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Title:
TELPHER LINE WITH CONTACTLESS ENERGY AND DATA TRANSMISSION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/026915
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a telpher line with contactless energy transmission between a supply line (4) which is arranged at a distance along a running rail (1) for mobile transport units (12) and an inductive current collector which is situated on the transport unit. In order to transmit data in a contactless manner between a central station (18) and the transport units, a data transmission loop (7) is arranged at a defined distance along the supply line in such a way that the parallel conductors of said loop are precisely situated in a field line of the supply line. Said data transmission loop is galvanically connected to the central station by means of a transmission station (10). For inductive coupling to the transport units, a communication module (6) comprising emission and reception coils on ferrite cores is arranged on said transport units, said module being able to receive all information exchanged on the data transmission loop. The inductive transmission is carried out in the form of sinusoidal signal sequences used as digital signals in two different fixed frequencies in the mean frequency range.

Inventors:
FUTSCHEK NORBERT (DE)
Application Number:
PCT/DE2002/001578
Publication Date:
April 03, 2003
Filing Date:
April 26, 2002
Export Citation:
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Assignee:
LJU INDUSTRIEELEKTRONIK GMBH (DE)
FUTSCHEK NORBERT (DE)
International Classes:
B60L5/00; B60M7/00; B61B3/02; (IPC1-7): B60L5/00; H02J5/00; B61B3/02
Domestic Patent References:
WO1996031381A11996-10-10
WO2001002211A12001-01-11
WO1998057413A11998-12-17
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
Wablat, Wolfgang (Berlin, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Elektrohängebahn mit berührungsloser Energieübertra gung zwischen einem längs einer Laufschiene für mo bile Transporteinheiten im Abstand angeordneten Speiseleiter und einem induktiven Stromabnehmer an der Transporteinheit sowie mit berührungsloser Da tenübertragung zwischen einer Zentralstation und ei nem an der Transporteinheit vorgesehenen Steuerge rät, dadurch gekennzeichnet, daß in definiertem Ab stand längs des Speiseleiters (4) eine Datenübertra gungsschleife (7) mit beidseitigen Abschlußwi derständen (Ra) und zwei parallelen, in einund derselben Feldlinie (4.1) des Speiseleiters (4) lie genden Leitern (7a, 7b) angeordnet ist, die Daten übertragungsschleife (7) über eine Übertragungssta tion (10) galvanisch an die Zentralstation (18) an geschlossen ist und über ein Kommunikationsmodul (6) induktiv mit dem Steuergerät (13) der Transportein heit (12) verbunden ist ; wobei das Kommunikationsmo dul (6) im Abstand zur Datenübertragungsschleife (7) einen Sendeund einen Empfangsferritkern (6.1 ; 6.2) mit einer Sendebzw. Empfangsspule (8,9) zur in duktiven Übertragung von in Form von Sinussignalfol gen in zwei unterschiedlichen Fixfrequenzen im Mit telfrequenzbereich erzeugten digitalen Signalen auf weist.
2. Elektrohängebahn nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß an einem den Speiseleiter (4) aufneh menden Speiseleiterträger (2) eine Halterung (5) be festigbar ist, an der die beiden Leiter (7a, 7b) der Datenübertragungsschleife (7) in Halterinnen (5a, 5b) parallel zueinander fixierbar sind.
3. Elektrohängebahn nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Halterung (5) als ein eine Halte rinne (3) des Speiseleiterträgers (2) übergreifender Steckaufsatz ausgebildet ist.
4. Elektrohängebahn nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Sendeund der Empfangsferritkern (6.1, 6.2) Eförmig ausgebildet sind und deren je weils mittlerer Steg, dessen Stirnseite der Daten übertragungsschleife (7) im Abstand parallel gegenü bersteht, die Sendespule (8) bzw. die Empfangsspule (9) aufnimmt.
5. Elektrohängebahn nach Anspruch 1 und 4, dadurch ge kennzeichnet, daß dem Sendeund Empfangsferritkern (6.1, 6.2) im Kommunikationsmodul (6) ein Sendeund ein Empfangskoppler (6.3, 6.4), ein Sendeund ein Empfangsteil (6.5 ; 6.6) und eine mit dem Steuergerät (13) verbundene Verarbeitungseinheit (6.7) zugeord net sind.
6. 6 Elektrohängebahn nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die über eine Datenzuleitung (11) an die Datenübertragungsschleife (7) angeschlossene Ü bertragungsstation (10) einen Sendeund Empfangs koppler (10.1), ein Sendeund ein Empfangsteil (10.2 ; 10.3) sowie eine mit der Zentralstation ver bundene Verarbeitungseinheit (10.4) aufweist.
7. Elektrohängebahn nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die beiden unterschiedlichen Fixfre quenzen der induktiv übertragenen verschlüsselten digitalen Daten sinusförmige Signale mit ausreichend großem Störabstand sind.
8. Elektrohängebahn nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (13) der mobilen Transporteinheit (12) an einen Antrieb (15), eine Sensorik (16) und einen Positionsscanner (17) angeschlossen ist.
9. Elektrohängebahn nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehreren Hängebahnsekti onen jeweils eine Datenübertragungsschleife (7) mit an diese angeschlossener Übertragungsstation (10) zugeordnet ist.
10. Elektrohängebahn nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenschaft der Transporteinheiten (12), alle Informationen auf der Datenübertragungsschleife (7) mitzuempfangen, für eine lokale richtungsunabhängige Kollisionsschutz funktion aller mobilen Transporteinheiten nutzbar ist.
Description:
Beschreibung Elektrohängebahn mit berührungsloser Energie-und Daten- übertragung Die Erfindung betrifft eine Elektrohängebahn mit berüh- rungsloser Energieübertragung zwischen einem längs einer Laufschiene für mobile Transporteinheiten im Abstand an- geordneten Speiseleiter und einem induktiven Stromabneh- mer an der Transporteinheit sowie mit berührungsloser Da- tenübertragung zwischen einer Zentralstation und einem an der Transporteinheit vorgesehenen Steuergerät.

Bei einem bekannten Elektrohängebahnsystem dieser Art wird der Rückleiter für den an eine Wechselstromquelle höherer Frequenz angeschlossenen Speiseleiter unmittelbar durch die Laufschiene für die mobilen, mit einem An- triebsaggregat und einem Steuergerät ausgerüsteten Trans- porteinheiten gebildet. Der Stromabnehmer ist ein den Speiseleiter U-förmig übergreifender Ferritkern mit auf diesen Schenkeln angeordneten, jedoch unterschiedlich ausgelegten Wicklungen zur Erzeugung unterschiedlich ho- her Speisespannungen für den Antriebsteil bzw. den Steue- rungsteil der mobilen Transporteinheit.

Der hier zunächst unterbreitere Vorschlag, den Speiselei- ter auch zur Kommunikation mit den Transporteinheiten zu deren Programmierung und Fernbedienung von einer Zentral- station aus zu verwenden, ist jedoch praktisch nicht rea- lisierbar, da aufgrund des hohen Stromes in der Speise- leitung und der entsprechend hohen Felddichte nur ein sehr kleiner frequenzmäßiger Störabstand besteht und zur Beseitigung der daraus resultierenden Probleme ein unver-

tretbar hoher elektrischer und elektronischer Aufwand er- forderlich ist.

Zur berührungslosen Datenübertragung bei Elektro- hängebahnen ist weiterhin die Anwendung der Infrarottech- nik bekannt. Ein auf diese Art ausgebildetes Datenüber- tragungssystem ist jedoch räumlich begrenzt. Die Daten- übertragung kann nur an bestimmten, örtlich voneinander getrennten Punkten erfolgen. Zwischenzeitlich sind die Transporteinheiten unkontrolliert und von außen nicht beeinflußbar. Andererseits ist eine Verringerung der Ab- stände zwischen den einzelnen Kommunikationspunkten mit einem hohen Aufwand verbunden.

Die darüber hinaus zur Datenübertragung bereits vorge- schlagene Anwendung der Funktechnik, bei der die einzel- nen Transporteinheiten mit einem Funkmodul ausgestattet sind und ein Verbund von festen Funkstationen mit im Bahnverlauf sich überschneidenden Funkzellen gebildet ist, zwischen denen die mobilen Transportelemente überge- ben werden, ist insofern nachteilig, als der Funkkontakt durch äußere Einflüsse beeinträchtigt werden und abreißen kann. Zum anderen erfordert die Übergabe von einer Funk- station zur anderen einen erheblichen informationstechni- schen Aufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Elekt- rohängebahn mit berührungsloser Energieübertragung ent- sprechend der eingangs angegebenen Art ein berührungslo- ses Datenkommunikationssystem zu entwickeln, das mit ge- ringem Aufwand entlang des Transportweges eine ständige zentrale Erfassung von Informationen der mobilen Trans- porteinheiten sowie die Übertragung von Daten zur

Einflußnahme auf den Betrieb der mobilen Transport- einheiten gewährleistet und des weiteren sicherstellt, daß die zur Zentrale gesendeten Informationen von allen mobilen Transporteinheiten gleichzeitig mitempfangen wer- den können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 ausgebildeten induktiven Datenübertragungssystem für eine Elektrohängebahn gelöst.

Aus den Unteransprüchen ergeben sich weitere Merkmale und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht ausgehend von ei- ner induktiven Energieübertragung von einem entlang der Laufbahn geführten Speiseleiter zu den Stromverbrauchern der Transporteinheit darin, daß dem Speiseleiter im Ab- stand eine Datenübertragungsschleife zugeordnet ist, de- ren zueinander parallel angeordnete und genau in einer Feldlinie des Speiseleiters liegende Leiter galvanisch an eine Zentralstation angeschlossen und induktiv mit dem Steuergerät der Transporteinheit verbunden sind. Die be- rührungslose Verbindung mit der induktiven Datenübertra- gungsschleife erfolgt über ein auf der mobilen Transport- einheit angebrachtes Kommunikationsmodul, das jeweils ei- nen in geringem, aber für die Bewegung der Transportein- heiten praktikablen Abstand parallel zur Datenübertra- gungsschleife angeordneten Sende-und Empfangsferritkern mit Sende-bzw. Empfangsspule aufweist. Die Daten werden im Mittelfrequenzbereich in zwei unterschiedlichen, fes- ten Sinusfrequenzen, die jeweils einen digitalen Wert (0 bzw. 1) darstellen, übertragen.

Die geometrische Anordnung der Datenübertragungsschleife vor dem Speiseleiter in einer einzigen der von diesem er- zeugten Feldlinien gewährleistet zunächst, daß die vom Speiseleiter induzierte Störspannung und deren Einfluß auf die induktive Datenübertragung gering ist. Durch die induktive Datenübertragung im Mittelfrequenzbereich in Form von zwei unterschiedlichen Sinusfrequenzen als digi- tale Datenfolgen sind mit der erfindungsgemäß als reine Induktionsschleife dienenden Datenübertragungsschleife, die nicht als Wellenleiter und auch nicht als Antenne mit elektromagnetischer Strahlung bei hohen Frequenzen ge- nutzt wird, ein geringer Schaltungsaufwand, eine unkriti- sche, praktikable Dimensionierung der Abschlußwiderstände der Datenübertragungsschleife und letztlich ein ausrei- chender Störabstand zwischen dem Energie-und dem Daten- übertragungskanal gewährleistet. Die Abstände zwischen der Datenübertragungsschleife und den an der mobilen Transporteinheit angebrachten Sende-und Empfangsferrit- kernen sind mit 5-10 mm für den Betrieb einer Elektrohän- gebahn ausreichend groß.

In weiterer Ausbildung der Erfindung sind dem Sende-und Empfangsferritkern im Kommunikationsmodul ein Sende-und Empfangskoppler, ein Sende-und Empfangsteil und eine Verarbeitungseinheit zum Senden bzw. Empfangen sowie zum Erzeugen und Verarbeiten der Daten bzw. der digitalen Si- nusfolgen in zwei unterschiedlichen Frequenzen zugeord- net. Derartige Sende-und Empfangskoppler sowie Sende- und Empfangsteile nebst Verarbeitungseinheit sind auch in einer zwischen die Datenübertragungsschleife und die Zentralstation geschalteten Übertragungsstation vorgese- hen.

Bei der vorliegenden Elektrohängebahn mit berührungsloser Energie-und Datenübertragung entspricht der Kommunikati- onsweg genau dem Weg der mobilen Transporteinheiten. Das mit niedrigen Frequenzen betriebene induktive Datenüber- tragungssystem ist in der Lage, zu jeder Zeit und mit ge- ringem Aufwand alle mobilen Transporteinheiten mit Daten zu versorgen und entsprechend zu beeinflussen bzw. die von diesen bereitgestellten Informationen über den Status der Transporteinheit, die Position oder gegenseitige Ab- stände zu erfassen und an die Zentralstation weiterzulei- ten.

Die erfindungsgemäß ausgebildeten Transporteinheiten sind in der Lage, alle zur Übertragungsstation gesendeten In- formationen gleichzeitig mitzuempfangen. Dadurch ist es möglich, ohne zusätzliche Peripheriegeräte eine rich- tungsunabhängige Antikollisionsfunktion der mobilen Transporteinheiten untereinander entlang des Transportwe- ges durch entsprechende Programmabläufe innerhalb des je- weiligen Steuergerätes zu realisieren. Dieser so be- schriebene lokale betriebsmäßige Kollisionsschutz der mo- bilen Transporteinheiten untereinander kann jederzeit den systembedingten Abstandanforderungen angepaßt werden und ist ein entscheidender Vorteil gegenüber allen bisher be- kannten Verfahren entlang eines sich räumlich darstellen- den Transportweges.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Elektro- hängebahn mit berührungsloser Datenkommuni- kation zwischen deren mobilen Transportein- heiten und einer Zentralstation über eine

induktive Datenübertragungsschleife ; Fig. 2 ein in eine mobile Transporteinheit integrier- tes induktives Kommunikationsmodul zur Daten- übertragung zwischen einer Zentralstation und einer Transporteinheit über die Datenüber- tragungsschleife ; Fig. 3 die Datenübertragungsschleife mit einer an die- se angeschlossenen Übertragungsstation ; Fig. 4 ein Blockschaltbild einer mobilen Transport- Einheit, und Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines mit der Laufschiene für die Transporteinheiten verbun- denen Speiseleiterträgers, der mit einer aufsteckbaren Halterung für die Datenüber- tragungsschleife verbunden ist.

Die Figuren 1 bis 5 beziehen sich auf eine Elektrohänge- bahn mit berührungsloser, induktiver Energieübertragung von einem Speiseleiter zu einer Mehrzahl auf einer Lauf- schiene 1 verfahrbarer Transporteinheiten 12 zum Tragen und Transportieren von Lasten. Jede mobile Transportein- heit 12 ist mit einem Stromabnehmer 14 zur berührungslo- sen Energieübertragung von dem an eine Spannungsquelle angeschlossenen, als Hochfrequenzlitze ausgebildeten Speiseleiter 4 ausgerüstet. Der Speiseleiter 4 ist in der Halterinne 3 eines an der Laufschiene 1 angebrachten Speiseleiterträgers 2 aus nicht leitendem Material ange- ordnet. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, weist der Speise- leiter 2 eine mechanische Codierung 2a auf, um mit einem an der Transporteinheit 12 vorgesehenen Positionsscanner 17 (Fig. 4) eine absolute Positionserfassung der Trans-

porteinheit 12 sicherzustellen. Zur induktiven berüh- rungslosen Energieübertragung ist der Stromabnehmer 14 als U-förmiger Ferritkern mit zwei Wicklungen und jeweils einer Abnehmerelektronik (jeweils nicht dargestellt) aus- gebildet, um einerseits ein auf der Transporteinheit 12 angebrachtes Steuergerät 13 sowie die mit diesem verbun- dene Sensorik 16 und den Positionsscanner 17 mit der er- forderlichen Steuerspannung zu versorgen und andererseits dem Antrieb 15 der Transporteinheit 12 die entsprechend größere Antriebsenergie zuzuführen.

Der Ferritkern (nicht dargestellt) umgibt den Speiselei- ter 4 derart, daß die Energiemagnetfeldlinien 4.1 des Speiseleiters 4 die Ausbildung des magnetischen Flusses im Ferritkern für eine ausreichende magnetische Durchflu- tung sicherstellen.

Der Datensignalaustausch zwischen den auf der Laufschiene 1 geführten Transporteinheiten 12 und einer Zentralstati- on 18 erfolgt bei der oben beschriebenen Elektrohängebahn mit induktiver Energieübertragung berührungsfrei, und zwar ebenfalls auf induktivem Wege. Zu diesem Zweck ist zum einen im Abstand und parallel vor dem Speiseleiter 4 eine Datenübertragungsschleife 7 angeordnet, die aus zwei parallelen, in der Zeichnungsebene senkrecht übereinander angeordneten Drähten 7a, 7b besteht. Die beiden Drähte (Leiter) 7a, 7b sind an den jeweiligen Enden durch einen Abschlußwiderstand Ra verbunden. Die Datenübertragungs- schleife 7 befindet sich dabei in einer geometrischen La- ge entlang (d. h. innerhalb) einer Feldlinie 4.1 des Spei- seleiters 4, so daß die von diesem Magnetfeld ausgehenden Störwirkungen auf die Datenübertragungsschleife 7 gering sind. Die geometrisch exakte Anordnung der Datenübertra- gungsschleife 7 entlang einer Feldlinie des Speiseleiters

4 wird mit Hilfe einer Halterinnen 5a, 5b aufweisenden Halterung 5 realisiert, an der die Drähte 7a, 7b parallel zueinander fixiert sind. Die Halterung 5 ist als Steck- element ausgebildet, das auf der Aufnahmerinne 3 für den Speiseleiter 4 verrastbar ist.

Gemäß Fig. 1 umfaßt das Elektrohängebahnsystem in der vorliegenden Ausführungsform zwei Sektionen (1 und 2) und demzufolge auch zwei Datenübertragungsschleifen 7 mit den zugehörigen Abschlußwiderständen Ra. Jede Datenübertra- gungsschleife 7 ist über Datenzuleitungen 11 galvanisch mit einer Übertragungsstation 10 verbunden, die jeweils an eine gemeinsame Zentralstation 18 angeschlossen ist.

Die Übertragungsstation 10 umfaßt einen Sende-und Emp- fangskoppler 10.1 sowie ein Sendeteil 10.2 und ein Emp- fangsteil 10.3 zum Senden bzw. Empfangen von sinusförmi- gen Signalen im Mittelfrequenzbereich, und zwar in zwei unterschiedlichen Fixfrequenzen mit ausreichend hohem Störabstand, hier von 50 kHz und 125 kHz. Die jeweils si- nusförmigen Signale als zwei Fixfrequenzen in zeitlicher Aufeinanderfolge stellen verschlüsselte digitale 0/1- Signale dar. Über eine an das Sende-und das Empfangsteil 10.2, 10.3 angeschlossene Verarbeitungseinheit 10.4 ist die jeweilige Übertragungsstation 10 mit der Zentralsta- tion 18 verbunden.

Ein an jeder Transporteinheit 12 vorgesehenes induktives Kommunikationsmodul 6 umfaßt ebenfalls einen Sende-und einen Empfangskoppler 6.3 und 6.4 sowie ein Sendeteil 6.5 und ein Empfangsteil 6.6. zum Senden bzw. Empfangen von zwei sinusförmigen Signalen bzw. Signalfolgen mit unter- schiedlicher Fixfrequenz im Mittelfrequenzbereich als di- gitale Datensignale und schließlich eine Verarbeitungs- einheit 6.7, die mit dem Steuergerät 13 verbunden ist.

Die Datenübertragung, das heißt, das gegenseitige Senden und Empfangen der mit zwei Fixfrequenzen in Form sinus- förmiger Signalfolgen vorliegenden Daten über die mit den Übertragungsstationen galvanisch verbundene Datenübertra- gungsschleife zu oder von dem auf den Transporteinheiten 12 angeordneten Kommunikationsmodul 6 erfolgt induktiv und damit berührungslos. Das Kommunikationsmodul 6 ist zu diesem Zweck mit zwei E-förmigen Ferritkernen versehen, von denen der Sendeferritkern 6.1 eine Sendespule 8 und der in der Zeichnungsebene dahinterliegende (nicht dar- gestellte) Empfangsferritkern 6.2 eine Empfangsspule 9 aufweist, um die den digitalen Impulsfolgen (0 ; 1) ent- sprechenden Sinuswellenfolgen unterschiedlicher Frequenz vom Steuergerät 13 über das Kommunikationsmodul 6 und die Datenübertragungsschleife 7 zur Übertragungsstation 10 und zur Zentralstation 18 zu senden oder in umgekehrter Richtung empfangen und über die Verarbeitungseinheit 6.7 an das Steuergerät 13, beispielsweise zur Steuerung des Antriebes 15, weiterzuleiten.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die vorbe- schriebene Ausführungsform beschränkt. Im Rahmen der er- findungswesentlichen Merkmale, die bei einer Elektrohän- gebahn mit berührungsloser (induktiver) Energieübertra- gung zu den Transporteinheiten darin bestehen, daß die Datenkommunikation zwischen den Transporteinheiten und einer Zentralstation mit Hilfe von zwei im Mittelfre- quenzbereich liegenden Sinuswellenfolgen unterschiedli- cher Frequenz über eine Datenübertragungsschleife mit beidseitigen Abschlußwiderständen und parallelen Drähten, die innerhalb einer Magnetfeldlinie des Speiseleiters für die induktive Energieübertragung liegen, unter Verwendung von mit einer Empfangs-bzw. Sendespule besetzten Ferrit-

kernen ebenfalls induktiv erfolgt, sind fachgemäße Modi- fikationen zur Realisierung übergeordneter Funktionen, wie zum Beispiel Visualisierung, präventive Instandhal- tung oder zentraler Auffahrschutz, denkbar.

Bezugszeichenliste 1 Laufschiene 2 Speiseleiterträger 2a mechanische Codierung 3 Halterinne für Speiseleiter 4 Speiseleiter 4.1 Feldlinien 5 Halterung 5a, 5b Halterinnen für 7a, 7b 6 Induktives Kommunikationsmodul 6.1 Sendeferritkern 6.2 Empfangsferritkern 6.3 Sendekoppler 6.4 Empfangskoppler 6.5 Sendeteil 6.6 Empfangsteil 6.7 Verarbeitungseinheit 7 Datenübertragungsschleife 7a, 7b Drähteleiter von 7 7.1 Datenmagnetfeldlinien 8 Sendespule 9 Empfangsspule 10 Übertragungsstation 10.1 Sende-und Empfangskoppler 10.2 Sendeteil 10.3 Empfangsteil 10.4 Verarbeitungseinheit 11 Datenzuleitung 12 Mobile Transporteinheit 13 Steuergerät 14 Stromabnehmer 15 Antrieb 16 Sensorik 17 Positionsscanner 18 Zentralstation Ra Abschlußwiderstand von 7