DE102010035747B4

DE102010035747B4 - Ventileinheit

Info

Publication number: DE102010035747B4
Application number: DE201010035747
Authority: DE
Inventors: Gebhard Munz; Dr. Weinmann Michael; Jürgen Stingel
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2010-08-28
Filing date: 2010-08-28
Publication date: 2013-05-29
Anticipated expiration: 2030-08-29
Also published as: DE102010035747A1

Abstract

Es wird eine Ventileinheit vorschlagen, die mehrere parallel geschaltete 3/3-Wege-Proportionalventileinheiten (8) enthält, die gemeinsam an einen Speiseeingang (2) und einen Arbeitsausgang (3) sowie an mindestens einen Entlüftungsausgang (4) angeschlossen sind. Die Ventileinheit (1) enthält ferner eine zur Ansteuerung der Proportionalventileinheiten (8) dienende elektronische Steuereinrichtung (18). Es besteht die Möglichkeit, die Proportionalventileinheiten (8) in Abhängigkeit von dem am Arbeitsausgang (3) gewünschten Ausgangsdruck oder Ausgangsdurchfluss selektiv beliebig einzeln oder gruppenweise gemeinsam in beliebiger Gruppenzusammensetzung anzusteuern, und zwar jeweils unabhängig voneinander und mit jeweils beliebiger variabler Ansteuerspannung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventileinheit, mit mehreren elektrisch betätigbaren Steuerventilen, die als 3/3-Wege-Proportionalventileinheiten ausgebildet sind und die jeweils einen Einlassanschluss, der mit einem zur Einspeisung eines fluidischen Druckmediums dienenden Speiseeingang verbunden ist, einen Auslassanschluss und einen mit mindestens einem zur Atmosphäre führenden Entlüftungsausgang verbundenen Entlüftungsanschluss aufweisen, und mit einer elektronischen Steuereinrichtung zur Ansteuerung jeder Proportionalventileinheit zwecks Vorgabe ihres Betriebszustandes, durch die die mehreren Proportionalventileinheiten in Abhängigkeit von dem an einem mit einem Verbraucher verbindbaren Arbeitsausgang gewünschten Ausgangsdruck oder Ausgangsdurchfluss unabhängig voneinander mit jeweils beliebiger variabler Ansteuerspannung selektiv beliebig einzeln oder gruppenweise gemeinsam in beliebiger Gruppenzusammensetzung ansteuerbar sind.
Ventileinheiten der vorgenannten Art ermöglichen die gesteuerte Fluidversorgung eines unter Verwendung eines Druckmediums betreibbaren Verbrauchers, beispielsweise eines mittels Fluidkraft betätigbaren Antriebes. Eine ein Druckmedium zur Verfügung stellende Druckquelle wird an den Speiseeingang angeschlossen, der anzusteuernde Verbraucher an den Arbeitsausgang. Je nach Betriebszustand der Ventileinheit kann ein Fluidstrom von der Druckquelle zum Verbraucher gelangen oder ist eine Druckentlastung des Verbrauchers über den mindestens einen Entlüftungsausgang hinweg möglich.
Aus der WO 2009/012838 A1 ist eine Ventileinheit der eingangs genannten Art bekannt, die sich aus einer Mehrzahl aneinandergereihter Steuerventile zusammensetzt, die piezoelektrisch betätigbar sind und die als 3/3-Wege-Proportionalventileinheiten betrieben werden. Allen Proportionalventileinheiten ist gemeinsam eine elektronische Steuereinheit zugeordnet, die bei ihrem Betrieb den an einem Arbeitsanschluss der Proportionalventileinheiten herrschenden Arbeitsdruck berücksichtigen kann. Jede Proportionalventileinheit steuert einen ihr individuell zugeordneten Arbeitsanschluss.
Bei einer bekannten Ventileinheit, die in der GB 2 129 170 A beschrieben wird, enthält die Ventileinheit mehrere in Parallelschaltung zwischen den Speiseeingang und den Arbeitsausgang eingeschaltete Magnetventile mit 2/2-Wege-Funktionalität, denen jeweils eine Drosselblende vorgeschaltet ist, wobei die Drosselblenden untereinander über voneinander abweichende Strömungsquerschnitte verfügen. Durch selektives Betätigen der Magnetventile können die zueinander parallelen Fluidwege wahlweise geöffnet oder abgesperrt werden. Im geöffneten Zustand steht dem Fluid der von der jeweils zugeordneten Drosselblende bestimmte Strömungsquerschnitt zur Verfügung. Sind gleichzeitig mehrere Magnetventile geöffnet, ergibt sich ein sich aus der Addition der dadurch wirksamen Drosselblenden zusammensetzender Gesamt-Strömungsquerschnitt. Angesteuert werden die als Schaltventile konzipierten Steuerventile durch eine Mikroprozessoreinheit, die einerseits an einem mit dem Arbeitsausgang verbundenen Drucksensor angeschlossen ist und in die andererseits ein Druck-Sollwert eingebbar ist. Aus einem Vergleich der zugeführten Werte generiert die Mikroprozessoreinheit Steuersignale für die einzelnen Steuerventile.
Die aus der GB 2 129 170 A bekannte Ventileinheit hat nach außen hin die Funktionalität eines 3/3-Wege-Schaltventils. Die Fluidströmung zum Verbraucher ist lediglich digital durch das Freigeben einer unterschiedlichen Anzahl von Drosselblenden vorgebbar. Gleiches gilt für die Entlüftung des Verbrauchers, zu deren Durchführung separate Magnetventile mit vorgeschalteten Drosselblenden vorhanden sind. Eine stufenlos variable Fluidversorgung eines angeschlossenen Verbrauchers ist auf diese Weise nicht möglich.
Aus der WO 99/58859 A1 ist bereits eine Mikroventilbatterie bekannt, die mit einer Mehrzahl von Mikroventilen ausgestattet ist, die mittels einer Funktionsvorgabeeinheit derart funktionell verknüpfbar sind, dass sich höherwertige Ventilfunktionen ergeben. In Verbindung mit einer flexiblen Verschaltbarkeit der zugeordneten Fluidkanäle ist auf diese Weise eine variable funktionelle Auslegung der Mikroventilbatterie möglich.
Aus der DE 197 23 388 C1 ist eine modulare Piezoventilanordnung bekannt, die aus mehreren aneinanderreihbaren Ventilelementen aufgebaut ist. Durch die modulare Bauweise lassen sich je nach Anwendungszweck sehr verschiedene Gasvolumenströme steuern.
Die EP 1 207 329 B1 offenbart ein Piezoventil, das genauer gesagt eine sich aus zwei Piezoventilen zusammensetzende Piezoventileinheit darstellt und das über eine 3/3-Wege-Ventilfunktionalität verfügt. Dieses Ventil kann wahlweise als Schaltventil oder als Proportionalventileinheit mit stetiger Ansteuerung zur variablen Vorgabe unterschiedlicher Strömungsquerschnitte eingesetzt werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine einfach aufgebaute Ventileinheit zur variablen Ansteuerung eines Verbrauchers zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass die Auslassanschlüsse sämtlicher Proportionalventileinheiten mit ein und demselben Arbeitsausgang der Ventileinheit verbunden sind, sodass die Proportionalventileinheiten in fluidischer Parallelschaltung zwischen dem Speiseeingang und dem Arbeitsausgang angeordnet sind.
Auf diese Weise liegt eine Ventileinheit vor, in der mehrere 3/3-Wege-Proportionalventileinheiten in Parallelschaltung zwischen einen Speiseeingang und einen mit einem Verbraucher verbindbaren Arbeitsausgang eingeschaltet sind. Diese Proportionalventileinheiten sind unter Vermittlung der mit ihnen signaltechnisch verbundenen elektronischen Steuereinrichtung individuell ansteuerbar, so dass wahlweise nur eine einzige Proportionalventileinheit zur gleichen Zeit betätigt ist oder aber eine sich aus mehreren der vorhandenen Proportionalventileinheiten zusammensetzende Gruppe von Proportionalventileinheiten. Dabei ist bei der Einzelaktivierung eine beliebige Betätigung jeder der vorhandenen Proportionalventileinheiten möglich, wie auch die Gruppenzusammensetzung bei einer gruppenweisen Aktivierung der Proportionalventileinheiten – sofern eine entsprechend große Anzahl von Proportionalventileinheiten vorhanden ist – variiert werden kann. Somit besteht unter dem Aspekt der Verschleißminderung der Vorteil, die „Betätigungslast” unter den vorhandenen Proportionalventileinheiten zu verteilen, um nicht die eine oder andere Proportionalventileinheit durch überdurchschnittlich häufige Betätigung einem erhöhten Verschleiß auszusetzen. Diese Betriebsweise wird durch die Proportionaltechnologie der die Steuerventile bildenden Proportionalventileinheiten extrem begünstigt, weil jede Proportionalventileinheit dafür geeignet ist, stufenlos variable Strömungsquerschnitte bereitzustellen und dementsprechend nicht der Zwang besteht, zur Bereitstellung bestimmter Strömungsquerschnitte stets auf nur ein oder mehrere ganz bestimmte Proportionalventileinheiten zurückgreifen zu müssen. Das Gesamtsystem der Ventileinheit wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung mithin sowohl in seiner Funktionalität als auch hinsichtlich seiner Lebensdauer optimiert.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Es wäre prinzipiell möglich, mehrere oder sämtliche Proportionalventileinheiten der Ventileinheit mit untereinander abweichenden Nennweiten auszulegen. Unter „Nennweite” sei an dieser Stelle der bei maximal geöffneter Proportionalventileinheit zur Verfügung gestellte Strömungsquerschnitt zu verstehen. Die Variabilität bei der selektiven Nutzung der einzelnen Proportionalventileinheiten ist jedoch erheblich größer, wenn mehrere und zweckmäßigerweise sämtliche Proportionalventileinheiten untereinander über die gleiche Nennweite verfügen. In diesem Fall sind die betreffenden Proportionalventileinheiten untereinander gleichwertig und können ohne irgendwelche Einschränkungen beliebig alternativ genutzt werden.
Im Zuge der Bereitstellung von Proportionalventileinheiten mit untereinander gleichen Nennweiten ist es weiterhin von Vorteil, wenn zumindest einige und zweckmäßigerweise sämtliche der Proportionalventileinheiten untereinander identisch ausgebildet sind. Auf diese Weise ergibt sich für die zum Aufbau der Ventileinheit verwendeten Proportionalventileinheiten eine hohe Stückzahl, was eine Minimierung der Fertigungskosten erlaubt. Und obgleich auf identische Proportionalventileinheiten zurückgegriffen wird, besteht doch die vorteilhafte Möglichkeit, durch die variable und selektive Ansteuerung unterschiedliche Strömungsquerschnitte variabel zur Verfügung zu stellen.
Unabhängig vom individuellen Aufbau der Proportionalventileinheiten besteht bei der erfindungsgemäßen Ventileinheit der Vorteil, dass durch die Kaskadierung der Proportionalventileinheiten sowohl kleinste als auch sehr große Durchflusswerte und Druckvorgaben regelungstechnisch mit hoher Güte erreicht werden können. Dadurch erhält der Anwender auch bei Auswahl eines für seinen Anwendungsfall im Prinzip zu großen Ventils ein für seine Applikation optimal passendes und bei Bedarf mit hoher Güte regelbares Produkt.
Es wäre möglich, mehrere oder sämtliche der Proportionalventileinheiten in Form eines Einzelventils zu realisieren, das über die angestrebte 3/3-Ventilfunktionalität verfügt. Eine geeignete Ventilbauform hierfür ist in der eingangs bereits erwähnten EP 1 207 329 B1 offenbart. Aufgrund der nicht trivialen Technologie derartiger 3/3-Wege-Einzelventile wird es jedoch als vorteilhafter angesehen, mindestens eine und zweckmäßigerweise jede 3/3-Wege-Proportionalventileinheit aus zwei einzelnen 2/2-Wege-Proportionalventilen zu generieren, die zum Erhalt der 3/3-Ventilfunktionalität funktionell miteinander verschaltet sind. Die vorhandenen 2/2-Wege-Proportionalventile können also durch die elektronische Steuereinrichtung derart aufeinander abgestimmt betätigt werden, dass sich die angestrebte 3/3-Ventilfunktionalität ergibt.
Die Proportionalventileinheiten können prinzipiell auf Basis jedweder elektrisch betätigbaren Ventiltechnologie realisiert sein. Denkbar sind beispielsweise elektromagnetische oder elektrodynamische Proportionalventileinheiten. Als besonders vorteilhaft werden derzeit Piezoventileinheiten angesehen, insbesondere solche die auf Biegewandlertechnologie basieren. Prinzipiell wäre auch ein Mix aus Proportionalventileinheiten unterschiedlicher Technologien denkbar, wenngleich aus Kostengründen es vorzuziehen ist, bei allen Proportionalventileinheiten auf die gleiche Technologie zurückzugreifen.
Die Ventileinheit verfügt zweckmäßigerweise über einen mit internen Fluidkanälen ausgestatteten Ventilträgerblock, der mit dem Speiseeingang, dem Arbeitsausgang und dem mindestens einen Entlüftungsausgang versehen ist und der mit den Proportionalventileinheiten bestückt ist. Die Proportionalventileinheiten sind hierbei insbesondere in einer Aufreihungsrichtung aufeinanderfolgend angeordnet. Diese Aufreihungsrichtung entspricht zweckmäßigerweise der Längsrichtung des Ventilträgerblockes.
Die Proportionalventileinheiten können an dem Ventilträgerblock entweder einreihig oder mehrreihig montiert sein. Bei mehrreihiger Montage empfiehlt es sich, die Proportionalventileinheiten bzw. gegebenenfalls die zur Bildung von Proportionalventileinheiten herangezogenen individuellen Proportionalventile, auf einander entgegengesetzten Längsseiten des Ventilträgerblockes zu installieren. Ist mindestens eine Proportionalventileinheit aus zwei einzelnen Proportionalventilen gebildet, enthält der Ventilträgerblock zweckmäßigerweise die zum Erhalt der 3/3-Funktionalität notwendige fluidische Verschaltung der zugeordneten Fluidkanäle.
Sind die Proportionalventileinheiten oder Proportionalventile zweireihig angeordnet, kann die elektronische Steuereinrichtung platzsparend zumindest teilweise zwischen diesen beiden Reihen von Proportionalventileinheiten oder Proportionalventilen angeordnet sein.
Es ist zweckmäßig, die elektronische Steuereinrichtung mit mindestens einer benachbart zu dem Ventilträgerblock angeordneten Elektronikplatine auszustatten, die mit elektronischen Steuerungskomponenten bestückt ist, die beispielsweise (auch) einen Mikrocontroller enthalten. Diese Elektronikplatine erstreckt sich vorzugsweise in der Aufreihungsrichtung der Proportionalventileinheiten und ist mit jeder Proportionalventileinheit elektrisch kontaktiert. Bei mehrreihigem Aufbau wie vorstehend geschildert, erstreckt sich die Elektronikplatine zweckmäßigerweise zumindest partiell in dem Zwischenraum zwischen den beiden Reihen von Proportionalventileinheiten oder Proportionalventilen.
Ein modularer Aufbau der Ventileinheit wird dadurch begünstigt, dass die mindestens eine Elektronikplatine aus mehreren in der Aufreihungsrichtung aneinandergesetzten Platinensegmenten besteht. Die Anzahl der Platinensegmente ist hierbei von der Anzahl der vorhandenen Proportionalventileinheiten abhängig. Zusätzlich oder alternativ kann auch der gegebenenfalls vorhandene Ventilträgerblock einen segmentierten Aufbau haben und sich aus mehreren in der Aufreihungsrichtung aufeinanderfolgenden Blocksegmenten zusammensetzen, deren Anzahl sich wiederum an der Anzahl der zu tragenden Proportionalventileinheiten orientiert. Indem die Platinensegmente und/oder Blocksegmente lösbar aneinander gesetzt sind, ist eine sehr variable Zusammenstellung der Ventileinheit möglich.
Die Ventileinheit verfügt zweckmäßigerweise über eine Abdeckhaube, unter der die elektronische Steuereinrichtung und zweckmäßigerweise zumindest partiell auch die Proportionalventileinheiten geschützt untergebracht sind. Diese Abdeckhaube ist in vorteilhafter Ausbildung mit mindestens einem Anzeigedisplay ausgestattet, das beispielsweise den momentan am Arbeitsausgang anstehenden Ausgangsdruck oder Ausgangsdurchfluss anzeigt. Außerdem kann die Abdeckhaube alternativ oder zusätzlich über Dateneingabemittel verfügen, beispielsweise Eingabetasten, mit deren Hilfe sich die vorzugebenden Druckwerte und/oder Durchflusswerte eingeben lassen.
Es ist von Vorteil, wenn die Ventileinheit nicht nur über zwei Proportionalventileinheiten verfügt, sondern über mindestens drei Proportionalventileinheiten, wobei der Anzahl der Proportionalventileinheiten nach oben praktisch keine Grenzen gesetzt sind. Insofern ist eine optimale Anpassung an die anwendungsspezifischen Gegebenheiten möglich.
Die elektronische Steuereinrichtung der Ventileinheit enthält vorzugsweise eine zentrale elektronische Steuereinheit, die mit jeder Proportionalventileinheit zur Übertragung der zu deren Ansteuerung erforderlichen elektrischen Steuersignalen verbunden ist. Auf diese Weise ist jede Proportionalventileinheit individuell elektrisch ansteuerbar und betätigbar. Die elektronische Steuereinheit verfügt darüber hinaus über einen Signaleingang, über den hinweg elektrische Eingangssignale in die elektronische Steuereinheit einspeisbar sind, auf deren Basis die elektronische Steuereinheit den Proportionalventileinheiten zuzuführende Steuersignale generiert, welche dem am Arbeitsausgang angestrebten Ausgangsdruck oder Ausgangdurchfluss entsprechen. Dabei ist die elektronische Steuereinheit aufgrund entsprechender Programmierung in der Lage, die eingangs geschilderte selektive Ansteuerung der verschiedenen Proportionalventileinheiten, sei es individuell oder gruppenweise, selbsttägig vorzunehmen.
An dieser Stelle sei zur Klarstellung erwähnt, dass unter dem Begriff „Durchfluss” die Strömungsrate bzw. der Volumenstrom des fließenden Druckmediums zu verstehen ist.
Bei einer besonders vorteilhaften und komfortablen Ausstattung der Ventileinheit verfügt die elektronische Steuereinrichtung über einen Druck- und/oder Durchflussregelkreis, mit dessen Hilfe sich der am Arbeitsausgang zur Verfügung stehende Ausgangsdruck oder Ausgangsdurchfluss präzise auf einen gewünschten Sollwert einregeln lässt. Somit kann die Ventileinheit nach außen mit der Funktionalität eines Druck-Proportionalventils oder eines Mengen- bzw. Durchfluss-Proportionalventils betrieben werden.
Der Druck- und/oder Durchflussregelkreis verfügt zweckmäßigerweise über einen Druck- und/oder Durchflusssensor, der den am Arbeitsausgang anstehenden Druck und/oder Durchfluss erfassen kann, so dass Ist-Werte vorliegen, die in der elektronischen Steuereinrichtung, und insbesondere in einer zentralen elektronischen Steuereinheit dieser Steuereinrichtung, zur ausgangsseiten Druck- und/oder Durchflussregelung herangezogen werden können.
Bei Bedarf lässt sich auch noch ein innerer, rein elektrischer Regelkreis überlagern, bei dem direkt der Öffnungsgrad der einzelnen Proportionalventileinheiten berücksichtigt wird. Der Vorteil eines solchen inneren Regelkreises liegt in dem sehr guten Ansprechverhalten und einer daraus resultierenden hohen Regelgüte.
Alternativ kann die Ventileinheit auch zur nicht geregelten, rein gesteuerten Betriebsweise ausgelegt sein. In diesem Fall aktiviert die elektronische Steuereinrichtung die vorhandenen Proportionalventileinheit lediglich auf der Basis eines Eingangssignals ohne Berücksichtigung von Rückmeldesignalen bzw. Sensorsignalen. Denkbar wäre es allerdings auch hier, das Eingangssignal im Rahmen eines externen, nicht zur Ventileinheit gehörenden Regelkreises zur Verfügung zu stellen, indem auf Sensorsignale als Ist-Werte zurückgegriffen wird, die außerhalb den Ventileinheit an einer mit dem Arbeitsausgang verbundenen Fluidleitung abgegriffen werden.
Die elektronische Steuereinrichtung ist zweckmäßigerweise mit einem internen Steuerprogramm ausgestattet, das insbesondere in einem integrierten Mikrocontroller hinterlegt ist. Besonders vorteilhaft ist dabei eine dahingehende Funktionalität des Steuerprogrammes, dass die Proportionalventileinheiten entsprechend des ausgangsseitigen Durchflussbedarfes einzeln nacheinander zugeschaltet oder abgeschaltet werden. Mit einer solchen sequenziellen Ansteuerung kann die komplette Ausnutzung der von den Proportionalventileinheiten zur Verfügung gestellten Nennweiten gewährleistet werden. Eine zweite Proportionalventileinheit wird erst zugeschaltet, wenn zuvor die erste Proportionalventileinheit die maximale Nennweite freigegeben hat. Entsprechendes gilt dann für jede weitere Proportionalventileinheit. Auf diese Weise ist stets bei maximal einer Piezoventileinheit ein Zwischenwert zwischen Nulldurchfluss und maximaler Nennweite eingestellt. Zweckmäßigerweise werden somit nicht alle Proportionalventileinheiten mit dem gleichen Ansteuersignal beaufschlagt, was zu einer sehr hohen Regelgüte führt.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die elektronische Steuereinrichtung derart ausgelegt ist bzw. ein ihr implementiertes Steuerungsprogramm so konzipiert ist, dass für den gleichen ausgangsseitigen Druck- oder Durchflussbedarf abwechselnd unterschiedliche Proportionalventileinheiten oder Gruppen von Proportionalventileinheiten betätigt werden. Auf diese Weise wird die mechanische Belastung der vorhandenen Proportionalventileinheiten optimal verteilt und die Lebensdauer somit beträchtlich erhöht.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn durch die elektronische Steuereinrichtung die Reihenfolge, in der die einzelnen Proportionalventileinheiten zugeschaltet werden, variiert wird. Um also beispielsweise allmählich auf einen Ausgangsdurchfluss zu kommen, der der dreifachen Nennweite einer Proportionalventileinheit entspricht, werden die hierzu erforderlichen drei Proportionalventileinheiten in unterschiedlicher Reihenfolge aktiviert und werden sogar, wenn die Ventileinheiten mehr als drei Proportionalventileinheiten aufweist, die hierbei aktivierten Proportionalventileinheiten durchgewechselt, so dass abwechselnd unterschiedliche der drei Proportionalventileinheiten zur Vorgabe des angestrebten Ausgangsdurchflusses genutzt werden. Auch hierdurch werden die Proportionalventileinheiten gleichmäßig belastet und die Lebensdauer des Systems wird optimiert.
Die Ventileinheit kann einzeln eingesetzt werden, ermöglicht zweckmäßigerweise aber auch einen mit mehreren gleichartigen Ventileinheiten verketteten Einsatz. Es ist beispielsweise die Verkettung mehrerer Systeme im regelungstechnischen Master-Slave-Verfahren möglich, um insgesamt noch höhere Ausgangs-Durchflusswerte zu erzielen als sie mit nur einer einzigen Ventileinheit maximal realisierbar wären.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Ventileinheit bevorzugten Aufbaues in einer perspektivischen Darstellung,
2 die Ventileinheit aus 1 in einer Explosionsdarstellung, und
3 ein Schaltbild der aus 1 und 2 ersichtlichen Ventileinheit.
Die in ihrer Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Ventileinheit verfügt über einen mit einer Druckquelle „P” verbindbaren Speiseeingang 2, über einen mit einem zu betätigenden bzw. zu versorgenden Verbraucher „A” verbindbaren Arbeitsausgang 3 und über mindestens einen – beim Ausführungsbeispiel genau einen – mit der Atmosphäre „R” kommunizierenden Entlüftungsausgang 4.
Die Ventileinheit 1 wird vorzugsweise mit einem gasförmigen Druckmedium, insbesondere mit Druckluft, betrieben. Eine Nutzung mit hydraulischen Medien ist jedoch ebenfalls denkbar, wobei in diesem Falle der Entlüftungsausgang 4 üblicherweise mit einem Tank verbindbar ist.
Vorzugsweise verfügt die Ventileinheit 1 über einen eine Längsachse 5 aufweisenden Ventilträgerblock 6, an dem der Speiseeingang 2, der Arbeitsausgang 3 und der mindestens eine Entlüftungsausgang 4 angeordnet sind, insbesondere gemeinsam an einer der beiden axial orientierten Stirnseiten des Ventilträgerblockes 6. Die genannten Aus- und Eingänge sind zweckmäßigerweise an an dem Ventilträgerblock 6 fixierten, bevorzugt mit Steckverbindungseinrichtungen ausgestatteten Anschlusseinheiten 7 angeordnet, an denen sich wegführende Fluidleitungen anschließen lassen, um insbesondere die Verbindung mit der Druckquelle „P” und dem Verbraucher „A” herstellen zu können. Auch die am Entlüftungsausgang 4 anfallende Abluft kann über eine angeschlossene Fluidleitung gefasst abgeführt werden. Denkbar ist aber auch eine direkte Abgabe zur Atmosphäre, insbesondere über einen an dem Entlüftungsausgang 4 anschließbaren Schalldämpfer hinweg.
Die Ventileinheit 1 ist mit einer Mehrzahl von elektrisch betätigbaren Steuerventilen ausgebildet, die in Form von 3/3-Wege-Proportionalventileinheiten 8 realisiert sind. Der Einfachheit halber werden diese Komponenten im Folgenden vereinfacht auch nur als „Proportionalventileinheiten 8” angesprochen.
Insbesondere aus Gründen einer einfachen und kostengünstigen Herstellung sind die Proportionalventileinheiten 8 zweckmäßigerweise jeweils aus zwei funktionell miteinander verschalteten 2/2-Wege-Proportionalventilen gebildet, die im Folgenden auch als erstes und zweites 2/2-Wege-Proportionalventil 8a, 8b bezeichnet werden. Zur Vereinfachung wird im Folgenden hierfür auch nur der Begriff „Proportionalventile” verwendet.
Die fluidische Verschaltung der einander paarweise zugeordneten ersten und zweiten Proportionalventile 8a, 8b findet zweckmäßigerweise im Innern des Ventilträgerblockes 6 statt, der über entsprechende, in der Zeichnung nicht weiter abgebildete interne Fluidkanäle verfügt.
In der Schemadarstellung der 3 sind die Proportionalventileinheiten 8 jeweils mit dem üblichen Ventilschaltbild einer 3/3-Wege-Funktionalität symbolisiert. Es ist darauf hinzuweisen, dass jede Proportionalventileinheit 8 durchaus aus jeweils nur einem einzigen Ventil mit proportionaler Betätigungscharakteristik bestehen kann. Beispiele für mögliche Ausgestaltungen offenbart die EP 1 207 329 B1 .
Die Ventileinheit 1 verfügt über mindestens zwei Proportionalventileinheiten 8, zweckmäßigerweise aber über mindestens drei solcher Proportionalventileinheiten 8 oder einer noch größeren Anzahl. Prinzipiell ist die Mehrzahl beliebig. Je größer die Anzahl der Proportionalventileinheiten 8 innerhalb der Ventileinheit ist, desto größer ist der insgesamt steuerbare Durchfluss an Druckmedium.
Der Begriff „Durchfluss” wird gleichbedeutend mit den Begriffen „Strömungsrate” oder „Volumenstrom” oder „Durchflussrate” verwendet. Er beziffert die pro Zeiteinheit strömende Fluidmenge.
Jede 3/3-Wege-Proportionalventileinheit 8 verfügt über einen Einlassanschluss 12, einen Auslassanschluss 13 und einen Entlüftungsanschluss 14. Die Einlassanschlüsse 12 aller Proportionalventileinheiten 8 sind über ein Einlasskanalsystem 15, das zweckmäßigerweise in dem Ventilträgerblock 6 ausgebildet ist, mit dem Speiseeingang 2 verbunden. Die Auslassanschlüsse 13 sämtlicher Proportionalventileinheiten 8 sind über ein zweckmäßigerweise ebenfalls in dem Ventilträgerblock 6 verlaufendes Auslasskanalsystem 16 mit dem Arbeitsausgang 3 verbunden. Und schließlich sind die Entlüftungsanschlüsse 14 sämtlicher Proportionalventileinheiten 8 über ein zweckmäßigerweise in dem Ventilträgerblock 6 verlaufendes Entlüftungskanalsystem 17 mit dem gemeinsam zugeordneten Entlüftungsausgang 4 verbunden.
In Bezug auf die Entlüftungsanschlüsse 14 besteht allerdings auch die Möglichkeit, selbigen jeweils individuell einen eigenen Entlüftungsausgang 4 zuzuordnen. Die gemeinsame Zuordnung eines einzigen Entlüfungsausganges 4 vereinfacht jedoch die Entlüftungsmaßnahme, wenn diese gefasst über eine Fluidleitung oder über einen Schalldämpfer abgewickelt werden soll.
Aufgrund der geschilderten Kanalverschaltung ergibt sich eine Parallelschaltung sämtlicher vorhandenen 3/3-Wege-Proportionalventileinheiten 8 zwischen dem Speiseeingang 2 und dem Arbeitsausgang 3.
Zur Betätigung bzw. Ansteuerung der einzelnen Proportionalventileinheiten 8 ist die Ventileinheit 1 mit einer insgesamt mit Bezugsziffer 18 bezeichneten elektronischen Steuereinrichtung ausgestattet. Sie ist in der Lage, die Proportionalventileinheiten 8 individuell mit elektrischen Ansteuersignalen zu versorgen, um den jeweiligen Betriebszustand vorzugeben.
Jede Proportionalventileinheit 8 kann drei Extremstellungen sowie, stufenlos, beliebige Zwischenstellungen zwischen diesen drei Extremstellungen einnehmen. In einer ersten Extremstellung, bei der es sich zweckmäßigerweise um die im elektrisch nicht aktivierten Zustand eingenommene Grundstellung handelt, ist der Auslassanschluss 13 von sowohl dem Einlassanschluss 12 als auch dem Entlüftungsanschluss 14 abgetrennt bzw. abgesperrt. Diese Stellung kann daher auch als Schließstellung bezeichnet werden.
Die zweite Extremstellung ist die Speisestellung, in der der Auslassanschluss 13 unter gleichzeitiger Abtrennung vom Entlüftungsanschluss 14 mit voll geöffneter Nennweite mit dem Einlassanschluss 12 verbunden ist.
Die dritte Extremstellung schließlich ist eine Entlüftungsstellung, in der der Auslassanschluss 13 bei gleichzeitiger Abtrennung vom Einlassanschluss 12 mit maximaler Nennweite der zugeordneten Proportionalventileinheit 8 mit dem Entlüftungsanschluss 14 verbunden ist.
Aufgrund der proportionalen Ansteuermöglichkeit können darüber hinaus stufenlos beliebige Zwischenstellungen realisiert werden, bei denen es sich dann um Speisestellungen oder um Entlüfungsstellungen handelt, bei denen bezüglich der jeweiligen zweiten oder dritten Extremstellung der freigegebene Strömungsquerschnitt geringer ist als der maximale Strömungsquerschnitt bzw. die Nennweite.
Prinzipiell könnten die Proportionalventileinheiten 8 in beliebiger Proportionalventiltechnologie aufgebaut sein und beispielsweise auf einem elektromagnetischen oder auf einem elektrodynamischen Aktivierungsprinzip basieren. Beim Ausführungsbeispiel sind die Proportionalventileinheiten 8 allerdings in besonders vorteilhafter Weise auf einem piezoelektrischen Funktionsprinzip basierend aufgebaut und können somit also auch als Piezoventileinheiten bezeichnet werden. Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung in Biegewandlertechnologie, bei der ein streifenförmiger Biegewandler als Aktor vorhanden ist, der in Abhängigkeit von der an ihn angelegten Ansteuerspannung variabel auslenkbar ist, um dadurch mindestens einen zugeordneten Ventilsitz mehr oder weniger freizugeben oder zu verschließen.
Vorzugsweise sind in diesem Zusammenhang die ersten und zweiten 2/2-Wege-Proportionalventile 8a, 8b jeweils als 2/2-Wege-Piezoventile aufgebaut.
Durch die elektronische Steuereinrichtung 18 können die vorliegend als Piezoventileinheiten ausgestalteten Proportionalventileinheiten 8 stufenlos mit variabler Ansteuerspannung versorgt werden, um den jeweils gewünschten Betriebszustand vorzugeben, sei es eine der Extremstellungen oder eine der möglichen Zwischenstellungen. Im spannungslosen Zustand liegt zweckmäßigerweise die Grundstellung bzw. Schließstellung vor.
Die elektronische Steuereinrichtung 18 ist in der Lage, die vorhandenen Proportionalventileinheiten 8 unabhängig voneinander individuell anzusteuern. Auf diese Weise lassen sich Betriebszustände der Ventileinheit erzeugen, bei denen die Proportionalventileinheiten 8 sich voneinander unterscheidende Betriebsstellungen einnehmen.
Durch die gewählte Ausgestaltung der elektronischen Steuereinrichtung 18 besteht vor allem auch die Möglichkeit, die vorhandenen Proportionalventileinheiten 8 in Abhängigkeit von dem am Arbeitsausgang 3 gewünschten Ausgangsdruck oder Ausgangsdurchfluss selektiv beliebig einzeln oder gruppenweise gemeinsam in beliebiger Gruppenzusammensetzung anzusteuern. Es kann somit insbesondere jede Proportionalventileinheit 8 angesteuert werden, während gleichzeitig alle anderen Proportionalventileinheiten 8 deaktiviert sind bzw. ihre Grundstellung einnehmen. Ebenso können beliebige der vorhandenen Proportionalventileinheiten 8 gleichzeitig angesteuert werden, wobei den gleichzeitig angesteuerten Proportionalventileinheiten 8 in variabler Weise untereinander verschiedene Betriebsstellungen auferlegt werden können, die aus der Ansteuerung mit voneinander abweichenden Ansteuerspannungen resultieren.
Es versteht sich, dass die Proportionalventileinheiten 8 normalerweise so angesteuert werden, dass alle Proportionalventileinheiten 8 entweder die Schließstellung oder eine mehr oder weniger weit geöffnete Speisestellung einnehmen oder aber entweder die Schließstellung oder eine mehr oder weniger weit geöffnete Entlüftungsstellung. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass der Arbeitsausgang 3 nicht gleichzeitig über mindestens eine Proportionalventileinheit 8 mit dem Speiseeingang 2 und über mindestens eine weitere Proportionalventileinheit 8 mit dem Entlüftungsausgang 4 verbunden ist.
Bedingt durch die variable Ansteuerbarkeit der vorhandenen Proportionalventileinheiten 8 lässt sich am Arbeitsausgang 3 variabel mit großer Bandbreite ein dem angeschlossenen Verbraucher „A” zuzuführender Ausgangsdruck oder Ausgangsdurchfluss bereitstellen.
In der elektronischen Steuereinrichtung 18 ist zweckmäßigerweise ein Ansteuerprogramm hinterlegt, das in Abhängigkeit von einem erhaltenen Eingangssignal 23 auswählt, welche Proportionalventileinheiten 8 zur Befriedigung des momentanen Bedarfes an Ausgangsdruck oder Ausgangsdurchfluss in welcher Reihenfolge und mit welcher Intensität aktiviert werden. Zweckmäßigerweise ist die elektronische Steuereinrichtung 18 mit einer zentralen elektronischen Steuereinheit 22 ausgestattet, in der das erwähnte Ansteuerprogramm hinterlegt ist und die zweckmäßigerweise über mindestens einen Mikrocontroller verfügt.
Zur Einspeisung des elektrischen Eingangssignals ist die zentrale elektronische Steuereinheit 22 zweckmäßigerweise mit bevorzugt nur einem einzigen Signaleingang 24 ausgestattet. Über diesen Signaleingang 24 empfängt sie die dem angestrebten Ausgangsdruck bzw. Ausgangsdurchfluss entsprechenden Eingangssignale, unter deren Berücksichtigung sie dann die den Proportionalventileinheiten 8 zuzuführenden elektrischen Steuersignale generiert.
Für den Empfang der Steuersignale ist jede Proportionalventileinheit 8 über eine elektrische Signalleiteranordnung 25 an die elektronische Steuereinrichtung 18 und vorzugsweise die zentrale elektronische Steuereinheit 22 angeschlossen.
Die elektronische Steuereinrichtung 18 ist gemäß dem hinterlegten Ansteuerprogramm zweckmäßigerweise in der Lage, die Proportionalventileinheiten 8 entsprechend des ausgangsseitigen Druck- oder Durchflussbedarfes einzeln nacheinander zu betätigen und insbesondere zuzuschalten oder abzuschalten. Sie kann außerdem veranlassen, dass beispielsweise für den gleichen ausgangsseitigen Druck- oder Durchflussbedarf abwechselnd unterschiedliche Proportionalventileinheiten 8 oder Gruppen von Proportionalventileinheiten 8 betätigt werden. Des Weiteren kann die Ansteuerungsreihenfolge der Proportionalventileinheiten 8, insbesondere unabhängig vom momentanen Bedarf an Ausgangsdruck oder Ausgangsdurchfluss, variiert werden. Eine solche Variation kann mittels eines Zufallsgenerators realisiert werden, der in die elektronische Steuereinrichtung 18 integriert ist.
Durch die vorstehend geschilderten Maßnahmen kann nicht nur der Ausgangsdruck oder Ausgangsdurchfluss variabel und sehr flexibel bereitgestellt werden, sondern ist außerdem eine Verteilung der mechanischen Belastung unter den vorhandenen Proportionalventileinheiten 8 möglich, so dass eventuelle Verschleißerscheinungen in gleichmäßiger Verteilung auftreten und dadurch das Gesamtsystem insgesamt nur sehr langsam verschleißt, was eine erhöhte Lebensdauer zur Folge hat.
Vorzugsweise ist die elektronische Steuereinrichtung 18 mit einem Druck- und/oder Durchflussregelkreis 26 ausgestattet, mit dem sich der am Arbeitsausgang 3 gewünschte Ausgangsdruck oder Ausgangsdurchfluss präzise einregeln lässt.
Bestandteil dieses im Folgenden vereinfacht nur noch als „Regelkreis” bezeichneten Druck- und/oder Regelkreises 26 ist unter anderem eine im Folgenden vereinfacht auch nur als „Sensoreinrichtung” bezeichnete Druck- und/oder Durchflusssensoreinrichtung 27, die eingangsseitig an den Arbeitsausgang 3 angeschlossen ist und ausgangsseitig mit einer Vergleichereinheit 28 verbunden ist. Die Sensoreinrichtung 27 ist je nach Ausstattung in der Lage, entweder den Ausgangsdruck oder den Ausgangsdurchfluss oder beide Zustandsgrößen zu erfassen und entsprechende Messwerte P_i bzw. Q_i an die Vergleichereinheit 28 zu übermitteln.
Die Ventileinheit 1 verfügt über eine Signaleingangsschnittstelle 32, über die von außen her ein elektrisches Vorgabesignal 33 einspeisbar ist, das dem gewünschten Ausgangsdruck oder Ausgangdurchfluss entspricht und den Soll-Wert für die Regelung darstellt.
Basierend aus einem Vergleich des vorgenannten Soll-Wertes mit den von der Sensoreinrichtung 27 gelieferten Ist-Werten generiert die Vergleichereinheit 28 das bereits erwähnte Eingangssignal 23, welches über den Signaleingang 24 in die zentrale elektronische Steuereinheit 22 eingespeist wird.
Optional kann dem Druck- und/oder Durchflussregelkreis 26 ein nur gestrichelt angedeuteter innerer Regelkreis 34 überlagert sein, der mittels je einem Betriebsstellungssensor 35 für jede Proportionalventileinheit 8 ein deren momentaner Betriebsstellung entsprechendes Betriebsstellungs-Ist-Signal W_i erzeugt, wobei all diese Betriebsstellungs-Ist-Signale in eine weitere Vergleichereinheit 36 eingespeist werden, der in diesem Fall auch das Ausgangssignal W_s der Vergleichereinheit 28 des Druck- und/oder Durchflussregelkreises 26 zugeleitet wird. Die in 3 in durchgezogenen Linien gezeigte direkte Signalverbindung 37 zwischen der Vergleichereinheit 28 und der zentralen elektronischen Steuereinheit 22 entfällt in diesem Fall, und statt dessen wird ein in der weiteren Vergleichereinheit 36 generiertes Ausgangssignal der elektronischen Steuereinheit 22 als Eingangssignal 23' zugeleitet.
Die Betriebsstellungssensoren 35 sind zweckmäßigerweise in die Proportionalventileinheiten 8 integriert und ermitteln dort die aktuelle Position bzw. den Hub des mindestens einen Ventilgliedes der betreffenden Proportionalventileinheit 8. Da der innere Regelkreis 34 sehr schnell arbeitet, lässt sich mithin eine ausgezeichnete Regelgüte erzielen.
Wenn an die Einstellgenauigkeit des Ausgangsdruckes bzw. Ausgangsdurchflusses keine besonders hohen Anforderungen gestellt werden, kann auf das Regelungssystem auch verzichtet werden. Die Ventileinheit 1 beinhaltet dann keinen der beschriebenen Regelkreise 26, 34, wodurch auch der bauliche Aufwand reduziert wird. Außer den Vergleichereinheiten 28, 36 können auch die Sensoreinrichtungen 27, 35 dann entfallen.
Bei einer solchen Minimallösung ist der elektronischen Steuereinheit 22 ein Signaleingang 24' zugeordnet, in den direkt von außen bei 38 ein Stellsignal S eingespeist werden kann, auf dessen Grundlage in der elektronischen Steuereinheit 22 ohne zusätzliche Verarbeitung von Rückmeldesignalen die erforderlichen Ansteuersignale für die Proportionalventileinheiten 8 generiert werden.
Bei einer solchen Bauform kann die Signaleingangsschnittstelle 32 unmittelbar dem vorgenannten Signaleingang 24' entsprechen bzw. in Baueinheit mit diesem ausgebildet sein.
Es ist möglich, die Ventileinheit 1 mit Proportionalventileinheiten 8 zu bestücken, die untereinander über verschiedene Nennweiten verfügen. Als vorteilhafter wird allerdings die beim Ausführungsbeispiel realisierte Ausstattung angesehen, bei der mehrere und zweckmäßigerweise sämtliche vorhandenen Proportionalventileinheiten 8 untereinander über die gleiche Nennweite verfügen. Auf diese Weise sind alle Proportionalventileinheiten 8 gleichwertig, was die bereits erwähnte, der Verschleißminderung zugutekommende selektive Aktivierbarkeit der einzelnen Proportionalventileinheiten 8 sehr begünstigt.
Vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang ferner, wenn die mit der gleichen Nennweite ausgestatteten Proportionalventileinheiten 8 untereinander identisch ausgebildet sind. Das Betriebsverhalten der Proportionalventileinheiten 8 ist dadurch untereinander identisch, was die Ansteuerung vereinfacht und der Betriebsgenauigkeit in hohem Maße förderlich ist.
Die vorhandenen Proportionalventileinheiten 8 sind zweckmäßigerweise in einer Aufreihungsrichtung 42 aneinandergereiht, wobei die Aufreihungsrichtung 42 zweckmäßigerweise mit der Achsrichtung der Längsachse 5 des Ventilträgerblockes 6 zusammenfällt. Die Proportionalventileinheiten 8 können dabei in entweder einer Reihe oder in mehreren zueinander parallelen Reihen angeordnet sein. Setzen sich die Proportionalventileinheiten 8 wie beim Ausführungsbeispiel aus jeweils zwei einzelnen Proportionalventilen 8a, 8b zusammen, empfiehlt sich eine dahingehende Ausgestaltung, dass die jeweils ersten Proportionalventile 8a in einer ersten Ventilreihe 43a und die jeweils zweiten Proportionalventile 8b in einer hierzu beabstandeten, parallelen zweiten Ventilreihe 43b angeordnet sind. Die zur jeweils gleichen Proportionalventileinheit 8 gehörenden ersten und zweiten Proportionalventile 8a, 8b liegen sich dabei zweckmäßigerweise rechtwinkelig zu der Aufreihungsrichtung 42 jeweils paarweise gegenüber.
Exemplarisch sind die Proportionalventile 8a, 8b mit dem jeweils einen ihrer Endabschnitte an jeweils einer von zwei in einander entgegengesetzte Richtungen orientierten Längsseiten des Ventilträgerblockes 6 montiert. Die entgegengesetzten Endbereiche der Proportionalventile 8a, 8b ragen seitlich – beim Ausführungsbeispiel nach oben – über den Ventilträgerblock 6 hinaus, so dass zwischen den beiden Ventilreihen 43a, 43b ein Zwischenraum 44 vorliegt. Dieser Zwischenraum 44 ist in vorteilhafter Weise nutzbar, um mindestens eine zu der elektronischen Steuereinrichtung 18 gehörende und mit elektronischen Steuerungskomponenten 45 bestückte Elektronikplatine 46 platzsparend aufzunehmen.
Die Elektronikplatine 46 ist vorzugsweise so ausgerichtet, dass sie sich zum einen in der Aufreihungsrichtung 42 und zum anderen in der Längsrichtung 47 der Proportionalventile 8a, 8b erstreckt.
Jedes Proportionalventil 8a, 8b ist im Bereich seines neben die Elektronikplatine 46 ragenden Endabschnittes über Anschlussmittel 48 mit der Elektronikplatine 46 elektrisch kontaktiert. Dabei erfolgt die Kontaktierung der ersten Ventilreihe 43a im Bereich der einen Flachseite und die Kontaktierung der zweiten Ventilreihe 43b im Bereich der entgegengesetzten, zweiten Flachseite der Elektronikplatine 46.
Eine vergleichbar Anordnung ergibt sich, wenn die Proportionalventileinheiten 8 nicht jeweils aus zwei funktionell miteinander verschalteten Proportionalventilen 8a, 8b bestehen, sondern aus individuellen Einzelventilen, die direkt die 3/3-Wege-Funktionalität aufweisen.
Durch strichpunktierte Linien ist in 2 angedeutet, dass die Elektronikplatine 46 aus mehreren in der Aufreihungsrichtung 42 insbesondere lösbar aneinandergesetzten Platinensegmenten 46 zusammengesetzt sein kann. Somit ergibt sich ein modularer Aufbau mit praktisch beliebiger Erweiterungsmöglichkeit. Die Anzahl der Platinensegmente 46 orientiert sich an der Anzahl der jeweils gewünschten Proportionalventileinheiten 8.
In vergleichbarer Weise kann bei Bedarf auch der Ventilträgerblock 6 in Längsrichtung segmentiert sein und sich aus mehreren insbesondere lösbar aneinandergesetzten Blocksegmenten zusammensetzen.
Die mindestens eine Elektronikplatine 46 ist zweckmäßigerweise zumindest mit der zentralen elektronischen Steuereinheit 22 ausgestattet. Sie kann aber auch noch weitere Komponenten der elektronischen Steuereinrichtung 18 beinhalten. Es können sogar sämtliche Komponenten der elektronischen Steuereinrichtung 18 auf der Elektronikplatine 46 zusammengefasst sein.
Gleichwohl besteht die Möglichkeit, die Ventileinheit 1 mit mehreren Elektronikplatinen auszustatten, auf denen die elektronischen Komponenten der elektronischen Steuereinrichtung 18 in geeigneter Verteilung untergebracht sind.
Die sich aus dem Ventilträgerblock 6, den Proportionalventileinheiten 8 und der mindestens einen Elektronikplatine 46 zusammensetzende Baugruppe ist zweckmäßigerweise in einem Gehäuserahmen 54 untergebracht, der über eine stirnseitige Aussparung 55 zur Gewährleistung der Zugänglichkeit des Speiseeinganges 2, des Arbeitsausganges 3 und des Entlüftungsausganges 4 verfügt. Der Ventilträgerblock 6 ist in diesem Gehäuserahmen 54 vollständig aufgenommen und auch die an dem Ventilträgerblock 6 fixierten Endabschnitte der Proportionalventileinheiten 8 befinden sich innerhalb des Gehäuserahmens 54.
Die Elektronikplatine 46 und die an ihr angebrachten Endabschnitte der Proportionalventileinheiten 8 ragen an einer Oberseite über den Gehäuserahmen 54 hinaus und tauchen in eine dort an den Gehäuserahmen 54 angesetzte Abdeckhaube 56 ein. Auf diese Weise kann die gesamte elektronische Steuereinrichtung 18 innerhalb der Abdeckhaube 56 untergebracht sein.
Die Signaleingangsschnittstelle 32 befindet sich zweckmäßigerweise an der Abdeckhaube 56. Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn die Abdeckhaube 56 mit mindestens einem Anzeigedisplay 57 und/oder mit Dateneingabemitteln 58 ausgestattet ist. An dem Anzeigedisplay 57 kann beispielsweise der momentan herrschende Ausgangdruck und/oder Ausgangdurchfluss anzeigbar sein.
Die Dateneingabemittel 58 sind beispielsweise als Taster ausgebildet und ermöglichen beispielsweise eine Auswahl unter verschiedenen Betriebsmodi oder die Eingabe von Parametern, die für den Betrieb der elektronischen Steuereinrichtung 18 benötigt werden.

Claims

Ventileinheit, mit mehreren elektrisch betätigbaren Steuerventilen, die als 3/3-Wege-Proportionalventileinheiten (8) ausgebildet sind und die jeweils einen Einlassanschluss (12), der mit einem zur Einspeisung eines fluidischen Druckmediums dienenden Speiseeingang (2) verbunden ist, einen Auslassanschluss (13) und einen mit mindestens einem zur Atmosphäre führenden Entlüftungsausgang (4) verbundenen Entlüftungsanschluss (14) aufweisen, und mit einer elektronischen Steuereinrichtung (18) zur Ansteuerung jeder Proportionalventileinheit (8) zwecks Vorgabe ihres Betriebszustandes, durch die die mehreren Proportionalventileinheiten (8) in Abhängigkeit von dem an einem mit einem Verbraucher verbindbaren Arbeitsausgang (3) gewünschten Ausgangsdruck oder Ausgangsdurchfluss unabhängig voneinander mit jeweils beliebiger variabler Ansteuerspannung selektiv beliebig einzeln oder gruppenweise gemeinsam in beliebiger Gruppenzusammensetzung ansteuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassanschlüsse (13) sämtlicher Proportionalventileinheiten (8) mit ein und demselben Arbeitsausgang (3) der Ventileinheit (1) verbunden sind, sodass die Proportionalventileinheiten (8) in fluidischer Parallelschaltung zwischen dem Speiseeingang (2) und dem Arbeitsausgang (3) angeordnet sind.
Ventileinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere und zweckmäßigerweise sämtliche der Proportionalventileinheiten (8) untereinander über die gleiche Nennweite verfügen.
Ventileinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere und zweckmäßigerweise sämtliche der Proportionalventileinheiten (8) untereinander identisch ausgebildet sind.
Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine und zweckmäßigerweise jede Proportionalventileinheit (8) aus zwei einzelnen, zum Erhalt der 3/3-Wege-Ventilfunktionalität funktionell miteinander verschalteten 2/2-Wege-Proportionalventilen (8a, 8b) gebildet sind.
Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Proportionalventileinheiten (8) um Piezoventileinheiten handelt, zweckmäßigerweise in einer Ausgestaltung mit Biegewandlertechnologie.
Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen mit internen Fluidkanälen (15, 16, 17) ausgestatteten Ventilträgerblock (6) aufweist, der mit dem Speiseeingang (2), dem Arbeitsausgang (3) und dem mindestens einen Entlüftungsausgang (4) versehen ist und der die Proportionalventileinheiten (8) trägt, wobei die Proportionalventileinheiten (8) in einer Aufreihungsrichtung (42) aufeinanderfolgend angeordnet sind.
Ventileinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinrichtung (18) mindestens eine benachbart zu dem Ventilträgerblock (6) angeordnete und mit elektronischen Steuerungskomponenten (45) bestückte Elektronikplatine (46) aufweist, die sich in der Aufreihungsrichtung (42) erstreckt und mit der jede Proportionalventileinheit (8) elektrisch kontaktiert ist.
Ventileinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Elektronikplatine (46) aus mehreren in der Aufreihungsrichtung (42) insbesondere lösbar aneinandergesetzten Platinensegmenten (52) und/oder der Ventilträgerblock (6) aus mehreren in der Aufreihungsrichtung (42) insbesondere lösbar aneinandergesetzten Blocksegmenten modular zusammengesetzt ist.
Ventileinheit nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die elektronische Steuereinrichtung (18) und zweckmäßigerweise auch über den Ventilträgerblock (6) hinausragende Endabschnitte der Proportionalventileinheiten (8) unter einer Abdeckhaube (56) der Ventileinheit (1) angeordnet sind, die zweckmäßigerweise mindestens ein Anzeigedisplay (57) und/oder Dateneingabemittel (58) aufweist.
Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit mindestens drei Proportionalventileinheiten (8) ausgestattet ist.
Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinrichtung (18) eine zentrale elektrische Steuereinheit (22) aufweist, die mit jeder Proportionalventileinheit (8) zur Übertragung von elektrischen Steuersignalen verbunden ist und die über einen Signaleingang (24, 24') verfügt, über den sie die dem gewünschten Ausgangsdruck bzw. Ausgangsdurchfluss entsprechenden Eingangssignale empfangen kann, ausgehend von denen sie die den Proportionalventileinheiten (8) zuzuführenden Steuersignale generiert.
Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinrichtung (18) einen Druck- und/oder Durchflussregelkreis (26) zur Regelung des am Arbeitsausgang zur Verfügung stehenden Ausgangsdruckes oder Ausgangsdurchflusses enthält, der zweckmäßigerweise über eine den am Arbeitsausgang anstehenden Ausgangsdruck und/oder Ausgangsdurchfluss erfassende Druck- und/oder Durchflusssensoreinrichtung (27) enthält, deren Messwerte zur ausgangsseitigen Druck- und/oder Durchflussregelung herangezogen werden.
Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinrichtung (18) derart ausgebildet ist, dass die Proportionalventileinheiten (8) entsprechend des ausgangsseitigen Durchflussbedarfes einzeln nacheinander zugeschaltet oder abgeschaltet werden.
Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinrichtung (18) derart ausgebildet ist, dass für den gleichen ausgangsseitigen Druck- oder Durchflussbedarf abwechselnd unterschiedliche Proportionalventileinheiten (8) oder Gruppen von Proportionalventileinheiten (8) betätigt werden.
Ventileinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinrichtung (18) derart ausgebildet ist, dass sie die Ansteuerungsreihenfolge der Proportionalventileinheiten (8), insbesondere unabhängig vom momentanen ausgangsseitigen Druck- oder Durchflussbedarf, variiert.