DE102020206030B3 - Ventilvorrichtung, System und Verfahren - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung (40, 50), umfassend einen Ausgangsport (2), eine erste Ventileinheit (11) mit einem ersten Ventilglied (12) zur Einstellung einer ersten Drosselöffnung (13) zur Beeinflussung eines ersten Luftstroms (81) von an dem Ausgangsport (2) auszugebender oder über den Ausgangsport (2) abzulassender Druckluft, einen ersten Drossel-Regelkreis (14) zur Regelung der ersten Drosselöffnung (13) gemäß einem ersten Sollwert, einen Druck-Regelkreis (5) zur Druck-Regelung eines am Ausgangsport (2) herrschenden Ausgangsdrucks (6) auf einen Druck-Sollwert (7) unter Verwendung des ersten Drossel-Regelkreises (14) als unterlagerten Regelkreis, wobei der Druck-Regelkreis (5) bei der Druck-Regelung dem ersten Drossel-Regelkreis (14) als den ersten Sollwert einen ersten Drossel-Sollwert vorgibt, wobei die Ventilvorrichtung (40, 50) ferner ausgebildet ist, eine Drosseleinstellfunktion bereitzustellen und im Rahmen der Drosseleinstellfunktion die erste Drosselöffnung auf einen ersten Begrenzungswert zu begrenzen und/oder im Rahmen der Drosseleinstellfunktion dem ersten Drossel-Regelkreis (14) als den ersten Sollwert einen ersten Direkt-Sollwert vorzugeben, der nicht von der Druck-Regelung stammt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung, umfassend einen Ausgangsport und eine erste Ventileinheit mit einem ersten Ventilglied zur Einstellung einer ersten Drosselöffnung. Die erste Drosselöffnung dient dazu, einen ersten Luftstrom von an dem Ausgangsport auszugebender Druckluft zu beeinflussen. Alternativ dient die erste Drosselöffnung dazu, einen ersten Luftstrom von in den Ausgangsport abzulassender Druckluft zu beeinflussen.
  • Die Ventilvorrichtung umfasst ferner einen ersten Drossel-Regelkreis zur Regelung der ersten Drosselöffnung gemäß einem ersten Sollwert.
  • Die Ventilvorrichtung umfasst ferner einen Druck-Regelkreis zur Druck-Regelung des Ausgangsdrucks unter Verwendung des ersten Drossel-Regelkreises als unterlagerten Regelkreis, wobei der Druck-Regelkreis bei der Druck-Regelung dem ersten Drossel-Regelkreis als den ersten Sollwert einen ersten Drossel-Sollwert vorgibt.
  • Die DE 10 2018 217 337 A1 betrifft eine Bewegungsvorrichtung für die Industrieautomatisierung, insbesondere zur Handhabung eines Werkstücks, umfassend einen mit einem Druckfluid beaufschlagbaren fluidischen Aktor mit einem Stellglied, und eine Druckfluid-Bereitstellungseinrichtung, die ausgebildet ist, gemäß einem Steuersignal den fluidischen Aktor mit dem Druckfluid zu beaufschlagen um das Stellglied in eine vorgegebene Position zu bewegen, wobei die Druckfluid-Bereitstellungseinrichtung ausgebildet ist, während sich das Stellglied in Bewegung hin zu der vorgegebenen Position befindet, einen Druck des Druckfluids und/oder eine zur Bereitstellung des Druckfluids verwendete Drosselöffnung gemäß einem vorgegebenen Werteverlauf sukzessive zu verändern, um die Bewegung des Stellglieds anzupassen.
  • Die DE 10 2016 107 407 A1 betrifft eine elektronische Ausführungseinheit zur Steuerung und Regelung einer pneumatischen Ventilanordnung für eine pneumatische Bewegungsaufgabe. Auf der elektronischen Ausführungseinheit ist eine Applikation zur Steuerung und Regelung der Ventilanordnung ausführbar geladen oder ladbar, um die pneumatische Bewegungsaufgabe auf der pneumatischen Ventilanordnung auszuführen.
  • Die DE 10 2016 206 822 A1 betrifft ein Verfahren zur Druckluftversorgung eines Druckluftverbrauchers, der zwei fluidisch getrennte, kinematisch gekoppelte Arbeitsräume aufweist.
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine vielseitig einsetzbare Ventilvorrichtung bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Ventilvorrichtung gemäß Anspruch 1. Die Ventilvorrichtung ist ferner ausgebildet, eine Drosseleinstellfunktion bereitzustellen und mittels der Drosseleinstellfunktion die erste Drosselöffnung auf einen ersten Begrenzungswert zu begrenzen und/oder mittels der Drosseleinstellfunktion dem ersten Drossel-Regelkreis als den ersten Sollwert einen ersten Direkt-Sollwert vorzugeben, der nicht von der Druck-Regelung stammt.
  • Durch die Bereitstellung der Drosseleinstellfunktion wird es insbesondere möglich, dem ersten Drossel-Regelkreis direkt (also nicht über die Druck-Regelung) den ersten Sollwert vorzugeben, gemäß dem die erste Drosselöffnung eingestellt wird. Die Ventilvorrichtung lässt sich dadurch nicht nur als Druckregler sondern insbesondere auch als Drosselregler verwenden und ist somit vielseitig einsetzbar. Die Ventilvorrichtung ist vorzugsweise als Ventilmodul ausgebildet. Es kann also mittels einer einzigen Ventilvorrichtung, insbesondere eines einzigen Ventilmoduls, sowohl ein Druckregler als auch ein Drosselregler bereitgestellt werden.
  • Ferner ist es mittels der Drosseleinstellfunktion möglich, die erste Drosselöffnung auf den ersten Begrenzungswert zu begrenzen, insbesondere im Rahmen der Druckregelung. Der erste Begrenzungswert ist kleiner als eine maximal mögliche erste Drosselöffnung. Zweckmäßigerweise ist der Begrenzungswert kleiner als ein von dem Druck-Regelkreis berechneter erster Drossel-Sollwert. Die Ventilvorrichtung ist insbesondere ausgebildet, den durch den Druck-Regelkreis berechneten ersten Drossel-Sollwert auf den Begrenzungswert zu begrenzen und den begrenzten ersten Drossel-Sollwert als den ersten Sollwert für den ersten Drossel-Regelkreis zu verwenden. Durch die Begrenzung der Drosselöffnung kann beispielsweise erzielt werden, dass der Ausgangsdruck langsamer steigt (oder langsamer sinkt) als ohne die Begrenzung der Drosselöffnung. Durch die Begrenzung der Drosselöffnung kann insbesondere eine Geschwindigkeit eines durch den Ausgangsdruck angetriebenen Aktorglieds reduziert werden. Folglich kann die Ventilvorrichtung auch für Anwendungen eingesetzt werden, bei denen eine Geschwindigkeitsreduzierung eines Aktorglieds benötigt wird. Die Ventilvorrichtung ist somit vielseitig einsetzbar.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein System gemäß Anspruch 12 und ein System gemäß Anspruch 13.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren gemäß Anspruch 15. Das Verfahren ist zweckmäßigerweise gemäß einer beschriebenen Weiterbildung der Ventilvorrichtung ausgestaltet.
  • Nachstehend werden exemplarische Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Dabei zeigt
    • 1 eine schematische Darstellung eines ersten Systems mit einer Ventilvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform,
    • 2 ein Blockdiagramm eines Druck-Regelkreises der Ventilvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform,
    • 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Systems mit einer Ventilvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform,
    • 4 ein Blockdiagram eines Druck-Regelkreises der Ventilvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform,
    • 5 eine schematische Darstellung eines dritten Systems mit zwei Ventilvorrichtungen,
    • 6 eine perspektivische Ansicht eines Ventilmoduls,
    • 7 eine perspektivische Ansicht einer Reihenmodulanordnung mit mehreren Ventilmodulen.
  • Die 1 zeigt ein System 10, das auch als erstes System 10 bezeichnet werden kann. Das System 10 umfasst eine Ventilvorrichtung 40 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die 3 zeigt ein System 20, das auch als zweites System bezeichnet werden kann. Das System 20 umfasst eine Ventilvorrichtung 50 gemäß einer zweiten Ausführungsform.
  • Die Ventilvorrichtung 40 und die Ventilvorrichtung 50 unterscheiden sich dadurch, dass die Ventilvorrichtung 40 über eine erste Ventileinheit 11 und eine zweite Ventileinheit 21 verfügt, während die Ventilvorrichtung 50 nur die erste Ventileinheit 11 aufweist. Nachfolgend soll zunächst auf Aspekte eingegangen werden, die bei beiden Ventilvorrichtungen 40 und 50 vorhanden sind. Dabei wird Bezug genommen auf die „Ventilvorrichtung 40, 50“, womit jeweils die Ventilvorrichtung 40 und die Ventilvorrichtung 50 (für sich genommen) gemeint ist.
  • Die Ventilvorrichtung 40, 50 dient insbesondere zum Einsatz in der Feldebene. Zweckmäßigerweise ist die Ventilvorrichtung 40, 50 für die Industrieautomatisierung, insbesondere die Prozessautomatisierung und/oder die Fabrikautomatisierung ausgebildet.
  • Die Ventilvorrichtung 40, 50 umfasst einen Ausgangsport 2 und die erste Ventileinheit 11. Die erste Ventileinheit 11 verfügt über ein erstes Ventilglied 12 zur Einstellung einer ersten Drosselöffnung 13.
  • Die erste Drosselöffnung 13 dient zur Beeinflussung eines ersten Luftstroms 81 von an dem Ausgangsport 2 auszugebender Druckluft. Gemäß einer alternativen (nicht gezeigten) Ausgestaltung kann die erste Drosselöffnung 13 auch dazu dienen, einen ersten Luftstrom von in den Ausgangsport 2 abzulassender Druckluft zu beeinflussen.
  • Die Ventilvorrichtung 40, 50 umfasst ferner einen ersten Drossel-Regelkreis 14 (gezeigt in den 2 und 4) zur Drossel-Regelung der ersten Drosselöffnung 13 gemäß einem ersten Sollwert.
  • Die Ventilvorrichtung 40, 50 umfasst ferner einen Druck-Regelkreis 5 (gezeigt in den 2 und 4) zur Druck-Regelung eines am Ausgangsport 2 herrschenden Ausgangsdrucks 6 auf einen Druck-Sollwert 7 unter Verwendung des ersten Drossel-Regelkreises 14 als unterlagerten Regelkreis.
  • Der Druck-Regelkreis 5 ist ausgebildet, bei der Druck-Regelung dem ersten Drossel-Regelkreis 14 als den ersten Sollwert einen ersten Drossel-Sollwert 15 vorzugeben.
  • Die Ventilvorrichtung 40, 50 ist ferner ausgebildet, eine Drosseleinstellfunktion bereitzustellen und mittels der Drosseleinstellfunktion die erste Drosselöffnung 13 auf einen ersten Begrenzungswert zu begrenzen und/oder mittels der Drosseleinstellfunktion dem ersten Drossel-Regelkreis 14 als den ersten Sollwert einen ersten Direkt-Sollwert 16 vorzugeben, der nicht von der Druck-Regelung stammt.
  • Die Drosseleinstellfunktion dient also vorzugsweise dazu, die erste Drosselöffnung 13 auf den ersten Begrenzungswert zu begrenzen. Alternativ oder zusätzlich dazu dient die Drosseleinstellfunktion dazu, dem ersten Drossel-Regelkreis 14 den ersten Direkt-Sollwert 16 vorzugeben, wodurch die Ventilvorrichtung 40, 50 beispielsweise als Drosselregler betrieben werden kann.
  • Nachstehend soll zunächst auf eine Ausgestaltung eingegangen werden, bei der die Drosseleinstellfunktion dazu dient, die Ventilvorrichtung 40, 50 als einen Drosselregler zu betreiben. Diese Drosseleinstellfunktion soll auch als erste Drosseleinstellfunktion bezeichnet werden. Gemäß dieser Ausgestaltung ist die Ventilvorrichtung 40, 50 ausgebildet, wahlweise einen Druckregelmodus oder einen Drosselregelmodus einzunehmen. Bei dem Drosselregelmodus und dem Druckregelmodus handelt es sich um verschiedene Betriebsmodi, insbesondere um alternative Betriebsmodi, der Ventilvorrichtung 40, 50. Die Ventilvorrichtung kann (zu einem gegebenen Zeitpunkt) zweckmäßigerweise entweder den Drosselregelmodus oder den Druckregelmodus einnehmen.
  • Zunächst zum Druckregelmodus:
  • In dem Druckregelmodus fungiert die Ventilvorrichtung 40, 50 als Druckregler und führt die Druck-Regelung durch. In dem Druckregelmodus wird der (von der Druck-Regelung stammende) erste Drossel-Sollwert 15 als der erste Sollwert für die unterlagerte Drossel-Regelung verwendet. In dem Druckregelmodus wird nicht der Direkt-Sollwert 16 als der erste Sollwert für die unterlagerte Drossel-Regelung verwendet. Im Druckregelmodus regelt die Ventilvorrichtung 40, 50 den Ausgangsdruck 6 auf einen Druck-Sollwert 7 und gibt zu diesem Zweck den ersten Drossel-Sollwert 15 als den ersten Sollwert vor. Der Druck-Sollwert 7 wird exemplarisch von einer externen Einheit, beispielsweise einer übergeordneten Steuerung 36 vorgegeben. Insbesondere empfängt die Ventilvorrichtung 40, 50 den Druck-Sollwert 7 über eine Kommunikationsschnittstelle 45. Gemäß einer weiteren exemplarischen Ausgestaltung kann der Druck-Sollwert 7 von einem Anwender in die Ventilvorrichtung 40, 50 eingegeben werden, beispielsweise über eine Bedieneinrichtung 46. Gemäß einer weiteren exemplarischen Ausgestaltung kann der Druck-Sollwert 7 von der Ventilvorrichtung 40, 50, insbesondere einer Steuereinheit 37 der Ventilvorrichtung 40, 50 bereitgestellt, insbesondere berechnet, werden.
  • Nun zum Drosselregelmodus:
  • In dem Drosselregelmodus fungiert die Ventilvorrichtung 40, 50 als Drosselregler und führt die Druck-Regelung zweckmäßigerweise nicht durch. Ferner ist in dem Drosselregelmodus die (erste) Drosseleinstellfunktion aktiviert, so dass die Ventilvorrichtung 40, 50 dem ersten Drossel-Regelkreis 14 als den ersten Sollwert den ersten Direkt-Sollwert 16 vorgibt. In dem Drosselregelmodus wird nicht der Drossel-Sollwert 15 als der erste Sollwert für die Drossel-Regelung verwendet. Im Drosselregelmodus ist die Drossel-Regelung keiner Druck-Regelung unterlagert. In dem Drosselregelmodus ist die Drossel-Regelung unabhängig von dem Ausgangsdruck 6. Im Drosselregelmodus regelt die Ventilvorrichtung 40, 50 die erste Drosselöffnung auf den ersten Direkt-Sollwert 16. Der Direkt-Sollwert 16 wird exemplarisch von einer externen Einheit, beispielsweise der übergeordneten Steuerung 36 vorgegeben. Insbesondere empfängt die Ventilvorrichtung 40, 50 den Direkt-Sollwert 16 über die Kommunikationsschnittstelle 45. Gemäß einer weiteren exemplarischen Ausgestaltung kann der Direkt-Sollwert 16 von einem Anwender in die Ventilvorrichtung 40, 50 eingegeben werden, beispielsweise über eine Bedieneinrichtung 46. Gemäß einer weiteren exemplarischen Ausgestaltung kann der Direkt-Sollwert 16 von der Ventilvorrichtung 40, 50, insbesondere der Steuereinheit 37 der Ventilvorrichtung 40, 50 bereitgestellt, insbesondere berechnet, werden.
  • Im Drosselregelmodus führt die Ventilvorrichtung 40, 50 zweckmäßigerweise eine Hubregelung des ersten Ventilglieds 12 der ersten Ventileinheit 11 durch. Der Drosselregelmodus kann auch als Hubregelmodus bezeichnet werden.
  • Bevorzugt kann die Ventilvorrichtung 40, 50 zwischen dem Druckregelmodus und dem Drosselregelmodus umschalten, insbesondere durch Aktivieren oder Deaktivieren der (ersten) Drosseleinstellfunktion. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Umschaltung zwischen dem Druckregelmodus und dem Drosselregelmodus durch einen Anwender bewirkt werden, beispielsweise über die Bedieneinrichtung 46. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann die Umschaltung zwischen dem Druckregelmodus und dem Drosselregelmodus von einer externen Einheit, insbesondere der übergeordneten Steuerung 36, bewirkt werden. Beispielsweise kann die Umschaltung über die Kommunikationsschnittstelle 45 bewirkt werden, vorzugsweise über IO-Link. Vorzugsweise erfolgt also eine Umschaltung von der Druck-Regelung auf die Drossel-Regelung, insbesondere die Hub-Regelung, über die Bedieneinrichtung 46, insbesondere über ein Menü an der Ventilvorrichtung 40, 50 oder über ein Busprotokoll, z.B. IO-Link.
  • Nachfolgend soll auf eine Ausgestaltung eingegangen werden, bei der die Drosseleinstellfunktion dazu dient, die erste Drosselöffnung 13 auf den ersten Begrenzungswert zu begrenzen. Diese Drosseleinstellfunktion soll auch als zweite Drosseleinstellfunktion bezeichnet werden.
  • Gemäß dieser Ausgestaltung ist die Ventilvorrichtung 40, 50 ausgebildet, insbesondere bei der Druck-Regelung die Drosseleinstellfunktion zu aktivieren, um die erste Drosselöffnung 13 auf den ersten Begrenzungswert zu begrenzen. Der erste Begrenzungswert stellt zweckmäßigerweise eine maximale Größe der ersten Drosselöffnung 13 dar, die zum Zwecke der Druckregelung angenommen werden kann. Diese durch den ersten Begrenzungswert vorgegebene maximale Größe der ersten Drosselöffnung 13 ist kleiner als die tatsächliche maximale Größe der ersten Drosselöffnung 13, die vorzugsweise eingenommen werden kann, wenn die Drosseleinstellfunktion nicht aktiviert ist. Es findet also eine Begrenzung der maximalen Drosselöffnung statt, so dass der Druck-Regelung als maximale Drosselöffnung eine reduzierte (maximale) Drosselöffnung zur Verfügung steht. Mittels der Drosseleinstellfunktion findet insbesondere eine Hubreduzierung des maximalen Hubs des ersten Ventilglieds 12 statt.
  • Die Drosseleinstellfunktion zum Zwecke der Begrenzung der ersten Drosselöffnung 13 lässt sich beispielsweise über die Bedieneinrichtung 46, die Kommunikationsschnittstelle 45 und/oder automatisch durch die Ventilvorrichtung 40, 50 aktivieren und/oder deaktivieren.
  • Bevorzugt ist die Ventilvorrichtung 40, 50 ausgebildet, in Ansprechen darauf, dass ein Deaktivierungs-Kriterium erfüllt ist, die Drosseleinstellfunktion automatisch zu deaktivieren.
  • Das Deaktivierungs-Kriterium ist beispielsweise ein Ausgangsdruck-Schwellenwert für den Ausgangsdruck 6. Der Ausgangsdruck 6 wird exemplarisch durch den Drucksensor 4 erfasst. In Ansprechen darauf, dass der Ausgangsdruck 6 den Ausgangsdruck-Schwellenwert erreicht, deaktiviert die Ventilvorrichtung 40, 50 automatisch die Drosseleinstellfunktion, so dass die erste Drosselöffnung nicht mehr auf den ersten Begrenzungswert begrenzt ist. Zweckmäßigerweise kann bei deaktivierter Drosseleinstellfunktion die erste Drosselöffnung 13 ihre tatsächliche maximale Größe annehmen; insbesondere kann das erste Ventilglied 12 bei deaktivierter Drosseleinstellfunktion einen Vollhub ausführen.
  • Ferner kann das Deaktivierungs-Kriterium ein Positions-Schwellenwert für die Position eines mittels des Ausgangsdrucks 6 zu betätigenden Aktorglieds 8 eines pneumatischen Aktors 9 sein. In Ansprechen darauf, dass das Aktorglied 8 den Positions-Schwellenwert, beispielsweise eine Endlage, erreicht, deaktiviert die Ventilvorrichtung 40, 50 die Drosseleinstellfunktion, so dass die erste Drosselöffnung 13 nicht mehr auf den ersten Begrenzungswert begrenzt ist. Der Positions-Schwellenwert ist zweckmäßigerweise eine Endlage des Aktorglieds 8. Exemplarisch wird die Position des Aktorglieds 8 mittels eines insbesondere am Aktor 9 angeordneten Stellungssensor 38 erfasst. Exemplarisch ist der Stellungssensor 38 kommunikativ mit der übergeordneten Steuerung 36 verbunden. Vorzugsweise prüft die übergeordnete Steuerung 36 auf Basis der erfassten Position des Aktorglieds 8, ob der Positions-Schwellenwert erreicht ist und kommuniziert auf Basis dieser Prüfung mit der Ventilvorrichtung 40, 50, insbesondere über IO-Link, um zu bewirken, dass die Ventilvorrichtung 40, 50 die Drosseleinstellfunktion deaktiviert, wenn der Positions-Schwellenwert erreicht ist. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann die Ventilvorrichtung 40, 50 direkt mit dem Stellungssensor 38 verbunden sein und/oder selber auf Basis der erfassten Position des Aktorglieds 8 prüfen, ob der Positions-Schwellenwert erreicht ist und auf Basis der Prüfung die Drosseleinstellfunktion deaktivieren. Die Umschaltung von der Begrenzung des maximalen Hubes auf Vollhub kann insbesondere über ein Busprotokoll, z.B. 10-Link, erfolgen.
  • Bevorzugt ist die Ventilvorrichtung 40, 50 ausgebildet, mit dem Ausgangsdruck 6 das Aktorglied 8 des pneumatischen Aktors 9 zu betätigen und bei der Betätigung in einer Bewegungsphase des Aktorglieds 8 die Drosseleinstellfunktion zu aktivieren, um die erste Drosselöffnung 13 auf den ersten Begrenzungswert zu begrenzen, und in einer Haltephase des Aktorglieds 8 die Drosseleinstellfunktion zu deaktivieren, so dass die erste Drosselöffnung nicht auf den ersten Begrenzungswert begrenzt ist. Zweckmäßigerweise ist der Druck-Regelkreis 5 ausgebildet, in der Haltephase als den ersten Sollwert einen ersten Drossel-Sollwert 15 vorzugeben, der größer ist als der erste Begrenzungswert.
  • Durch die Bereitstellung der Druckluft am Ausgangsport 2 wird eine erste Druckkammer 41 des Aktors 9 mit Druckluft gefüllt, wodurch bewirkt wird, dass das Aktorglied 8 in Bewegung versetzt wird. Die vorstehend genannte Bewegungsphase ist der Zeitabschnitt, in der sich das Aktorglied 8 aufgrund der Bereitstellung der Druckluft bewegt. Die Bewegungsphase kann auch als erste Bewegungsphase bezeichnet werden. Während dieser Bewegungsphase ist die erste Drosselöffnung 13 auf den ersten Begrenzungswert reduziert, wodurch der erste Luftstrom 81 reduziert ist. Aufgrund des reduzierten ersten Luftstroms 81 ist die Änderungsrate des Drucks in der ersten Druckkammer 41 reduziert, so dass der Druck langsamer ansteigt. Dies führt dazu, dass sich das Aktorglied 8 in der Bewegungsphase mit einer reduzierten Geschwindigkeit bewegt.
  • Die vorstehend genannte Haltephase ist derjenige Zeitabschnitt, in dem sich das Aktorglied 8 nicht mehr bewegt und mittels der bereitgestellten Druckluft in einer Position gehalten wird. Beispielsweise befindet sich das Aktorglied 8 in der Haltephase in einer Endlage. In der Haltephase drückt das Aktorglied 8 zweckmäßigerweise auf ein (in der Figur nicht gezeigtes) Betätigungsobjekt. In der Haltephase ist die erste Drosselöffnung 13 nicht reduziert, so dass für die Druck-Regelung die maximal mögliche Drosselöffnung 13 zur Verfügung steht. In der Haltephase kann also ein größerer erster Luftstrom 81 als in der Bewegungsphase bereitgestellt werden, so dass der in der Haltephase benötigte Druck schneller erreicht, insbesondere schneller aufgebaut werden kann.
  • Folglich ist es möglich, beim Bewegen, insbesondere Ausfahren, des Aktorglieds 8 andere Drücke vorherrschen zu haben, als in der Endlage. Hierzu ist es nicht erforderlich, dass der Anwender detaillierte Daten zur Applikation eingeben muss. Es wird also eine sehr einfache Möglichkeit geboten, welche weder zusätzliche Sensorik, noch die Eingabe von komplexen Applikationsparametern benötigt, um ein geschwindigkeitsreduziertes Verfahren des Aktorglieds 8 bei gleichzeitig (hohem) Arbeitsdruck in den Endlagen des pneumatischen Aktors 9 zu ermöglichen. Vorzugsweise wird die erste Ventileinheit 11 mit einem verminderten maximalen Hub betrieben, so dass die Zuluft oder, wie nachstehend erläutert, die Ablauft des pneumatischen Aktors 9 (insbesondere getrennt voneinander) gedrosselt werden kann. Damit ist ein langsames Ein- und/oder Ausfahren des Aktorglieds 8 möglich. Die Endkraft bleibt zweckmäßigerweise unvermindert hoch.
  • Die Deaktivierung der Drosseleinstellfunktion erfolgt zweckmäßigerweise wie vorstehend bereits erläutert in Ansprechen darauf, dass das Deaktivierungs-Kriterium erfüllt ist. Als Deaktivierungs-Kriterium dient insbesondere der Ausgangsdruck-Schwellenwert. Das Erreichen des Ausgangsdruck-Schwellenwerts kann als Indikator dienen, dass sich das Aktorglied 8 nicht mehr weiter bewegt, insbesondere nicht mehr weiter ausfährt, so dass die erste Druckkammer 41 nicht weiter expandiert und der Druck in der ersten Druckkammer 41 stärker ansteigt.
  • Vorzugsweise erfolgt also eine Umschaltung auf die maximale Drosselöffnung, insbesondere auf Vollhub, sobald ein bestimmtes Druckniveau erreicht ist (und somit keine Druckluft mehr nachfließt, dementsprechend keine Bewegung des Aktorglieds 8 mehr stattfindet).
  • Im Folgenden soll näher auf das in der 1 gezeigte System 10 eingegangen werden.
  • Das System 10 umfasst die Ventilvorrichtung 40, den pneumatischen Aktor 9, eine Druckluftquelle 34, eine Druckluftsenke 35 und optional die übergeordnete Steuerung 36. Das System 10 dient als exemplarische Anwendungsumgebung für die Ventilvorrichtung 40. Die Ventilvorrichtung 40 kann auch für sich genommen - also ohne die anderen Komponenten des Systems 10 - bereitgestellt sein.
  • Der pneumatische Aktor 9 ist exemplarisch ein Antriebszylinder. Der pneumatische Aktor 9 umfasst als das Aktorglied 8 zweckmäßigerweise einen Kolben mit Kolbenstange. Der pneumatische Aktor 9 ist vorzugsweise doppeltwirkend ausgeführt und umfasst die erste Druckkammer 41 und eine zweite Druckkammer 42. Die erste Druckkammer 41 ist an den Ausgangsport 2 angeschlossen. Die zweite Druckkammer 42 ist vorzugsweise an einer nicht gezeigten weiteren Ventilvorrichtung angeschlossen, die vorzugsweise wie die Ventilvorrichtung 40 ausgeführt ist. Exemplarisch ist am pneumatischen Aktor 9 der Stellungssensor 38 angebracht.
  • Die übergeordnete Steuerung 36 ist exemplarisch eine speicherprogrammierbare Steuerung, SPS. Die übergeordnete Steuerung ist kommunikativ mit der Ventilvorrichtung 40 verbunden. Die übergeordnete Steuerung ist ferner kommunikativ mit dem Stellungsensor 38 verbunden.
  • Die Ventilvorrichtung 40 umfasst die erste Ventileinheit 11 und eine zweite Ventileinheit 21. Die Ventilvorrichtung 40 umfasst ferner einen Drucksensor 4, eine insbesondere als Microcontroller ausgeführte Steuereinheit 37, einen ersten Drosselsensor 17 und einen zweiten Drosselsensor 27. Die Ventilvorrichtung 40 umfasst ferner den Ausgangsport 2, einen Druckluftquelle-Port 1 und einen Druckluftsenke-Port 3.
  • Die zweite Ventileinheit 21 hat ein zweites Ventilglied 22 zur Einstellung einer zweiten Drosselöffnung 23 zu Beeinflussung eines zweiten Luftstroms 82 von in den Ausgangsport 2 abzulassender Druckluft. Die Ventilvorrichtung 40 verfügt über einen zweiten Drossel-Regelkreis 24 zur Drossel-Regelung der zweiten Drosselöffnung 23 gemäß einem zweiten Sollwert. Der Druck-Regelkreis 5 ist ausgebildet, die Druck-Regelung des Ausgangsdrucks 6 ferner unter Verwendung des zweiten Drossel-Regelkreises 24 als unterlagerten Regelkreis durchzuführen und bei der Druck-Regelung dem zweiten Drossel-Regelkreis 24 als den zweiten Sollwert einen zweite Drossel-Sollwert 25 vorzugeben.
  • Die Ventilvorrichtung 40 ist insbesondere ausgebildet, mittels der Drosseleinstellfunktion die zweite Drosselöffnung 23 auf einen zweiten Begrenzungswert zu begrenzen und/oder mittels der Drosseleinstellfunktion dem zweiten Drossel-Regelkreis 24 als den zweiten Sollwert einen zweiten Direkt-Sollwert 26 vorzugeben, der nicht von der Druck-Regelung stammt.
  • Die erste Ventileinheit 11 und/oder die zweite Ventileinheit 21 sind zweckmäßigerweise jeweils als 2/2-Wegeventil ausgeführt. Die Betätigung des ersten Ventilglieds 12 und/oder des zweiten Ventilglieds 22 erfolgt vorzugsweise elektrisch, insbesondere elektrodynamisch. Exemplarisch umfasst die erste Ventileinheit 11 einen ersten elektrischen Ventilgliedantrieb 91, der insbesondere als erster Tauchspulenantrieb ausgeführt ist. Exemplarisch umfasst die zweite Ventileinheit 21 einen zweiten elektrischen Ventilgliedantrieb 92, der insbesondere als zweiter Tauchspulenantrieb ausgeführt ist. Der erste Ventilgliedantrieb 91 und/oder der zweite Ventilgliedantrieb 92 werden vorzugsweise von der Steuereinheit 37 angesteuert. Das erste Ventilglied 12 und/oder das zweite Ventilglied 22 ist zweckmäßigerweise aktiv Hub-geregelt. Die Hub-Regelung kann auch als Weg-Regelung bezeichnet werden.
  • Über die erste Ventileinheit 11 wird Druckluft von der Druckluftquelle 34 an dem Ausgangsport 2 bereitgestellt, insbesondere, um den am Ausgangsport 2 herrschenden Ausgangsdruck 6 zu erhöhen. Über die zweite Ventileinheit 21 wird Druckluft vom Ausgangsport 2 in die Druckluftsenke 35 abgelassen, um den am Ausgangsport 2 herrschenden Ausgangsdruck 6 zu verringern.
  • Zunächst zur ersten Ventileinheit 11:
    • Die erste Ventileinheit 11 steuert den ersten Luftstrom 81. Der erste Luftstrom 81 verläuft von dem Druckluftquelle-Port 1 der Ventilvorrichtung 40 durch die erste Drosselöffnung 13 zu dem Ausgangsport 2. Exemplarisch stammt die Druckluft des ersten Luftstroms 81 von der Druckluftquelle 34, die an dem Druckluftquelle-Port 1 angeschlossen ist. Der erste Luftstrom 81 wird an dem Ausgangsport 2 aus der Ventilvorrichtung 40 ausgegeben. Exemplarisch ist an dem Ausgangsport 2 die erste Druckkammer 41 des pneumatischen Aktors 9 angeschlossen. Über den ersten Ausgangsport 2 wird die Druckluft des ersten Luftstroms 81 der ersten Druckkammer 41 des pneumatischen Aktors 9 zugeführt. Exemplarisch handelt es sich bei dem ersten Ventilglied 12 um ein proportional hubgeregeltes Ventilglied. Über die Regelung des Hubs des ersten Ventilglieds 12 ist die Größe der ersten Drosselöffnung 13 einstellbar. Der Hub des ersten Ventilglieds 12 lässt sich auf einen Maximalhub regeln, bei dem die Größe der ersten Drosselöffnung 13 maximal ist. Der Hub des ersten Ventilglieds 12 lässt sich ferner auf einen Minimalhub regeln, bei dem die Größe der ersten Drosselöffnung 13 minimal ist - beispielsweise ist die erste Drosselöffnung 13 bei dem Minimalhub geschlossen. Der Hub des ersten Ventilglieds 12 lässt sich ferner auf eine Mehrzahl an Zwischenhüben zwischen dem Maximalhub und dem Minimalhub regeln, bei denen die Größe der ersten Drosselöffnung 13 zwischen der maximalen und der minimalen Größe ist. Die Größe der ersten Drosselöffnung 13 ist insbesondere proportional zum Hub des ersten Ventilglieds 12. Durch eine Reduzierung der Größe der ersten Drosselöffnung 13 wird der erste Luftstrom 81 begrenzt. Dadurch wird beispielsweise erzielt, dass sich der Druck in der ersten Druckkammer 41 langsamer aufbaut.
  • Die zweite Ventileinheit 21 ist zweckmäßigerweise in Entsprechung zu der ersten Ventileinheit 11 ausgeführt:
    • Die zweite Ventileinheit 21 steuert den zweiten Luftstrom 82. Der zweite Luftstrom 82 verläuft von dem Ausgangsport 2 der Ventilvorrichtung 40 durch die zweite Drosselöffnung 23 zu einem Druckluftsenke-Port 3. Exemplarisch wird die Druckluft des zweiten Luftstroms 82 über den Druckluftsenke-Port 3 in die Druckluftsenke 35, beispielsweise die Atomsphäre, ausgegeben. Exemplarisch verläuft der zweite Luftstrom 82 von der ersten Druckkammer 41 des pneumatischen Aktors 9 über den Ausgangsport 2 zu dem Druckluftsenke-Port 3. Exemplarisch handelt es sich bei dem zweiten Ventilglied 22 um ein proportional hubgeregeltes Ventilglied. Über die Regelung des Hubs des zweiten Ventilglieds 22 ist die Größe der zweiten Drosselöffnung 23 einstellbar. Der Hub des zweiten Ventilglieds 22 lässt sich auf einen Maximalhub regeln, bei dem die Größe der zweiten Drosselöffnung 23 maximal ist. Der Hub des zweiten Ventilglieds 22 lässt sich ferner auf einen Minimalhub regeln, bei dem die Größe der ersten Drosselöffnung 23 minimal ist - beispielsweise ist die erste Drosselöffnung 23 bei dem Minimalhub geschlossen. Der Hub des zweiten Ventilglieds 22 lässt sich ferner auf eine Mehrzahl an Zwischenhüben zwischen dem Maximalhub und dem Minimalhub regeln, bei denen die Größe der zweiten Drosselöffnung 23 zwischen der maximalen und der minimalen Größe ist. Die Größe der zweiten Drosselöffnung 23 ist insbesondere proportional zum Hub des zweiten Ventilglieds 22. Durch eine Reduzierung der Größe der zweiten Drosselöffnung 23 wird der zweite Luftstrom 82 begrenzt. Dadurch wird beispielsweise erzielt, dass sich der Druck in der ersten Druckkammer 41 langsamer abbaut.
  • Als nächstes soll näher auf den Druck-Regelkreis 5 eingegangen werden.
  • Die 2 zeigt eine exemplarische Ausgestaltung des Druck-Regelkreises 5. Der Druck-Regelkreis 5 umfasst den ersten Drossel-Regelkreis 14 als unterlagerten Regelkreis. Exemplarisch umfasst der Druck-Regelkreis 5 ferner den zweiten Drossel-Regelkreis 24 als unterlagerten Regelkreis. Der Druck-Regelkreis 5 und der erste Drossel-Regelkreis 14 und zweckmäßigerweise ferner der zweite Drossel-Regelkreis 24 sind kaskadiert.
  • Der Druck-Regelkreis 5 umfasst ein Druck-Subtraktionsglied 83, eine Druck-Reglereinheit 53, und den Drucksensor 4. Das Druck-Subtraktionsglied 83 und die Druck-Reglereinheit 53 werden zweckmäßigerweise von der Steuereinheit 37 ausgeführt. Das Druck-Subtraktionsglied 83 berechnet auf Basis des Druck-Sollwerts 7 und eines von dem Drucksensor 4 bereitgestellten Druck-Rückkopplungssignals ein Druck-Fehlersignal. Die Druck-Reglereinheit 53 erzeugt auf Basis des Druck-Fehlersignals den ersten Drossel-Sollwert 15 und den zweiten Drossel-Sollwert 25 (sofern der zweite Drossel-Regelkreis 24 vorhanden ist).
  • Der erste Drossel-Sollwert 15 gibt beispielsweise einen Soll-Hub für das erste Ventilglied 12 vor. Der erste Drossel-Sollwert 15 wird dem ersten Drossel-Regelkreis 14 als der erste Sollwert übergeben. Die Größe der ersten Drosselöffnung 13 wird gemäß dem ersten Drossel-Sollwert 15 eingestellt, so dass sich der erste Luftstrom 81 ergibt.
  • Der zweite Drossel-Sollwert 25 gibt beispielsweise einen Soll-Hub für das zweite Ventilglied 22 vor. Der zweite Drossel-Sollwert 25 wird dem zweiten Drossel-Regelkreis 24 als der zweite Sollwert übergeben. Die Größe der zweiten Drosselöffnung 23 wird gemäß dem zweiten Drossel-Sollwert 25 eingestellt, so dass sich der zweite Luftstrom 82 ergibt.
  • Der erste Luftstrom 81 und der zweite Luftstrom 82 werden an dem Ausgangsport 2 zusammengeführt und bewirken am Ausgangsport 2 den Ausgangsdruck 6. Der Ausgangsdruck 6 wird von dem Drucksensor 4 erfasst und als das Druck-Rückkopplungssignal an das Druck-Subtraktionsglied 83 zurückgeführt.
  • Die Ventilvorrichtung 40 umfasst den ersten Drossel-Regelkreis 14 zur Durchführung der ersten Drossel-Regelung der ersten Drosselöffnung 13. Exemplarisch erfolgt die erste Drossel-Regelung durch die Regelung des Hubs des ersten Ventilglieds 12. Die erste Drossel-Regelung kann auch als erste Hubregelung bezeichnet werden.
  • Der Drossel-Regelkreis 14 umfasst exemplarisch ein erstes Subtraktionsglied 19, eine erste Drossel-Reglereinheit 18, die erste Ventileinheit 11 und den ersten Drossel-Sensor 17. Das erste Subtraktionsglied 19 und die erste Drossel-Reglereinheit 18 werden zweckmäßigerweise von der Steuereinheit 37 ausgeführt. Der erste Drossel-Regelkreis 14 regelt die erste Drosselöffnung 13 auf einen ersten Sollwert. Der erste Sollwert definiert beispielsweise einen Hub für das erste Ventilglied 12. Der erste Sollwert ist wahlweise der erste Drossel-Sollwert 15 oder der erste Direkt-Sollwert 16.
  • Das erste Subtraktionsglied 19 berechnet auf Basis des ersten Sollwerts und eines von dem ersten Drossel-Sensor 17 bereitgestellten Rückkopplungssignals ein erstes Fehlersignal. Der erste Drossel-Sensor 17 ist exemplarisch ein Hubsensor zur Erfassung des Hubs des ersten Ventilglieds 12 und gibt als Rückkopplungssignal den Ist-Hub des ersten Ventilglieds 12 aus. Zweckmäßigerweise umfasst der erste Drossel-Sensor 17 einen Magnetsensor, insbesondere einen Hallsensor.
  • Die erste Drossel-Reglereinheit 18 erzeugt auf Basis des ersten Fehlersignals ein erstes Ansteuersignal für die erste Ventileinheit 11. Das erste Ansteuersignal ist insbesondere ein elektrisches Ansteuersignal. Die erste Ventileinheit 11 stellt auf Basis des ersten Ansteuersignals den Hub des ersten Ventilglieds 12 - und damit die Größe der ersten Drosselöffnung 13 ein. Insbesondere stellt die erste Ventileinheit 11 den Hub des ersten Ventilglieds 12 proportional zum ersten Ansteuersignal ein.
  • Die Ventilvorrichtung 40 umfasst ferner einen zweiten Drossel-Regelkreis 24 zur Durchführung einer zweiten Drossel-Regelung der zweiten Drosselöffnung 13. Exemplarisch erfolgt die zweite Drossel-Regelung durch die Regelung des Hubs des zweiten Ventilglieds 22. Die zweite Drossel-Regelung kann auch als zweite Hubregelung bezeichnet werden.
  • Der zweite Drossel-Regelkreis 24 umfasst exemplarisch ein zweites Subtraktionsglied 29, eine zweite Drossel-Reglereinheit 28, die zweite Ventileinheit 21 und einen zweiten Drossel-Sensor 27. Der zweite Drossel-Regelkreis 24 regelt die zweite Drosselöffnung 23 auf den zweiten Sollwert. Der zweite Sollwert gibt beispielsweise einen Hub für das zweite Ventilglied 22 vor. Der zweite Sollwert ist wahlweise der zweite Drossel-Sollwert 25 oder der zweite Direkt-Sollwert 26.
  • Das zweite Subtraktionsglied 29 berechnet auf Basis des zweiten Sollwerts und eines von einem zweiten Drossel-Sensor 27 bereitgestellten zweiten Rückkopplungssignal ein zweites Fehlersignal. Der zweite Drossel-Sensor 27 ist exemplarisch ein Hubsensor zur Erfassung des Hubs des zweiten Ventilglieds 22 und gibt als Rückkopplungssignal den Ist-Hub des zweiten Ventilglieds 22 aus. Zweckmäßigerweise umfasst der zweite Drossel-Sensor 27 einen Magnetsensor, insbesondere einen Hallsensor.
  • Die zweite Drossel-Reglereinheit 28 erzeugt auf Basis des zweiten Fehlersignals ein zweites Ansteuersignal für die zweite Ventileinheit 21. Das zweite Ansteuersignal ist insbesondere ein elektrisches Ansteuersignal. Die zweite Ventileinheit 21 stellt auf Basis des zweiten Ansteuersignals den Hub des zweiten Ventilglieds 22 - und damit die Größe der zweiten Drosselöffnung 23 ein. Insbesondere stellt die zweite Ventileinheit 21 den Hub des zweiten Ventilglieds 22 proportional zum zweiten Ansteuersignal ein.
  • Im Druckregelmodus werden der erste Drossel-Sollwert 15 und der zweite Drossel-Sollwert 26 von dem Druck-Regelkreis 5, insbesondere der Druck-Reglereinheit 53 vorgegeben, insbesondere berechnet. Die Drossel-Sollwerte 15, 16 ergeben sich in dem Druckregelmodus aus der Druckregelung; die Drossel-Sollwerte 15, 16 werden insbesondere auf Basis des Ausgangsdrucks 6 und/oder des Druck-Sollwerts 7, vorzugsweise auf Basis des Druck-Fehlersignals, berechnet.
  • Im Drosselregelmodus werden die Direkt-Sollwerte 16, 26 vorgegeben, beispielsweise von der Steuereinheit 37 und/oder der übergeordneten Steuerung 36. Die Direkt-Sollwerte 16, 26 werden nicht von dem Druck-Regelkreis 5, insbesondere nicht von der Druck-Reglereinheit 53 vorgegeben, insbesondere nicht von dem Druck-Regelkreis 5 und/oder der Druck-Reglereinheit 53 berechnet. Die Direkt-Sollwerte 16, 26 ergeben sich nicht aus der Druckregelung; die Direkt-Sollwerte 16, 26 werden insbesondere nicht auf Basis des Ausgangsdrucks 6 und/oder nicht auf Basis des Druck-Sollwerts 7, vorzugsweise nicht auf Basis des Druck-Fehlersignals, berechnet.
  • Bevorzugt ist die Ventilvorrichtung 40 ausgebildet, mittels der Drosseleinstellfunktion die zweite Drosselöffnung 23 auf einen zweiten Begrenzungswert zu begrenzen. Die Begrenzung der zweiten Drosselöffnung 23 auf den zweiten Begrenzungswert erfolgt insbesondere in Entsprechung zu der vorstehend erläuterten Begrenzung der ersten Drosselöffnung 13 auf den ersten Begrenzungswert. Die Ventilvorrichtung 40 ist insbesondere ausgebildet, bei einer Entlüftung der ersten Druckkammer 41 die Drosseleinstellfunktion zu aktivieren und die zweite Drosselöffnung 23 auf den zweiten Begrenzungswert zu begrenzen, insbesondere zu reduzieren. Die Begrenzung der zweiten Drosselöffnung 23 auf den zweiten Begrenzungswert erfolgt insbesondere während einer zweiten Bewegungsphase des Aktorglieds 8. Bei der zweiten Bewegungsphase erfolgt ein Entlüften der Druckkammer 41 über den Ausgangsport 2. Das Aktorglied 8 wird bei der zweiten Bewegungsphase eingefahren. Bei der zweiten Bewegungsphase ist die erste Drosselöffnung 13 zweckmäßigerweise komplett geschlossen. Bei der vorstehend erläuterten ersten Bewegungsphase ist die zweite Drosselöffnung 23 zweckmäßigerweise komplett geschlossen.
  • Mittels der Ventilvorrichtung 40 kann also eine einfache Drosselung (Hubreduzierung) der Zuluft, insbesondere des ersten Luftstroms 81, oder Abluft, insbesondere des zweiten Luftstroms 82, aus einem druckgeregelten Volumen, exemplarisch der ersten Druckkammer 41, eingestellt werden, zweckmäßigerweise über ein Menü, insbesondere über die Bedieneinrichtung 46 an der Ventilvorrichtung 40.
  • Die 3 zeigt das System 20, das als zweites System bezeichnet werden kann. Das System 20 umfasst die Ventilvorrichtung 50 gemäß der zweiten Ausführungsform. Das System 20 umfasst ferner den pneumatischen Aktor 9, die Druckluftquelle 34, die Druckluftsenke 35 und optional die übergeordnete Steuerung 36. Das System 20 dient als exemplarische Anwendungsumgebung für die Ventilvorrichtung 50. Die Ventilvorrichtung 50 kann auch für sich genommen - also ohne die anderen Komponenten des Systems 10 - bereitgestellt sein.
  • Die Ventilvorrichtung 50 ist zweckmäßigerweise wie die Ventilvorrichtung 40 ausgebildet, mit dem Unterschied, dass die Ventilvorrichtung 50 nicht die zweite Ventileinheit 21 aufweist oder die zweite Ventileinheit 21 nicht einsetzt (z.B. bei der Druck-Regelung). Insbesondere weist die Ventilvorrichtung 50 nicht den zweiten Drossel-Regelkreis 24 auf oder setzt diesen nicht ein (z.B. bei der Druck-Regelung). Dementsprechend weist der in der 4 gezeigte Druck-Regelkreis 5 nicht zwei sondern nur einen unterlagerten Drossel-Regelkreis auf. Der Druck-Regelkreis 5 der 4 ist ansonsten zweckmäßigerweise wie der Druckregelkreis 5 der 2 ausgeführt.
  • Die auf die Ventilvorrichtung 40 bezogenen Ausführungen gelten zweckmäßigerweise in Entsprechung auch für die Ventilvorrichtung 50. Die Ventilvorrichtung 50 umfasst die erste Ventileinheit 11, den Drucksensor 4, die Steuereinheit 37 und den ersten Drossel-Sensor 17. Die Ventilvorrichtung 50 umfasst ferner den Druckluftquelle-Port 1 und den Ausgangsport 2.
  • Die erste Ventileinheit 11 dient bei der Ventilvorrichtung 50 (wie bei der Ventilvorrichtung 40) dazu, den ersten Luftstrom 81 von am Ausgangsport 2 auszugebender Druckluft zu beeinflussen. Über die erste Ventileinheit 11 kann also der Ausgangsdruck 6 erhöht werden (durch Zufuhr von Druckluft).
  • Gemäß einer (nicht gezeigten) alternativen Ausgestaltung kann die erste Drosselöffnung dazu dienen, einen Luftstrom von in den Ausgangsport 2 abzulassender Druckluft zu beeinflussen. Bei dieser alternativen Ausgestaltung würde die erste Ventileinheit 11 dazu dienen, den Ausgangsdruck 6 zu verringern (durch Ablassen von Druckluft).
  • Exemplarisch umfasst das System 20 eine externe Ausgangsdrossel 33, die an dem Ausgangsport 2 angeschlossen ist und dazu dient, kontinuierlich Druckluft abzulassen. Die Drosselöffnung der externen Ausgangsdrossel 33 ist zweckmäßigerweise kleiner als die maximale erste Drosselöffnung 13. Zweckmäßigerweise ist die Ventilvorrichtung 50 ausgebildet, die erste Drosselöffnung 13 auf eine erste Größe einzustellen, bei der dem Ausgangsport 2 über die erste Ventileinheit 11 mehr Druckluft zugeführt wird, als über die externe Ausgangsdrossel 33 abgelassen wird, so dass der Ausgangsdruck 6 erhöht wird. Zweckmäßigerweise ist die Ventilvorrichtung 50 ferner ausgebildet, die erste Drosselöffnung 13 auf eine zweite Größe einzustellen, bei der dem Ausgangsport 2 über die erste Ventileinheit weniger Druckluft zugeführt wird, als über die externe Ausgangsdrossel 33 abgelassen wird, so dass der Ausgangsdruck 6 reduziert wird.
  • Die Ventilvorrichtung 50 ist ausgebildet, mittels der ersten Ventileinheit 11 (und insbesondere ohne eine/die zweite Ventileinheit 21) die Druck-Regelung am Ausgangsport 2 bereitzustellen, um den Ausgangsdruck 6 auf den Druck-Sollwert 7 zu regeln. Eine im Rahmen der Druck-Regelung durchzuführende Erhöhung des Ausgangsdrucks 6 erfolgt durch eine Zufuhr von Druckluft über die erste Ventileinheit 11. Eine im Rahmen der Druck-Regelung durchzuführende Absenkung des Ausgangsdrucks 6 erfolgt durch einen Ablass von Druckluft über die externe Ausgangsdrossel 33.
  • Die Drosselöffnung der externen Ausgangsdrossel 33 ist zweckmäßigerweise fest eingestellt. Die Drosselöffnung der externen Ausgangsdrossel 33 unterliegt zweckmäßigerweise keiner Steuerung und/oder keiner Regelung.
  • Mittels der Ventilvorrichtung 50 kann insbesondere eine Druckflussdrosselung - also eine Reduzierung des erste Luftstroms 81 - mit gleichzeitiger Druckbegrenzung - insbesondere durch die Druck-Regelung des Ausgangsdrucks 6 - erzielt werden.
  • Die 5 zeigt ein System 30, das auch als drittes System bezeichnet werden kann. Das System 30 umfasst eine erste Ventilvorrichtung 40A, die wie die Ventilvorrichtung 40 ausgebildet ist. Das System 30 umfasst ferner eine zweite Ventilvorrichtung 40B, die wie die Ventilvorrichtung 40 ausgebildet ist.
  • Das System 30 umfasst ferner die übergeordnete Steuerung 36, die zweckmäßigerweise kommunikativ mit der ersten Ventilvorrichtung 40A und der zweiten Ventilvorrichtung 40B verbunden ist.
  • Das System 30 umfasst ferner den pneumatischen Aktor 9. Der pneumatische Aktor 9 ist zweckmäßigerweise als doppeltwirkender Aktor ausgeführt. Der pneumatische Aktor 9 umfasst die erste Druckkammer 41 und die zweite Druckkammer 42.
  • Das System 30 ist ausgebildet ist, eine erste Betätigung 51 des pneumatischen Aktors 9 durchzuführen und bei der ersten Betätigung 51 die erste Druckkammer 41 über die erste Ventilvorrichtung 40A zu belüften, wobei sich die erste Ventilvorrichtung 40A in dem Druckregelmodus befindet, und die zweite Druckkammer 42 über die zweite Ventilvorrichtung 40B zu entlüften, wobei sich die zweite Ventilvorrichtung 40B in dem Drosselregelmodus befindet.
  • Beispielsweise wird in der übergeordneten Steuerung 36 ein Betätigungsbefehl bereitgestellt, gemäß dem die erste Betätigung 51 des Aktorglieds 8 durchgeführt werden soll. Die erste Betätigung 51 ist insbesondere eine erste Bewegung des Aktorglieds 8 in eine erste Bewegungsrichtung. Die übergeordnete Steuerung 36 steuert die beiden Ventilvorrichtungen 40A, 40B gemäß dem Betätigungsbefehl an. Beispielsweise steuert die übergeordnete Steuerung 36 die erste Ventilvorrichtung 40A so an, dass die erste Ventilvorrichtung 40A in dem Druckregelmodus betrieben wird und den Druck der ersten Druckkammer 41 gemäß dem Druck-Sollwert 7 regelt. Insbesondere gibt die übergeordnete Steuerung 36 den Druck-Sollwert 7 an die erste Ventilvorrichtung 40A aus und/oder gibt einen Modusbefehl aus, der bewirkt, dass die erste Ventilvorrichtung 40A in dem Druckregelmodus betrieben wird.
  • Ferner steuert die übergeordnete Steuerung 36 die zweite Ventilvorrichtung 40B so an, dass die zweite Ventilvorrichtung 40B in dem Drosselregelmodus betrieben wird und die erste Drosselöffnung 13 und/oder die zweite Drosselöffnung 23 der zweiten Ventilvorrichtung 40B gemäß dem ersten Direkt-Sollwert 16 und/oder dem zweiten Direkt-Sollwert 26 geregelt werden. Insbesondere gibt die übergeordnete Steuerung den ersten Direkt-Sollwert 16 und/oder den zweiten Direkt-Sollwert 26 an die zweite Ventilvorrichtung 40B aus.
  • Das System 30 ist zweckmäßigerweise ferner ausgebildet, eine zweite Betätigung 52 des pneumatischen Aktors 9 durchzuführen und bei der zweiten Betätigung die erste Druckkammer 41 über die erste Ventilvorrichtung 40A zu entlüften, wobei sich die erste Ventilvorrichtung 40A in dem Drosselregelmodus befindet, und die zweite Druckkammer 42 über die zweite Ventilvorrichtung 40B zu belüften, wobei sich die zweite Ventilvorrichtung 40B in dem Druckregelmodus befindet.
  • Beispielsweise wird in der übergeordneten Steuerung 36 ein Betätigungsbefehl bereitgestellt, gemäß dem die zweite Betätigung 52 des Aktorglieds 8 durchgeführt werden soll. Die zweite Betätigung 52 ist insbesondere eine zweite Bewegung des Aktorglieds 8 in eine zweite Bewegungsrichtung (exemplarisch entgegengesetzt zur ersten Bewegungsrichtung). Die übergeordnete Steuerung 36 steuert die beiden Ventilvorrichtungen 40A, 40B gemäß dem Betätigungsbefehl an. Beispielsweise steuert die übergeordnete Steuerung 36 die zweite Ventilvorrichtung 40B so an, dass die zweite Ventilvorrichtung 40B in dem Druckregelmodus betrieben wird und den Druck der zweiten Druckkammer 42 gemäß dem Druck-Sollwert 7 regelt. Insbesondere gibt die übergeordnete Steuerung 36 den Druck-Sollwert 7 an die zweite Ventilvorrichtung 40B aus und/oder gibt einen Modusbefehl aus, der bewirkt, dass die zweite Ventilvorrichtung 40B in dem Druck-Regelmodus betrieben werden soll.
  • Ferner steuert die übergeordnete Steuerung 36 die erste Ventilvorrichtung 40A so an, dass die erste Ventilvorrichtung 40A in dem Drosselregelmodus betrieben wird und die erste Drosselöffnung 13 und/oder die zweite Drosselöffnung 23 der ersten Ventilvorrichtung 40A gemäß dem ersten Direkt-Sollwert 16 und/oder dem zweiten Direkt-Sollwert 26 geregelt werden. Insbesondere gibt die übergeordnete Steuerung den ersten Direkt-Sollwert 16 und/oder den zweiten Direkt-Sollwert 26 an die erste Ventilvorrichtung 40A aus.
  • Das System 30 ist also insbesondere ausgebildet, die Ventilvorrichtungen 40A, 40B in Abhängigkeit von der Richtung der durchzuführenden Betätigung jeweils wahlweise im Druckregelmodus - also als Druckregler - oder im Drosselregelmodus - also als Drosselregler - zu betreiben.
  • Die 5 zeigt ein Ventilmodul 60, das eine exemplarische Ausgestaltung der Ventilvorrichtung 40, 50 ist. Das Ventilmodul 60 umfasst ein Ventilmodulgehäuse 32, in dem die erste Ventileinheit 11 und (sofern vorhanden) die zweite Ventileinheit 21 angeordnet sind. Vorzugsweise ist in dem Ventilmodulgehäuse 32 ferner der Drucksensor 4, die Steuereinheit 37, der erste Drossel-Sensor 17 und/oder der zweite Drossel-Sensor 27 (sofern vorhanden) angeordnet. Der Ausgangsport 2, der Druckluftquelle-Port 1 und (sofern vorhanden) der Druckluftsenke-Port 3 sind außen an dem Ventilmodulgehäuse 32 angeordnet.
  • Das Ventilmodul 60 ist zweckmäßigerweise derart dimensioniert, dass es von einem Anwender manuell getragen werden kann, insbesondere mit einer Hand. Zweckmäßigerweise ist das Ventilmodul 60 als Einheit handhabbar.
  • Das Ventilmodul 60, insbesondere das Ventilmodulgehäuse 32, weist zweckmäßigerweise eine quaderförmige und/oder scheibenförmige Grundgestalt auf. Die x-Erstreckung ist zweckmäßigerweise kleiner als die y-Erstreckung und/oder kleiner als die z-Erstreckung. Die x-Richtung, y-Richtung und z-Richtung sind orthogonal zueinander ausgerichtet. Die x-Richtung und die y-Richtung können auch als Horizontalrichtungen und die z-Richtung als Vertikalrichtung oder Höhenrichtung bezeichnet werden. Die Vorrichtung 10 verfügt über zwei senkrecht zur x-Richtung ausgerichtete Längsseiten, die zweckmäßigerweise im Wesentlichen planar ausgeführt sind. Zweckmäßigerweise kann an jeder Längsseite ein weiteres Ventilmodul 60 mechanisch und/oder fluidisch angekoppelt werden, um so eine Reihenmodulanordnung zu bilden. Das Ventilmodul 60 ist exemplarisch als Reihenmodul ausgebildet.
  • Zweckmäßigerweise ist der Druckluftquelle-Port 1 an einer Längsseite angeordnet. Das Ventilmodul 60 verfügt ferner über zwei senkrecht zur y-Richtung ausgerichtete Stirnseiten. Exemplarisch ist der Druckluftsenke-Port und/oder der Ausgangsport 2 an einer Stirnseite angeordnet.
  • Das Ventilmodul 60 umfasst einen unteren Abschnitt 93, auf dem zweckmäßigerweise ein oberer Abschnitt 26 und ein Schulterabschnitt 27 in y-Richtung nebeneinander angeordnet sind. Exemplarisch sind an dem unteren Abschnitt 93 der Druckluftquelle-Port 1, der Druckluftsenke-Port 3 und der Ausgangsport 2 angeordnet. An dem Schulterabschnitt 95 ist zweckmäßigerweise die Kommunikationsschnittstelle 45 angeordnet. An dem oberen Abschnitt 94 ist exemplarisch die Bedieneinrichtung 46 und/oder eine Anzeigeeinheit 47 angeordnet, insbesondere auf der Oberseite des Ventilmoduls 60. Die Oberseite ist exemplarisch normal zur z-Richtung ausgerichtet.
  • Das Ventilmodul 60 verfügt zweckmäßigerweise über eine Befestigungsschnittstelle 48, mit der das Ventilmodul 60 insbesondere auf einer Hutschiene befestigt werden kann. Die Befestigungsschnittstelle 48 ist insbesondere an der Unterseite des Ventilmoduls 60 angeordnet.
  • Die 6 zeigt eine Reihenmodulanordnung 70, die eine Mehrzahl von in der Aufreihungsrichtung x nebeneinander angeordneten Ventilmodulen 60 umfasst. Exemplarisch ist jedes Ventilmodul als Ventilvorrichtung 40 oder Ventilvorrichtung 50 ausgeführt.

Claims (15)

  1. Ventilvorrichtung (40, 50), umfassend einen Ausgangsport (2), eine erste Ventileinheit (11) mit einem ersten Ventilglied (12) zur Einstellung einer ersten Drosselöffnung (13) zur Beeinflussung eines ersten Luftstroms (81) von an dem Ausgangsport (2) auszugebender oder über den Ausgangsport (2) abzulassender Druckluft, einen ersten Drossel-Regelkreis (14) zur Regelung der ersten Drosselöffnung (13) gemäß einem ersten Sollwert, einen Druck-Regelkreis (5) zur Druck-Regelung eines am Ausgangsport (2) herrschenden Ausgangsdrucks (6) auf einen Druck-Sollwert (7) unter Verwendung des ersten Drossel-Regelkreises (14) als unterlagerten Regelkreis, wobei der Druck-Regelkreis (5) bei der Druck-Regelung dem ersten Drossel-Regelkreis (14) als den ersten Sollwert einen ersten Drossel-Sollwert (15) vorgibt, wobei die Ventilvorrichtung (40, 50) ferner ausgebildet ist, eine Drosseleinstellfunktion bereitzustellen und im Rahmen der Drosseleinstellfunktion die erste Drosselöffnung auf einen ersten Begrenzungswert zu begrenzen und/oder im Rahmen der Drosseleinstellfunktion dem ersten Drossel-Regelkreis (14) als den ersten Sollwert einen ersten Direkt-Sollwert (16) vorzugeben, der nicht von der Druck-Regelung stammt.
  2. Ventilvorrichtung (40, 50) nach Anspruch 1, wobei die Ventilvorrichtung (40, 50) ausgebildet ist, wahlweise einen Druckregelmodus einzunehmen, in dem die Ventilvorrichtung (40, 50) als Druckregler fungiert und die Druck-Regelung durchführt, oder einen Drosselregelmodus einzunehmen, in dem die Ventilvorrichtung (40, 50) als Drosselregler fungiert, die Druck-Regelung nicht durchführt und in dem die Drosseleinstellfunktion aktiviert ist, so dass die Ventilvorrichtung (40, 50) dem ersten Drossel-Regelkreis (14) als den ersten Sollwert den ersten Direkt-Sollwert (16) vorgibt.
  3. Ventilvorrichtung (40, 50) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei die Ventilvorrichtung (40, 50) ausgebildet ist, bei der Druck-Regelung die Drosseleinstellfunktion zu aktivieren, um die erste Drosselöffnung (13) auf den ersten Begrenzungswert zu begrenzen, und in Ansprechen darauf, dass ein Deaktivierungs-Kriterium erfüllt ist, die Drosseleinstellfunktion automatisch zu deaktivieren.
  4. Ventilvorrichtung (40, 50) nach Anspruch 3, wobei das Deaktivierungs-Kriterium einen Ausgangsdruck-Schwellenwert für den Ausgangsdruck (6) umfasst.
  5. Ventilvorrichtung (40, 50) nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Deaktivierungs-Kriterium einen Positions-Schwellenwert für die Position eines mittels des Ausgangsdrucks (6) zu betätigenden Aktorglieds (8) umfasst.
  6. Ventilvorrichtung (40, 50) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei die Ventilvorrichtung (40, 50) ausgebildet ist, mit dem Ausgangsdruck (6) ein/das Aktorglied (8) eines pneumatischen Aktors (9) zu betätigen und bei der Betätigung in einer Bewegungsphase des Aktorglieds (8) die Drosseleinstellfunktion zu aktivieren, um die erste Drosselöffnung (13) auf den ersten Begrenzungswert zu begrenzen, und in einer Haltephase des Aktorglieds (8) die Drosseleinstellfunktion zu deaktivieren, so dass die erste Drosselöffnung (13) nicht auf den ersten Begrenzungswert begrenzt ist.
  7. Ventilvorrichtung (40, 50) nach Anspruch 6, wobei der Druck-Regelkreis (5) ausgebildet ist, in der Haltephase als den ersten Sollwert einen Drossel-Sollwert vorzugeben, der größer ist als der erste Begrenzungswert.
  8. Ventilvorrichtung (40) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei die erste Drosselöffnung (13) zur Beeinflussung des ersten Luftstroms (81) der an dem Ausgangsport (2) auszugebenden Druckluft dient, wobei die Ventilvorrichtung (40) ferner eine zweite Ventileinheit (21) mit einem zweiten Ventilglied (22) zur Einstellung einer zweiten Drosselöffnung (23) zu Beeinflussung eines zweiten Luftstroms (82) von in den Ausgangsport (2) abzulassender Druckluft und einen zweiten Drossel-Regelkreis (24) zur Regelung der zweiten Drosselöffnung (23) gemäß einem zweiten Sollwert umfasst, wobei der Druck-Regelkreis (5) ausgebildet ist, die Druck-Regelung des Ausgangsdrucks (6) ferner unter Verwendung des zweiten Drossel-Regelkreises (24) als unterlagerten Regelkreis durchzuführen und bei der Druck-Regelung dem zweiten Drossel-Regelkreis (24) als den zweiten Sollwert einen zweiten Drossel-Sollwert (25) vorzugeben.
  9. Ventilvorrichtung (40) nach Anspruch 8, wobei die Ventilvorrichtung (40) ferner ausgebildet ist, im Rahmen der Drosseleinstellfunktion die zweite Drosselöffnung (23) auf einen zweiten Begrenzungswert zu begrenzen und/oder im Rahmen der Drosseleinstellfunktion dem zweiten Drossel-Regelkreis (24) als den zweiten Sollwert einen zweiten Direkt-Sollwert (26) vorzugeben, der nicht von der Druck-Regelung stammt.
  10. Ventilvorrichtung (40, 50) nach Anspruch 8 oder 9 umfassend ein Ventilmodul (60) mit einem Ventilmodulgehäuse (32), in dem die erste Ventileinheit (11) und die zweite Ventileinheit (21) angeordnet sind.
  11. Ventilvorrichtung (40, 50) nach einem der voranstehenden Ansprüche, umfassend eine Reihenmodulanordnung (70), die eine Mehrzahl von in einer Aufreihungsrichtung nebeneinander aufgereihten Ventilmodulen (60) umfasst, wobei eines der Ventilmodule (60) die erste Ventileinheit (11) umfasst.
  12. System (20) mit einer Ventilvorrichtung (40, 50) nach einem der voranstehenden Ansprüche, ferner umfassend eine am Ausgangsport (2) angeschlossene externe Ausgangsdrossel (33) zum kontinuierlichen Ablassen von Druckluft.
  13. System (30), umfassend eine erste Ventilvorrichtung (40A) nach Anspruch 2, eine zweite Ventilvorrichtung (40B) nach Anspruch 2, sowie einen/den pneumatischen Aktor (9), wobei der pneumatische Aktor (9) eine erste Druckkammer (41) und eine zweite Druckkammer (42) umfasst und wobei das System (30) ausgebildet ist, eine erste Betätigung (51) des pneumatischen Aktors (9) durchzuführen und bei der ersten Betätigung (51) die erste Druckkammer (41) über die erste Ventilvorrichtung (40A) zu belüften, wobei sich die erste Ventilvorrichtung (40A) in dem Druckregelmodus befindet, und die zweite Druckkammer (42) über die zweite Ventilvorrichtung (40B) zu entlüften, wobei sich die zweite Ventilvorrichtung (40B) in dem Drosselregelmodus befindet.
  14. System (30) nach Anspruch 13, wobei das System (30) ferner ausgebildet ist, eine zweite Betätigung (52) des pneumatischen Aktors (9) durchzuführen und bei der zweiten Betätigung die erste Druckkammer (41) über die erste Ventilvorrichtung (40A) zu entlüften, wobei sich die erste Ventilvorrichtung (40A) in dem Drosselregelmodus befindet, und die zweite Druckkammer (42) über die zweite Ventilvorrichtung (40B) zu belüften, wobei sich die zweite Ventilvorrichtung (40B) in dem Druckregelmodus befindet.
  15. Verfahren zum Betrieb einer Ventilvorrichtung (40, 50) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend die Schritte: Betreiben der Ventilvorrichtung (40, 50) mit aktivierter Drosseleinstellfunktion und, vor und/oder nach dem Betreiben der Ventilvorrichtung (40, 50) mit aktivierter Drosseleinstellfunktion, Betreiben der Ventilvorrichtung (40, 50) mit deaktivierter Drosseleinstellfunktion.
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