DE102005055261B4

DE102005055261B4 - Ventilanordnung mit wenigstens einem Sensor

Info

Publication number: DE102005055261B4
Application number: DE200510055261
Authority: DE
Inventors: Herbert Frisch
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2005-11-19
Filing date: 2005-11-19
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2025-11-20
Also published as: DE102005055261A1

Abstract

Ventilanordnung mit einem Ventil (10; 27), in dem wenigstens ein Sensor (22) und ein damit verbundener Signalübertrager (23) zur drahtlosen Sensorsignalübertragung angeordnet ist, mit einem an oder in einer mit dem Ventil (10; 27) mechanisch verbindbaren Anschlusseinrichtung (11; 28; 37) angeordneten Signalempfänger (24) zum Empfang der Sensorsignale des Signalübertragers (23), und mit einer elektrischen Leitungsanordnung (18; 36; 40) zum Weiterleiten der im Signalempfänger (24) empfangenen Sensorsignale, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalübertrager (23) und der Signalempfänger (24) jeweils an sich im verbundenen Zustand gegenüberliegenden Außenseiten (12, 13) des Ventils (10; 27) einerseits und der Anschlusseinrichtung (11; 28; 37) andererseits angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Eine derartige Ventilanordnung ist aus der DE 10 2004 053 200 A1 bekannt. Bei der bekannten Anordnung sind der Signalübertrager und der Signalempfänger voneinander entfernt innerhalb des Gehäuses angeordnet. Die Signalübertragung muss somit durch das Material im Inneren des Gehäuses erfolgen.
Vorrichtungen zur drahtlosen Signalübertragung eines Sensors sind auch aus der DE 199 42 509 A1 , der DE 100 49 958 A1 oder der DE 101 45 586 A1 bekannt. Diese bekannten Vorrichtungen zur drahtlosen Signalübertragung sind jedoch nicht in Verbindung mit einem Verteilerventil offenbart und offenbaren somit auch keine dort einsetzbaren Lösungen.
Bei einer beispielsweise aus der DE 103 26 110 A1 oder der DE 103 27 750 A1 bekannten Vetnilanordnung sind elektrische Steckvorrichtungen zwischen Ventil und Anschlusseinrichtung vorgesehen, um die Sensorsignale zur lösbar mit dem Ventil verbundenen Anschlusseinrichtung zu leiten. Solche mechanischen Steckverbindungen oder Kontakte sind jedoch störungsanfällig, insbesondere bei den geringen Strömen und Spannungen, wie sie bei Sensoren typisch sind. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass bei einer Vielzahl von Sensoren, wie Drucksensoren, Positionssensoren, Temperatursensoren und dergleichen eine Vielzahl von Steckkontakten oder anderen Kontakten erforderlich ist, was zum einen einen erhöhten technischen Aufwand und Kosten bedeutet und zum anderen die Störanfälligkeit noch weiter erhöht.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die eingangs genannten Ventilanordnung so zu verbessern, dass Sensorsignale zum einen sicherer einer Steuerelektronik oder dergleichen zugeführt werden können und zum anderen der technische Aufwand und Kostenaufwand bei Vorhandensein einer Vielzahl von Sensoren reduziert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ventilanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Ventilanordnung bestehen insbesondere darin, dass jegliche mechanischen Kontakte zur Sensorsignalübertragung zwischen Ventil und Anschlusseinrichtung entfallen, so dass die Störanfälligkeit durch schlechte mechanische Verbindung oder Korrosion entfällt. Die drahtlose Signalübertragung hat den weiteren Vorteil, dass auch bei mehreren Sensoren nur ein Signalübertrager und ein Signalempfänger erforderlich ist, da diese eine Vielzahl von Signalen übertragen können. Derartige Ventilanordnungen können daher unabhängig von der gewünschten Zahl und Art der Sensoren in gleicher Weise konzipiert werden, wobei lediglich die gewünschten Sensoren an den Signalübertrager anzuschließen sind. Dies verringert den Aufwand für die Lagerhaltung, da die Typenvielfalt deutlich verringert werden kann. Der Signalübertrager und Signalempfänger sind in vorteilhafter Weise jeweils an sich im verbundenen Zustand gegenüberliegenden Außenseiten des Ventils einerseits und der Anschlusseinrichtung andererseits angeordnet.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Ventilanordnung möglich.
Bei der Anschlusseinrichtung kann es sich um einen fluidischen Zu- oder Abführleitungen sowie die elektrische Leitungsanordnung enthaltenden fluidischen Anschlussblock oder um eine elektrische Anschlusseinrichtung handeln, also beispielsweise einen elektrischen Anschlussstecker oder eine elektrische Anschlussplatinenanordnung. Die drahtlose Sensorsignalübertragung ist zu allen Arten von Anschlusseinrichtungen möglich, die mit dem Ventil insbesondere lösbar verbunden werden.
Bei den Steuersignalen für das Ventil treten höhere Spannungen und Ströme im Vergleich zu den Sensorsignalen auf, so dass hier die Übertragung von der Anschlusseinrichtung zum Ventil problemlos über eine elektrische Kontaktanordnung erfolgen kann, insbesondere eine Steckkontaktanordnung zwischen der Anschlusseinrichtung und dem Ventil. Beim Verbinden des Ventils mit der Anschlusseinrichtung werden die elektrischen Verbindungen der Kontakteinrichtung automatisch hergestellt.
Der mit dem Signalempfänger zusammenwirkende Signalübertrager zur Übertragung der Sensorsignale ist bevorzugt ein Funkübertrager oder ein optischer oder ein induktiver Übertrager oder ein kapazitiver Übertrager oder ein Ultraschallübertrager.
Der wenigstens eine Sensor im Ventil ist vorzugsweise über eine Sensorelektronik mit dem Signalübertrager verbunden, wobei der Signalübertrager auch in der Sensorelektronik integriert sein kann. Hierdurch können in einfacher Weise mehrere Sensoren über die Sensorelektronik an den Signalübertrager angeschlossen werden.
Bei dem Sensor kann es sich insbesondere um wenigstens einen Drucksensor und/oder einen Temperatursensor und/oder einen Beschleunigungssensor und/oder einen Positionssensor handeln.
Die elektronische Leitungsanordnung in der Anschlusseinrichtung kann zweckmäßigerweise an oder in einer Platine integriert sein.
Im Falle einer Mehrzahl von aneinandergereihten Anschlusseinrichtungen können bevorzugt ebenfalls zwischen den Anschlusseinrichtungen Signalübertrager und Signalempfänger zur drahtlosen Sensorsignalübertragung vorgesehen sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Ventil und ein Fluidikblock als Anschlusseinrichtung im noch nicht zusammengesteckten Zustand als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 dieselbe Anordnung im zusammengesteckten Zustand,
3 eine Querschnittsdarstellung der in 2 dargestellten Anordnung entlang der Schnittlinie A-A bei zwei aneinandergereihten Fluidikblöcken bzw. Ventilen,
4 ein Plattenventil und eine Leiterplattenanordnung als Anschlusseinrichtung im noch nicht zusammengesteckten Zustand als zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung und
5 ein Ventil und eine elektrische Anschlusseinrichtung im noch nicht zusammengesteckten Zustand als drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Bei dem in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist ein Ventil 10 mit einem Fluidikblock 11 verbindbar, wobei in gemäß 2 montiertem Zustand eine Seitenfläche 12 des Ventils 10 an einer Seitenfläche 13 des Fluidikblocks 11 dichtend anliegt, so dass im Fluidikblock 11 enthaltene Fluidikzuleitungen und -ableitungen mit entsprechenden Leitungen im Ventil 10 verbunden werden.
Im Ventil 10 ist ein Ventilglied 14 verschiebbar geführt und wird in verschiedenen Magnetstellungen durch ein magnetisches Antriebsteil 15 bewegt. Dieses magnetische Antriebsteil 15 kann in bekannter Weise entweder nur ein elektromagnetisches Betätigungsglied zur direkten Betätigung des Ventilglieds 14 enthalten oder aber das Ventilglied 14 wird über elektromagnetische Servoventile im magnetischen Antriebsteil 15 bewegt.
Der Fluidikblock 11 enthält einen elektrischen Versorgungskanal 16, in dem in entsprechende Führungen 17 eine Platine 18 eingesteckt bzw. eingeschoben ist. Auf dieser Platine 18 sind – in der Darstellung nicht erkennbar – elektrische Versorgungsleitungen bzw. Steuerleitungen für das magnetische Antriebsteil 15 zur Betätigung des Ventils angeordnet, z. B. in Form von Leiterbahnen.
Derartige Fluidikblöcke 11 sind, wie aus 3 erkennbar ist, in einer Reihenanordnung aneinandermontiert, wobei in 3 zur Vereinfachung nur zwei solcher Fluidikblöcke 11 dargestellt sind. Die Platinen 18 in den Fluidikblöcken 11 besitzen an zwei gegenüberliegenden Seiten elektrische Steckverbindungseinrichtungen 19, so dass beim Aufreihen von Fluidikblöcken 11 die Platinen 18 elektrisch miteinander verbunden werden und die elektrischen Versorgungsleitungen dadurch von Fluidikblock 11 zu Fluidikblock 11 weitergeführt werden. Beim Aufstecken bzw. Aufmontieren eines Ventils 10 auf einen Fluidikblock 11 gelangen elektrische Steckelemente 20 in Kontakt mit entsprechenden Steckaufnahmen 21 der Platine 18, so dass das jeweilige magnetische Antriebsteil 15 elektrisch mit den Versorgungsleitungen verbunden ist. In bekannter Weise können entweder jedem Antriebsteil 15 entsprechende Versorgungsleitungen zugeordnet sein oder die Platinen 18 enthalten Busstationen zur Steuerung des jeweiligen Ventils 10 über einen Steuerbus.
Die bisher beschriebenen Teile und Bereiche der Ventilanordnung sind aus dem eingangs angegebenen Stand der Technik bekannt, so dass auf eine detailliertere Beschreibung verzichtet werden kann. Weiterhin sind aus dem eingangs angegebenen Stand der Technik auch bereits Sensoren im Ventil insbesondere zur Druck- und Positionserfassung bekannt. Diese Sensoren sind gemäß dem Stand der Technik über Steckverbindungsanordnungen mit einer Platine verbunden. Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt die Übertragung der Sensorsignale nicht mehr über Steckverbindungsanordnungen sondern drahtlos. In den Ausführungsbeispielen ist jeweils nur ein einzelner Sensor 22 dargestellt. Tatsächlich können mehrere Sensoren vorgesehen sein, beispielsweise Druck-, Positions-, Temperatur- und/oder Beschleunigungssensoren. Alle Sensoren, im einfachsten Falle nur einer, sind mit einem Signalübertrager 23 an der Seitenfläche 12 des Ventils 10 verbunden, über den die Sensorsignale drahtlos auf einen Signalempfänger 24 übertragen werden, der an der Seitenfläche 13 des Fluidikblocks 11 so angeordnet ist, dass im anmontierten Zustand des Ventils 11 der Signalübertrager 23 dem Signalempfänger 24 gegenüberliegt. Der Signalempfänger 24 ist dabei auf der Platine 18 angeordnet, könnte jedoch auch über elektrische Leitungen mit dieser verbunden sein, sofern die geometrische Anordnung eine direkte Montage auf der Platine 18 nicht möglich macht. In der Darstellung nicht erkennbare Sensorleitungen auf der Platine 18 leiten die Sensorsignale von Platine zu Platine bis zu einer Steuerelektronik oder einer Busstation einer Steuerelektronik weiter. Die Weiterleitung der Sensorsignale von Platine zu Platine kann ebenfalls über Busleitungen erfolgen.
Die drahtlose Übertragung der Sensorsignale vom Signalübertrager 23 zum Signalempfänger 24 kann über Funk oder optisch oder induktiv oder kapazitiv oder mittels Ultraschall erfolgen. Der Signalübertrager 23 und der Signalempfänger 24 sind dann jeweils entsprechend mit der gewählten Übertragungsart ausgebildet. Während beispielsweise bei der optischen Übertragung eine direkte optische Verbindung erforderlich ist, könnten Signalübertrager 23 und Signalempfänger 24 im Falle einer Funkübertragung weiter voneinander entfernt im Innern des Ventils 10 bzw. des Fluidikblocks 11 angeordnet sein. Die optische Übertragung kann mittels sichtbaren Lichts oder nicht sichtbaren Lichts, z. B. Infrarotlicht erfolgen.
Während die Übertragung der Steuersignale von Platine zu Platine 18 zwischen den Fluidikblöcken 11 über Steckverbindungen erfolgt, kann die Übertragung der Sensorsignale von Platine zu Platine 18 ebenfalls drahtlos erfolgen. Die insbesondere aus 3 erkennbar ist, sind hierzu an entgegengesetzten Seiten einer Platine 18 ein Signalübertrager 25 und ein Signalempfänger 26 angeordnet, derart, dass im aneinandergereihten Zustand von Fluidikblöcken 11 ein Signalübertrager 25 der einen Platine 18 gegenüber eines Signalempfängers 26 der anstoßenden Platine zu liegen kommt. Hierdurch ist eine gute Signalübertragung gewährleistet. Im Übrigen gelten die Ausführungen zur Sensorsignalübertragung zwischen Ventil 10 und Fluidikblock 11 hier entsprechend.
Das in 4 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel einer Ventilanordnung besteht aus einem Plattenventil 27, wobei die Anschlusseinrichtung als Anschlussplatinenanordnung 28 ausgebildet ist. Das Plattenventil 27 ist nur schematisch dargestellt. Derartige Plattenventile sind beispielsweise aus der EP 0 678 676 B1 bekannt und dort näher beschrieben, so dass auf eine detailliertere Beschreibung hier verzichtet werden kann. Dargestellt sind verschiedene Kanäle und Kammern 29, die durch einen nicht dargestellten Ventilschieber auf verschiedene Weise miteinander verbindbar sind. Der Ventilschieber wird durch zwei elektromagnetische Vorsteuerventile 30, 31 gesteuert. Die elektrischen Steckelemente 32, 33 der Vorsteuerventile 30, 31 können in entsprechende Steckaufnahmen 34, 35 der Anschlussplatinenanordnung 28 eingesteckt werden, um die erforderlichen elektrischen Verbindungen mit einer Platine 36 in der Anschlussplatinenanordnung 28 herzustellen. Diese Platine 36 kann sich über eine Veilzahl von aneinander aufgereihten Plattenventilen 27 erstrecken. Die Platine 36enthält wiederum, wie beim ersten Ausführungsbeispiel, elektrische Leitungen bzw. Leiterbahnen, über die die Vorsteuerventile 30, 31 gesteuert werden.
Wie beim ersten Ausführungsbeispiel enthält das Plattenventil 27 einen Sensor 22, bei dem es sich auch um mehrere und/oder verschiedenartige Sensoren handeln kann. Er ist mit dem Signalübertrager 23 verbunden, über den die Sensorsignale einem Signalempfänger 24 übertragen werden können, der an der Platine 36 angeordnet ist. Auch hier sind wiederum der Signalübertrager 23 und der Signalempfänger 24 derart randseitig am Plattenventil 27 bzw. an der Anschlussplatinenanordnung 28 angeordnet, dass sie sich im zusammengesteckten Zustand nahe gegenüberstehen oder sogar aneinander liegen. Die Wirkungsweise entspricht der des ersten Ausführungsbeispiels.
Die in 5 als drittes Ausführungsbeispiel dargestellte Ventilanordnung besteht aus einem Ventil 10, das dem des ersten Ausführungsbeispiels entspricht. Die Anschlusseinrichtung ist als elektrischer Anschlussstecker 37 ausgebildet. Dieser besitzt Steckaufnahmen 38 zur Aufnahme der elektrischen Steckelemente 20 des Ventils 10. Weiterhin ist der Signalempfänger 26 so im Anschlussstecker 37 angeordnet, dass er im zusammengesteckten Zustand dem Signalübertrager 23 gegenübersteht oder an diesem ganz oder nahezu anliegt. Zur Zuführung von elektrischen Steuersignalen zum Ventil 10 bzw. zum magnetischen Antriebsteil 15 sind Steuerleitungen 39 mit den Steckaufnahmen 38 verbunden, während eine Sensorsignalleitung 40 an den Signalempfänger 24 angeschlossen ist. Diese Sensorsignalleitung 40 kann selbstverständlich mehrere Adern aufweisen und beispielsweise auch als Busleitung ausgebildet sein. Die Steuerleitungen 39 und die Sensorsignalleitung 40 werden mit einer nicht dargestellten Steuerelektronik zur Steuerung oder Regelung des Ventils 10 verbunden.
In Abwandlung der dargestellten Ausführungsbeispiele kann der Signalübertrager 23 und der Signalempfänger 24 jeweils auch als kombinierter Sendeempfänger ausgebildet sein, um beispielsweise auch Signale von der Steuerelektronik in umgekehrter Richtung zum Ventil hin zu übertragen, beispielsweise um Sensoren zu kalibrieren.
Der Signalübertrager 23 im Ventil 10 bzw. 27 kann auch insbesondere bei mehreren Sensoren noch mit einer Sensorelektronik verbunden oder in einer solchen integriert sein, um einerseits eine Signalaufbereitung zu erreichen und andererseits die Sensorsignalübertragung verschiedener Sensorsignale zu gewährleisten und zu optimieren.

Claims

Ventilanordnung mit einem Ventil (10; 27), in dem wenigstens ein Sensor (22) und ein damit verbundener Signalübertrager (23) zur drahtlosen Sensorsignalübertragung angeordnet ist, mit einem an oder in einer mit dem Ventil (10; 27) mechanisch verbindbaren Anschlusseinrichtung (11; 28; 37) angeordneten Signalempfänger (24) zum Empfang der Sensorsignale des Signalübertragers (23), und mit einer elektrischen Leitungsanordnung (18; 36; 40) zum Weiterleiten der im Signalempfänger (24) empfangenen Sensorsignale, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalübertrager (23) und der Signalempfänger (24) jeweils an sich im verbundenen Zustand gegenüberliegenden Außenseiten (12, 13) des Ventils (10; 27) einerseits und der Anschlusseinrichtung (11; 28; 37) andererseits angeordnet sind.
Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusseinrichtung (11) ein fluidische Zu- und/oder Abführleitungen sowie die elektrische Leitungsanordnung (18) enthaltender fluidischer Anschlussblock ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusseinrichtung (28; 37) als elektrische Anschlusseinrichtung ausgebildet ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusseinrichtung (28; 37) eine elektrische Anschlussplatinenanordnung oder ein elektrischer Anschlussstecker ist.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Kontaktanordnung (20, 21; 32–35; 20, 38) zum Zuführen der Ventilsteuersignale zwischen der Anschlusseinrichtung (11; 28; 37) und dem Ventil (10; 27) vorgesehen ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktanordnung (20, 21; 32–35; 20, 38) eine Steckkontaktanordnung ist.
Ventilanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kontaktanordnung (20, 21; 32–35; 20, 38) als die elektrische Verbindungen beim Verbinden des Ventils (10; 27) mit der Anschlusseinrichtung (11; 28; 37) automatisch herstellende Kontaktanordnung ausgebildet ist.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Signalempfänger (24) zusammenwirkende Signalübertrager (23) zur Übertragung der Sensorsignale ein Funkübertrager oder ein optischer Übertrager oder ein induktiver Übertrager oder ein kapazitiver Übertrager oder ein Ultraschallübertrager ist.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensor (22) wenigstens ein Drucksensor und/oder ein Temperatursensor und/oder ein Beschleunigungssensor und/oder ein Positionssensor vorgesehen ist.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sensor (22) im Ventil (10; 27) über eine Sensorelektronik mit dem Signalübertrager (23) verbunden ist.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leitungsanordnung (18; 36) in der Anschlusseinrichtung (11; 27) an oder in einer Platine integriert ist.
Ventilanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Mehrzahl von aneinander gereihten Anschlusseinrichtungen (11) aufweist, wobei zwischen den Anschlusseinrichtungen (11) ebenfalls Signalübertrager (25) und Signalempfänger (26) zur drahtlosen Sensorsignalübertragung vorgesehen sind.