用于采矿的压电执行单元制造技术

本发明专利技术涉及在采矿中用于开关阀门、尤其是在地下采矿中用于开关油压或水压伺服阀的压电执行单元（１０），具有在施加用于开关阀门的控制电压时其大小变化的压电元件（１１）。为了确保防意外事故功能以及使压电元件快速地复位到其起始位置，压电执行单元（１０）包括与压电（１１）相应的、具有至少一个放电元件（２１，３１）的放电电路。借助于本发明专利技术的放电电路，当执行器应位于矿工安全的起始位置时，总是使压电元件放电。放电电路必须主动地开关，以便能够用压电执行器（１１）实现闭合行程。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于一种在采矿中开关阀门，尤其是在地下采矿中开关油压或水压伺服阀的压电执行单元，具有在施加用于开关阀门的控制电压时其大小改变的压电元件。
技术介绍
在地下采矿中，为了开关在地下工作面支架中所使用的、由伺服阀和主控阀构成的阀门，通常使用电磁执行器。通过电磁执行器上的适当电路，尤其是通过用于降低保持电流的电路，能够限制电磁执行器的用电需求。在地下采矿中，限制每个电磁执行器的电能消耗可以使得要安装的电功率和可由安装功率控制的阀门之间具有有利的比例关系。地下采矿中所使用的全部电磁执行器都具有复位弹簧，所述复位弹簧例如在开关错误时、在线路网中短暂电压下降时、在干扰引起的电缆故障时、以及其他情况下使伺服阀以及相应串接的主控阀回复到其起始位置。对于控制地下工作面支架的支柱的阀门，起始位置一般为阀门的闭合状态，因此工作面支架的液压或支承支架保持其瞬时外伸长度或者保持运动的驱动。在地下采矿中，电磁执行器经常由防意外事故功能或防意外事故位置自动地复位到其起始位置，在地下采矿中出于安全考虑而在执行器或由其开关的阀门中强制要求防意外事故功能或防意外事故位置。此外在地下采矿中还非常希望减少执行器开关阀门的电功率消耗。一种方法包括使用压电执行器，这是因为压电执行器在施加控制电压时只消耗用于压电元件电容的充电电流，随后在消耗可忽略的剩余电流时保持其开关工作状态，即其体积或长度发生变化。压电元件的特点是耐磨损、切换时间快和开始切换过程的高调节力、以及小的能量消耗。然而，压电元件在施加控制电压时只发生很小的体积变化，因此，通常只有通过(机械的)杠杆传动比的中间连接才达到开关阀门所需的行程长度(DE 102 33 316 A1)。DE 102 33 316 A1公开了一种用于在执行器的防意外事故功能中使开关杆快速复位的解决方案，其中在摇杆上设置液压可进汽活塞。压电执行器的特点尤其在于其电容性能。如果在压电元件上施加电压，则在压电元件上出现电荷流，压电元件保持这些电荷流直到其被放电。由通过压电元件内阻的泄漏电流只以可忽略的程度进行独立的放电。因此，不可能通过撤去控制电压而使压电元件短时间地自动复位到其起始位置。
技术实现思路
本专利技术的任务在于，提供一种用于采矿的压电执行单元，其对防意外事故功能可以可靠、快速地复位到压电元件的起始位置或初始延伸。根据本专利技术，该任务通过以下方式完成压电执行单元包括具有至少一个放电元件的、与压电元件相对应的放电电路。这样构造所述放电电路只要没有终止信号主动地断开放电电路，放电元件就持续地或不断地对压电元件放电。最好通过施加控制电压和/或终止电压来主动断开放电电路，以中断放电过程。这样构造具有放电元件的放电电路只要没有控制信号输出到执行单元上、或者在压电元件或放电电路上没有施加引起闭合行程的控制电压，则放电元件对压电元件进行被动放电。根据本专利技术，只有当上级控制单元在压电执行单元的压电元件上施加控制信号或控制电压时，才借助于放电电路以下述方式控制放电元件使放电元件与压电元件分离，从而中断放电过程，并且压电元件现在能够实现所希望的闭合行程。其触发信号是引入放电电路中的适当的终止信号。当执行器位于矿工安全起始位置时，根据本专利技术所采用的、可控的、包括放电元件的放电电路总是引起压电元件放电，由此实现矿工需要的防意外事故功能。压电元件通过放电元件实现的被动放电相对于有负载情况下的自放电显著地加快了，其中压电元件的放电在原理上引起压电元件的体积变化，并从而使其复位到起始位置。在根据本专利技术的一种实施方式中，终止电压可以通过控制电压生成或由控制电压直接生成。作为替代，可以通过降低电压由控制电压生成终止电压。当电压中断时，在执行单元上的终止电压也立即消失。尽管通过控制信号直接触发终止信号是有利的，但是也可以与控制信号无关地触发终止信号。另外，可以设置用于根据开关信号生成控制电压和终止电压的模拟电路。作为替代或补充，可以设置用于生成控制电压和终止电压或相应信号的、串接的、尤其是数字的智能部件。另外，这使得可以借助于串接的智能部件经由通信线路与上级控制设备交换数据，尤其是额定值、实际值和状态数据(Stati)。根据本专利技术的方案还提出了一种替代方案，即通过施加同一控制电压来控制放电元件。该替代方案建议通过施加同一控制电压，不必强制地要求使用幅值相同的控制电压来加载压电元件及控制放电电路。对于根据本专利技术的方案，通过在执行单元上施加控制电压就足以启动对放电元件或放电电路的控制。在优选实施方式中，放电电路配备有一个开关元件，该开关元件只在施加控制电压或终止电压时才中断压电元件的放电或将开关电路与放电元件隔开，而当执行单元上没有施加终止电压或控制电压时，所述开关元件始终将压电元件和放电元件短接。本专利技术的优选方案具有以下优点，即为了实现闭合行程必须主动释放压电元件，这是因为否则压电元件将持续被放电并因此而不能被接通。在切断电源或者在供电电网或上级控制装置中出现其他故障的情况下，在压电执行单元中固定集成一个被动安全功能，其使压电元件独立地、可靠地、短时间自动地复位到其起始位置。在特别优选的实施方式中，放电元件与压电元件并联设置。在放电电路的最简单的实施例中，放电元件包括至少一个放电电阻。其中建议根据压电元件的电容来调节放电电阻。通过对放电电阻的相应选择，可以使压电元件(压电或压电执行器)在几毫秒内放电。特别地，开关元件可以包括一个开关晶体管或FET(场效应晶体管)，尤其是NC-FET构件(NC＝正常闭合)。除了设置一个开关晶体管或FET构件以外，也可以设置多个开关晶体管或FET构件。为了在地下采矿中应用压电执行单元，放电电路被冗余地实现并且具有至少两个带有放电元件和开关元件的开关电路是特别有利的。具有多个开关电路的放电电路冗余设计确保了即使在一个放电电路和压电元件之间的接触失效时防意外事故功能也能工作。由于压电元件在原理上改变其体积，所以压电元件与开关电路的可靠接触是一个问题；在多个闭合行程之后，可能出现单个接触的失效。因此在本专利技术的优选实施方式中，每个开关电路通过一个独立的接触连接到压电元件上。由于相同的原因，与压电元件的一些或全部电气接触被至少双倍地设计是有利的。对于本领域技术人员而言，在压电执行单元中显然可以使用各种类型的压电元件，尤其是压电元件组，这是因为能够与压电元件的实现无关地设计根据本专利技术的放电电路。附图说明以下对附图所示的具有压电执行单元的地下液压阀的实施例介绍中得到本专利技术的其他优点和实施方式。如图所示图1用电路图示出了在地下采矿中用于防止意外事故位置的具有压电执行单元的串接液压阀；图2借助于简要电路图示出了根据本专利技术的压电执行单元的放电电路结构；以及图3示出了具有根据第二个实施例的控制器的根据本专利技术的执行单元。具体实施例方式在图1的电路图中，在液压主控阀1前串接一个伺服阀2，所述主控阀可以通过在压电执行单元10上施加一个用符号来表示的控制电压S来操作伺服阀2。该电路图示出了两个阀门1、2都位于起始位置。通过控制压电执行单元10，伺服阀的阀塞这样移动伺服阀2的引出线3以液压方式与高压源4相连接，由此，串接在后面的主控阀1的阀塞也改变其开关位置，并使通过负载线5连接的负载与高压源4相连接。而在所示的起始位置中，伺本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于开关阀门，尤其是在地下采矿中用于开关油压或水压伺服阀的压电执行单元，具有在施加用于开关阀门的控制电压时其大小变化的压电元件，其特征在于，具有与所述压电元件（１１）相对应的、包括至少一个使所述压电元件放电的放电元件（２１；３１）的放电电路（２０，３０），可以通过施加控制电压（Ｓ）和／或用于中断放电过程的终止电压（Ｅｓ）断开所述放电电路。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：延斯蒂彻特，塞巴斯蒂安M蒙德里，霍斯特瓦格纳，佛朗兹海因里希苏尔曼，
申请(专利权)人：DBT自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]