DE10049958A1 - Fluidtechnische Anordnung sowie Ventilanordnung und Aktuator hierfür - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine fluidtechnische Anordnung sowie eine Ventilanordnung (12) und einen Aktuator (10) hierfür. Der Aktuator (10) ist mittels der Ventilanordnung (12) über zumindest eine erste und eine zweite Fluidleitung (13, 14) durch Fluidkraft betätigbar, wobei an dem Aktuator (10) zumindest eine zum Anschluss an ein Steuermodul (39, 61) vorgesehene elektrische Komponente (37, 38, 46) angeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Ventilanordnung (12) und der Aktuator (10) über zwei jeweils über die Fluidleitungen (13, 14) führende elektrische Verbindungen (28, 29) miteinander verbunden sind, über die die Ventilanordnung (12) den Aktuator (10) mit elektrischer Energie versorgt, und dass dem Aktuator (10) und der Ventilanordnung (12) jeweils Signalgeber- und/oder Signalerfassungsmittel (41, 44) zum Aufbau einer Signalverbindung (SV) zwischen der mindestens einen elektrischen Komponente (37, 38, 46) und dem Steuermodul (39, 61) über die erste und die zweite elektrische Verbindung (28, 29) zugeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine fluidtechnische An­ ordnung mit mindestens einem fluidtechnischen Aktuator, der mittels einer Ventilanordnung über zumindest eine erste und eine zweite Fluidleitung durch Fluidkraft betätigbar ist, wo­ bei an dem Aktuator zumindest eine zum Anschluss an ein Steu­ ermodul vorgesehene elektrische Komponente angeordnet ist. Die Erfindung betrifft ferner einen Aktuator sowie eine Ven­ tilanordnung jeweils für eine fluidtechnische Anordnung der genannten Art.

Eine derartige fluidtechnische Anordnung ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 198 27 833 A1 be­ kannt. Dort sind als Aktuatoren sogenannte doppeltwirkende Zylinder gezeigt, deren Kolben in zwei einander entgegenge­ setzte Richtungen bewegbar und jeweils in eine Endstellung verfahrbar sind. Die Zylinder werden durch Druckluft betä­ tigt, die ihnen jeweils über ein Paar von Druckluftleitungen jeweils lagerdeckel- und abschlussdeckelseitig aus einer Ven­ tilanordnung zugeführt wird. Zur Betätigung der Zylinder be­ wirken in der Ventilanordnung angeordnete Ventile eine Druck­ beaufschlagung oder Entlüftung der Zylinderkammern. An den Zylindern wird über Sensoren die jeweilige Kolbenstellung er­ fasst und über separate elektrische Verbindungsleitungen ei­ nem Steuergerät gemeldet.

Bei dieser konventionellen fluidtechnischen Anordnung sind sowohl jeweils zwei Druckluftleitungen als auch zwei elektri­ sche Verbindungsleitungen an jeden Zylinder zu führen. Der Verschlauchungs- und Verkabelungsaufwand ist also beträcht­ lich.

Als eine Lösung für diese Problematik wird in der DE 198 27 833 A1 bereits vorgeschlagen, die jeweils einem Zylinder zu­ geordneten Ventile unmittelbar an den Zylindern anzuordnen und lediglich eine Druckluft-Speiseleitung zu dem Zylinder zu führen. Ferner wird vorgeschlagen, die Druckluft- Speiseleitung mit mehreren elektrischen Leitungen zu verse­ hen, die teils der Stromversorgung der elektrischen Komponen­ ten des Zylinders dienen und teils der Übertragung von Daten zwischen dem Steuergerät sowie den Ventilen und Sensoren.

Zwar verringert dieser Lösungsvorschlag auf der einen Seite den Verschlauchungsaufwand. Auf der anderen Seite jedoch sind teure und kompliziert aufgebaute Druckluftschläuche mit meh­ reren elektrischen Leitern erforderlich, die zudem noch eine aufwendige Anschlusstechnik zum Anschluss der Druckluft­ schläuche an die Zylinder sowie die Druckluftversorgung er­ forderlich machen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine übersichtlich und leicht aufzubauende, kostengünstige fluidtechnische Anordnung zu schaffen. Ferner sollen eine Ventilanordnung und ein Aktu­ ator vorgeschlagen werden, die für eine derartige fluidtech­ nische Anordnung besonders geeignet sind.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine fluidtechnische Anord­ nung der eingangs genannten Art, bei der vorgesehen ist, dass die Ventilanordnung und der Aktuator über eine erste und eine zweite elektrische Verbindung miteinander verbunden sind, über die die Ventilanordnung den Aktuator durch Bereitstellen einer Spannung mit elektrischer Energie versorgt, wobei die erste elektrische Verbindung über die erste Fluidleitung ge­ führt ist und die zweite elektrische Verbindung über die zweite Fluidleitung oder über ein gemeinsames Massepotential zwischen dem Aktuator und der Ventilanordnung, und dass dem Aktuator und der Ventilanordnung jeweils Signalgeber- und/oder Signalerfassungsmittel zum Aufbau einer Signalver­ bindung zwischen der mindestens einen elektrischen Komponente und dem Steuermodul über die erste und die zweite elektrische Verbindung zugeordnet sind.

Zur Lösung der Aufgabe sind ferner ein Aktuator gemäß der technischen Lehre des Anspruchs 18 und eine Ventilanordnung gemäß der technischen Lehre des Anspruchs 19 vorgesehen.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, zwischen dem Aktua­ tor und der Ventilanordnung einen Stromkreis zu bilden, über den der Aktuator zum einen mit elektrischer Energie versorgt wird und über den zum andern eine elektrische Signalverbin­ dung zwischen der oder den elektrischen Komponenten des Aktu­ ators und dem Steuermodul hergestellt wird. Dabei wird eine zu dem Aktuator führende erste Fluidleitung, beispielsweise eine Druckluft- oder Hydraulikleitung, nicht nur für die Zu- und Abfuhr von Fluid genutzt, sondern auch als elektrische Verbindungsleitung zwischen Ventilanordnung und Aktuator. Die Fluidleitung ist dazu elektrisch leitend oder mit einem elektrischen Leiter versehen.

Der Stromkreis zwischen Aktuator und Ventilanordnung wird in einer bevorzugten Variante über eine zweite elektrisch lei­ tende Fluidleitung geschlossen.

In einer weiteren Ausführungsform ist die zweite elektrisch leitende Fluidleitung nicht erforderlich. Stattdessen wird der kombinierte Energie-/Signalstromkreis zwischen dem Aktua­ tor und der Ventilanordnung über ein gemeinsames Massepoten­ tial zwischen dem Aktuator und der Ventilanordnung geschlos­ sen.

Jedenfalls sind die elektrische Energieversorgung und die Signalübertragung über einen einzigen, gemeinsamen Stromkreis realisiert, für den keine von den Fluidleitungen separaten elektrischen Leitungen erforderlich sind. Dabei ist auch der Herstellungsaufwand gering, da die Fluidleitungen nicht mit mehreren elektrischen Leitern ausgestattet sein müssen, son­ dern lediglich mit einem einzigen elektrischen Leiter. Der Aktuator ist zudem kompakt bauend, da zu seiner Betätigung verwendete Ventile von ihm entfernt an der Ventilanordnung angeordnet werden können. Ferner kann das Steuermodul bei entsprechender Ausstattung mit Diagnosemitteln das Auftrennen einer der Fluidleitungen unmittelbar anhand der Unterbrechung der über die jeweilige Fluidleitung führenden elektrischen Verbindung diagnostizieren.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den abhängigen Ansprüchen sowie in der Beschreibung.

Zur Signalübertragung in Melderichtung vom Aktuator zum Steu­ ermodul, enthalten die Signalgeber- und/oder Signalerfas­ sungsmittel des Aktuators zweckmäßigerweise als Kommunikati­ onsmittel einen Modulator zum Aufmodulieren von Meldesignalen auf die Spannung und die der Ventilanordnung zugeordneten Signalgeber- und/oder Signalerfassungsmittel als Kommunikati­ onsmittel einen Demodulator zum Demodulieren der Meldesignale aus der Spannung. Der Modulator und der Demodulator übertra­ gen seriell digital codierte Pulsfolgen.

Zur Steuerung des Aktuators durch das Steuermodul in Steuer­ richtung enthalten die der Ventilanordnung zugeordneten Sig­ nalgebermittel als Kommunikationsmittel einen Modulator zum Einspeisen von Steuersignalen durch Modulation auf die Span­ nung oder durch Modulation der Spannung. Die Signalerfas­ sungsmittel des Aktuators demodulieren dann mit einem Demodu­ lator die Steuersignale aus der Spannung. Auch die in Steuer­ richtung vorgesehene Modulator-/Demodulatorkombination über­ trägt seriell digital codierte Pulsfolgen.

Die der Ventilanordnung zugeordneten Signalgeber- und/oder Signalerfassungsmittel bilden vorteilhafterweise einen Be­ standteil der Ventilanordnung. Sie können jedoch prinzipiell auch Bestandteil z. B. des Steuermoduls oder eines Busknotens eines Feldbusses sein, der zwischen der Ventilanordnung und dem Steuermodul vorgesehen ist.

Vorteilhafterweise weisen die der Ventilanordnung zugeordne­ ten Signalgeber- und/oder Signalerfassungsmittel eine zur Kommunikation zwischen der Ventilanordnung und dem Steuermo­ dul vorgesehene Bus-Schnittstelle auf.

Die Montage der fluidtechnische Anordnung wird seitens des Aktuators und/oder der Ventilanordnung durch insbesondere als Steckanschlussmittel ausgestaltete Anschlussmittel erleich­ tert, bei denen zweckmäßigerweise mit einer einzigen Betäti­ gungshandlung sowohl eine fluidische als auch eine elektri­ sche Verbindung hergestellt wird. Hierzu eignet sich bei­ spielsweise ein elektrisch leitender Schraub- oder Steckan­ schluss für die Fluidleitung.

Vorzugsweise weisen die erste und/oder die zweite Fluidlei­ tung jeweils nur exakt einen einzigen elektrischen Leiter auf, der verschiedenartig ausgeführt sein kann. Eine als fle­ xibler Schlauch ausgeführte Fluidleitung kann beispielsweise mit einem elektrisch leitenden Drahtgeflecht oder einer elektrisch leitenden Folie versehen sein. Eine feste Fluidlei­ tung, beispielsweise ein Metallrohr, kann an sich bereits als elektrischer Leiter dienen und ist, falls erforderlich, äu­ ßerlich mit einer elektrischen Isolierung versehen.

In einer bevorzugten Variante der Erfindung stellen die Sig­ nalgebermittel zur Signalgabe einen eingeprägten Stromfluss auf der Signalverbindung ein. Dazu eignen sich als Signalge­ bermittel Transistor-Schaltungen oder vorzugsweise auch soge­ nannte Stromdioden, die jeweils nur einen vorbestimmten ein­ geprägten Stromfluss erlauben. Die Signalerfassungsmittel er­ mitteln dann den jeweiligen Stromfluss z. B. mit einem Messwi­ derstand und können auf diese Weise Signale von der mindes­ tens einen elektrischen Komponente erhalten. Sehr einfach lässt sich ein Stromfluss zur Signalgabe auch durch einen oder mehrere Widerstände mit unterschiedlichen Widerstandswer­ ten erzielen.

Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Vorteile anhand von Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der Zeichnung dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsge­ mäßen fluidtechnischen Anordnung mit einem Aktua­ tor, der über zwei Fluidleitungen mit jeweils einer zusätzlichen elektrischen Leitung mit einer Ventil­ anordnung verbunden ist,

Fig. 2 eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1 mit einem weiteren Aktuator und einer weite­ ren Ventilanordnung,

Fig. 3 eine Variante des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1, bei dem eine elektrische Verbindung zwischen der Ventilanordnung und dem Aktuator unter Nutzung ei­ nes gemeinsamen Massepotentials hergestellt ist, und

Fig. 4 eine schematisch dargestellte Variante des Ausfüh­ rungsbeispiels aus Fig. 1, bei der die Signalge­ bermittel des Aktuators eingeprägte Stromflüsse auf der Signalverbindung zur Ventilanordnung einstel­ len.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine fluidtechni­ sche, vorliegend elektro-pneumatische Anordnung mit einem Ak­ tuator 10, der als Antriebselement einen Zylinder 11 auf­ weist. Der Aktuator 10 kann auch eine andere Bauart eines fluidbetätigten Antriebs enthalten, beispielsweise einen Drehantrieb oder einen kolbenstangenlosen Linearantrieb. Der Zylinder 11 ist mittels einer Ventilanordnung 12 durch Druck­ luft betätigbar, wobei ein Kolben 27 des Zylinders 11 in ei­ ner Zylinderkammer 9 hin- und her bewegt wird. Zur Betätigung des Zylinders 11 mit Druckluft sind zwischen der Ventilanord­ nung 12 und dem Aktuator 10 als Fluidleitungen dienende Druckluftleitungen 13 und 14 angeordnet, die beispielsweise als flexible Schlauchleitungen oder als starre Metallrohre ausgeführt sind. Die Druckluftleitungen 13, 14 sind mit An­ schlussmittel bildenden Anschlüssen 15, 16 an die Ventilan­ ordnung 12 angeschlossen und mit Anschlüssen 17, 18 an den Aktuator 10. Die Anschlüsse 17, 18 sind vorliegend paarweise an einer gemeinsamen Seite des Aktuators 10 angeordnet, könn­ ten jedoch prinzipiell auch z. B. an gegenüberliegenden Seiten angeordnet sein. Die Anschlüsse 15 bis 18 können beispiels­ weise Steckanschlüsse oder Schraubanschlüsse sein.

In der Ventilanordnung 12 führen Druckluft-Kanäle 20, 21 von den Anschlüssen 15 bzw. 16 zu einem Ventil 19, das die Druck­ luftbeaufschlagung oder Entlüftung der Druckluftleitungen 13, 14 steuert. Eine nicht dargestellte Druckluftversorgungsein­ richtung, z. B. mit einer Drucklufterzeugungsvorrichtung und einer Wartungsvorrichtung, versorgt das Ventil 19 mit Druck­ luft. Das Ventil 19 ist an die Druckluftversorgungseinrich­ tung über ein lediglich durch eine Druckluft-Speiseleitung 22 dargestelltes Druckluft-Versorgungsleitungssystem angeschlos­ sen. Das Ventil 19 bildet einen integralen Bestandteil der Ventilanordnung 12 oder es ist ein austauschbares separates, an der Ventilanordnung 12 beispielsweise durch Aufstecken anordenbares Ventil. Neben dem Ventil 19 kann die Ventilanord­ nung 12 weitere, nicht dargestellte Ventile aufweisen.

In dem Aktuator 10 führt ein Druckluft-Kanal 23 vom Anschluss 17 zu einem abschlussdeckelseitigen Zylinderraum 24 der Zy­ linderkammer 9 des Zylinders 11, ein Druckluft-Kanal 25 vom Anschluss 18 zu einem lagerdeckelseitigen Zylinderraum 26 der Zylinderkammer 9. Wenn das Ventil 19 die Druckluftleitung 13 mit Druckluft beaufschlagt und zugleich die Druckluftleitung 14 entlüftet, wird der Kolben 27 des Zylinders 11 zum lager­ deckelseitigen Zylinderraum 26 hin bewegt. In Richtung des Zylinderraumes 24 bewegt sich der Kolben 27, wenn das Ventil 19 den lagerdeckelseitige Zylinderraum 26 über die Druckluft­ leitung 14 mit Druckluft beaufschlagt und die Druckluftlei­ tung 13 entlüftet.

Die Ventilanordnung 12 und der Aktuator 10 sind über elektri­ sche Verbindungsleitungen 28, 29 miteinander verbunden, die in oder an den Druckluftleitungen 13, 14 verlaufen und bei­ spielsweise durch ein in einem Mantel der Druckluftleitungen 13, 14 eingebettetes oder auf diesem verlaufendes Drahtgewebe oder einer derart angeordneten Metallfolie gebildet werden. Ferner könnten in den Druckluftleitungen 13, 14 als elektri­ sche Leiter auch eine oder mehrere Metall-Litzen oder Kabel vorgesehen sein. Der elektrische Kontakt der Verbindungslei­ tungen 28, 29 zu dem Aktuator 10 sowie zu der Ventilanordnung 12 wird über die Anschlüsse 15 bis 18 hergestellt, die vor­ liegend beispielsweise aus Metall bestehen und somit elekt­ risch leitend sind. Die Anschlüsse 15 bis 18 stehen in elekt­ rischem Kontakt zu den Druckluftleitungen 13, 14, der z. B. durch Messerkontakte gebildet wird, die in die Druckluftlei­ tungen 13, 14 einschneiden.

Bei der Montage der Anschlüsse 15 bis 18, z. B. beim Zusammen­ schrauben oder Ineinanderstecken, wird vorliegend mit einer einzigen Betätigungshandlung sowohl eine fluidische als auch eine elektrische Verbindung zwischen der Ventilanordnung 12 und dem Aktuator 10 hergestellt. Prinzipiell könnten an den Anschlüssen 15 bis 18 auch separate, von dem jeweiligen fluid­ technischen Anschluss unabhängige elektrische Kontakte zum Anschluss der elektrischen Verbindungsleitungen 28, 29 an die Ventilanordnung 12 bzw. den Aktuator 10 vorgesehen sein.

Die Ventilanordnung 12 weist eine elektrische Energiequelle 30 auf, die über elektrische Verbindungen 31, 32 und über die Anschlüsse 15, 16 mit den elektrischen Verbindungsleitungen 28, 29 verbunden ist. Die Energiequelle kann beispielsweise eine von einer externen, nicht dargestellten Spannungsquelle gespeiste Spannungswandlerbaugruppe sein. Die Energiequelle 30 stellt eine Spannung UV für den Aktuator 10 auf den elek­ trischen Verbindungsleitungen 28, 29 bereit.

Der Aktuator 10 weist zur Entnahme der Spannung UV einen elektrischen Energiewandler 33 auf, der über elektrische Ver­ bindungen 34, 35 und über die Anschlüsse 17, 18 mit den elektrischen Verbindungsleitungen 28, 29 verbunden ist. Der Energiewandler 33 bereitet die Spannung UV beispielsweise mit Hilfe einer elektronischen Schaltung und/oder eines elektri­ schen Transformators, eines Gleichrichters und eines Glät­ tungskondensators auf und speist ein lediglich durch ein po­ sitives Potential und ein negatives Potential angedeutetes Stromversorgungssystem 36 des Aktuators 10.

Am Aktuator 10 sind als elektrische Komponenten ausgeführte Sensoren 37 bzw. 38 vorgesehen, die den Zylinderräumen 24, 26 jeweils zugeordnet sind. Die Sensoren 37, 38 erfassen einen Betriebszustand des Aktuators 10, vorliegend die Stellung des Kolbens 27, und melden diesen einem Steuermodul 39, das die Ventilanordnung 12 und den Aktuator 10 steuert. Die Sensoren 37, 38 sind beispielsweise durch den Kolben 27 betätigte End­ schalter. Die Sensoren 37, 38 könnten jedoch auch z. B. mit Ultraschall arbeitende Sensoren sein, die als Bestandteile eines Wegemesssystems die Stellung des Kolbens 27 ermitteln. An dem Aktuator 10 könnten beispielsweise auch Temperatursen­ soren, Drucksensoren oder sonstige Sensoren zur Erfassung ei­ nes regulären Betriebszustandes und/oder einer Störung vorge­ sehen sein.

Der Aktuator 10 meldet von den Sensoren 37, 38 erfasste Werte an das Steuermodul 39, das in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 einen Bestandteil der Ventilanordnung 12 bildet. Das Steuermodul 39 enthält z. B. einen Mikroprozessor, Speicher­ mittel und eine Ein-/Ausgabeschnittstelle. Das Steuermodul 39 arbeitet nach einen vorprogrammierten Funktionsablauf, der von in dem Speichermittel abgelegtem Programmcode festgelegt ist, und steuert über eine Steuerverbindung 48 das Ventil 19 und somit den Aktuator 10. Das Steuermodul 39 könnte auch ei­ ne analoge und/oder digitale Regelungsschaltung sein. Das Steuermodul 39 kann Befehle von einem nicht dargestellten Be­ dienfeld und/oder von einer zentralen, nicht dargestellten übergeordneten Steuerung erhalten.

Die von den Sensoren 37, 38 erfassten Werte werden dem Steu­ ermodul 39 auf einer über die elektrischen Verbindungsleitun­ gen 28, 29 führenden, gestrichelt eingezeichneten Signalver­ bindung SV gemeldet. Zur Herstellung der Signalverbindung SV ist in dem Aktuator 10 als Signalgeber- und/oder Signalerfas­ sungsmittel ein Kommunikationsmodul 41 vorgesehen, das als Kommunikationsmittel dient und an die Verbindungen 34, 35 z. B. mit einem elektrischen Übertrager angekoppelt ist. Somit ist es mit den elektrischen Verbindungsleitungen 28, 29 ver­ bunden. Das Kommunikationsmodul 41 erhält über Verbindungen 42, 43 von den Sensoren 37, 38 erfasste Messwerte. Diese mo­ duliert das Kommunikationsmodul 41 als Meldesignale mit Hilfe eines Modulators auf die Spannung UV auf. Dazu wird bei­ spielsweise ein Pulsweiten-, Pulsfrequenz- oder ein sonstiges Modulationsverfahren eingesetzt. Es ist auch möglich, dass das Kommunikationsmodul 41 die Meldesignale mit einer Codier­ einrichtung digital codiert und z. B. als serielle Datentele­ gramme an die Ventilanordnung 12 sendet. Dazu kann beispiels­ weise ein Feldbus-Protokoll verwendet werden.

Die Ventilanordnung 12 weist zum Empfangen der Meldesignale auf der Signalverbindung SV ein Kommunikationsmodul 44 auf, das an die Verbindungen 31, 32, beispielsweise über einen in Reihe mit der Energiequelle 30 geschalteten Messwiderstand angekoppelt ist und somit die auf den elektrischen Verbin­ dungsleitungen 28, 29 gesendeten modulierten und/oder codier­ ten Meldesignale sozusagen mithört und mit Hilfe eines Demo­ dulators und/oder Decodierers aus der Spannung UV ermittelt. Das Kommunikationsmodul 42 überträgt die Meldesignale über eine Verbindung 45 an das Steuermodul 39, so dass insgesamt die Signalverbindung SV zwischen dem Sensoren 37, 38 und dem Steuermodul 39 aufgebaut ist.

Das Steuermodul 39 steuert das Ventil 19 in Abhängigkeit von den jeweiligen Meldesignalen der Sensoren 37, 38, die Infor­ mationen über die Stellung des Kolbens 27 enthalten. Dabei wird beispielsweise der Zylinderraum 26 nur solange mit Druckluft beaufschlagt, bis der Sensor 37 an das Steuermodul 39 meldet, dass der Kolben 27 seine abschlussdeckelseitige Endstellung erreicht hat.

Der Aktuator 10 weist beim Ausführungsbeispiel als weitere elektrische Komponente ein Anzeigeelement 46 auf. Das Anzei­ geelement 46 enthält beispielsweise Leuchtdioden und/oder ein Flüssig-Kristall-Anzeigemodul zur Anzeige aktueller Betriebs­ zustände, z. B. der aktuellen Stellung des Kolbens 27, und/oder zur Anzeige von Störungen, z. B. wenn eine Komponente des Aktuators 10 gestört oder ganz ausgefallen ist.

Das Anzeigeelement 46 ist über eine elektrische Verbindung 47 mit dem Kommunikationsmodul 41 verbunden und erhält über die­ ses von dem Steuermodul 39 Steuerbefehle. Dabei speist das Kommunikationsmodul 44 mit einem Modulator Steuersignale durch Modulation in die Spannung UV ein, welche das Kommuni­ kationsmodul 41 mit einem Demodulator wieder demoduliert. Der Modulator ist beispielsweise mit einem elektrischen Übertra­ ger an die Verbindungen 31, 32 angekoppelt. Der Demodulator tastet z. B. an einem in Reihe mit dem Energiewandler 33 ge­ schalteten Widerstand durch die auf die Spannung UV aufmodu­ lierten Steuersignale hervorgerufene Spannungsänderungen ab.

Prinzipiell könnte der Modulator in dem Kommunikationsmodul 44 auch die Spannung UV modulieren, beispielsweise durch Ein- und Ausschalten der Spannung UV eine digitale Pulsfolge bil­ den.

Der Aktuator 10 könnte als elektrische Komponente auch ein von dem Steuermodul 39 gesteuertes elektrisches Stellglied, z. B. einen elektromagnetischen Antrieb oder einen Stellmotor aufweisen. Ferner könnten an dem Aktuator 10 Bedienelemente, beispielsweise ein "Notaus"-Schalter, vorgesehen sein, die von einem Bediener gegebene Befehle über das Kommunikations­ modul 42 und die elektrischen Verbindungsleitungen 28, 29 an das Steuermodul 39 melden.

Fig. 2 zeigt Ventilanordnungen 12a und 12b, die mit Aktuato­ ren 10a bzw. 10b über Druckluftleitungen 13a, 14a bzw. 13b, 14b verbunden sind. Die Ventilanordnungen 12a und 12b sind Module einer Ventilbatterie 60, die über die aus Fig. 1 be­ kannte Druckluft-Speiseleitung 22 mit Druckluft versorgt und von einem zentralen Steuermodul 61 über einen Bus 63, z. B. einen AS-i-Feldbus (AS-i = Aktuator-Sensor-Interface), ge­ steuert wird. Der Bus 63 sowie die symbolisch für ein nicht dargestelltes Druckluft-Versorgungssystem gezeigte Druckluft- Speiseleitung 22 sind durch die Ventilanordnungen 12a und 12b hindurchgeführt, so dass weitere als Module ausgeführte, aus Gründen der Übersicht nicht dargestellte Ventilanordnungen an die Ventilbatterie 60 angereiht werden können. Das Steuermo­ dul 61 kann ein separates Steuergerät sein oder einen Be­ standteil der Ventilbatterie 60 bilden.

Die Aktuatoren 10a und 10b sind im Wesentlichen gleich aufge­ baut wie der Aktuator 10 gemäß Fig. 1, enthalten jedoch nicht das Anzeigeelement 46. Ferner sind die Ventilanordnun­ gen 12a und 12b im Wesentlichen gleich aufgebaut wie die Ven­ tilanordnung 12. Gleiche oder gleichwirkende Komponenten sind in Fig. 2 daher mit gleichen Bezugszeichen wie die entspre­ chenden Komponenten in Fig. 1 versehen, wobei teilweise an­ gefügte Buchstaben "a" oder "b" eine Zuordnung der jeweiligen Komponente zu den Aktuator-Ventilanordnung-Kombinationen 10a, 12a bzw. 10b, 12b verdeutlichen.

Im Unterschied zur Ventilanordnung 12 weisen die Ventilanord­ nungen 12a und 12b jedoch kein eigenes Steuermodul auf, son­ dern sind stattdessen über Bus-Schnittstellen-Module 64a, 64b an den Feldbus 63 angeschlossen und werden über diesen von dem Steuermodul 61 gesteuert. Die Bus-Schnittstellen-Module 64a und 64b und die ihnen jeweils zugeordneten Kommunikati­ onsmodule 44a, 44b können jeweils zu einer Baugruppe, bei­ spielsweise zu einem integrierten Schaltkreis, zusammenge­ fasst sein.

Fig. 3 zeigt im Wesentlichen die aus Fig. 1 bekannte Anord­ nung. Im Unterschied zu Fig. 1 ist jedoch nur eine elektri­ sche Verbindung zwischen der Ventilanordnung 12 und dem Aktu­ ator 10 über eine elektrisch leitende Druckluftleitung, die Druckluftleitung 13, vorgesehen. Die zweite elektrische Ver­ bindung zwischen der Ventilanordnung 12 und dem Aktuator 10 führt über ein gemeinsames Massepotential MP, beispielsweise eine gemeinsame Erdung, an das die elektrisch leitenden An­ schlüsse 16 und 18 jeweils angeschlossen sind. Es ist auch möglich, dass die Gehäuse des Aktuators 10 und der Ventilan­ ordnung 12 jeweils an das Massepotential MP angeschlossen sind und auf diese Weise die zweite elektrische Verbindung hergestellt wird. In einer die Anschlüsse 16 und 18 fluidisch verbindenden Druckluftleitung 14c ist daher im Gegensatz zu der Druckluftleitung 14 kein elektrischer Leiter erforder­ lich.

Es ist auch möglich, dass die Aktuatoren 10a und 10b nur ge­ steuerte elektrische Komponenten, beispielsweise elektrische Stellglieder, oder nur meldende Komponenten, beispielsweise Sensoren, aufweisen.

Eine besonders einfache, lediglich schematisch dargestellte Variante des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1 ist in Fig. 4 gezeigt, bei der die Signalgebermittel des Aktuators einge­ prägte Stromflüsse auf der Signalverbindung zur Ventilanord­ nung einstellen. Allerdings sind zur Vereinfachung der Dar­ stellung lediglich einige Komponenten des Aktuators 10 und der Ventilanordnung 12 gezeigt. Die Energiequelle 30 der Ven­ tilanordnung 12 versorgt über die elektrischen Verbindungen 28, 29, die über die Druckluftleitungen 13, 14 führen, den Aktuator 10 mit der Spannung UV, die an den parallel in die elektrischen Verbindungen 34, 35 geschalteten Sensoren 37, 38 sowie an jeweils zu diesen in Reihe geschalteten, als Signal­ gebermittel dienenden Stromquellen 50, 51 abfällt. Die Senso­ ren 37, 38 sind beispielsweise Reed-Schalter, magnetoresisti­ ve Elemente oder Hall-Sensoren, die bei Annäherung des Kol­ bens 27 elektrisch leitend werden und ansonsten elektrisch nicht oder wenig leitend sind. Die Stromquellen 50, 51 sind beispielsweise sogenannte Stromdioden, die in ihrer Durch­ lassrichtung bis zu einem vorbestimmten Stromfluss durchgän­ gig sind, also einen eingeprägten Strom einstellen. Es ist auch möglich, dass die Stromquellen 50, 51 durch Transistor­ schaltungen gebildet werden, die einen eingeprägten Strom­ fluss einstellen oder dass die Sensoren 37, 38 an sich, bei­ spielsweise durch ihren jeweiligen Widerstandswert, einge­ prägte Ströme einstellen und somit für sich allein schon die Signalgebermittel des Aktuators 10 bilden.

Wenn die Sensoren 37, 38 infolge der Annäherung des Kolbens 27 elektrisch leitend werden, werden sie von einem Strom durchflossen, der von den Stromquellen 50, 51 jeweils als eingeprägter Strom I37 bzw. I38 eingestellt wird. Die Werte der Ströme I37 und I38 sind unterschiedlich hoch, so dass sich ein die elektrischen Verbindungen 28, 29 jeweils durch­ fließender Gesamtstrom Iges mit den Werten Iges = 0, Iges = I37, Iges = I38 oder, insbesondere im Fehlerfall, Iges = I37 + I38 einstellt. Die Höhe des Gesamtstromes Iges ist demnach ein durch die Signalgebermittel des Aktuators 10 gegebenes Signal für die jeweilige Position des Kolbens 27.

In der Ventilanordnung 12 ist ein in Reihe mit der Energie­ quelle 30 geschalteter, den Signalerfassungsmitteln der Ven­ tilanordnung 12 zugeordneter Messwiderstand 52 mit einem Wi­ derstandswert R, ein sogenannter "Shunt", vorgesehen, der von dem Gesamtstrom Iges durchflossen wird und an dem in Abhän­ gigkeit vom Gesamtstrom Iges eine Spannung Um mit den Werten Um = 0, Um = R.I37, Um = R.I38 oder Um = R.(I37 + I38) abfällt. Die Höhe der Spannung Um wird von nicht detailliert dargestellten Signalerfassungsmitteln abgetastet und ausge­ wertet.

Es versteht sich, dass das in Fig. 4 gezeigte Prinzip, bei dem eingeprägte Ströme eingestellt werden, auch in umgekehr­ ter Richtung zur Signalgabe von der Ventilanordnung 12 an den Aktuator 10 anwendbar ist.

Ferner könnte als Signalgebermittel anstatt der Stromquellen 50, 51 oder zusätzlich zu diesen jeweils ein Widerstand vor­ gesehen sein, wobei diese Widerstände vorzugsweise unter­ schiedliche Widerstandswerte aufweisen. Weiter könnten die Sensoren 37 und 38 im jeweils z. B. infolge der Annäherung des Kolbens 27 elektrisch leitenden Zustand unterschiedliche Wi­ derstandswerte aufweisen, so dass die Sensoren 37 und 38 als Signalgebermittel dienen könnten.

Weitere Ausgestaltungen sind ohne Weiteres möglich:
Sofern ein Aktuator nur meldende elektrische Komponenten ent­ hält, sind in seinem Kommunikationsmodul nur Sendemittel, beispielsweise ein Modulator, und in der dem Aktuator zuge­ ordneten Ventilanordnung oder dem ihm zugeordneten Steuermo­ dul nur Empfangsmittel, beispielsweise ein Demodulator, er­ forderlich.

Wenn ein Aktuator nur gesteuerte, jedoch keine meldenden elektrischen Komponenten aufweist, sind in dem Aktuator zuge­ ordneten Kommunikationsmodul nur eine Sendeeinrichtung, bei­ spielsweise ein Modulator, und in dem Aktuator nur eine Emp­ fangseinrichtung, beispielsweise ein Demodulator, erforder­ lich.

Kommunizieren ein Aktuator und eine Ventilanordnung aller­ dings bidirektional, beispielsweise unter Verwendung eines Feldbus-Protokolles, sind in deren jeweiligen Kommunikations­ modulen sowohl Sende- als auch Empfangseinrichtungen notwen­ dig, und zwar unabhängig davon, ob der jeweilige Aktuator nur gesteuerte oder nur meldende elektrische Komponenten auf­ weist. Über eine bidirektional Verbindung kann das jeweilige Steuermodul den Informationsfluss steuern und beispielsweise Diagnoseabfragen an den Aktuator senden.

In einer Variante der Anordnung aus Fig. 2 könnten die Kom­ munikationsmodule 44a, 44b sowie die Energiequellen 30 nicht in die Ventilanordnungen 12a, 12b integriert sein, sondern einen Bestandteil des Steuermoduls 61 bilden. Die elektri­ schen Verbindungsleitungen 28a, 29a, 28b und 28b wären dann durch die Ventilanordnungen 12a, 12b hindurchgeführt und wä­ ren mit dem Steuermodul 61 verbunden, beispielsweise über ei­ nen Parallel-Bus zwischen dem Steuermodul 61 und den Ventil­ anordnungen 12a, 12b.

Als weitere Ausgestaltung der Erfindung könnten die Bus- Schnittstellen-Module 64a, 64b und die ihnen jeweils zugeord­ neten Kommunikationsmodule 44a, 44b zu einer separaten Bau­ gruppe zusammengefasst sein, die beispielsweise an einer Ven­ tilbatterie oder an einem Steuermodul angeordnet werden kann. Die Verbindungen 42, 43 für die Sensoren 37, 38 sind drahtge­ bundene oder drahtlose Verbindungen. Die Sensoren 37, 38 wä­ ren bei drahtlosen Verbindungen beispielsweise als sogenannte Transponder ausgestaltet.

Die elektrischen Komponenten des Aktuators 10, z. B. das Kom­ munikationsmodul 42 und der Energiewandler 33, können zumin­ dest teilweise zu einer gemeinsamen Baugruppe zusammengefasst sein. Diese kann z. B. an dem Zylinder 11 angeordnet sein, beispielsweise in einem Zylinderdeckel des Zylinders 11. In den gezeigten Beispielen weisen die Druckluftleitungen 13, 14 jeweils nur einen einzigen elektrischen Leiter auf. Es ist jedoch auch prinzipiell möglich, dass für sonstige Zwecke weitere elektrische Leiter vorgesehen sind.

Claims (22)

1. Fluidtechnische Anordnung mit mindestens einem fluid­ technischen Aktuator (10), der mittels einer Ventilanordnung (12) über zumindest eine erste und eine zweite Fluidleitung (13, 14) durch Fluidkraft betätigbar ist, wobei an dem Aktua­ tor (10) zumindest eine zum Anschluss an ein Steuermodul (39, 61) vorgesehene elektrische Komponente (37, 38, 46) angeord­ net ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (12) und der Aktuator (10) über eine erste und eine zweite elektrische Verbindung (28, 29) miteinander verbunden sind, über die die Ventilanordnung (12) den Aktuator (10) durch Be­ reitstellen einer Spannung (UV) mit elektrischer Energie ver­ sorgt, wobei die erste elektrische Verbindung (28) über die erste Fluidleitung (13) geführt ist und die zweite elektri­ sche Verbindung (29) über die zweite Fluidleitung (14) oder über ein gemeinsames Massepotential (MP) zwischen dem Aktua­ tor (10) und der Ventilanordnung (12), und dass dem Aktuator (10) und der Ventilanordnung (12) jeweils Signalgeber- und/oder Signalerfassungsmittel (41, 44) zum Aufbau einer Signalverbindung (SV) zwischen der mindestens einen elektri­ schen Komponente (37, 38, 46) und dem Steuermodul (39, 61) über die erste und die zweite elektrische Verbindung (28, 29) zugeordnet sind.

2. Fluidtechnische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, dass mindestens eine elektrische Komponente ein Sensor (37, 38) zur Erfassung zumindest eines Betriebszustan­ des des Aktuators (10) ist.

3. Fluidtechnische Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, dass die Signalgeber- und/oder Signal­ erfassungsmittel (41) des Aktuators (10) als Kommunikations­ mittel einen Modulator zum Aufmodulieren von Meldesignalen auf die Spannung (UV) enthalten, und dass die der Ventilan­ ordnung (12) zugeordneten Signalgeber- und/oder Signalerfas­ sungsmittel (44) einen Demodulator zum Demodulieren der Mel­ designale aus der Spannung (UV) enthalten.

4. Fluidtechnische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine elektrische Komponente ein elektrisches Stellglied und/oder ein Anzeigeelement (46) ist.

5. Fluidtechnische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der Ventilanord­ nung (12) zugeordneten Signalgeber- und/oder Signalerfas­ sungsmittel (44) als Kommunikationsmittel einen Modulator zum Einspeisen von Steuersignalen durch Modulation auf die Span­ nung (UV) oder durch Modulation der Spannung (UV) enthalten, und dass die Signalgeber- und/oder Signalerfassungsmittel (41) des Aktuators (10) einen Demodulator zum Demodulieren der Steuersignale aus der Spannung (UV) enthalten.

6. Fluidtechnische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der Ventilanord­ nung (12) zugeordneten Signalgeber- und/oder Signalerfas­ sungsmittel (44) einen Bestandteil der Ventilanordnung (12) bilden.

7. Fluidtechnische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der Ventilanord­ nung (12) zugeordneten Signalgeber- und/oder Signalerfas­ sungsmittel (41, 44) eine zur Kommunikation zwischen der Ven­ tilanordnung (12) und dem Steuermodul (39, 61) vorgesehene Bus-Schnittstelle aufweisen.

8. Fluidtechnische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (10) und/oder die Ventilanordnung (12) zum Anschließen der ersten und/oder der zweiten Fluidleitung (13, 14) insbesondere als Steckanschlussmittel ausgestaltete Anschlussmittel (15, 16, 17, 18) aufweisen, bei denen zweckmäßigerweise mit einer ein­ zigen Betätigungshandlung sowohl eine fluidische als auch ei­ ne elektrische Verbindung (28, 29) hergestellt wird.

9. Fluidtechnische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (12) zumindest ein Ventil (19) enthält und dass die erste und/oder die zweite Fluidleitung (13, 14) unmittelbar mit dem mindestens einen Ventil (19) oder mit zu dem Ventil (19) füh­ renden Kanälen (20, 21) der Ventilanordnung (12) verbunden sind.

10. Fluidtechnische Anordnung nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die der Ventilanordnung (12) zugeordneten Signalgeber- und/oder Signalerfassungsmittel (41, 44) an dem oder in dem Ventil (19) vorgesehen sind.

11. Fluidtechnische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (12) ein Einzelventil oder eine Mehrfachventilanordnung um­ fasst.

12. Fluidtechnische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Fluidleitung (13, 14) als flexible Schlauchleitun­ gen ausgeführt sind.

13. Fluidtechnische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung als vorzugsweise aus Modulen (11a, 11b) aufgebaute Ventilbat­ terie (60) aufgebaut ist.

14. Fluidtechnische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul (39) einen Bestandteil der Ventilanordnung (12) bildet.

15. Fluidtechnische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Fluidleitung (13, 14) paarweise an eine gemeinsame Seite des Aktuators (10) angeschlossen sind.

16. Fluidtechnische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine elektrische Komponente (37, 38, 46) drahtlos mit dem Signal­ geber- und/oder Signalerfassungsmitteln (41, 44) des Aktua­ tors (10) kommuniziert.

17. Fluidtechnische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (12) und der Aktuator (10) Daten auf der Signalverbindung (SV) seriell, insbesondere mit Hilfe eines Feldbus-Proto­ kolles, oder mit sonstigen digitalen Signalfolgen übertragen.

18. Fluidtechnische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Fluidleitung (13, 14) jeweils nur einen einzigen elektrischen Leiter (28, 29) aufweisen.

19. Fluidtechnische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalgebermittel (41, 44) zur Signalgabe einen unterschiedlichen, vorzugsweise eingeprägten Stromfluss auf der Signalverbindung (SV) ein­ stellen.

20. Fluidtechnische Anordnung nach Anspruch 19, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Signalgebermittel (41, 44) zumindest eine Stromdiode und/oder einen Transistor und/oder einen Wi­ derstand mit einem vorbestimmten Stromführungspotential um­ fassen.

21. Aktuator für eine fluidtechnische Anordnung, der mit­ tels einer Ventilanordnung (12) über zumindest eine erste und eine zweite Fluidleitung (13, 14) durch Fluidkraft betätigbar ist, an dem zumindest eine zum Anschluss an ein Steuermodul (39, 61) vorgesehene elektrische Komponente (37, 38, 46) an­ geordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (10) Anschlussmittel (17, 18) für eine erste und eine zweite elektrische Verbindung (28, 29) aufweist, über die der Aktua­ tor (10) durch Bereitstellen einer Spannung (UV) mit elektri­ scher Energie versorgt werden kann, wobei die erste elektri­ sche Verbindung (28) über die erste Fluidleitung (13) geführt ist und die zweite elektrische Verbindung (29) über die zwei­ te Fluidleitung (14) oder über ein Massepotential (MP), und dass der Aktuator (10) Signalgeber- und/oder Signalerfas­ sungsmittel (41) zum Aufbau einer Signalverbindung (SV) zwi­ schen der mindestens einen elektrischen Komponente (37, 38, 46) und dem Steuermodul (39, 61) über die erste und die zwei­ te elektrische Verbindung (28, 29) aufweist.

22. Ventilanordnung für eine fluidtechnische Anordnung mit mindestens einem fluidtechnischen Aktuator (10), der mittels der Ventilanordnung (12) über zumindest eine erste und eine zweite Fluidleitung (13, 14) durch Fluidkraft betätigbar ist und an dem zumindest eine zum Anschluss an ein Steuermodul (39, 61) vorgesehene elektrische Komponente (37, 38, 46) an­ geordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanord­ nung (12) Anschlussmittel (15, 16) für eine erste und eine zweite elektrische Verbindung (28, 29) mit dem Aktuator (10) aufweist, über die die Ventilanordnung (12) den Aktuator (10) durch Bereitstellen einer Spannung (UV) mit elektrischer Energie versorgen kann, wobei die erste elektrische Verbindung (28) über die erste Fluidleitung (13) geführt ist und die zweite elektrische Verbindung (29) über die zweite Fluidlei­ tung (14) oder über ein gemeinsames Massepotential (MP) zwi­ schen dem Aktuator (10) und der Ventilanordnung (12), und dass die Ventilanordnung (12) Signalgeber- und/oder Signaler­ fassungsmittel (44) zum Aufbau einer Signalverbindung (SV) zwischen der mindestens einen elektrischen Komponente (37, 38, 46) und dem Steuermodul (39, 61) über die erste und die zweite elektrische Verbindung (28, 29) aufweist.