, insbesondere einer Batterie mit Energie versorgtes und über einen Signalsender betätigbares Sekundärventil vorgesehen ist über das der Stellantrieb des Hauptventils mit Druckwasser aus der Wasserleitung zur Bestätigung des Hauptventils betrieben wird.
Weiters offenbart die US 4 799 839 eine Steuer- und Betätigungseinrichtung für eine an einer unter Flur verlaufenden Leitung angeordnete Armatur, die aus einer Energiequelle gespeist wird. Diese Energiequelle ist beispielsweise das Stromnetz, ein Generator oder eine Batterie. Bei Übermittlung eines Signals wird Energie aus dieser Energiequelle entnommen, um ein Energiespeicherelement aufzuladen, bis die benötigte Energie vorhanden ist, um die Armatur zu betätigen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuer- und Betätigungseinrichtung für eine unter Flur in einem Leitungssystem für ein Medium angeordnete Armatur zu schaffen, mit der die Betätigung einer Armatur aus einer Anzahl von Armaturen mit einer von der Armatur ortsunabhängigen Energiequelle und unabhängig von an der Oberfläche vorgesehener fest installierten Einrichtungen und ohne direkter Leitungsverbindungen erreicht wird und die eine Kontrolle der Schaltzustände der Armatur ermöglicht.
Diese Aufgabe der Erfindung wird durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
Möglich ist auch, dass das Steuergerät mit mehreren Antriebsvorrichtungen von mehreren Armaturen wirkungsverbunden ist, wodurch der Vorteil entsteht, dass sich zum einen der Aufwand an elektronischen Bauteilen durch die gemeinsame Nutzung eines Steuergeräts von mehreren Armaturen minimiert und zum anderen bei räumlich enger Anordnung von mehreren Armaturen oder auch von Kombiarmaturen eine sichere Zuordnung bzw. Ortung des Steuergerätes erfolgen kann und keine gegenseitige Beeinflussung von mehreren eng nebeneinander angeordneten Steuergeräten möglich ist.
Gemäß einer Weiterbildung, wonach das Steuergerät mit einer Sende- und/oder Empfangseinrichtung zum Erfassen und Senden von Zustandsgrößen der Armatur und/oder des Steuergerätes ausgebildet ist, kann in einfacher Weise eine Übertragung dieser Informationen an die Steuer- und Kontrolleinrichtung ohne Störungen durch die Energiemittel erfolgen.
Nach einer Weiterbildung ist es möglich, dass das Steuergerät mit Sensoren wirkungsverbunden ist, welche zum Erfassen und Übertragen von Informationen über den Status des Stellantriebes und/oder der Position des Sperrelements und/oder zur Abfrage von beispielsweise Betriebs- und Umgebungszuständen ausgebildet sind, wodurch in einfacher und sicherer Weise vom Benutzer die aktuelle Position des Sperrelements festgestellt werden kann, sowie sofort eine Kontrolle erfolgen kann, ob beispielsweise eine gewünschte Bewegung des Sperrelementes durch den Stellantrieb erfolgt oder können für den Betrieb relevante Daten erfasst und übertragen werden.
Möglich ist auch, dass das Energieaufnahmemittel mit einer Sende- und/oder Empfangseinrichtung zum Empfangen und/oder Senden von Zustandsgrößen der Armatur und/oder des Steuergerätes ausgebildet ist und/oder das Energieabgabemittel mit einer Sende- und/oder Empfangseinrichtung zum Empfangen und/oder Senden von Zustandsgrößen der Armatur und/oder des Steuergerätes ausgebildet ist, wodurch der Vorteil entsteht, dass das bereits vorhandene Energieabgabe- bzw. Energieaufnahmemittel für einen Informations- bzw. Datenaustausch verwendet werden können und daher keine zusätzlichen Antennen vorgesehen werden müssen.
Wenn die Steuer- und/oder Kontrolleinrichtung mit einer Sende- und/oder Empfangseinrichtung zum Empfangen und/oder Senden von Zustandsgrößen der Armatur und/oder des Steuergerätes ausgebildet ist, ergibt sich der Vorteil, dass in einfacher Weise eine Übertragung dieser Informationen an das Steuergerät ohne Störungen durch die Energiemittel erfolgen kann.
Dadurch, dass dem Energieaufnahmemittel ein erstes Energiespeicherelement zugeordnet ist, ist es vorteilhaft möglich, dass eine Energieübertragung, beispielsweise an die Antriebsvorrichtung der Armatur, nicht kontinuierlich und auf einem dem Leistungsbedarf entsprechend hohem Niveau erfolgen muss, sondern zunächst eine Pufferung der Energie durch den Energiespeicher erfolgen kann und bei genügend großer gespeicherter Energiemenge beispielsweise der Stellantrieb angetrieben werden kann und das Sperrelement ohne Unterbrechung geöffnet oder geschlossen werden kann.
Durch eine Weiterbildung, wonach das erste Energiespeicherelement als elektrisches oder mechanisches Energiespeicherelement, beispielsweise Kondensator, Batterie, Feder, ausgebildet ist, ist eine kostengünstige Bauweise sowie eine gegen äußere Einflüsse relativ unempfindliche Ausführung bei gleichzeitig hoher Lebensdauer gegeben.
Dadurch, dass das Steuergerät ein nichtflüchtiges und/oder ein flüchtiges Datenspeicherelement enthält, können Daten, welche beispielsweise zur Identifizierung der Armatur dienen, oder auch Daten welche grundlegende Parameter, beispielsweise des notwendigen Energiebedarfes oder dgl. aufweisen, dauerhaft im Steuergerät gespeichert werden bzw. können Zustandsgrößen, welche durch zusätzlich angeordnete Sensoren erfasst werden, im Datenspeicherelement zwischengespeichert werden und bei hergestellter Kommunikationsverbindung mit der Steuer- und/oder Kontrolleinrichtung als Datenpaket ausgelesen und übertragen werden und einer Weiterverarbeitung bzw. Auswertung zugeführt werden.
Von Vorteil ist es, wenn das Steuergerät zumindest einen Mikroprozessor und/oder Mikrocontroller enthält, da dadurch beispielsweise bereits eine Vorverarbeitung der aufgenommenen Sensordaten oder auch die Integration eines Energiemanagements für den Ladevorgang des Energiespeicherelements bzw. den Antrieb der Antriebsvorrichtung möglich ist.
Gemäß einer Weiterbildung ist möglich, dass dem Steuergerät ein weiteres Energiespeicherelement zugeordnet ist, wodurch das Steuergerät unabhängig von der Antriebsvorrichtung bzw. vom ersten Energiespeicherelement funktionieren kann und dadurch eine sichere Energieversorgung auch bei einer hohen Belastung der Antriebsvorrichtung sichergestellt ist.
Gemäß einer Weiterbildung ist es vorteilhaft, dass die Übertragungsvorrichtung für einen kontakt- u/o drahtlosen Energiefluss ausgebildet ist, da dadurch eine hohe Flexibilität der Übertragungsvorrichtung, auch hinsichtlich der Ansteuerung mehrer unterschiedlicher Schieberelemente gegeben ist.
Durch eine Weiterbildung, wonach das Energieabgabemittel und das Energieaufnahmemittel für einen induktiven Energiefluss ausgebildet ist, entsteht der Vorteil, dass eine Energieübertragung auch über größere Distanzen mit einer hohen Energiedichte erfolgen kann, wodurch beispielsweise die Aufladedauer eines Energiespeicherelementes gering gehalten werden kann.
Gemäß einer Variante, wonach das Energieabgabemittel und das Energieaufnahmemittel für einen kapazitiven Energiefluss ausgebildet ist, entsteht der Vorteil, dass mit geringem baulichem Aufwand und dadurch geringen Kosten eine Energieübertragung erfolgen kann.
Die Steuer- und/oder Kontrolleinrichtung zum Empfangen von Ortungssignalen, beispielsweise von GPS Signalen, ausgebildet ist, da es dadurch in einfacher Weise möglich ist, vorgegebene Koordinaten der gewünschten Armatur in einfacher und schneller Weise aufzufinden.
Dadurch, dass der Stellantrieb mit einem Betätigungsorgan, bevorzugt mit einer Spindel, für das Sperrelement der Armatur in Antriebsverbindung steht, ist zum einen eine hohe mechanische Stabilität gegeben und zum anderen kann in einfacher Weise eine räumliche Distanz zwischen dem Sperrelement und dem Stellantrieb überbrückt werden.
Möglich ist auch, dass die Energiequelle und das Energieabgabemittel auf einem Fahrzeug angeordnet sind, da dadurch eine hohe Flexibilität erreicht wird.
Das Energieabgabemittel kann nach einer Weiterbildung auf einer Hubvorrichtung angeordnet sein, wodurch eine einfache und für den Benutzer kraftsparende Platzierung an der gewünschten Position möglich ist.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens ist von Vorteil, wenn durch das Energiemittel ein erstes Energiespeicherelement mit Energie versorgt wird, wodurch beispielsweise der Stellantrieb nach erfolgter Aufladung des ersten Energiespeicherelements kontinuierlich mit Energie versorgt werden kann und somit ein Schaltvorgang der Armatur, ohne mehrmaliges Anlaufen des Motors, wie es beispielsweise bei Unterbrechungen bei direkter Energieversorgung des Antriebes auftreten würde, vermieden wird.
Möglich ist es, dass die übertragene Energiemenge überwacht und die Energieversorgung nach Erreichen einer ausreichenden Energiemenge für einen Schaltvorgang der Armatur, unterbrochen wird, wodurch der Vorteil entsteht, dass eine optimale Zykluszeit dahingehend erreicht wird, dass kein unnötig langer Ladevorgang erfolgt, sondern sofort nach erreichen des richtigen Ladezustandes ein Schaltvorgang der Armatur durchgeführt werden kann.
Weiters ist möglich, dass durch die Steuer- und/oder Kontrolleinrichtung eine Grobortung des Steuergerätes bzw. des Energieaufnahmemittels mittels Ortungssignalen, beispielsweise mittels GPS Signalen, erfolgt, wodurch in einfacher und schneller Weise die gewünschte Armatur vom Benutzer mit hoher Genauigkeit aufgefunden werden kann.
Dadurch, dass zwischen dem Energieabgabemittel und dem Energieaufnahmemittel Steuersignale bzw. Zustandsgrößen der Armatur und/oder des Steuergerätes drahtlos übertragen werden, ergibt sich der Vorteil, dass durch die minimale Distanz zwischen dem Sender und Empfänger der Daten eine hohe Signalstärke vorherrscht und dadurch ein sicherer Empfang der Daten möglich ist.
Nach einer Variante, wonach zwischen der Steuer- und/oder Kontrolleinrichtung und dem Steuergerät Steuersignale bzw. Zustandsgrößen der Armatur und/oder des Steuergerätes drahtlos übertragen werden, ergibt sich der Vorteil, dass einfacher Weise eine Übertragung von Informationen an das Steuergerät ohne Störungen durch die Energiemittel erfolgen kann.
Die Feinortung des Energieaufnahmemittels wird durch das Energieabgabemittel oder durch eine Ortungseinrichtung der Steuer- und/oder Kontrolleinrichtung mittels Funksignalen erfolgt. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass ein hohe Positioniergenauigkeit erreicht wird und dadurch ein hoher Wirkungsgrad beim Übertragen der Energiemittel erreicht wird und dadurch die Ladezeit des Energiespeicherelements verkürzt werden kann.
Dadurch, dass die Schwingungsfrequenz der elektromagnetischen Wellen des Energiemittels geringer als 30 kHz, vorzugsweise geringer als 20 kHz, ist, entsteht der Vorteil, dass durch die niedrige Absorptionsrate bzw. die hohe Eindringtiefe hohe Reichweiten bei gleichzeitig niedriger Leistungsaufnahme der Sende- bzw. Empfangseinheit erzielbar sind.
Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:

Fig. 1: eine erfindungsgemäße Steuer- und Betätigungseinrichtung in vereinfachter, schematischer Darstellung;
Fig. 2: eine Ausführungsform der Steuer- und Betätigungseinrichtung.

Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.
In der Fig. 1 ist eine Steuer- und Betätigungseinrichtung 1 für eine, in unter Flur verlegte Leitung 2 oder Leitungssystem, insbesondere für ein hydraulisches Medium, gemäß Pfeil 3 gezeigt. Das hydraulische Medium kann beispielsweise Wasser oder Öl sein. Die Leitung 2 ist einer Armatur 4 zugeordnet. Üblicherweise verlaufen derart verlegte Leitungen 2 im Freiland zum Schutz des Leitungssystems, insbesondere auch aus Gründen der Frostsicherheit, in einem Abstand 5 von einer Fluroberfläche 6, der zwischen 0,5 Meter bis zu 3,0 Meter betragen kann. Je nach geographischer Lage muss ein Abstand 5, welcher über der Frostgrenze liegt, gegeben sein.
Die Armatur 4 ist beispielsweise ein Schieberventil 7 mit einem, einen Strömungskanal 8 ausbildenden Gehäuse 9. In diesem ist ein Sperrelement 10 zum Sperren bis gänzlichem Freigeben des Strömungskanals 8 verstellbar angeordnet. Dazu ist eine Antriebsvorrichtung 11 vorgesehen, mit einem Stellantrieb 12 und einem mit diesem antriebsverbundenen, im Gehäuse 9 drehbar gelagerten, Betätigungsorgan, welches bevorzugt als Spindel 13 ausgeführt ist, welche nach einer bevorzugten Ausbildung mit einem Außengewinde versehen ist und mit einem Innengewinde des Sperrelements 10 zusammenwirkt.
Der Stellantrieb 12 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein am Gehäuse 9 der Armatur 4 befestigter Elektromotor 14, bevorzugt ein Getriebe-Gleichstrommotor 15.
Weiters ist an der Armatur 4 oder dem Elektromotor 14 ein Steuergerät 16 angeordnet, das über ein Schaltmittel 17 mit dem Elektromotor 14 leitungsverbunden ist, und eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung 18 für eine drahtlose Signalübertragung mit Sende- und/oder Empfangseinrichtung 19 aufweist, die bevorzugt in einer mobilen, über Flur betriebenen Steuer- und/oder Kontrolleinrichtung 20 angeordnet ist.
Zur Versorgung des Elektromotors 14 mit Energie, zur Vornahme eines Verstellvorganges des Stellantriebes 12 und damit einer Verstellung des Sperrelementes 10 um den Strömungskanal 8 zu sperren oder freizugeben, ist eine Übertragungsvorrichtung 21 vorgesehen. Diese besteht aus einem bevorzugt mobil zu betreibenden Energiequelle, beispielsweise einer Batterie oder einem Generator 22, der in einem Fahrzeug 23 integriert angeordnet sein kann und beispielsweise über das elektrisches Bordnetz des Kraftfahrzeuges 23 oder direkt von einem Antriebsmotor des Kraftfahrzeuges 23 betrieben wird. Des weiteren weist die Übertragungsvorrichtung 21 ein mit dem Generator 22 in Leitungsverbindung stehendes Energieabgabemittel 24 und ein mit dem Steuergerät 16 an der Armatur 4 leitungsverbundenes Energieaufnahmemittel 25 auf, das unter Flur in einem, je nach der Bodenbeschaffenheit wählbaren Abstand 26 von der Fluroberfläche 6 positioniert ist. Ein direkter Kontakt zwischen dem Energieabgabemittel 24 und dem Energieaufnahmemittel 25 ist nicht erforderlich da die Energieübertragung, gemäß Pfeil 27, kontakt- bzw. drahtlos erfolgt. Das Energieabgabemittel 24 bzw. das Energieaufnahmemittel 25 kann durch großflächige Spulen oder Kondensatorplatten gebildet werden.
Die Steuer- und/oder Kontrolleinrichtung 20 dient zum Ansteuern des Steuergeräts 16 auf der unter Flur angeordneten Armatur 4.
Die Steuer- und/oder Kontrolleinrichtung 20 kann in einer im Fahrzeug 23, oder einer über eine Leitung 28 zur Energieversorgung an einer am Fahrzeug 23 vorgesehenen Schnittstelle 29 anschließbaren und tragbaren Steuer- und/oder Kontrollkonsole 30 integriert sein.
Es jedoch auch ein vom Fahrzeug 23 unabhängiger Betrieb mittels Eigenenergieversorgung, z.B. durch einen Akku 31 möglich. Die Steuer- und/oder Kontrolleinrichtung 20 bzw. die Steuer- und/oder Kontrollkonsole 30 kann dabei mit einer Energieversorgung, beispielsweise einem Akku 31 in einem eigenen, bequem tragbaren Gehäuse angeordnet sein, und ist mit dem Energieabgabemittel 24 leitungsverbunden.
Die Steuer- und/oder Kontrollkonsole 30 ist mit entsprechenden Bedien- und/oder Kontrollelementen 32, z.B. Taster, Schalter, Kontrolllampen, Anzeigen, etc., wie sie für die Bedienung der Steuer- und Betätigungseinrichtung 1 erforderlich sind, versehen.
Das Energieabgabemittel 24 kann zur leichteren Handhabung auf einer Hubvorrichtung 33, welche die Manipulation dieser erlaubt, angeordnet sein.
Möglich ist auch, dass das Energieabgabemittel 24 als kompakte, mobile sowie tragbare Einheit ausgeführt ist, wodurch auch in unwegsamen Gelände eine einfache und effektive Anwendung der Steuer- und Betätigungseinrichtung 1 möglich ist und von einer einzelnen Person leicht durchgeführt werden kann.
Die Energieversorgung bzw. Energieübertragung zwischen dem Energieabgabemittel 24 und dem Energieaufnahmemittel 25 der Übertragungsvorrichtung 21 kann nach dem Prinzip induktiv gekoppelter Transpondersysteme, also durch eine transformatorische Kopplung, erfolgen..
Zur Ortung der gewünschten Armatur 4 kann zunächst eine Grobortung, beispielsweise durch GPS-Ortungssignale, durch die Steuer- und/oder Kontrolleinrichtung 20 erfolgen. Die dazu notwendigen Koordinaten der Armatur 4 bzw. des Steuergerätes 16 werden beim Installieren der Armatur 4 einmalig festgestellt und können in einer entsprechenden Datenbank gesichert werden. Durch diese Grobortung kann eine Positionsbestimmung der Armatur 4 mit einer Genauigkeit < 5 m erfolgen.
Da es zur Energieübertragung zwischen dem Energieabgabemittel 24 und dem Energieaufnahmemittel 25, welches in einem Abstand 26 unter Flur positioniert ist, von Vorteil ist, wenn deren Positionen möglichst genau übereinstimmen, kann nach erfolgter Grobortung eine Feinortung des Energieaufnahmittels 25 durch Funksignale oder auch durch Induktionsmessungen erfolgen.
Diese Funksignale oder die Induktionsmessung können mittels einer Ortungseinrichtung 34 übertragen werden. Geortet wird beispielsweise eine Signalstärke eines vom Energieaufnahmemittel 25 reflektierten bzw. rückgesendeten Ortungssignals, welches von der Ortungseinrichtung 34, die bevorzugt an der Fluroberfläche 6 geführt wird, ausgesandt wird. Es kann auch eine Rückwirkung der von dem Energieabgabemittel 24 in das Energieaufnahmemittel 25 induzierten Spannung und dem daraus resultierenden Strom gemessen werden.
Möglich ist weiters, dass Funksignale der an der Steuer- und/oder Kontrolleinrichtung 20 angeordneten Sende- und/oder Empfangseinrichtung 19 von dem Energieaufnahmemittel 25 oder der Sende- und/oder Empfangseinrichtung 18 empfangen werden und zur Feinortung herangezogen werden.
Zum Betrieb der Übertragungsvorrichtung 21 wird zunächst im Energieabgabemittel 24 ein Magnetfeld durch eine großflächige Spule, die als Antenne dient, erzeugt. Das ausgesendete elektromagnetische Feld durchdringt das Erdreich und die Antennenspule des Energieaufnahmemittels 25 und induziert in dessen Spule eine elektrische Spannung. Diese Spannung kann gleichgerichtet auch zur Energieversorgung des Steuergerätes 16 dienen.
Wird nun das Energieabgabemittel 24 über ein Energieaufnahmemittel 25 geführt, wird durch das Feld der Spule des Energieabgabemittels 24 eine Spannung in der Spule des Energieaufnahmemittels 25 erzeugt, welche zunächst zur Aktivierung des Steuergerätes 16 dient. Das Steuergerät 16 liest aus dem nicht flüchtigen Datenspeicherelement die eigene Kennung mittels des Mikroprozessors aus und überträgt dieses Kennungssignal an das Energieabgabemittel 24. Möglich ist auch, dass das Kennungssignal über die Sende- und/oder Empfangseinrichtung 18 mittels Funksignalen an die Sende- und/oder Empfangseinrichtung 19 der Steuer- und/oder Kontrolleinrichtung 20 übertragen wird.
In einer Ausführungsvariante ist es möglich, dass eine gesonderte Ortungseinrichtung 34 den ersten Kontakt mit dem Energieaufnahmemittel 25 herstellt. Die Ortungseinrichtung 34 weist dazu ebenfalls eine Spule auf, die im Energieaufnahmemittel 25 eine Spannung induziert.
Möglich ist, dass die Signalstärke an der Steuer- und/oder Kontrollkonsole 30 durch geeignete Bedien- und/oder Kontrollelemente 32 grafisch, auch in einer Art zweidimensionalen Landkarte, dargestellt wird, sodass es durch den Benutzer in einfacher und schneller Weise ersichtlich ist, in welchem Bereich des durch die Grobortung definierten Gebietes sich das Energieaufnahmemittel 25 der gewünschten Armatur 4 befindet.
Um Schwierigkeiten bei der Auffindung der gewünschten Armatur 4 zu vermeiden, beispielsweise beim Vorhandensein mehrerer eng nebeneinander angeordneter Armaturen bzw. die Auswahl der richtigen Armatur 4 aus einer Gruppe zusammengehörender Armaturen 4 einer Kombiarmatur sicherzustellen, erfolgt vom Steuergerät 16 eine Abgabe eines Identifikationssignals, welches jeder einzelnen Armatur 4 eindeutig zugeordnet ist und erfolgt eine Übertragung dieses Signals an das Energieabgabemittel 24 oder an die Ortungseinrichtung 34 oder die Sende- und/oder Empfangseinrichtung 19.
Für den Fall der positiven Identifikation der gewünschten Armatur 4 kann zunächst ein Ladevorgang, eines dem Energieaufnahmemittel 25 zugeordneten ersten Energiespeicherelements 35 erfolgen. Dieser Ladevorgang kann durch den Mikroprozessor des Steuergerätes 16 in Verbindung mit einem nicht flüchtigen Datenspeicherelement derart gesteuert werden, dass der Wirkungsgrad optimiert wird bzw. nur jene Energiemenge vom Energieabgabemittel 24 zum Energieaufnahmemittel 25 übertragen wird, welche nötig ist, um einen Schaltvorgang des Sperrelementes 10 mittels der Antriebsvorrichtung 11 der Armatur 4 durchzuführen.
Das erste Energiespeicherelement 35 kann beispielsweise auch als mechanische Feder ausgeführt sein, und kann eine Energieübertragung vom Energieabgabemittel 24 zum Energieaufnahmemittel 25 und weiter zu einem mit der Feder wirkungsverbundenen motorischen Antrieb erfolgen, um die Feder zu spannen und die dadurch gespeicherte Energie zum Betrieb des Steuergerätes 16 und der Armatur 4 verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante weist die Übertragungsvorrichtung eine Resonanzfrequenz <30 kHz, vorzugsweise geringer als 20 kHz, auf.
Die Energieübertragung der Energiemittel kann induktiv erfolgen, es ist jedoch auch möglich, eine kapazitive Kopplung zu verwenden.
Die Übertragung von Informationen, beispielsweise an das Steuergerät 16 von der Steuer- und/oder Kontrolleinrichtung 20 kann mittels hochfrequenter Funksignale erfolgen. Weiters ist es möglich, dass im Energieaufnahmemittel 25 ein Schwingkreis gebildet ist, dessen Resonanzfrequenz auf die Sendefrequenz des Energieabgabemittels 24 abgestimmt ist. Aus dieser induzierten Wechselspannung kann zusätzlich die Taktfrequenz des Mikroprozessors bzw. des Speichers abgeleitet werden. Ebenso kann im Energieabgabemittel 24 durch Resonanzüberhöhung im Schwingkreis der Wirkungsgrad der Energieübertragung erhöht werden, wodurch ein starkes Magnetfeld erzeugt werden kann.
Das erste Energiespeicherelement 35 wird solange mit den Energiemitteln versorgt, bis eine ausreichende Energiemenge für einen Schaltvorgang der Armatur 4 zur Verfügung steht. Danach wird der Ladevorgang unterbrochen und findet der gewünschte Schaltvorgang statt. Während oder nach des Schaltvorgangs werden relevante Daten, wie beispielsweise die momentane Position des Sperrelementes 10, Informationen über den Betriebszustand des Stellantriebes 12 der Antriebsvorrichtung 11, sowie weitere Sensoren 36, welche beispielsweise die Flussrichtung des Mediums in der Leitung 2, die Temperatur des Mediums, dessen Druck, die Fließgeschwindigkeit, usw. erfasst.
Diese Sensordaten werden vom Steuergerät 16 erfasst und gegebenenfalls vom Mikroprozessor vorverarbeitet bzw. in der Speichervorrichtung gespeichert und mittels der Sende- und/ oder Empfangseinrichtung 18 an die Sende- und/oder Empfangseinrichtung 19 übertragen. Die gewünschten Befehle werden vom Benutzer mittels der Steuer- und/oder Kontrollkonsole 30 eingegeben und werden diese Befehle von der Sende- und/oder Empfangseinrichtung 19 an die Sende- und/oder Empfangseinrichtung 18 drahtlos übertragen und an das Steuergerät 16 weitergeleitet. Ebenso ist eine Übertragung dieser Daten mittels des Energieabgabemittels 24 und des Energieaufnahmemittels 25 möglich.
In der Fig. 2 ist eine weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausführungsform der Steuer- und Betätigungseinrichtung 1 gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen wie in der vorangegangenen Fig. 1 verwendet werden.
Dargestellt ist eine im Energieabgabemittel 24 integrierte Sende- und/oder Empfangseinrichtung 19 sowie eine im Energieaufnahmemittel 25 integrierte Sende- und/oder Empfangseinrichtung 18.
Relevante Daten können von mehreren Sensoren 36, wie schon unter Fig. 1 beschrieben, erfasst werden und werden diese an das Steuergerät 16 zu einer Weiterverarbeitung weitergeleitet.
Möglich ist auch, dass dem Steuergerät 16 ein weiteres Energiespeicherelement 37 zugeordnet ist, wodurch das Steuergerät 16 bzw. dessen Mikroprozessor und/oder Mikrocontroller und Speicher unabhängig von der Energie des ersten Energiespeicherelements 35 arbeiten kann und es dadurch zu einer erhöhten Ausfallsicherheit bzw. einer stabileren Signalübertragung kommt. Der Ladevorgang des weiteren Energiespeicherelements 37 erfolgt dabei wie unter Fig. 1 beschrieben beispielsweise durch Induktion.
Es ist auch möglich, dass Daten zwischen dem Energieabgabemittel 24 und dem Energieaufnahmemittel 25 direkt übertragen werden, wobei hier sowohl Voll- als auch Halbduplexverfahren zum Einsatz kommen können. Dabei wird während der Energieübertragung ein höher frequentes Datensignal überlagert.
Möglich ist auch, dass beispielsweise für den Fall einer Kombiarmatur oder dem Vorhandensein mehrerer Armaturen 4 und Sperrelemente 10, welche mit mehreren Stellantrieben 12 und Elektromotoren 14 wirkungsverbunden sind, das Steuergerät 16 nur für die an der Steuer- und/oder Kontrollkonsole 30 ausgewählte(n) Armatur(en) 4 mit dem entsprechenden Kennungssignal die entsprechenden Informationen erfasst bzw. Befehle ausführt.
Das Steuergerät 16 ist dazu mit einer Leitung 38 mit sämtlichen zusammengehörenden Armaturen 4 verbunden. Die Energieversorgung erfolgt dabei über ein gemeinsames Energieaufnahmemittel 25, wobei der Datentransfer über eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung 18 erfolgt. Die Daten der Sensoren 36 der weiteren Armatur 4 werden vom gemeinsamen Steuergerät 16 aufgenommen.
Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten der Steuer- und Betätigungseinrichtung 1, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt. Es sind also auch sämtliche denkbaren Ausführungsvarianten, die durch Kombinationen einzelner Details der dargestellten und beschriebenen Ausführungsvariante möglich sind, vom Schutzumfang mitumfasst.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus der Steuer- und Betätigungseinrichtung 1 diese bzw. deren Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.
Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrunde liegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.
Vor allem können die einzelnen in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungen den Gegenstand von eigenständigen erfindungsgemäßen Lösungen bilden. Die diesbezüglichen, erfindungsgemäßen Aufgaben und Lösungen sind den Detailbeschreibungen dieser Figuren zu entnehmen.

Bezugszeichenaufstellung

1: Steuer- und Betätigungseinrichtung
2: Leitung
3: Pfeil
4: Armatur
5: Abstand

6: Fluroberfläche
7: Schieberventil
8: Strömungskanal
9: Gehäuse
10: Sperrelement

11: Antriebsvorrichtung
12: Stellantrieb
13: Spindel
14: Elektromotor
15: Getriebe-Gleichstrommotor

16: Steuergerät
17: Schaltmittel
18: Sende- und/oder Empfangseinrichtung
19: Sende- und/oder Empfangseinrichtung
20: Steuer- und/oder Kontrolleinrichtung

21: Übertragungsvorrichtung
22: Generator
23: Fahrzeug
24: Energieabgabemittel
25: Energieaufnahmemittel

26: Abstand
27: Pfeil
28: Leitung
29: Schnittstelle
30: Steuer- und/oder Kontrollkonsole

31: Akku
32: Bedien- und/oder Kontrollelement
33: Hubvorrichtung
34: Ortungseinrichtung
35: erstes Energiespeicherelement

36: Sensor
37: weiteres Energiespeicherelement
38: Leitung

Claims

Steuer- und Betätigungseinrichtung (1) für eine, an einer unterflur verlaufenden Leitung (2), insbesondere an einer Rohrleitung für ein hydraulisches Medium, angeordneten Armatur (4), z.B. eine Servoarmatur, ein Absperrschieber, ein Absperrventil, mit einem aus einer Energiequelle, z.B. Generator (22), Stromnetz, mit einem Energiemittel ansteuerbaren Stellantrieb (12) einer Antriebsvorrichtung (11) für ein Sperrelement (10) der Armatur (4), und mit einer Steuer- und/oder Kontrolleinrichtung (20) zur Betätigung der Antriebsvorrichtung (11) und Zustandsüberwachung der Armatur (4) und mit einer draht- und kontaktlosen Übertragungsvorrichtung (21) für Energie und Steuer- und Überwachungssignale mit einem mit der Energiequelle leitungsverbundenen Energieabgabemittel (24) und einem von diesem in einem Abstand (26) angeordneten und mit einem Steuergerät (16) der Antriebsvorrichtung (11) leitungsverbundenen Energieaufnahmemittel (25), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Kontrolleinrichtung (20) zum Empfangen von Ortungssignalen, beispielsweise von GPS Signalen, ausgbildet ist und eine Ortungseinrichtung (34) für eine Feinortung des Energieaufnahmemittels (25), z.B. mittels Funksignalen oder Induktionsmessung vorgesehen ist und das Steuergerät (16) ein nichtflüchtiges oder ein flüchtiges Datenspeicherelement für eine der Armatur (4) eindeutig zuordbare Kennung enthält.
Steuer- und Betätigungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (16) mit mehreren Antriebsvorrichtungen (11) von mehreren Armaturen (4) wirkungsverbunden ist.
Steuer- und Betätigungseinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (16) mit einer Sende- und/oder Empfangseinrichtung (18) zum Erfassen und Senden von Zustandsgrößen der Armatur (4) und/oder des Steuergerätes (16) ausgebildet ist.
Steuer- und Betätigungseinrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (16) mit Sensoren (36) wirkungsverbunden ist, welche zum Erfassen und Senden von Informationen über den Status des Stellantriebes (12) und/oder der Position des Sperrelements (10) und/oder zur Abfrage von beispielsweise Betriebs- und Umgebungszuständen ausgebildet sind.
Steuer- und Betätigungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieaufnahmemittel (25) mit einer Sende- und/oder Empfangseinrichtung (18) zum Empfangen und/oder Senden von Zustandsgrößen der Armatur (4) und/oder des Steuergerätes (16) ausgebildet ist.
Steuer- und Betätigungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieabgabemittel (24) mit einer Sende- und/oder Empfangseinrichtung (19) zum Empfangen und/oder Senden von Zustandsgrößen der Armatur (4) und/oder des Steuergerätes (16) ausgebildet ist.
Steuer- und Betätigungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Kontrolleinrichtung (20) mit einer Sende- und/oder Empfangseinrichtung (19) zum Empfangen und/oder Senden von Zustandsgrößen der Armatur (4) und/oder des Steuergerätes (16) ausgebildet ist.
Steuer- und Betätigungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Energieaufnahmemittel (25) ein erstes Energiespeicherelement (35) zugeordnet ist.
Steuer- und Betätigungseinrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Energiespeicherelement (35) als elektrisches oder mechanisches Energiespeicherelement, beispielsweise Kondensator, Batterie, Feder, ausgebildet ist.
Steuer- und Betätigungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (16) zumindest einen Mikroprozessor und/oder Mikrocontroller enthält.
Steuer- und Betätigungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Steuergerät (16) ein weiteres Energiespeicherelement (37) zugeordnet ist.
Steuer- und Betätigungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsvorrichtung (21) für einen kontakt- und/oder drahtlosen Energiefluss ausgebildet ist.
Steuer- und Betätigungseinrichtung (1) nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass das Energieabgabemittel (24) und das Energieaufnahmemittel (25) für einen induktiven Energiefluss ausgebildet ist.
Steuer- und Betätigungseinrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieabgabemittel (24) und das Energieaufnahmemittel (25) für einen kapazitiven Energiefluss ausgebildet ist.
Steuer- und Betätigungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (12) mit einem Betätigungsorgan, bevorzugt mit einer Spindel (13), für das Sperrelement (10) der Armatur (4) in Antriebsverbindung steht.
Steuer- und Betätigungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle und das Energieabgabemittel (24) auf einem Fahrzeug (23) angeordnet sind.
Steuer- und Betätigungseinrichtung (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieabgabemittel (24) auf einer Hubvorrichtung (33) angeordnet ist.
Verfahren zum Steuern und Betätigen einer, an einer unterflur verlaufenden Leitung (2), angeordneten Armatur (4), z.B. eine Servoarmatur, ein Absperrschieber, ein Absperrventil, bei dem mittels eines Energiemittels Energie drahtlos zwischen einem Energieabgabemittel (24) und einem Energieaufnahmemittel (25) an ein Steuergerät (16) eines Stellantriebes (12) einer Antriebsvorrichtung (11) für ein Sperrelement (10) der Armatur (4) übertragen wird und mit einer Steuer- und Betätigungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Steuer- und/oder Kontrolleinrichtung (20) eine Grobortung des Steuergerätes (16) bzw. des Energieaufnahmemittels (25) mittels Ortungssignalen, beispielsweise mittels GPS Signalen, erfolgt, wonach durch das Energieabgabemittel (24) oder durch eine Ortungseinrichtung (34) der Steuer- und /oder Kontrolleinrichtung (20) eine Feinortung des Energieaufnahmemittels (25), z.B. mittels Funksignalen, erfolgt und anschließend durch das Steuergerät (16) ein eindeutiges, in einem nicht- flüchtigen oder flüchtigen Datenspeicherelement abgelegtes Kennungssignal ausgegeben wird, welches an die Steuer- und/oder Kontrolleinrichtung (20) oder einer Ortungseinrichtung (34) für eine der Armatur eindeutig zuordbare Kennung übermitteln wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Energiemittel ein erstes Energiespeicherelement (35) mit Energie versorgt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die übertragene Energiemenge überwacht und die Energieversorgung nach Erreichen einer ausreichenden Energiemenge für einen Schaltvorgang der Armatur (4), unterbrochen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Energieabgabemittel (24) und dem Energieaufnahmemittel (25) Steuersignale bzw. Zustandsgrößen der Armatur (4) und/oder des Steuergerätes (16) drahtlos übertragen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Steuer- und/oder Kontrolleinrichtung (20) und dem Steuergerät (16) Steuersignale bzw. Zustandsgrößen der Armatur (4) und/oder des Steuergerätes (16) drahtlos übertragen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsfrequenz der elektromagnetischen Wellen des Energiemittels geringer als 30kHz, vorzugsweise geringer als 20kHz, ist.