DE102022201336B4

DE102022201336B4 - Schnittstellenbox, System und Verfahren

Info

Publication number: DE102022201336B4
Application number: DE102022201336.0A
Authority: DE
Inventors: Gebhard Munz
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2022-02-09
Filing date: 2022-02-09
Publication date: 2024-05-23
Anticipated expiration: 2042-02-10
Also published as: DE102022201336A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schnittstellenbox (1) zur Anbindung wenigstens eines ersten elektrischen Drosselventils (11) für einen Antriebszylinder (2) an eine übergeordnete Steuerung (3), umfassend ein Gehäuse (25), eine in dem Gehäuse (25) angeordnete Steuereinrichtung (26) mit einer Rechnereinheit (27) und einer ersten Leistungselektronikeinheit (28) zur Bestromung des ersten elektrischen Drosselventils (11), einen außen am Gehäuse (25) angeordneten Kommunikationsanschluss (24), insbesondere einen Busanschluss, zur Kommunikation der Steuereinrichtung (26) mit der übergeordneten Steuerung (3), einen außen am Gehäuse (25) angeordneten ersten Bestromungsanschluss (13) zur Bestromung des ersten elektrischen Drosselventils (11) durch die Steuereinrichtung (26), einen außen am Gehäuse (25) angeordneten zweiten Bestromungsanschluss (15) zur Bestromung des zweiten elektrischen Drosselventils (12) durch die Steuereinrichtung (26), und/oder einen außen am Gehäuse (25) angeordneten ersten Ausleseanschluss (17) zum Auslesen einer ersten Positionserfassungseinheit (21) durch die Steuereinrichtung (26), wobei die erste Positionserfassungseinheit (21) zum Erfassen einer Position eines Kolbens (33) des Antriebszylinders (2) dient.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schnittstellenbox zur Anbindung eines elektrischen Drosselventils an eine übergeordnete Steuerung. Das elektrische Drosselventil ist ein Drosselventil für einen pneumatischen Antriebszylinder.
Konventionell werden für einen pneumatischen Antriebszylinder nicht-elektrische Drosselventile verwendet, die manuell eingestellt werden müssen.
Ferner gibt es elektrische Drosselventile. Ein elektrisches Drosselventil ist beispielsweise in der US 2016/0356398 A1 beschrieben.
Die US 2011/0001077 A1 zeigt eine Modulatorventilanordnung mit einem Gehäuse, das Fluideinlass- und -auslasskanäle definiert, und mit einem Ventilelement, das sich entlang einer Achse innerhalb des Gehäuses bewegt, wobei das Ventilelement eine erste und eine zweite Position aufweist, die entlang der Achse voneinander getrennt sind, und betriebsmäßig zwischen den Fluideinlass- und -auslasskanälen angeordnet ist.
Aus der AT 410 291 B ist eine Bewegungseinheit für Montageteile mit über eine Antriebseinrichtung relativ zueinander verstellbaren Bauteilen und mit zumindest einer Führungsvorrichtung für zumindest eines der Bauteile und mit einer Steuereinrichtung bekannt. Zumindest ein Teil der Steuereinrichtung, welcher eine Logikinformation oder eine Businformation verarbeitet, ist dabei in der Antriebseinrichtung und/oder in zumindest einem der Bauteile integriert und/oder auf einem der Bauteile aufgebaut.
Der EP 0 921 455 B1 ist eine elektropneumatische Positioniervorrichtung mit einer Steuereinrichtung zum Ausgeben eines elektrischen Stromsteuersignals auf der Grundlage eines automatischen Einstellsteuerbefehls und einer elektropneumatischen Umwandlungseinrichtung zum Umwandeln des elektrischen Stromsteuersignals von der Steuereinrichtung in einen Luftdruck zu entnehmen, wobei die elektropneumatische Positioniervorrichtung ausgelegt ist, den Öffnungsgrad eines Drosselventils zum Öffnen/Schließen eines Kanals zu steuern, indem der Luftdruck von der elektropneumatischen Umwandlungseinrichtung einer Betriebseinheit des Drosselventils zugeführt wird.
Das aus der EP 1 970 608 A1 bekannte Ventil weist ein Gehäuse mit einer Ventilkammer mit einem Einlasskanal und einem Ventilauslass auf. Ein der Membran gegenüberliegender Kanal ist mit einer verstellbaren Kulisse versehen, mit der der Abstand zwischen dem Membranelement und dem zugeordneten Kanal einstellbar ist. Die Membran weist eine Öffnung mit einstellbarem Fluidströmungsquerschnitt auf. Das Membranelement ist als Ventilauslasskanal ausgebildet und in einem hinteren Abschnitt gelagert und weist eine fest fixierte, schwenkbare Membranklappe auf.
Ein Drosselventil ist in der US 2016/356398 A1 gezeigt. Das Drosselventil erhöht/verringert kontinuierlich die Durchflussrate der Luft, die durch ein Verbindungsloch strömt, durch das ein erster Anschluss und ein zweiter Anschluss miteinander verbunden sind, unter Verwendung eines Drosselventilelements. Ein Ventilsitzelement mit dem Verbindungsloch ist an einem Gehäuse befestigt. Ein Elektromotor ist an einem im Gehäuse ausgebildeten Motorgehäuseloch befestigt. Das Drosselklappenelement wird von einer Motorwelle des Elektromotors in axialer Richtung angetrieben.
Allerdings geht mit der Verwendung von elektrischen Drosselventilen ein erhöhter Verkabelungsaufwand einher, da in der Regel jedes Drosselventil über eine eigene Kabelverbindung mit einer übergeordneten Steuerung verbunden werden muss.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Möglichkeit zu schaffen, den Verkabelungsaufwand bei der Verwendung eines oder mehrerer elektrischer Drosselventile für einen Antriebszylinder zu reduzieren.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Schnittstellenbox nach Anspruch 1. Die Schnittstellenbox dient zur Anbindung wenigstens eines ersten elektrischen Drosselventils für einen Antriebszylinder an eine übergeordnete Steuerung. Die Schnittstellenbox umfasst ein Gehäuse, eine in dem Gehäuse angeordnete Steuereinrichtung mit einer Rechnereinheit und einer ersten Leistungselektronikeinheit zur Bestromung des ersten elektrischen Drosselventils, einen außen am Gehäuse angeordneten Kommunikationsanschluss, insbesondere einen Busanschluss, zur Kommunikation der Steuereinrichtung mit der übergeordneten Steuerung und einen außen am Gehäuse angeordneten ersten Bestromungsanschluss zur Bestromung des ersten elektrischen Drosselventils durch die Steuereinrichtung. Die Schnittstellenbox umfasst ferner einen außen am Gehäuse angeordneten zweiten Bestromungsanschluss zur Bestromung des zweiten elektrischen Drosselventils durch die Steuereinrichtung. Alternativ oder zusätzlich zu dem zweiten Bestromungsanschluss umfasst die Schnittstellenbox einen außen am Gehäuse angeordneten ersten Ausleseanschluss zum Auslesen einer ersten Positionserfassungseinheit durch die Steuereinrichtung. Die erste Positionserfassungseinheit dient zum Erfassen einer Position eines Kolbens des Antriebszylinders.
Die Schnittstellenbox umfasst also wenigstens den ersten und den zweiten Bestromungsanschluss, oder wenigstens den ersten Bestromungsanschluss und den ersten Ausleseanschluss. Folglich können wenigstens zwei Geräte - nämlich wenigstens das erste elektrische Drosselventil und das zweite elektrische Drosselventil, oder wenigstens das erste elektrische Drosselventil und die erste Positionserfassungseinheit - direkt an die Schnittstellenbox angeschlossen werden, die wiederum mit der übergeordneten Steuerung verbunden werden kann. Folglich ist es nicht notwendig, jedes dieser Geräte - also das erste elektrische Drosselventil, das zweite elektrische Drosselventil und/oder die erste Positionserfassungseinheit - mit einem jeweiligen Kabel mit der übergeordneten Steuerung zu verkabeln, so dass der Verkabelungsaufwand reduziert werden kann.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung betrifft ferner ein System, umfassend die Schnittstellenbox, den Antriebszylinder, das erste elektrische Drosselventil, das zweite elektrische Drosselventil, die erste Positionserfassungseinheit, eine zweite Positionserfassungseinheit und eine Ventilanordnung.
Das erste elektrische Drosselventil, das zweite elektrische Drosselventil, die erste Positionserfassungseinheit und die zweite Positionserfassungseinheit sind vorzugsweise an dem Antriebszylinder befestigt. Das erste elektrische Drosselventil ist pneumatisch zwischen den Antriebszylinder und die Ventilanordnung geschaltet und ist ausgebildet ist, einen ersten Luftstrom zwischen dem Antriebszylinder und der Ventilanordnung zu drosseln. Das zweite elektrische Drosselventil ist pneumatisch zwischen den Antriebszylinder und die Ventilanordnung geschaltet und ist ausgebildet, einen zweiten Luftstrom zwischen dem Antriebszylinder und der Ventilanordnung zu drosseln.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben des Systems, umfassend den Schritt: Einstellen des ersten elektrischen Drosselventils und des zweiten elektrischen Drosselventils über jeweilige Bestromungen durch die Schnittstellenbox.
Die Erfindung betrifft ferner ein elektrisches Drosselventil für einen Antriebszylinder. Das elektrische Drosselventil ist T-förmig ausgeführt und weist einen sich entlang einer Aktuierungsabschnitt-Achse erstreckenden Aktuierungsabschnitt und einen sich entlang einer Luftführungsabschnitt-Achse erstreckenden Luftführungsabschnitt auf. Die Aktuierungsabschnitt-Achse ist orthogonal zur Luftführungsabschnitt-Achse angeordnet, um so die T-Form des elektrischen Drosselventils zu bilden. Das elektrische Drosselventil umfasst ferner einen an einem ersten axialen Ende des Luftführungsabschnitts angeordneten ersten pneumatischen Anschluss und einen an einem zweiten axialen Ende des Luftführungsabschnitts angeordnete zweiten pneumatischen Anschluss. Das elektrische Drosselventil umfasst ferner einen insbesondere als Schrittmotor ausgeführten Elektromotor, der Teil des Aktuierungsabschnitts ist. Über den Elektromotor ist eine den ersten pneumatischen Anschluss und den zweiten pneumatischen Anschluss pneumatisch verbindende Drosselöffnung einstellbar.
Weitere exemplarische Details sowie beispielhafte Ausführungsformen werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Dabei zeigt

1 eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Schnittstellenbox,
2 eine perspektivische Schnittdarstellung eines elektrischen Drosselventils,
3 eine Schnittdarstellung des elektrischen Drosselventils in einem ersten Zustand, und
4 eine Schnittdarstellung des elektrischen Drosselventil in einem zweiten Zustand.

Die 1 zeigt ein System 10, das eine Schnittstellenbox 1, einen Antriebszylinder 2, eine übergeordnete Steuerung 3 und eine Ventilanordnung 4 umfasst. Das System 10 umfasst zweckmäßigerweise ferner ein erstes elektrisches Drosselventil 11, ein zweites elektrisches Drosselventil 12, eine erste Positionserfassungseinheit 21 und/oder eine zweite Positionserfassungseinheit 22.
Das System 10 stellt eine exemplarische Anwendungsumgebung der Schnittstellenbox 1 und des ersten elektrischen Drosselventils 11 dar. Bevorzugt kann die Schnittstellenbox 1 auch für sich genommen bereitgestellt sein. Ferner kann das erste elektrische Drosselventil 11 für sich genommen bereitgestellt sein.
Das erste elektrische Drosselventil 11, das zweite elektrische Drosselventil 12, die erste Positionserfassungseinheit 21 und/oder die zweite Positionserfassungseinheit 22 sind außerhalb der Schnittstellenbox 1 angeordnet. Exemplarisch ist das erste elektrische Drosselventil 11, das zweite elektrische Drosselventil 12, die erste Positionserfassungseinheit 21 und/oder die zweite Positionserfassungseinheit 22 insbesondere außen an dem Antriebszylinder 2 befestigt.
Das erste elektrische Drosselventil 11 ist pneumatisch zwischen den Antriebszylinder 2, insbesondere einer ersten Druckkammer 5 des Antriebszylinders 2, und die Ventilanordnung 4 geschaltet. Exemplarisch ist das erste elektrische Drosselventil 11 über eine erste Pneumatik-Leitung 6, beispielsweise einen ersten Schlauch, pneumatisch mit der Ventilanordnung 4 verbunden. Das erste elektrische Drosselventil 11 ist ausgebildet, einen ersten Luftstrom zwischen dem Antriebszylinder 2, insbesondere der ersten Druckkammer 5, und der Ventilanordnung 4 zu drosseln.
Das zweite elektrische Drosselventil 12 ist pneumatisch zwischen den Antriebszylinder 2, insbesondere einer zweiten Druckkammer 7 des Antriebszylinders 2, und die Ventilanordnung 4 geschaltet. Exemplarisch ist das zweite elektrische Drosselventil 12 über eine zweite Pneumatik-Leitung 8, beispielsweise einen zweiten Schlauch, pneumatisch mit der Ventilanordnung 4 verbunden. Das zweite elektrische Drosselventil 12 ist ausgebildet, einen zweiten Luftstrom zwischen dem Antriebszylinder 2, insbesondere der zweiten Druckkammer 7, und der Ventilanordnung 4 zu drosseln.
Vorzugsweise umfasst jedes elektrische Drosselventil 11, 12 einen jeweiligen (insbesondere als Schrittmotor ausgeführten) Elektromotor 43, über den eine jeweilige Drosselöffnung 44 des jeweiligen Drosselventils 11, 12 einstellbar ist.
Das erste elektrische Drosselventil 11 ist exemplarisch über eine erste Bestromungsleitung 9 elektrisch an einem ersten Bestromungsanschluss 13 der Schnittstellenbox 1 angeschlossen. Das zweite elektrische Drosselventil 12 ist exemplarisch über eine zweite Bestromungsleitung 14 elektrisch an einem zweiten Bestromungsanschluss 15 der Schnittstellenbox 1 angeschlossen.
Die erste Positionserfassungseinheit 21 ist exemplarisch über eine erste Ausleseleitung 16 an einem ersten Ausleseanschluss 17 der Schnittstellenbox 1 angeschlossen. Die zweite Positionserfassungseinheit 22 ist exemplarisch über eine zweite Ausleseleitung 18 an einem zweiten Ausleseanschluss 19 der Schnittstellenbox 1 angeschlossen.
Die übergeordnete Steuerung 3 ist über eine Kommunikationsverbindung 23 an einem Kommunikationsanschluss 24 angeschlossen ist. Die Kommunikationsverbindung 23 ist vorzugsweise als Bus ausgeführt. Exemplarisch ist die Kommunikationsverbindung 23 ein I/O-Link-Bus.
Die Schnittstellenbox 1 dient zur Anbindung wenigstens des ersten elektrischen Drosselventils 11 an die übergeordnete Steuerung 3. Das erste elektrische Drosselventil 11 ist ein Drosselventil für einen Antriebszylinder - exemplarisch den Antriebszylinder 2. Exemplarisch dient die Schnittstellenbox 1 zur Anbindung der Drosselventile 11, 12 und der Positionserfassungseinheiten 21, 22 an die übergeordnete Steuerung.
Die Schnittstellenbox 1 umfasst ein Gehäuse 25, das insbesondere als Außengehäuse der Schnittstellenbox ausgeführt ist. Das Gehäuse 25 ist beispielsweise quaderförmig.
Die Schnittstellenbox 1 umfasst ferner eine in dem Gehäuse 25 angeordnete Steuereinrichtung 26. Die Steuereinrichtung 26 umfasst eine Rechnereinheit 27 und eine erste Leistungselektronikeinheit 28. Die erste Leistungselektronikeinheit 28 dient zur Bestromung des ersten elektrischen Drosselventils 11.
Die Schnittstellenbox 1 umfasst ferner den außen am Gehäuse 25 angeordneten Kommunikationsanschluss 24 zur Kommunikation der Steuereinrichtung 26 mit der übergeordneten Steuerung 3. Der Kommunikationsanschluss 24 ist insbesondere als Busanschluss ausgeführt.
Die Schnittstellenbox 1 umfasst ferner den außen am Gehäuse 25 angeordneten ersten Bestromungsanschluss 13 zur Bestromung des ersten elektrischen Drosselventils 11 durch die Steuereinrichtung 26.
Vorzugsweise umfasst die Schnittstellenbox 1 ferner den außen am Gehäuse 25 angeordneten zweiten Bestromungsanschluss 15 zur Bestromung des zweiten elektrischen Drosselventils 12 durch die Steuereinrichtung 26.
Vorzugsweise umfasst die Schnittstellenbox 1 ferner den außen am Gehäuse 25 angeordneten ersten Ausleseanschluss 17 zum Auslesen der ersten Positionserfassungseinheit 21 durch die Steuereinrichtung 26. Die erste Positionserfassungseinheit 21 dient zweckmäßigerweise dazu, eine Position eines Kolbens 33 des Antriebszylinders 2 zu erfassen.
Bevorzugt umfasst die Steuereinrichtung 26 ferner eine zweite Leistungselektronikeinheit 29 zur Bestromung des zweiten elektrischen Drosselventils 12.
Bevorzugt ist die Rechnereinheit 27 als einzelner Microcontroller ausgeführt. Die Rechnereinheit 27 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, die erste Leistungselektronikeinheit 28 und die zweite Leistungselektronikeinheit 29 anzusteuern.
Bevorzugt umfasst die Steuereinrichtung 26 ferner eine erste Ausleseeinheit 31 zum Auslesen der ersten Positionserfassungseinheit 21, insbesondere über den ersten Ausleseanschluss 17. Zweckmäßigerweise umfasst die Steuereinrichtung 26 ferner eine zweite Ausleseeinheit 32 zum Auslesen der zweiten Positionserfassungseinheit 22, insbesondere über den zweiten Ausleseanschluss 19.
Vorzugsweise ist die (insbesondere als einzelner Microcontroller ausgeführte) Rechnereinheit 27 ausgebildet, die erste Leistungselektronikeinheit 28 und die erste Ausleseeinheit 31 anzusteuern. Bevorzugt ist die Rechnereinheit 27 ferner ausgebildet, die zweite Leistungselektronikeinheit 29 anzusteuern.
Bevorzugt ist der Microcontroller ausgebildet, sämtliche Leistungselektronikeinheiten und sämtliche Ausleseeinheiten der Schnittstellenbox 1 anzusteuern. Die Schnittstellenbox 1 kann zweckmäßigerweise mehr als zwei Leistungselektronikeinheiten und/oder mehr als zwei Ausleseeinheiten umfassen. Beispielsweise kann die Schnittstellenbox 1 genau vier Leistungselektronikeinheiten umfassen. Bevorzugt umfasst die Schnittstellenbox 1 nur zwei Leistungselektronikeinheiten 28, 29 und/oder nur zwei Ausleseeinheiten 31, 32.
Die Schnittstellenbox 1 umfasst eine Leiterplatte 45, die in dem Gehäuse 25 angeordnet ist. Bevorzugt ist die Steuereinrichtung 26 auf der Leiterplatte 45 angeordnet. Insbesondere ist die erste Leistungselektronikeinheit 28, die zweite Leistungselektronikeinheit 29, die erste Ausleseeinheit 31 und/oder die zweite Ausleseeinheit 32 auf der Leiterplatte 45 angeordnet.
Vorzugsweise ist die erste Leistungselektronikeinheit 28 als erster Leistungselektronikchip ausgeführt und/oder die zweite Leistungselektronikeinheit 29 ist als zweiter Leistungselektronikchip ausgeführt. Ferner können die Ausleseeinheiten 31, 32 als jeweilige Chips ausgeführt sein.
Die erste Ausleseeinheit 31 ist vorzugsweise als erste Sensor-Auswerteelektronik ausgeführt und/oder die zweite Auswerteeinheit 32 ist vorzugsweise als zweite Sensor-Auswerteelektronik ausgeführt. Zweckmäßigerweise umfasst die erste Ausleseeinheit 31 einen ersten Analog-Digital-Wandler und/oder die zweite Auswerteeinheit 32 umfasst einen zweiten Analog-Digital-Wandler. Die Ausleseeinheiten 31, 32 sind zweckmäßigerweise ausgebildet, eine jeweilige Signalverarbeitung der von den Positionserfassungseinheiten 21, 22 bereitgestellte Positionssignal durchzuführen.
Zweckmäßigerweise ist die übergeordnete Steuerung 3 ausgebildet, einen Drosselbefehl bereitzustellen, der vorgibt, wie das erste elektrische Drosselventil 11, insbesondere die Drosselöffnung des ersten elektrischen Drosselventils 11, und/oder des zweiten elektrischen Drosselventils 12, insbesondere die Drosselöffnung des zweiten elektrischen Drosselventils 12, einzustellen ist.
Der Drosselbefehl wird über die Kommunikationsverbindung 23 von der übergeordneten Steuerung 3 an die Schnittstellenbox 1 übertragen. Die Steuereinrichtung 26, insbesondere die Rechnereinheit 27, empfängt den Steuerbefehl. Auf Basis des Steuerbefehls gibt die Rechnereinheit 27 ein erstes Ansteuersignal an die erste Leistungselektronikeinheit 28 aus, um zu bewirken, dass die erste Leistungselektronikeinheit 28 das erste elektrische Drosselventil 11, insbesondere dessen Elektromotor, so bestromt, das das erste elektrische Drosselventil 11, insbesondere dessen Drosselöffnung, gemäß dem Steuerbefehl eingestellt wird. Auf Basis des Steuerbefehls gibt die Rechnereinheit 27 ein zweites Ansteuersignal an die zweite Leistungselektronikeinheit 29 aus, um zu bewirken, dass die zweite Leistungselektronikeinheit 29 das zweite elektrische Drosselventil 12, insbesondere dessen Elektromotor, so bestromt, das das zweite elektrische Drosselventils 12, insbesondere dessen Drosselöffnung, gemäß dem Steuerbefehl eingestellt wird.
Die erste Positionserfassungseinheit 21 und/oder die zweite Positionserfassungseinheit 22 ist zweckmäßigerweise als jeweiliger Endlagensensor ausgeführt. Die erste Positionserfassungseinheit 21 und/oder die zweite Positionserfassungseinheit 22 ist zweckmäßigerweise ausgebildet, die Position des Kolbens 33 innerhalb eines jeweiligen Erfassungsbereichs zu erfassen. Die jeweiligen Erfassungsbereiche sind Abschnitte des Bewegungswegs des Kolbens 33. Vorzugsweise ist bei der ersten Positionserfassungseinheit 21 und/oder der zweiten Positionserfassungseinheit 22 ein jeweiliger Schaltpunkt einstellbar, der von der jeweiligen Positionserfassungseinheit 21, 22 als jeweilige Endlage des Kolbens 33 erfasst wird. Vorzugsweise gibt die erste Positionserfassungseinheit 21 und/oder die zweite Positionserfassungseinheit 22 ein jeweiliges die Position des Kolbens 33 abbildendes, insbesondere analoges Positionssignal aus, insbesondere an die jeweilige Ausleseleitung 16, 18. Das von der ersten Positionserfassungseinheit 21 ausgegebene Positionssignal soll auch als erstes Positionssignal bezeichnet werden und das von der zweiten Positionserfassungseinheit 22 ausgegebene Positionssignal soll auch als zweites Positionssignal bezeichnet werden.
Die erste Positionserfassungseinheit 21 und/oder die zweite Positionserfassungseinheit 22 umfasst zweckmäßigerweise einen jeweiligen Hallsensor oder mehrere Hallsensoren.
Das erste Positionssignal wird an die erste Ausleseeinheit 31 übertragen und von dieser zweckmäßigerweise in eine erste digitale Positionsinformation umgesetzt. Die Rechnereinheit 27 steuert die erste Ausleseeinheit 31 an, um von dieser die erste digitale Positionsinformation zu erhalten.
Das zweite Positionssignal wird an die zweite Ausleseeinheit 32 übertragen und von dieser zweckmäßigerweise in eine zweite digitale Positionsinformation umgesetzt. Die Rechnereinheit 27 steuert die erste Ausleseeinheit 31 an, um von dieser die zweite digitale Positionsinformation zu erhalten.
Zweckmäßigerweise ermittelt die Rechnereinheit 27 auf Basis der ersten Positionsinformation und/oder der zweiten Positionsinformation eine Kolben-Positionsinformation, die die Position des Kolbens 33 beschreibt, und überträgt die Kolben-Positionsinformation über die Kommunikationsverbindung 23 an die übergeordnete Steuerung 3.
Das System 10 kann insbesondere mit einem Verfahren betrieben werden, das den Schritt umfasst: Einstellen des ersten elektrischen Drosselventils 11 und des zweiten elektrischen Drosselventils 12 über jeweilige Bestromungen durch die Schnittstellenbox 1.
Zweckmäßigerweise lässt sich über das Einstellen der Drosselventile 11, 12, insbesondere über das Einstellen der Drosselöffnungen der Drosselventile 11, 12, eine Verfahrgeschwindigkeit, und/oder eine Endlagendämpfung des Antriebszylinders 2 einstellen.
Mit dem beschriebenen System lassen sich die Drosselventile 11, 12 zweckmäßigerweise komplett über Software, insbesondere über ein in der übergeordneten Steuerung 3 ausgeführtes Programm zur Bereitstellung des Steuerbefehls, einstellen. Für die Einstellung der Drosselventile ist zweckmäßigerweise kein manueller Eingriff erforderlich.
Die Positionserfassungseinheiten 21, 22 sind zweckmäßigerweise als analoge und/oder teachbare Zylinderschalter ausgeführt. Die Drosselventile 11, 12 sind zweckmäßigerweise als elektrisch einstellbare Drosselrückschlagventile ausgeführt.
Die Drosselventile 11, 12 umfassen vorzugsweise jeweils einen Schrittmotor oder einen Gleichstrommotor. Die Drosselventile 11, 12 umfassen zweckmäßigerweise keine eigene Bus-Schnittstelle.
Die Schnittstellenbox 1 ist zweckmäßigerweise im Bereich des Antriebszylinders 2 angebracht.
Die Ventilanordnung 4 ist vorzugsweise als Ventilinsel ausgeführt. Die Ventilanordnung 4 umfasst zweckmäßigerweise eine Trägerplatte 59 und ein auf der Trägerplatte 59 angeordnetes Ventilmodul 61, das pneumatisch über die Drosselventile 11, 12 mit den Druckkammern 5, 7 des Antriebszylinders 2 verbunden ist. Die Ventilanordnung 4 wird vorzugsweise von der übergeordneten Steuerung 3 angesteuert.
Die übergeordnete Steuerung ist vorzugsweise als speicherprogrammierbare Steuerung, SPS, ausgebildet.
Optional verfügen die Drosselventile 11, 12 jeweils über keine eigene Sensorik.
Zweckmäßigerweise sind die Bestromungsleitungen 9, 14 jeweils für sich genommen (oder, alternativ, zusammen) als 4-adriges Kabel mit Steckverbinder ausgeführt.
Die zur Ansteuerung der Elektromotoren der Drosselventile 11, 12 notwendigen Schrittmotor-ICs sind die Leistungselektronikeinheiten 28, 29, die sich auf der Leiterplatte 45 der Schnittstellenbox 1 befinden. Die Leiterplatte 45, insbesondere die Schnittstellenbox 1, umfasst zweckmäßigerweise nur einen einzigen Microcontroller - nämlich die Rechnereinheit 27. Dieser Microcontroller ist ausgebildet über die Kommunikationsverbindung 23 eine Buskommunikation zu der übergeordneten Steuerung 3 durchzuführen. Die Buskommunikation ist beispielsweise eine Kommunikation über Profibus, EtherCAT, Can oder IO-Link.
Der Microcontroller steuert die Leistungselektronikeinheiten 28, 29 an und wertet über eine elektronische Signalverarbeitung (die exemplarisch von den Ausleseeinheiten 31, 32 bereitgestellt wird), die insbesondere analogen Positionssignale von den Positionserfassungseinheiten 21, 22 aus.
Die Positionserfassungseinheiten 21, 22 führen keine Buskommunikation aus und müssen nicht in der Lage sein, eine Buskommunikation auszuführen. Zweckmäßigerweise ist jedes Positionssignal direkt ein jeweiliges analoges Signal eines jeweiligen Hallsensors einer jeweiligen Positionserfassungseinheit 21, 22. Zweckmäßigerweise ist jedes Positionssignal ein jeweiliges Sensorbus-I²C-Signal.
Der Antriebszylinder 2 mit den Drosselventilen 11, 12 und den Positionserfassungseinheiten 21, 22 bildet eine pneumatische Achse. Die pneumatische Achse ist in der übergeordneten Steuerung 3 durch die Schnittstellenbox 1 repräsentiert. Insbesondere wird die pneumatische Achse - insbesondere die Drosselventile 11, 12 und die Positionserfassungseinheiten 21, 22 - von der übergeordneten Steuerung über eine einzige Busadresse - die Busadresse der Schnittstellenbox 1 - angesprochen.
Beispielsweise können über die Schnittstellenbox 1 beide Drosselventile 11, 12 - also die Drosselventile für beide Richtungen des Kolbens 33 - sowie die Schaltpunkte der Positionserfassungseinheiten 21, 22 eingestellt werden, insbesondere ohne manuellen Eingriff. Beispielsweise kann ein entsprechender Steuerbefehl für die Einstellung der Drosselventile 11, 12 und/oder die Schaltpunkte der Positionserfassungseinheiten 21, 22 von der übergeordneten Steuerung 3 und/oder von einem Konfigurier-Gerät 62, beispielsweise einem Laptop, bereitgestellt werden. Das Konfigurier-Gerät 62 kann direkt und/oder über die übergeordnete Steuerung 3 mit der Schnittstellenbox 1 kommunizieren.
Optional können zwei weitere elektrische Drosselventile für eine Endlagendämpfung des Antriebszylinders vorgesehen sein. Die zwei weiteren Drosselventile können vorzugsweise wie die Drosselventile 11, 12 ausgeführt sein und zweckmäßigerweise ebenfalls über die Schnittstellenbox 1 bestromt werden, um diese weiteren Drosselventile, und damit die Endlagendämpfung, einzustellen, insbesondere ohne manuellen Eingriff.
Optional kann die übergeordnete Steuerung 3 ausgebildet sein, eine oder mehrere Apps - also Applikationsprogramme - auszuführen und/oder ein oder mehrere Softwarefunktionen bereitzustellen, durch die der Steuerbefehl für die Drosselventile 11, 12 bereitgestellt wird, insbesondere für eine automatische Einstellung einer gewünschten Verfahrzeit und/oder einer Schleichfahrt zur Inbetriebnahme. Ferner kann die übergeordnete Steuerung 3 ausgebildet sein, eine KIgestützte Einstellung der Endlagendämpfung vorzunehmen, insbesondere mittels einer Einstellung der vorstehend genannten weiteren Drosselventile.
Optional ist die übergeordnete Steuerung 3 ausgebildet, insbesondere auf Basis des Kolben-Positionssignals, im Betrieb über die Schnittstellenbox 1 ein Nachstellen der Drosselventile 11, 12 durchzuführen, beispielsweise um bei einer ansteigenden Leckage eine Verfahrzeit des Kolbens 33 konstant zu halten, und/oder eine Warnung zu generieren, insbesondere in Bezug auf die Leckage und/oder die Verfahrzeit.
Die 2 zeigt ein elektrisches Drosselventil 20. Das elektrische Drosselventil 20 ist insbesondere eine exemplarische Ausgestaltung des ersten elektrischen Drosselventils 11 und/oder des zweiten elektrischen Drosselventils 12.
Das elektrische Drosselventil 20 ist als Drosselventil für einen Antriebszylinder - beispielsweise den Antriebszylinder 2 - ausgebildet.
Das elektrische Drosselventil 20 ist T-förmig ausgeführt. Insbesondere hat das elektrische Drosselventil 20 eine T-förmige Grundgestalt. Insbesondere ist die Außenkontur des elektrischen Drosselventils 20 T-förmig.
Das elektrische Drosselventil 20 umfasst einen sich entlang einer Aktuierungsabschnitt-Achse 34 erstreckenden Aktuierungsabschnitt 35 und einen sich entlang einer Luftführungsabschnitt-Achse 36 erstreckenden Luftführungsabschnitt 37. Der Aktuierungsabschnitt 35 ist insbesondere länglich und/oder zylindrisch ausgeführt. Die Aktuierungsabschnitt-Achse 34 ist zweckmäßigerweise die Längsachse des Aktuierungsabschnitts 35. Der Luftführungsabschnitt 37 ist insbesondere länglich und/oder zylindrisch ausgeführt. Die Luftführungsabschnitt-Achse 36 ist zweckmäßigerweise die Längsachse des Luftführungsabschnitt 37.
Die Aktuierungsabschnitt-Achse 34 ist orthogonal zur Luftführungsabschnitt-Achse 36 angeordnet, um so die T-Form des elektrischen Drosselventils 20 zu bilden. Zweckmäßigerweise ist der Aktuierungsabschnitt 35 mit einem seiner (in Längsrichtung des Aktuierungsabschnitts 35 befindlichen) Enden mit der (in Längsrichtung des Luftführungsabschnitts 37 befindlichen) Mitte des Luftführungsabschnitts 37 verbunden.
Das elektrische Drosselventil 20 umfasst einen an einem ersten axialen Ende 38 des Luftführungsabschnitts 37 angeordneten ersten pneumatischen Anschluss 39.
Das elektrische Drosselventil 20 umfasst ferner einen an einem zweiten axialen Ende 41 des Luftführungsabschnitts 37 angeordnete zweiten pneumatischen Anschluss 42.
Das elektrische Drosselventil 20 umfasst einen insbesondere als Schrittmotor ausgeführten Elektromotor 43, der Teil des Aktuierungsabschnitts 35 ist. Über den Elektromotor 43 ist eine den ersten pneumatischen Anschluss 39 und den zweiten pneumatischen Anschluss 42 pneumatisch verbindende Drosselöffnung 44 einstellbar, insbesondere in ihrer Größe. Insbesondere ist der Elektromotor 43 über einen Bestromungsanschluss der Schnittstellbox 1 bestrombar, um die Drosselöffnung einzustellen.
Bevorzugt umfasst der Luftführungsabschnitt 37 einen Gehäuseabschnitt 46. Der Gehäuseabschnitt 46 verfügt über einen Luftkanal 47, der den ersten pneumatischen Anschluss 39 und den zweiten pneumatischen Anschluss 42 pneumatisch verbindet. Der Gehäuseabschnitt 46 umfasst einen exemplarisch zylindrisch ausgeführten, sich entlang der Luftführungsabschnitt-Achse 36 erstreckenden Hauptabschnitt 48, in dem der Luftkanal 47 angeordnet ist.
Der Luftführungsabschnitt 37 umfasst ein erstes Anschlusselement 49, das an dem Gehäuseabschnitt 46, insbesondere dem Hauptabschnitt 48 befestigt ist, und den ersten pneumatischen Anschluss 39 bereitstellt. Das erste Anschlusselement 49 ist beispielsweise als Schlauchanschluss, insbesondere als Steckverschraubung, ausgeführt. Der Luftführungsabschnitt 37 umfasst ein zweites Anschlusselement 51, das an dem Gehäuseabschnitt 46, insbesondere dem Hauptabschnitt 48 befestigt ist, und den zweiten pneumatischen Anschluss 42 bereitstellt. Das zweite Anschlusselement 51 ist beispielsweise als Schlauchanschluss, insbesondere als Steckverschraubung, ausgeführt.
Das erste Anschlusselement 49 und das zweite Anschlusselement 51 sind jeweils zylindrisch ausgeführt und mit ihrer Zylinderachse koaxial zur Luftführungsabschnitt-Achse 36 ausgerichtet.
Der Luftführungsabschnitt 37 umfasst einen Drosselkörper 52, der insbesondere die Drosselöffnung 44 begrenzt. Der Drosselkörper 52 ist in eine Aussparung des Gehäuseabschnitts 46 eingesetzt. Die Aussparung ist in Längsrichtung des Gehäuseabschnitts 46 mittig angeordnet.
Der Aktuierungsabschnitt 35 verfügt über einen Drosselstößel 53, dessen Position (insbesondere relativ zum Drosselkörper 52) über den Elektromotor 43 einstellbar ist, um die Drosselöffnung 44, insbesondere die Größe der Drosselöffnung 44, einzustellen. Die Position des Drosselstößels 53 ist insbesondere linear entlang der Aktuierungsabschnitt-Achse 34 verstellbar, und zwar durch den Elektromotor 43.
Der Aktuierungsabschnitt 35 verfügt über eine Gewindespindel 54, über die der Elektromotor 43 mit dem Drosselstößel 53 gekoppelt ist. Die Gewindespindel 54 setzt eine von dem Elektromotor 43 bereitgestellte Drehbewegung in eine lineare Bewegung um, mit der der Drosselstößel 53 angetrieben wird.
Die Gewindespindel 54 ist mit ihrer Spindelachse koaxial zur Aktuierungsabschnitt-Achse 34 ausgerichtet.
Der Aktuierungsabschnitt 35 verfügt über einen Trägereinsatz 55, der zweckmäßigerweise an dem Gehäuseabschnitt 46 befestigt, insbesondere in dieses eingeschraubt, ist. Der Aktuierungsabschnitt 35 verfügt ferner über einen Trägerabschnitt 56, der insbesondere dazu dient, den Elektromotor 43 zu tragen. Der Trägerabschnitt 56 ist zweckmäßigerweise an dem Trägereinsatz 55 befestigt.
Optional umfasst das elektrische Drosselventil 20 eine Drosselventil-Leiterplatte 57, auf der ein Hallsensor 58 angeordnet ist, um die Position des Drosselstößels 53 entlang der Aktuierungsabschnitt-Achse 34 zu erfassen.
Die 3 zeigt das elektrische Drosselventil 20 in einem ersten Zustand, in dem sich der Drosselstößel 53 in einer ersten Position befindet. In dem ersten Zustand ist die Drosselöffnung 44 maximal. Die 4 zeigt das elektrische Drosselventil 20 in einem zweiten Zustand, in dem sich der Drosselstößel 53 in einer zweiten Position befindet. In dem zweiten Zustand ist die Drosselöffnung 44 minimal, insbesondere geschlossen.

Claims

Schnittstellenbox (1) zur Anbindung wenigstens eines ersten elektrischen Drosselventils (11) für einen Antriebszylinder (2) an eine übergeordnete Steuerung (3), umfassend ein Gehäuse (25), eine in dem Gehäuse (25) angeordnete Steuereinrichtung (26) mit einer Rechnereinheit (27) und einer ersten Leistungselektronikeinheit (28) zur Bestromung des ersten elektrischen Drosselventils (11), einen außen am Gehäuse (25) angeordneten Kommunikationsanschluss (24), insbesondere einen Busanschluss, zur Kommunikation der Steuereinrichtung (26) mit der übergeordneten Steuerung (3), einen außen am Gehäuse (25) angeordneten ersten Bestromungsanschluss (13) zur Bestromung des ersten elektrischen Drosselventils (11) durch die Steuereinrichtung (26), einen außen am Gehäuse (25) angeordneten zweiten Bestromungsanschluss (15) zur Bestromung des zweiten elektrischen Drosselventils (12) durch die Steuereinrichtung (26), und/oder einen außen am Gehäuse (25) angeordneten ersten Ausleseanschluss (17) zum Auslesen einer ersten Positionserfassungseinheit (21) durch die Steuereinrichtung (26), wobei die erste Positionserfassungseinheit (21) zum Erfassen einer Position eines Kolbens (33) des Antriebszylinders (2) dient.
Schnittstellenbox (1) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (26) ferner eine zweite Leistungselektronikeinheit (29) zur Bestromung des zweiten elektrischen Drosselventils (12) umfasst.
Schnittstellenbox (1) nach Anspruch 2, wobei die Rechnereinheit (27) als einzelner Microcontroller ausgeführt ist und ausgebildet ist, die erste Leistungselektronikeinheit (28) und die zweite Leistungselektronikeinheit (29) anzusteuern.
Schnittstellenbox (1) nach einem voranstehenden Anspruch, wobei die Steuereinrichtung (26) ferner eine erste Ausleseeinheit (31) zum Auslesen der ersten Positionserfassungseinheit (21) umfasst.
Schnittstellenbox (1) nach Anspruch 4, wobei die Rechnereinheit (27) als einzelner Microcontroller ausgeführt ist und ausgebildet ist, die erste Leistungselektronikeinheit (28) und die erste Ausleseeinheit (31) anzusteuern.
Schnittstellenbox (1) nach Anspruch 5 in Kombination mit Anspruch 2, wobei die Rechnereinheit (27) ferner ausgebildet ist, die zweite Leistungselektronikeinheit (29) anzusteuern.
System (10), umfassend eine Schnittstellenbox (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, den Antriebszylinder (2), das erste elektrische Drosselventil (11), das zweite elektrische Drosselventil (12), die erste Positionserfassungseinheit (21), eine zweite Positionserfassungseinheit (22) und eine Ventilanordnung (4), wobei das erste elektrische Drosselventil (11), das zweite elektrische Drosselventil (12), die erste Positionserfassungseinheit (21) und die zweite Positionserfassungseinheit (22) an dem Antriebszylinder (2) befestigt sind, und wobei das erste elektrische Drosselventil (11) pneumatisch zwischen den Antriebszylinder (2) und die Ventilanordnung (4) geschaltet ist und ausgebildet ist, einen ersten Luftstrom zwischen dem Antriebszylinder (2) und der Ventilanordnung (4) zu drosseln, und wobei das zweite elektrische Drosselventil (12) pneumatisch zwischen den Antriebszylinder (2) und die Ventilanordnung (4) geschaltet ist und ausgebildet ist, einen zweiten Luftstrom zwischen dem Antriebszylinder (2) und der Ventilanordnung (4) zu drosseln.
System (10) nach Anspruch 7, wobei das erste elektrische Drosselventil (11) über eine erste Bestromungsleitung (9) elektrisch an dem ersten Bestromungsanschluss (13) angeschlossen ist und das zweite elektrische Drosselventil (12) über eine zweite Bestromungsleitung (14) elektrisch an dem zweiten Bestromungsanschluss (15) angeschlossen ist.
System (10) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die erste Positionserfassungseinheit (21) über eine erste Ausleseleitung (16) an dem ersten Ausleseanschluss (17) angeschlossen ist und/oder die zweite Positionserfassungseinheit (22) über eine zweite Ausleseleitung (18) an einem zweiten Ausleseanschluss (19) angeschlossen ist.
System (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, ferner umfassend die übergeordnete Steuerung (3), die über eine Kommunikationsverbindung (23) an dem Kommunikationsanschluss (24) angeschlossen ist.
System (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei das erste elektrische Drosselventil (11) T-förmig ausgeführt ist und einen sich entlang einer Aktuierungsabschnitt-Achse (34) erstreckenden Aktuierungsabschnitt (35) und einen sich entlang einer Luftführungsabschnitt-Achse (36) erstreckenden Luftführungsabschnitt (37) aufweist, wobei die Aktuierungsabschnitt-Achse (34) orthogonal zur Luftführungsabschnitt-Achse (36) angeordnet ist, um so die T-Form des ersten elektrischen Drosselventils (11) zu bilden, ferner umfassend einen an einem ersten axialen Ende (38) des Luftführungsabschnitts (37) angeordneten ersten pneumatischen Anschluss (39) und einen an einem zweiten axialen Ende (41) des Luftführungsabschnitts (37) angeordnete zweiten pneumatischen Anschluss (42), ferner umfassend einen insbesondere als Schrittmotor ausgeführten Elektromotor (43), der Teil des Aktuierungsabschnitts (35) ist, und über den eine den ersten pneumatischen Anschluss (39) und den zweiten pneumatischen Anschluss (42) pneumatisch verbindende Drosselöffnung (44) einstellbar ist.
Verfahren zum Betreiben eines Systems (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, umfassend den Schritt: Einstellen des ersten elektrischen Drosselventils (11) und des zweiten elektrischen Drosselventils (12) über jeweilige Bestromungen durch die Schnittstellenbox (1).