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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur elektrischen
Verbindung mehrerer im Rahmen einer Ventileinheit aneinandergereihter elektropneumatischer
Ventile mit einer zentralen Steuereinheit zur Ansteuerung der Ventile
und/oder Verarbeitung von Signalen von in den Ventilen jeweils integrierten
elektrischen Sensoren über
elektrische Leitungsmittel.
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Das
Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich auf Ventileinheiten,
welche eine blockartige Zusammenfassung mehrerer aneinandergereihter
pneumatischer Ventile bilden. Durch diese blockartige Aneinanderreihung
wird eine effiziente Versorgung und Entsorgung mit bzw. von Druckluft
erzielt und die zur elektrischen Ansteuerung erforderlichen elektrischen
Leitungsmittel lassen sich über
kurze Wege einfach anschließen. Über die
so örtlich
zusammengefassten Ventile, welche meist übliche Wegeventilfunktionen
ausführen,
lässt sich
ein pneumatisches System mit Aktuatoren, wie Druckmittelzylindern,
ansteuern.
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Ventileinheiten
existieren in zwei Hauptbauformen. Zum Einen ist jedem Ventil mindestens
eine eigene fluidische und elektrische Anschlussplatte zugeordnet,
welche die Versorgung und Entsorgung mit bzw. von Druckluft sowie
den elektrischen Anschluss der Ventile, welche auf die Anschlussplatten
aufgesetzt werden, übernimmt.
Zum Anderen ist es auch denkbar, dass diese Funktionalität auch vom
Ventilgehäuse
selbst übernommen
wird, welches insoweit die fluidischen Versorgungskanäle und die
elektrischen Leitungsmittel zum Durchschleifen der elektrischen
Verbindung von Ventil zu Ventil mit übernehmen.
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Aus
der
DE 198 40 700
A1 geht eine gattungsgemäße Ventileinheit hervor. Diese
besteht im Wesentlichen aus mehreren scheibenförmigen Ventilen, die aneinandergereiht
die Bauform einer Ventileinheit ergeben. Die Ventile sind miteinander
befestigt. Hierdurch ergibt sich ein von Ventil zu Ventil längs durch
die Ventileinheit verlaufender Speisedruckkanal sowie Entlüftungskanäle, von
denen jeweils Querkanäle
abzweigen, um zum Bereich der jeweiligen Ventilbohrung zu führen, in
welcher ein Ventilschieber zum Schalten des Druckluftflusses zwischen
den Anschlüssen
vorgesehen ist. Die Anschlüsse
zum Befestigen von Arbeitsleitungen befinden sich stirnseitig an
jedem Ventil. Als elektrische Leitungsmittel sind hier parallel
zu den längsverlaufenden
Druckluftkanälen
angeordnete elektrische Verkettungselemente vorgesehen. Durch diese
elektrischen Verkettungselemente, welche nach dem Prinzip einer
parallelen Verdrahtung aufgebaut sind, werden die Ansteuersignale
an Pilotventile jedes Ventils geleitet. Zu diesem Zwecke sind abzweigende
elektrische Leitungen vorgesehen.
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Die
DE 198 48 039 A1 offenbart
eine Einrichtung zur elektrischen Verbindung von in einem Hydraulikblock
eingesetzten Magnetventilen mit einer elektronischen Steuerschaltung
zur Bremsschlupfregelung, wobei Drahtenden von Spulen der Magnetventile
auf einer Stirnseite eines Wickelungsträgers fixiert werden und mittels
Schlitzklemmen kontaktiert werden, welche einstückig mit einem Stanzgitter
ausgebildet sind. Das Stanzgitter trägt die die Steuerschaltung
bildenden elektrischen und elektronischen Bauteile. Somit erfordert
diese Lösung
aufwendige einzeln zu montierende Stanzbiegeteile aus Metall.
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Bei
einer anderen durch die
DE
197 04 152 A1 dargelegten elektrischen Verbindungslösung wird ein
Steuergerät
eines Antiblockiersystems mit einem Leiterbahnträger kontaktiert, der eine elektronische Schaltung
zum Steuern der Ventile aufweist. Der spezielle Leiterbahnträger ist
einstückig
ausgebildet, wobei ein erster Bereich mit Ventilspulen zur Betätigung der
Ventile des Ventilblocks bestückt
ist, und ein zweiter Bereich mit aktiven elektronischen Bauelementen
bestückt
ist. Die einzelnen Bauteile sind separat herzustellen und anschließend mit
dem Leiterbahnträger
zu montieren.
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Die
DE 44 02 735 A1 offenbart
eine Einrichtung zu elektrischen Verbindung von elektromagnetisch
betätigbaren
Hydraulikventilen, die an einem Ventilaufnahmekörper angeordnet sind. Die Spulen weisen
an den den Ventilaufnahmekörper überragenden
Teilen elektrische Kontaktelemente auf, mit einem Deckel, der die überragenden
Spulenteile und die Kontaktelemente abdeckt. Der Deckel oder ein Teil
hiervon ist als elektromagnetischer Regler oder für die Aufnahme
von Anschlussteilen eines solchen Reglers ausgebildet. Das den Spulen
zugewandte und im Wesentlichen plattenförmige Trägerelement weist mehrere Durchgangsöffnungen
auf, in die von der Anschlussfläche
des Deckels hergerichtet form- und kraftschlüssige Verschlussmittel eingebracht sind.
Die elektrischen Verbindungsmittel sind bei dieser Lösung aufwendig
miteinander zu verlöten
und die diese schützenden
Gehäusebauteile
sind einzeln zu montieren.
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Aus
der
EP 0 947 408 A2 geht
eine Einrichtung zur elektrischen Verbindung von Ventilen hervor, bei
welcher ein Steuergerät
zum Aufsetzen auf eine Ventileinheit einer hydraulischen Bremssteuerung eine
Leiterplatte aufweist, die elektronische Bauelemente und Ventilspulen
trägt.
Diese sind mit der Leiterplatte elektrisch durch Löten kontaktiert.
Die Leiterplatte selbst ist vollständig von einem Gehäuse aus
Kunststoff umhüllt,
so dass sich im montierten Zustand eine untrennbare Baueinheit ergibt.
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Als
nachteilig bei diesem Stand der Technik erweist sich prinzipiell
die hohe Anzahl von Einzelbauteilen. Insbesondere die elektrischen
Bauteile sind im Zuge einer Montage in das Ventilgehäuse einzusetzen
und dort zu befestigen. Dies erfordert wiederum einen beträchtlichen
Bauraumbedarf innerhalb des Ventils.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung
zur elektrischen Verbindung mehrerer im Rahmen einer Ventileinheit
aneinandergereihter elektropneumatischer Ventile zu schaffen, welche
in fertigungstechnischer einfacher Weise eine kompaktbauende und
sichere elektrische Anbindung der Ventile mit einer zentralen Steuereinheit
gewährleistet.
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Die
Aufgabe wird ausgehend von einer Einrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die
nachfolgenden abhängigen
Ansprüche geben
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Die
Erfindung schließt
die technische Lehre ein, dass die elektrischen Leitungsmittel als
mindestens eine von Ventil zu Ventil innerhalb der Ventileinheit
geschleifte elektrisch leitende Kunststoffader ausgebildet sind,
welche von elektrisch nicht-leitendem
Gehäusekunststoff
umspritzt ist, so dass sich ein einstückiges Gehäuse bildet.
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Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt
insbesondere darin, dass mit spritzgießtechnischer Herstellung des
Gehäuses
bereits die Voraussetzungen nicht allein für die interne Druckluftleitung sondern
auch für
die elektrische Leitung geschaffen sind. Eine Montage elektrischer
Leitungsmittel innerhalb des Gehäuses
erübrigt
sich somit vollständig. Hierdurch
wird auch eine Fehlerquelle ausgeschlossen, welche hier durch Fehlmontage
und hierdurch verursachte Fehlkontaktierungen entstehen könnte.
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Die
erfindungsgegenständlichen
elektrisch leitenden Kunststoffadern lassen sich sowohl zur Spannungsversorgung
der Pilotventile, und damit zu deren Ansteuerung verwenden, als
auch zur Weiterleitung von Daten in Form von Sensorsignalen und dergleichen
von und zum Ventil.
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Vorzugsweise
bestehen die erfindungsgegenständlich
elektrisch leitenden Kunststoffadern innerhalb des Gehäuses aus
Polyamid mit Kupferfaser- und/oder Lotanteilen. Eine derartige Materialmischung
lässt sich
spritzgusstechnisch verarbeiten und bildet einen zuverlässigen Verbund
mit dem umgebenden nicht-leitenden
Gehäusekunststoff.
Der Anteil an Kupferfasern und/oder Lotanteilen sorgt für die elektrische
Leitfähigkeit
der Kunststoffader und ist so zu bemessen, dass diese zuverlässig und
verlustarm erfolgt. Anstelle von Kupfer können auch andere elektrische
Leiter, wie insbesondere Aluminium oder Silber verwendet werden.
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Mit
den erfindungsgegenständlichen
elektrisch leitenden Kunststoffadern lassen sich unterschiedliche
Verdrahtungskonzepte umsetzen. Zum Einen ist es möglich, dass
die elektrisch leitenden Kunststoffadern eine von Ventil zu Ventil
verlaufende Parallelverdrahtung bilden. Durch diese Parallelverdrahtung
ist im Prinzip jedes anzuschließende
Pilotventil der einzelnen Ventile über zwei Adern mit der zentralen
elektrischen Steuereinheit verbunden. Dabei kann ein gemeinsamer
Nullleiter verwendet werden. Alternativ hierzu ist es auch denkbar,
mit den elektrisch leitenden Kunststoffadern eine von Ventil zu
Ventil verlaufende serielle Busleitung für jedem Ventil zugeordnete
Pilotventile zu bilden. Diese Busleitung erfordert ventilseitig
allerdings ein elektronisches Dekodierelement, um die seriellen
Daten in parallele Ansteuersignale für die Pilotventile umzusetzen.
Andererseits wird hierdurch die Anzahl der von Ventil zu Ventil
verlaufenden Kunststoffadern erheblich reduziert, da im einfachsten
Fall eine zweiadrige Busleitung ausreichend ist, über welche
zudem auch andere Daten, wie Sensorsignale transportiert werden
können.
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Die
elektrisch leitenden Kunststoffadern können durch ein Gehäuse verlaufen,
welches direkt das Ventilgehäuse
darstellt, worin daneben auch das Schaltglied, meist Ventilschieber
zum Schalten des Druckluftflusses untergebracht ist. Zum Anderen können die
elektrisch leitenden Kunststoffadern auch seitens einer fluidischen
und elektrischen Anschlussplatte, auf welches ein austauschbares
Ventil montierbar ist, verlaufen. Diesbezüglich ist es auch denkbar,
eine einzige mehreren Ventilen zugeordnete fluidische und elektrische
Anschlussplatte zu verwenden.
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Gemäß einer
weiteren, die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen,
dass zur elektrischen Kontaktierung der elektrisch leitenden Kunststoffadern
benachbarter Gehäuse,
die Ventilgehäuse
oder Anschlussplattengehäuse
sein können, durch
gegeneinander zur Anlage kommende Kontaktflächen erfolgt. Diese können eine
die elektrische Kontaktierung begünstigende Formgebung durch
Aufwölbung
nach außen
oder dergleichen besitzen. Alternativ hierzu ist es jedoch auch
denkbar, die Kontaktierung über
zusätzliche
Metallspitzen, welche in die Stirnseiten der Kunststoffadern eindringen,
herzustellen. Diese sind vorzugsweise einseitig vorzumontieren,
um eine kontaktsichere Endmontage zu gewährleisten.
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In
analoger Weise wird vorgeschlagen, dass zur elektrischen Kontaktierung
des Pilotventils mit der zugeordneten elektrisch leitenden Kunststoffader einseitig
fest am Pilotventil angebrachte und in die Kunststoffadern eindringende
Metallspitzen vorgesehen sind. Kommt eine separate fluidische Anschlussplatte
zur Anwendung, so sind die Metallspitzen vorzugsweise seitens des
Ventils ausgebildet, so dass mit einer Befestigung des Ventils an
der Anschlussplatte über
die einander gegenüberliegenden
Anschlussflächen,
beispielsweise durch Schrauben, auch die elektrische Verbindung
hergestellt wird.
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Weitere,
die Erfindung verbessernden Maßnahmen
werden nachstehend mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
anhand der Figuren näher
dargestellt. Es zeigt:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Ventileinheit mit mehreren über jeweils
zugeordnete Anschlussplatten aneinander gereihten elektropneumatischen
Ventilen, und
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2 eine
schematische Darstellung der elektrischen Verbindung zwischen benachbarten
Anschlussplatten.
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Gemäß 1 besteht
die hier dargestellte pneumatische Ventileinheit 1 aus
mehreren aneinandergereihten elektropneumatischen Ventilen 2a–2e. Die
Ansteuerung der elektropneumatischen Ventile 2a–2e,
welche je mit einem Pilotventil 3a–3e bestückt sind,
erfolgt über
eine bezüglich
der Ventileinheit 1 zentrale Steuereinheit 4.
Zwischen der zentralen Steuereinheit 4 und den Pilotenventilen 3a und 3e der
elektropneumatischen Ventile 2a–2e sind von Ventil
zu Ventil entsprechende elektrische Leitungsmittel – welche
an späterer
Stelle eingehender erläutert
werden – geführt.
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Die
Versorgung der einzelnen Ventile 2a–2e mit Druckluft
sowie auch die Entsorgung verbrauchter Druckluft erfolgt in diesem
Ausführungsbeispiel über eine
jedem Ventil 2a–2e zugeordnete
separate Anschlussplatte 5 (exemplarisch). Über längsverlaufende
Druckluftkanäle
P zur Speisedruckversorgung sowie R und S zur Entlüftung wird
die Ankopplung durch hiervon abzweigende Querkanäle zu den Ventilen 2a–2e hin
durchgeführt.
An jedem Ventil 2a–2e sind
außerdem
zwei Arbeitsanschlüsse
A und B stirnseitig angeordnet. Über
die Arbeitsanschlüsse
A und B können – nicht
weiter dargestellte – Druckmittelleitungen
angeschlossen werden, um Aktuatoren, wie Druckmittelzylinder, mit
Arbeitsdruck zu versorgen. Der Druckluftfluss zwischen den Anschlüssen wird hier
durch einen innerhalb jedes Ventils 2a–2e angeordneten Ventilschieber
gesteuert. Der Ventilschieber wird nach Maßgabe einer Vorsteuerung über die Pilotventile 3a–3e mit
Steuerdruck versorgt. Das Schaltverhalten des Ventils 2a–2e lässt sich über einen
ebenfalls hierin integrierten Drucksensor 6 ermitteln und
elektrisch an die Steuereinheit 4 rückmelden.
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Die
elektrischen Leitungsmittel sind erfindungsgemäß als zwei zueinander parallel
verlaufende und von Ventil zu Ventil innerhalb der Ventileinheit 1 geschleifte
elektrisch leitende Kunststoffader 7 ausgeführt. Die
elektrisch leitende Kunststoffader 7 besteht aus Polyamid
mit Kupferfaser- und Lotanteilen. Die elektrisch leitende Kunststoffader 7 bildet
hier eine von Ventil zu Ventil verlaufende zweiadrige serielle Busleitung,
welche elektrisch mit jedem Pilotventil 3a–3e in
Verbindung steht. Seitens der Pilotventile 3a–3e sind
jeweils Dekodierchips zum Umwandeln der seriellen Ansteuersignale
in parallele Signale zur Betätigung
der hierin integrierten Magnetventile vorgesehen. Über die
elektrisch leitende, durchgeschleifte Kunststoffader 7 erfolgt
gleichzeitig auch die Stromversorgung der Magnetspulen der Pilotventile 3a–3e.
Die elektrisch leitende Kunststoffader 7 ist von einem
diesen umgebenden elektrisch nicht-leitfähigen Gehäusekunststoff umspritzt, welcher
in diesem Ausführungsbeispiel
ein einstückiges
Gehäuse 8 der
einzelnen fluidischen und elektrischen Anschlussplatten 5 bildet.
Die elektrisch leitenden Kunststoffadern 7 innerhalb des
Gehäuses 8 dienen neben
der Stromversorgung der angeschlossenen Pilotventile 3a und 3e auch
einem bidirektionalen Datenaustausch mit der Steuereinheit 4 und
leiten insoweit auch die Signale des Drucksensors 6 an
die Steuereinheit 4 zur Auswertung weiter.
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Gemäß 2 erfolgt
die Kontaktierung der verschiedenen Abschnitte von elektrisch leitenden Kunststoffadern 7 innerhalb
der aneinandergereihten Anschlussplatten 5 durch stirnseitig
gegeneinander zur Anlage kommende Kontaktflächen 9a und 9b.
Zur elektrischen Kontaktierung des Pilotventils 3b mit dem
zugeordneten Abschnitt der elektrisch leitenden Kunststoffader 7 ist
dagegen eine ortsfest am Pilotventil 3b (exemplarisch)
angebrachte eindringende Metallspitze 10 vorgesehen, welche
bei der Montage des Pilotventils neben der elektrischen Kontaktierung auch
eine mechanische Befestigung am Gehäuse 8b der Anschlussplatte 5 herstellt.
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Die
Erfindung ist nicht beschränkt
auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Es sind vielmehr
auch Abwandlungen hiervon denkbar, welche vom Schutzbereich der
nachfolgenden Ansprüche
mit umfasst sind. So ist es beispielsweise auch möglich, mit
den erfindungsgemäßen elektrisch
leitfähigen
Kunststoffadern 7, welche vom elektrisch nicht-leitenden
Gehäusekunststoff umspritzt
sind, eine Parallelverdrahtung auszuführen, so dass jedes einzelne
Ventil 2a–2e durch
ein Leitungspaar mit der Steuereinheit 4 verbunden ist. Hierbei
kann ein gemeinsamer Nullleiter genutzt werden. Ebenso ist es auch
möglich,
die erfindungsgemäßen elektrisch
leitenden Kunststoffadern 7 unter Verzicht auf separate
fluidische und elektrische Anschlussplatten 5 direkt in
das Gehäuse
der Ventile 2a–2e zu
integrieren, welche zur Zusammenfassung im Rahmen einer Ventileinheit
insoweit die elektrischen und fluidischen Versorgungsfunktionen
mit erfüllen.
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- 1
- Ventileinheit
- 2
- Ventil
- 3
- Pilotventil
- 4
- Steuereinheit
- 5
- Anschlussplatte
- 6
- Sensor
- 7
- Kunststoffader
- 8
- Gehäuse
- 9
- Kontaktfläche
- 10
- Metallspitze