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Die Erfindung betrifft einen Aktor zur Bereitstellung einer Stellbewegung, mit einem Grundkörper, an dem eine Stelleinrichtung, insbesondere ein Piezosteller, angeordnet ist, die mit elektrischen Anschlussmitteln zur Verbindung mit einer Leistungssteuerung versehen ist, und mit einer am Grundkörper oder an der Stelleinrichtung, insbesondere am Piezosteller, angebrachten Sensoreinrichtung zur Erfassung einer Relativbewegung eines Endbereichs der Stelleinrichtung, insbesondere des Piezostellers, gegenüber dem Grundkörper, wobei der Sensoreinrichtung eine Sensorleitung zur Bereitstellung eines Sensorsignals an eine Auswerteeinrichtung zugeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Fluidmodul, das zur Beeinflussung eines Fluidstroms in einem Fluidkanal ausgebildet ist.
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Aus der
EP 1 717 500 B1 ist ein Piezo-Biegewandler mit einem streifen- oder plattenförmigen Biegewandlerelement bekannt, wobei das Biegewandlerelement einen als piezoelektrisch aktivierbaren Arbeitsabschnitt ausgebildeten Längenabschnitt aufweist und an wenigstens einer seiner beiden großflächigen Seiten mit einer einen folienartig flexiblen Träger und eine darauf verlaufende elektrische Leiterstruktur aufweisende Flexschaltung bestückt ist, über die die der piezoelektrischen Aktivierung dienende elektrische Kontaktierung des Arbeitsabschnitts erfolgt, wobei ein Teil der Leiterstruktur der Flexschaltung im Bereich des Arbeitsabschnittes des Biegewandlerelementes unmittelbar selbst mindestens einen wenigstens eine Zustandsgröße erfassenden Sensor bildet.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin einen Aktor sowie ein Fluidmodul bereitzustellen, die eine verbesserte Betriebsweise ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird für einen Aktor der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass der Sensoreinrichtung eine Speichereinrichtung zugeordnet ist, die für eine Speicherung wenigstens eines Datensatzes aus der Gruppe: Produktidentifikation, Produktionsdatum, Linearisierungsparameter, Kalibrierdatum, Lastspielzahl, Lastspieldauer, Inbetriebnahmedatum, Aktorauslenkungsmaximum, Aktorauslenkungsdurchschnitt, ausgebildet ist.
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Mit Hilfe der Speichereinrichtung können somit Informationen in Form von Datensätzen gespeichert werden, die an eine mit dem Aktor verbindbare Auswerteeinrichtung bereitgestellt werden können. Hierdurch kann eine Ansteuerung der Stelleinrichtung, insbesondere des Piezostellers, insbesondere in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Datensatz erfolgten, wodurch eine optimierte Betriebsweise für den Aktor ermöglicht wird. Dies trifft insbesondere für Datensätze zu, die in einem unmittelbaren Zusammenhang mit Eigenschaften der Stelleinrichtung, insbesondere des Piezostellers, sowie der zugeordneten Sensoreinrichtung stehen, wie dies beispielsweise für die Linearisierungsparameter der Fall ist. Bei den Linearisierungsparametern kann es sich insbesondere um Informationen handeln, die die Eigenschaften der Sensoreinrichtung, insbesondere ein von der Sensoreinrichtung ausgegebenes Sensorsignal, in Bezug zu einem Deformationsverhalten der Stelleinrichtung, insbesondere des Piezostellers, stellen und somit eine besonders präzise Steuerung oder Regelung einer Auslenkung der Stelleinrichtung, insbesondere des Piezostellers, ermöglichen. Derartige Linearisierungsparameter werden insbesondere im Rahmen einer Kalibrierung des Aktors ermittelt, die beispielsweise im Zuge des Herstellungsprozesses für den Aktor durchgeführt werden kann. Ergänzend oder alternativ kann eine derartige Kalibrierung auch im Einsatzfall für den Aktor zu vorgegebenen oder frei wählbaren Zeitpunkten vorgenommen werden. Die Linearisierungsparameter können ergänzend oder alternativ auch ein Bewegungsverhalten der Stelleinrichtung, insbesondere des Piezostellers, in Abhängigkeit von elektrischer Energie, die an die Stelleinrichtung, insbesondere den Piezosteller, bereitgestellt wird, abbilden und ebenfalls im Zuge einer Kalibrierung ermittelt werden. Weitere in der Speichereinrichtung speicherbare Datensätze können zur Ermittlung eines Verschleißzustands des Aktors herangezogen werden und insbesondere im Rahmen vorbeugender Wartungsmaßnahmen für den Aktor in der Auswerteeinrichtung oder einer externen Diagnoseeinrichtung genutzt werden. Rein exemplarisch ist vorgesehen, dass der Aktor bereits während seines Herstellungsprozesses kalibriert wird und die Ergebnisse der Kalibrierung als Linearisierungsparameter in die Speichereinrichtung geschrieben werden, so dass diese bei einer Inbetriebnahme durch einen Kunden durch eine zugeordnete Auswerteeinrichtung ausgelesen werden können und dadurch eine vorteilhafte Ansteuerung des Aktors ohne weitere kundenseitige Maßnahmen durch die zugeordnete Auswerteeinrichtung ermöglicht wird.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zweckmäßig ist es, wenn die Speichereinrichtung als nichtflüchtiger, elektronischer Speicher, insbesondere als EEPROM oder Flash-EEPROM ausgebildet ist. Hiermit wird eine kostengünstige und zuverlässige Speicherung des wenigstens einen Datensatzes in der Speichereinrichtung ermöglicht Ein Zugriff auf die Speichereinrichtung kann wahlweise durch eine Auswerteeinrichtung oder ein separat ausgebildetes Programmiergerät, das insbesondere Bestandteil einer Kalibriereinrichtung ist, erfolgen.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist die Speichereinrichtung als diskretes Bauelement ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Speichereinrichtung separat von der Sensoreinrichtung ausgebildet ist und keinen integralen Bestandteil der Sensoreinrichtung bildet. Vielmehr kann die Speichereinrichtung hiermit frei und an die Erfordernisse der zu speichernden Datensätze angepasst ausgewählt werden. Darüber hinaus kann ein derartiger Aktor aufgrund der diskreten Gestaltung von Speichereinrichtung und Sensoreinrichtung sowohl als Variante ohne Speichereinrichtung als auch als Variante mit Speichereinrichtung realisiert werden, wodurch sich produktionstechnische Vorteile erzielen lassen. Vorzugsweise sind sowohl die Sensoreinrichtung als auch die Speichereinrichtung als oberflächenmontierbare Bauteile (SMD – surface mount devices) ausgebildet, da hierdurch eine kostengünstige Herstellweise für den Aktor unterstützt wird.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung ausschließlich für eine Ermittlung einer physikalischen Größe und zur Bereitstellung des Sensorsignals in Abhängigkeit von der ermittelten physikalischen Größe ausgebildet ist und/oder dass die Speichereinrichtung ausschließlich für eine Speicherung wenigstens eines Datensatzes ausgebildet ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass weder die Sensoreinrichtung noch die Speichereinrichtung für eine Verarbeitung von Daten- und/oder Signalen der jeweils anderen Einrichtung ausgebildet sind. Vielmehr soll durch die Fokussierung der Sensoreinrichtung auf die Messaufgabe und Fokussierung der Speichereinrichtung auf die Speicheraufgabe eine besonders kostengünstige Verwirklichung des Aktors gewährleistet werden. Zudem wird durch diese Maßnahme auch sichergestellt, dass eine Veränderung der Sensoreinrichtung und/oder der Speichereinrichtung ohne Rückwirkung auf die jeweils andere Komponente bleibt, da keine internen Beziehungen zwischen Sensoreinrichtung und Speichereinrichtung vorliegen.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung und die Speichereinrichtung auf einer gemeinsamen gedruckten Schaltung angeordnet sind und dass die gedruckte Schaltung eine Schnittstelle für die Sensorleitung und für eine, insbesondere getrennt von der Sensorleitung ausgebildete, der Speichereinrichtung zugeordnete Kommunikationsleitung zur Kommunikation der Speichereinrichtung mit einer Auswerteeinrichtung umfasst. Bei der gedruckten Schaltung handelt es sich wahlweise um eine gestaltfeste Leiterplatte, insbesondere aus einem glasfaserverstärktem Material (FR4), oder um einen Flexleiter, bei dem mehrere Leiterbahnen auf einer flexiblen Isolationsfolie aufgebracht sind. In jedem Fall dienen die Leiterbahnen einer elektrischen Verbindung der Sensoreinrichtung und der Speichereinrichtung mit der Schnittstelle. Dabei wird insbesondere davon ausgegangen, dass die Sensoreinrichtung und die Speichereinrichtung keine gemeinsamen elektrischen Leiterbahnen aufweisen, zumindest dass die Sensorleitung der Sensoreinrichtung und die Kommunikationsleitung der Speichereinrichtung getrennt voneinander ausgebildet sind. Beispielhaft wird davon ausgegangen, dass die Sensoreinrichtung ein analoges Sensorsignal an die Schnittstelle bereitstellt, während die Speichereinrichtung und die zugeordnete Kommunikationsleitung für eine digitale Datenkommunikation, beispielsweise über einen I2C-Bus, ausgebildet sind. Durch diese Maßnahmen wird gewährleistet, dass eine Wechselwirkung zwischen der Sensoreinrichtung und der Speichereinrichtung minimal, insbesondere verschwindend ist. Hierdurch können die Sensoreinrichtung und die Speichereinrichtung jeweils frei gewählt werden und müssen lediglich den Anforderungen der Auswerteeinrichtung, die für die Verarbeitung der Sensorsignale und für die Kommunikation mit der Speichereinrichtung ausgebildet ist, genügen.
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Vorteilhaft ist es, wenn das Grundgehäuse als Ventilgehäuse ausgebildet ist, das von einem Fluidkanal durchsetzt ist, der sich zwischen einem Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss erstreckt und wenn die Stelleinrichtung, insbesondere der Piezosteller, für eine Beeinflussung eines Querschnitts des Fluidkanals ausgebildet ist. Mit einem derart ausgebildeten Grundgehäuse sowie bei Ausgestaltung der der Stelleinrichtung als Piezosteller kann der Aktor auch als Piezoventil bezeichnet werden, mit dem ein am Eingangsanschluss bereitgestelltes, druckbeaufschlagtes Fluid, insbesondere ein dort bereitgestellter Fluidstrom, mit Hilfe des Piezostellers beeinflusst werden kann, um in Abhängigkeit von einer Stellung des Piezostellers am Ausgangsanschluss auszutreten. Bevorzugt ist der Piezosteller derart ausgebildet, dass er den Fluidkanal vollständig blockieren und vollständig freigeben kann und sämtliche Zwischenstellungen zwischen der Blockierstellung und der Freigabestellung einnehmen kann.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die der Stelleinrichtung, insbesondere der Piezosteller, als Biegebalken ausgebildet ist, der mit einem Ventilglied bewegungsgekoppelt ist oder ein Ventilglied trägt und der zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung bewegbar ist, um mit dem Ventilglied den Querschnitt des Fluidkanals zu verändern. Beispielhaft ist vorgesehen, dass die der Stelleinrichtung, insbesondere der Piezosteller, lediglich mittelbar, insbesondere über ein Hebelgetriebe, auf das Ventilglied einwirkt, das den Querschnitt des Fluidkanals beeinflusst. Alternativ ist vorgesehen, dass das Ventilglied als Dichtelement direkt am der Stelleinrichtung, insbesondere am Piezosteller, angebracht ist, so dass dieser in Abhängigkeit von einer zur Verfügung gestellten elektrischen Energiemenge unmittelbar Einfluss auf den Querschnitt des Fluidkanals nimmt.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Fluidmodul gelöst, wie es im Anspruch 8 angegeben ist. Das Fluidmodul umfasst einen Aktor nach einem der Ansprüche 6 oder 7 sowie einen Trägerkörper mit einer am Trägerkörper angebrachten Steueranordnung, die eine Auswerteeinrichtung für eine Auswertung des Sensorsignals der Sensoreinrichtung und für eine Kommunikation mit der Speichereinrichtung sowie eine Leistungssteuerung für eine Bereitstellung von elektrischer Energie an die Stelleinrichtung, insbesondere den Piezosteller, umfasst. Das Fluidmodul ist somit für die Bereitstellung der Randbedingungen verantwortlich, die für die Funktion des Aktors erforderlich sind. Hierbei handelt es sich insbesondere um die Bereitstellung der elektrischen Energie an die Stelleinrichtung, insbesondere den Piezosteller, in Abhängigkeit von einem Sensorsignal der Sensoreinrichtung, um beispielsweise einen von einer übergeordneten Steuerungseinrichtung bereitgestellten Stellwert, der insbesondere einen Fluiddurchfluss durch das Fluidmodul repräsentiert, in eine geeignete Ansteuerung des Piezostellers umzusetzen. Hierbei erfolgt die Auswertung des Sensorsignals in der Auswerteeinrichtung, die dann auf Basis des Sensorsignals die Leistungssteuerung in geeigneter Weise ansteuert, um die zur Erzielung des gewünschten Fluidstroms erforderliche Stellung der Stelleinrichtung, insbesondere des Piezostellers, vorzugeben.
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Bevorzugt ist hierbei vorgesehen, dass der Trägerkörper eine mechanische Schnittstelle für eine Kopplung mit dem Aktor aufweist und/oder dass die Steueranordnung eine gedruckte Schaltung umfasst, auf der die Auswerteeinrichtung und/oder die Leistungssteuerung angeordnet sind und die wenigstens eine elektromechanische Schnittstelle für eine elektrische Verbindung mit dem Aktor umfasst. Mit Hilfe der mechanischen Schnittstelle kann eine präzise Ausrichtung des Aktors gegenüber dem Trägerkörper gewährleistet werden, was insbesondere dann von Interesse ist, wenn die Steueranordnung eine elektromechanische Schnittstelle für eine elektrische Verbindung mit dem Aktor umfasst. In diesem Fall wird mit der Montage des Aktors an die mechanische Schnittstelle vorzugsweise auch die elektrische Verbindung zwischen Aktor und Steueranordnung hergestellt, so dass keine zusätzlichen Maßnahmen für die Herstellung der elektrischen Verbindung notwendig sind. Dabei kann die mechanische Schnittstelle insbesondere als Rasteinrichtung ausgebildet sein, die Rastmittel umfasst, die in entsprechende Ausnehmungen am Aktor eingreifen können. Dies ist insbesondere dann von Interesse, wenn auch eine fluidische Kopplung zwischen Aktor und Trägerkörper verwirklicht werden soll. Beispielsweise können am Trägerkörper ebenfalls Fluidkanäle vorgesehen sein, die für eine kommunizierende Verbindung mit dem im Aktor ausgebildeten Fluidkanal vorgesehen sind, wobei der Eingangsanschluss und/oder der Ausgangsanschluss des Aktors bei der Montage des Aktors an den Trägerkörper in fluidisch kommunizierende Verbindung mit diesen Fluidkanälen gelangen können.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Auswerteeinrichtung für eine Ermittlung einer Stellgröße durch Verarbeitung des Sensorsignals in Abhängigkeit von wenigstens einem in der Speichereinrichtung gespeicherten Linearisierungsparameter und einem vorgebbaren Stellwert sowie zur Ansteuerung der Leistungssteuerung mit der ermittelten Stellgröße ausgebildet ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Auswerteeinrichtung für die Verarbeitung des von der Sensoreinrichtung eintreffenden Sensorsignals wenigstens einmal, vorzugsweise zyklisch wiederkehrend, den wenigstens einen in der Speichereinrichtung gespeicherten Linearisierungsparameter ausliest und eine Verknüpfung des Sensorsignals mit dem Linearisierungsparameter vornimmt, um eine linearisierte und dadurch präzise Information über die Stellung der Stelleinrichtung, insbesondere des Piezostellers, zu erhalten. Diese Information wird in der Verarbeitungseinrichtung mit einem vorgebbaren Stellwert, bei dem es sich insbesondere um ein Signal einer übergeordneten Steuerungseinrichtung zur Beschreibung eines Fluiddrucks oder Fluidmassenstroms, handelt, weiterverarbeitet. Als Ergebnis dieser Verarbeitung wird eine Stellgröße an die Leistungssteuerung ausgegeben, mit der die Leistungssteuerung einen exakt vorgebbaren Betrag an elektrischer Energie an die Stelleinrichtung, insbesondere den Piezosteller, bereitstellt. Mit diesen Maßnahmen soll eine präzise Ansteuerung der Stelleinrichtung, insbesondere des Piezostellers, in Abhängigkeit vom Sensorsignal der Sensoreinrichtung und dem vorgebbaren Stellwert vorgenommen werden.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Fluidmoduls mit einem Aktor und einer Steueranordnung, die an einem Trägerkörper aufgenommen ist.
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Ein in der 1 rein schematisch dargestelltes Fluidmodul 1 ist zur Beeinflussung eines Fluidstroms ausgebildet und umfasst einen Aktor 2, einen Trägerkörper 3 sowie eine am Trägerkörper 3 aufgenommene Steueranordnung 4. Dabei bildet die Steueranordnung 4 mit dem Trägerkörper 3 ein Steuermodul 5. Bei der Darstellung der 1 sind der Aktor 2 und das Steuermodul 5 getrennt dargestellt, für eine Verwendung des Fluidmoduls 1 ist eine Kopplung des Aktors 2 an das Steuermodul 5 vorgesehen, wie sie nachstehend näher beschrieben wird.
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Für den Betrieb des Fluidmoduls ist weiterhin vorgesehen, dass die Steueranordnung 4 in elektrischer Verbindung mit einer lediglich gestrichelt dargestellten, übergeordneten Steuerung 6 steht, bei der es sich beispielsweise um eine speicherprogrammierbare Steuerung handeln kann. Ferner ist vorgesehen, dass der Aktor 2 fluidisch kommunizierend mit einer Fluidquelle 7 sowie mit einem Fluidverbraucher 8 verbunden ist, die jeweils ebenfalls nur gestrichelt dargestellt sind. Beispielhaft ist vorgesehen, dass der Fluidverbraucher 8 als Pneumatikzylinder ausgebildet ist und dass das Fluidmodul für eine Einstellung eines Fluidstroms von der Fluidquelle 7 an den Fluidverbraucher 8 genutzt wird, um eine variable Druckbeaufschlagung des Fluidverbrauchers 8 zu ermöglichen.
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Der Aktor 2 umfasst ein Grundgehäuse 9, das als Ventilgehäuse ausgebildet ist und das von einem Fluidkanal 10 durchsetzt ist, der sich von einem Eingangsanschluss 11 zu einem Ausgangsanschluss 12 erstreckt. Zwischen dem Eingangsanschluss 11 und dem Ausgangsanschluss 12 bildet der Fluidkanal 10 einen Ventilraum 15 aus, in dem nachstehend näher beschriebene Komponenten des Aktors 2 aufgenommen sind. Dabei ist vorgesehen, dass das Grundgehäuse 9 in nicht näher dargestellter Weise aus mehreren Teilen zusammengesetzt ist und abgesehen von dem Eingangsanschluss 11 und dem Ausgangsanschluss 12 fluiddicht ausgebildet ist. Im Ventilraum 15 des Grundgehäuses 9 ist ein schematisch dargestellter Halteblock 16 vorgesehen, der einer endseitigen, ortsfesten Einspannung eines rein exemplarisch als Biegebalken ausgebildeten Piezostellers 17 dient, der allgemein als der Stelleinrichtung bezeichnet werden kann. Beispielhaft ist vorgesehen, dass der Piezosteller 17 in der dargestellten Ruhestellung leistenartig als schlanker Quader ausgebildet ist, der durch Anlegen einer elektrischen Spannung, die über elektrische Anschlussmittel 18 bereitgestellt werden kann, eine Formänderung erfährt, wie sie in der gestrichelten Darstellung der 1 gezeigt ist. Vorzugsweise ist der Piezosteller 17 aus mehreren, nicht näher dargestellten Schichten aufgebaut, von denen wenigstens eine aus einem Material hergestellt ist, das piezoelektrische Eigenschaften aufweist. An einem dem Halteblock 16 abgewandten Endbereich ist der Piezosteller 17 an einer Unterseite 19 mit einem Dichtmittel 21 versehen. An einer Oberseite 20 ist der Piezosteller 17 an seinem freien Ende mit einem Geberelement 22, bei dem es sich insbesondere um einen Permanentmagneten handeln kann, ausgestattet.
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Das Dichtmittel 21 ist rein exemplarisch als kreiszylindrisches Kissen aus einem gummielastischen Material hergestellt und für eine abdichtende Anlage an einem Ventilsitz 23 ausgebildet, der stirnseitig an einem rohrförmigen Abschnitt 24 des Ausgangsanschlusses 12 verwirklich ist. Bei einer Beaufschlagung des Piezostellers 17 mit elektrischer Energie wird das Dichtmittel 21 aufgrund der Formänderung des Piezostellers 17 vom Ventilsitz 23 abgehoben und ermöglicht somit einen Fluidstrom vom Eingangsanschluss 11 zum Ausgangsanschluss 12. Hierbei bestimmt ein Abstand des Dichtmittels 21 vom Ventilsitz 23 den Strömungswiderstand für das Fluid, womit eine Einflussnahme auf den Fluidmassenstrom durch das Grundgehäuse 9 und dem damit verbundenen Druckverlust zwischen Eingangsanschluss 11 und Ausgangsanschluss 12 ermöglicht wird. Der Aktor 2 kann somit insbesondere als Proportionalventil betrieben werden.
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In unmittelbarer Nachbarschaft zum freien Endbereich des Piezostellers 17 ist eine gedruckte Schaltung 25 am Grundgehäuse 9 festgelegt, die beispielsweise aus einem gestaltfesten, glasfaserverstärkten Kunststoffmaterial (FR4) hergestellt sein kann und die eine Sensoreinrichtung 26 sowie eine Speichereinrichtung 27 trägt, die als SMD-Bauteile ausgebildet sind und elektrisch mit nicht näher dargestellten Leiterbahnen der gedruckten Schaltung 25 verbunden sind. Exemplarisch ist die Sensoreinrichtung 26 als Hallsensor ausgebildet und ermöglicht eine Ermittlung einer magnetischen Flussdichte, die vom Geberelement 22 bereitgestellt wird, wobei die ermittelte magnetische Flussdichte ein Maß für einen Abstand zwischen der Sensoreinrichtung 26 und dem Geberelement 22 ist und womit eine Auslenkung des Piezostellers 17 aus einer Neutralstellung ermittelt werden kann. Die unabhängig von der Sensoreinrichtung 26 ausgebildete Speichereinrichtung 27 ist beispielhaft als EEPROM ausgebildet und für eine Speicherung wenigstens eines Datensatzes aus der Gruppe: Produktidentifikation, Produktionsdatum, Linearisierungsparameter, Kalibrierdatum, Lastspielzahl, Lastspieldauer, Inbetriebnahmedatum, Aktorauslenkungsmaximum, Aktorauslenkungsdurchschnitt sowie gegebenenfalls anderer oder weiterer Datensätze vorgesehen. Die Sensoreinrichtung 26 und die Speichereinrichtung 27 stehen über die nicht näher dargestellten elektrischen Leiterbahnen in Kontakt mit einer Schnittstelle 28, die der gedruckten Schaltung 25 zugeordnet ist und mit Kontaktstiften 29 von einer als Koppelfläche 30 des Grundgehäuses 9 bezeichneten Außenoberfläche abragt. Die elektrischen Anschlussmittel 18, die mit dem Piezosteller 17 verbunden sind, umfassen ebenfalls von der Koppelfläche 30 abragende Kontaktstifte 31, die wie die Kontaktstifte 29 für eine Kopplung mit dem Steuermodul 5 vorgesehen sind.
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Bei einer nicht dargestellten Variante des Aktors ist die Sensoreinrichtung unmittelbar am Piezosteller angebracht. Bei einer weiteren nicht dargestellten Variante des Aktors ist die gedruckte Schaltung in einem separat ausgebildeten Raumabschnitt angeordnet und kommt somit nicht mit dem Fluidstrom, das den Fluidkanal durchströmt, in Kontakt.
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Bei der Ausführungsform gemäß der 1 kommt dem Trägerkörper 3 die Aufgabe zu, eine mechanische Schnittstelle 32 für die Ankopplung des Aktors 2 zu bilden und zudem die Steueranordnung 4 zu kapseln.
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Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform des Trägerkörpers ist dieser zusätzlich mit wenigstens einem Fluidkanal versehen, der in geeigneter Weise mit einem Eingangsanschluss oder einem Ausgangsanschluss eines entsprechend konfigurierten Aktors verbunden werden kann, so dass bei der Ankopplung des Aktors an den Trägerkörper auch eine fluidische Verbindung innerhalb des nicht dargestellten Fluidmoduls geschaffen wird.
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Rein exemplarisch ist die mechanische Schnittstelle 32 als Anordnung von jeweils endseitig am Trägerkörper 3 angebrachten Rasthaken 33 ausgebildet, die bei einer Annäherung des Aktors 2 an das Steuermodul 5 am Grundgehäuse 9 ausgebildete Rastnasen 34 hintergreifen können und somit eine formschlüssige Festlegung des Aktors 2 am Trägerkörper 3 gewährleisten. Im Zuge der Annäherung des Aktors 2 an das Steuermodul 5 findet ferner eine elektromechanische Kontaktierung der Kontaktstifte 29, 31 mit zugeordneten Steckbuchsen 35, 36 statt, die der Steueranordnung 4 zugeordnet sind. Hierdurch werden elektrische Verbindungen zwischen der Sensoreinrichtung 26, der Speichereinrichtung 27 und der Steueranordnung 4 hergestellt, wobei die Steueranordnung 4 eine Auswerteeinrichtung 37 sowie eine Leistungssteuerung 38 umfasst. Dabei ist die Auswerteeinrichtung 37 insbesondere als Mikroprozessor oder Mikrocontroller ausgebildet und dient zur Verarbeitung von Sensorsignalen, die von der Sensoreinrichtung 26 bereitgestellt werden, sowie zum Auslesen der Speichereinrichtung 27, um dort gespeicherte Datensätze abzurufen und für die Verarbeitung des Sensorsignals nutzen zu können. Darüber hinaus ist die Auswerteeinrichtung 37 für eine Kommunikation mit der übergeordneten Steuerung 6 vorgesehen, wobei die Steueranordnung 4 zu diesem Zweck eine Kommunikationsschnittstelle 39 umfasst.
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Beispielhaft ist vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung 26 über die zugeordneten Kontaktstifte 29 der Schnittstelle 28 ein analoges Sensorsignal an die Auswerteeinrichtung 37 bereitstellt. Ferner ist exemplarisch vorgesehen, dass die Auswerteeinrichtung 37 über die Schnittstelle 28 eine digitale Datenkommunikation mit der Speichereinrichtung 27, insbesondere über das Kommunikationsprotokoll I2C, durchführen kann.
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Für eine Verwendung des Fluidmoduls 1 können exemplarisch die folgenden Schritte vorgesehen werden: im Zuge einer Herstellung des Aktors 2 wird der Aktor 2 in einer nicht dargestellten Kalibriervorrichtung aufgenommen, die für eine Kontaktierung der Schnittstelle 28 sowie der elektrischen Anschlussmittel 18 ausgebildet ist und die ferner dazu ausgebildet ist, am Eingangsanschluss 11 ein druckbeaufschlagtes Fluid, insbesondere Druckluft, bereitzustellen und am Ausgangsanschluss 12 einen Fluidmassenstrom des druckbeaufschlagten Fluids zu messen. Anschließend erfolgt durch die Kalibriervorrichtung eine elektrische Ansteuerung des Piezostellers 17, wodurch der Piezosteller 17 eine Formänderung erfährt und das Dichtmittel 21 vom Ventilsitz 23 abgehoben wird. Der hierdurch freigegebene Querschnitt des zwischen dem Eingangsanschluss 11 und dem Ausgangsanschluss 12 erstreckten Fluidkanals 10 ermöglicht einen Fluidstrom für das druckbeaufschlagte Fluid, der mit Hilfe der Kalibriereinrichtung am Ausgangsanschluss 12 ermittelt werden kann. Anhand des Fluidmassenstroms kann ein Rückschluss auf die Formänderung des Piezostellers 17 gezogen werden. Ferner kann elektrische Steuerspannung, die an den elektrischen Anschlussmitteln 18 an den Piezosteller 17 bereitgestellt wird, in Beziehung zu einem Sensorsignal der Sensoreinrichtung 26 gesetzt werden. Im Zuge der Ermittlung dieser Beziehung kann eine Korrekturfunktion durch die Kalibriereinrichtung ermittelt werden, die beispielhaft derart angelegt sein kann, dass eine proportionale Beziehung zwischen der Ansteuerspannung für den Piezosteller 17 und dem Sensorsignal der Sensoreinrichtung 26 gewährleistet wird. Die ermittelte Korrekturfunktion kann anschließend in einem weiteren Arbeitsschritt von der Kalibriereinrichtung über die Schnittstelle 28 in Form von Linearisierungsparametern an die Speichereinrichtung 27 bereitgestellt und dort abgespeichert werden. Ferner können auch weitere Datensätze wie beispielsweise eine Produktidentifikation und/oder ein Produktionsdatum und/oder ein Kalibrierdatum in der Speichereinrichtung gespeichert werden.
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Nach der Durchführung des Kalibriervorgangs kann der Aktor 2 mit dem Steuermodul 5 verbunden werden, ferner kann der Eingangsanschluss 11 mit einer Fluidquelle 7 und der Ausgangsanschluss 12 mit einem Fluidverbraucher 8 verbunden werden, um dann einen regulären Betrieb für das Fluidmodul 1 aufzunehmen. Im Zuge dieses regulären Betriebs ist weiterhin vorgesehen, dass das Fluidmodul 1 mit der übergeordneten Steuerung 6 verbunden ist, die beispielsweise für eine Steuerung einer Funktionsstellung des Fluidverbrauchers 8 ausgebildet ist. Hierzu stellt die übergeordnete Steuerung 6 einen Stellwert an das Fluidmodul 1 bereit, der in der Auswerteeinrichtung 37 zusammen mit einem aktuell ermittelten Sensorsignal der Sensoreinrichtung 26 sowie mit wenigstens einem aus der Speichereinrichtung 27 ausgelesenen Linearisierungsparameter verarbeitet wird, um eine Stellgröße zu berechnen, die anschließend von der Auswerteeinrichtung 37 an die Leistungsteuerung 38 weitergegeben wird. In der Leistungssteuerung 38 erfolgt in Abhängigkeit der eintreffenden Stellgröße eine Bereitstellung von elektrischer Energie an die Steckbuchse 36, die mit den elektrischen Anschlussmitteln 18 des Aktors 2 verbunden ist, wodurch die elektrische Energie an den Piezosteller 17 bereitgestellt werden kann. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass eine zyklisch wiederkehrende Bereitstellung des Stellwerts von der übergeordneten Steuerung 6 vorgenommen wird und in der Auswerteeinrichtung 37 ebenfalls zyklisch wiederkehrend die Ermittlung der Stellgröße durch die Verarbeitung des Sensorsignals in Anhängigkeit von dem in der Speichereinrichtung 27 gespeicherten Linearisierungsparameter zur Ansteuerung der Leistungssteuerung 38 vorgenommen wird.
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Ferner kann vorgesehen werden, dass die Auswerteeinrichtung 37 während des Betriebs des Fluidmoduls 1 weitere Informationen oder Datensätze in die Speichereinrichtung 27 speichert, beispielsweise eine Anzahl von Lastspielen für den Piezosteller 17, eine Dauer der Bereitstellung von elektrischer Energie an den Piezosteller 17 als Lastspieldauer, ein Inbetriebnahmedatum, eine maximale elektrische Spannung, die an den Piezosteller 17 bereitgestellt wird oder eine durchschnittliche elektrische Spannung, die an den Piezosteller 17 bereitgestellt wird. Hierdurch können dem Aktor 2 individuelle Verschleißinformationen zugeordnet werden, die zu einem späteren Zeitpunkt wahlweise durch die Auswerteeinrichtung 37 oder nach Abtrennung des Aktors 2 von dem Steuermodul 5 mit einem separat ausgebildeten, nicht dargestellten Auswertemodul ermittelt werden können, um den Verschleißzustand des Aktors 2 zu beurteilen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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