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Die vorliegende Erfindung betrifft eine pneumatische Ventileinheit, bestehend aus einer
Mehrzahl von aneinandergereihten, elektrisch ansteuerbaren Mehrwegeventilen, die auf einer
gemeinsamen Verteileranordnung befestigt sind, über welche der elektrische Anschluss der
Mehrwegeventile nach Art einer parallelen Verdrahtung erfolgt.
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Pneumatische Ventileinheiten kommen gewöhnlich zur Ansteuerung eines pneumatischen
Systems - beispielsweise eine Verpackungsanlage - zum Einsatz und dienen der
entsprechend koordinierten Druckmittelbeaufschlagung der Druckmittelaggregate des
pneumatischen Systems, wie Druckmittelzylinder, Drehantriebe oder dergleichen. Durch die
örtliche Zusammenfassung mehrerer Mehrwegeventile zur einer blockartigen Ventileinheit,
wird die Montage des pneumatischen Systems wegen der Reduzierung des
Verschlauchungsaufwandes vereinfacht und es ist ein leichterer Austausch defekter
Mehrwegeventile im Reparaturfall möglich, da eine optimale Zugänglichkeit realisierbar ist.
Derartige Ventileinheiten sind daher weit verbreitet.
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Wie aus dem Produktkatalog "Know-how in Pneumatics" (Rexroth Mecman GmbH,
Drucknummer 000 10 006 01, Ausgabe 1998, Seite 15.68) hervorgeht, kann die elektrische
Ansteuerung einer Ventileinheit nach verschiedenen Konzepten erfolgen. Zum Einen
(Version 10) kann der mindestens ein Elektromagnet jedes Mehrwegeventils mit einer
eigenen elektrischen Anschlussleitung versehen werden, die je zu einer übergeordneten
Steuereinheit, beispielsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) in
Verbindung steht. Diese Einzelverdrahtung verursacht jedoch bei der Montage einen sehr
hohen Arbeitsaufwand. Die Vielzahl von Einzelleitungen verursacht wegen der
Vertauschungsgefahr eine Fehlerquelle.
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Ein weiteres bekanntes Ansteuerungskonzept (Version 11) bedient sich demgegenüber einer
kurzen, individuellen Verdrahtung jedes Mehrwegeventils zu einem Multipolstecker hin, der
Bestandteil der Ventileinheit ist. Somit erfolgt eine parallele Verdrahtung jedes
Elektromagneten der Mehrwegeventile nur zum Multipolstecker der Ventileinheit hin. Von
hier aus kann eine weiterführende elektrische Verbindung mittels eines geeigneten
Verlängerungskabels zu einer übergeordneten Steuereinheit mit geringem Aufwand
geschalten werden. Somit fällt ein individueller Verdrahtungsaufwand hier lediglich bei der
Herstellung der Ventileinheit an. Bei der späteren Montage der gesamten Ventileinheit am
Einsatzort ist lediglich ein einziges Verlängerungskabel entsprechend anzuschließen. Dieses
Ansteuerungskonzept ist auch in hohen IP-Schutzklassen erhältlich (Version 22, 32, 33).
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Ein anderes bekanntes Ansteuerungskonzept (Version 37) bedient sich anstelle eines
Multipolsteckers einer Busbox, die eingangsseitig von der übergeordneten Steuereinheit ein
serielles Ansteuersignal empfängt und in paralleler Ansteuersignale für jedes Mehrwegeventil
umwandelt. Eine solche Busbox wird insbesondere bei einer Vielzahl von einzeln
anzusteuernden Mehrwegeventilen innerhalb eines pneumatischen Systems eingesetzt. Der
Verdrahtungsaufwand ist mit dem Verdrahtungsaufwand bei Ventileinheiten mit
Multipolsteckern vergleichbar.
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Die vorliegende Erfindung ist auf die beiden letztgenannten Ansteuerungskonzepte
anwendbar.
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Aus der DE 40 37 353 C1 ist eine oberbegrifflich einschlägige pneumatische Ventileinheit
bekannt. Die Ventileinheit besteht im Wesentlichen aus einer Mehrzahl aneinandergereihter
elektrisch ansteuerbarer Mehrwegeventile. Jedes Mehrwegeventil umfasst ein Ventilgehäuse
mit einem inneren Schaltelement, welches den Druckmittelfluss zwischen zwei
Arbeitsanschlüssen (AB) und einem Speisedruckanschluss (P) sowie einem
Entlüftungsanschluss (R) schaltet. Die Schaltbewegung des integrierten Schaltelements wird
mittels eines Elektromagneten erzeugt, der stirnflächenseitig am Ventilgehäuse angebracht ist
und über äußere elektrische Steckkontakte elektrisch anschließbar ist.
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Der elektrische sowie der pneumatische Anschluss jedes Mehrwegeventils der Ventileinheit
erfolgt über jedem Mehrwegeventil individuell zugeordnete Verteilerelemente, welche unter
Bildung einer durchgängigen elektrischen sowie pneumatischen Verbindung zu einer
Verteileranordnung aneinadergereiht sind. Zur Druckmittelversorgung verläuft längs durch
die Verteileranordnung ein gemeinsamer Speisedruckkanal (P). Daneben verläuft zum
Abtransport der Abluft ein gemeinsamer Entlüftungskanal (R). Die Verbindung zu jedem
Mehrwegeventil wird über entsprechende, abzweigende Querkanäle hergestellt.
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Die elektrische Verbindung jedes Mehrwegeventils erfolgt über eine Stecker-Buchsen-
Verbindung zwischen dem Mehrwegeventil und der Verteileranordnung. Seitens der
Verteileranordnung wird die elektrische Verbindung über eine Mehrzahl paralleler
elektrischer Leitungen, welche von Verteilerelement zu Verteilerelement durchgeschleift
sind, hergestellt. An einem durchgeschleiften Schutzkontaktleiter sowie Nulleiter benachbart
angrenzend ist eine Vielzahl von Signalleitern vom ersten bis zum letzten Verteilerelement
parallel zur Längsrichtung der Verteileranordnung durchgeschleift. Die durchgeschleiften
Signalleiter sind jedoch zu einer Verbindung mit jedem Mehrwegeventil herstellenden
Signalanschlussplatte isoliert. Das vom Ausgang der übergeordneten Steuereinheit
kommende elektrische Ansteuersignal ist erst über eine von Hand einzurichtende Stecker-
Verbindung oder entsprechende Dipp-Schalter herstellbar.
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Ein Nachteil dieser freikonfigurierbaren parallelen elektrischen Verdrahtung der
Mehrwegeventile mittels einer Verteileranordnung besteht jedoch darin, dass die
Steckverbindungen bei der Montage der Ventileinheit zusätzlich herzustellen sind und eine
unbefugte Änderung der geschalteten Verbindungen nicht auszuschließen ist. Die für die
wählbaren elektrischen Verbindungen erforderlichen Schaltermittel erfordern zusätzlichen
Platzbedarf an der Ventileinheit, so dass diese relativ breitbauend ausfällt.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine pneumatische Ventileinheit der
vorstehend beschriebenen Art zu schaffen, welche eine kompakte Bauform mit einer
einfachen elektrischen Anschlussmöglichkeit für jedes Mehrwegeventil vereint. Die Aufgabe
wird ausgehend von einer pneumatischen Ventileinheit gemäß dem Oberbegriffs des
Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die
nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
wieder.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass entlang einer elektrischen
Anschlussfläche der Verteileranordnung parallele elektrische Leitungen entsprechend der
Anzahl der Mehrwegeventile verlaufen, deren elektrische Isolation an definierten Stellen zur
Anschlussfläche hin versetzt freigelegt ist, um elektrische Kontaktfelder zum individuellen
elektrischen Anschluss der Mehrwegeventil zu bilden.
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Der Vorteil dieser Lösung besteht insbesondere darin, dass die Verteilung der elektrischen
Ansteuersignale für die einzelnen Mehrwegeventile direkt im Kontaktbereich zwischen jedem
Mehrwegeventil und der Verteileranordnung, also dazwischenliegend, erfolgt, was eine
kompakte Bauweise der Ventileinheit ermöglicht. Durch die versetzte Freilegung der
elektrischen Isolation elektrischer Leitungen an definierten Stellen wird platzsparend eine
parallele Verdrahtung der Mehrwegeventile ermöglicht. Die absolute Anzahl der
erforderlichen elektrischen Leitungen richtet sich nach der Anzahl der Mehrwegeventile und
der Anzahl der Elektromagnete pro Mehrwegeventil. Zum elektrischen Anschluss ist zum
Einen an allen Mehrwegeventilen gemeinsamer, durchgeschleifter Nulleiter erforderlich
sowie mehrere jedem einzelnen Elektromagnet der Mehrwegeventile zugeordneter
Signalleiter. Parallel neben dem Nulleiter kann auch ein weiterer Schutzkontaktleiter
vorgesehenen werden. Es sind auch andere parallele Verdrahtungsmöglichkeiten,
beispielsweise durch eine Einzelverdrahtung jedes Elektromagneten der Mehrwegeventile
über Doppeladerleitungen denkbar.
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Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme verfügt jedes Mehrwegeventil
über ein zur elektrischen Anschlussfläche der Verteileranordnung querverlaufend
korrespondierende elektrische Anschlussfläche, auf der mindestens zwei mit je einem
Kontaktfeld der Verteileranordnung zusammenwirkende metallische Federkontaktleisten zur
Abnahme des Ansteuersignals von den elektrischen Leitungen verlaufen. Die Anzahl der
metallischen Federkontaktleisten richtet sich nach der Anzahl der herzustellenden
elektrischen Leitungswege. Mit den Federkontakten wird eine elektrische Verbindung durch
flächiges Aneinanderdrücken der elektrischen Kontakte realisiert. Somit wird von einer
herkömmlichen Stecker-Buchsenverbindung abgegangen. Vorzugsweise besteht jede
Federkontaktleiste aus einem Metallstreifen mit ausgeklinkten, federnden Kontaktfähnchen,
die entsprechend des Abstandes der elektrischen Leitungen zueinander angeordnet sind.
Neben dieser besonders einfachen konstruktiven Ausgestaltung ist es auch denkbar, die
flächige elektrische Kontaktierung auch über einzelne, axial federnd gelagerte Kontakte
herzustellen, welche an den elektrischen Kontaktfeldern zur Anlage kommen.
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In besonders einfacher Weise können die parallel verlaufenden elektrischen Leitungen mittels
eines auf der elektrischen Anschlussfläche angebrachten Flachwandkabel ausgebildet werden,
wobei die einzelnen Kontaktfelder durch ein partielles Abisolieren einzelner Leitungen des
Flachbandkabels gebildet werden. Das Abisolieren kann beispielsweise durch Lasertechnik
erfolgen. Das Flachbandkabel ist vorzugsweise auf der Anschlussfläche aufgeklebt oder auf
eine andere geeignete Weise befestigt. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die parallel
verlaufenden elektrischen Leitungen als elektrische Kontaktschienen auszubilden, wobei die
Kontaktfelder durch eine isolierende Abdeckplatte mit entsprechend platzierten Öffnungen
gebildet sind. Die elektrischen Kontaktschienen können gegeneinander isoliert in eine aus
Kunststoff bestehende Verteileranordnung durch partielles Eingießen verankert werden.
Entsprechend den denkbaren Konfigurationsmöglichkeiten können Abdeckplatten mit einer
unterschiedlichen Platzierung der Öffnungen vorgefertigt werden.
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Vorzugsweise umfasst die Verteileranordnung einen Multipolstecker, der zum Anschluss der
parallelen elektrischen Leitungen neben der Mehrwegeventilen auf der Anschlussfläche
platziert ist und vorzugsweise über eine Klemmschneidverbindung den elektrischen
Anschluss zu einem Flachbandkabel oder Kontaktschienen herstellt. Anstelle des
Multipolsteckers kann selbstverständlich auch eine Busbox in entsprechender Weise auf der
elektrischen Anschlussfläche der Verteileranordnung platziert werden.
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Die Verteileranordnung selbst kann entweder als ein einstückiges Bauteil für alle
Mehrwegeventile ausgeführt werden oder aus einzelnen, miteinander verbunden
Verteilerelementen bestehen, die je einem Mehrwegeventil zugeordnet sind. Somit sind im
Falle eines einstückigen Bauteils fertig verdrahtete Ventileinheiten für eine feste Anzahl von
Ventilplätzen herstellbar. Mit einzelnen Verteilerelementen können Ventileinheiten
modulartig bis zur Maximalanzahl der verdrahtbaren Ventilplätze zusammengestellt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung enthält die
Verteileranordnung neben den vorstehend beschriebenen elektrischen Anschlussmitteln auch
längsverlaufende Druckmittelkanäle, die mit an einer fluidischen Anschlussfläche
ausmündenden Querkanälen verbunden sind, um auch eine Druckmittelversorgung der
angeschlossenen Mehrwegeventile zu gewährleisten. Vorzugsweise ist die fluidische
Anschlussfläche rechtwinkelig zur elektrischen Anschlussfläche angeordnet, so dass sich eine
besonders kompakte Bauform der Ventileinheit ergibt. In entsprechender Weise weist jedes
Mehrwegeventil an einer definierten Schmalseite die mit der elektrischen Anschlussfläche
korrespondierenden Kontaktmittel auf, wobei an einer benachbarten Schmalseite
korrespondierende Öffnungen zur Druckmittelversorgung platziert sind. Die beiden
verbleibenden Schmalseiten eines in soweit im Querschnitt gesehen rechteckig ausgebildeten
Mehrwegeventils können zum einen Druckmittelanschlüsse für weiterführende
Arbeitsleitungen tragen oder der Anbringung eines Ventilantriebs - beispielsweise eines
Pilotventils - dienen, so dass jeder Schmalseite des Mehrwegeventils eine bestimmte
Funktion zugewiesen ist.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren
näher dargestellt. Es zeigt:
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Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer pneumatischen Ventileinheit mit einem
exemplarisch dargestellten Mehrwegeventil im montierten Zustand,
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Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines einzelnen Mehrwegeventils zur Veranschaulichung
der elektrischen Anschlussfläche,
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Fig. 3 eine Prinzipdarstellung einer elektrischen Kontaktbelegung gemäß eines ersten
Ausführungsbeispiels,
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Fig. 4 eine Prinzipdarstellung einer elektrischen Kontaktbewegung mittels eines zweiten
Ausführungsbeispiels, und
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Fig. 5 eine Prinzipdarstellung einer elektrischen Kontaktbelegung gemäß eines dritten
Ausführungsbeispiels.
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Die pneumatische Ventileinheit gemäß Fig. 1 weist eine im Querschnitt gesehene rechtwinklig
ausgebildete Verteileranordnung 1 auf, die eine Mehrzahl von Mehrwegeventilen 2
aufnimmt. Die Verteileranordnung 1 besitzt interne - hier nicht erkennbare -
längsverlaufende Druckmittelkanäle, die zur Speisedruckversorgung sowie zur Entlüftung
dienen und in einen stirnseitigen Speisedruckanschluss 3 beziehungsweise einen
Entlüftungsanschluss 4 ausmünden. Hierüber wird die Druckmittelversorgung aller
Mehrwegeventile 2 der pneumatischen Ventileinheit sichergestellt. Dieses erfolgt über eine
fluidische Anschlussfläche 5 der Verteileranordnung 1. An der fluidischen Anschlussfläche 5
münden diverse Querkanäle 6 aus, welche mit den längsverlaufenden Druckmittelkanälen
innerhalb der Verteileranordnung 1 in Verbindung stehen und andererseits eine
Druckmittelverbindung zu den Mehrwegeventilen 2 schaffen.
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Das Mehrwegeventil 2 verfügt weiterhin an einer Schmalseite über Arbeitsanschlüsse 7a, 7b
zur Herstellung einer Druckmittelverbindung - hier nicht weiter dargestellten -
Druckmittelaggregaten.
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Jedes Mehrwegeventil 2 der Ventileinheit erhält seine Ansteuersignale elektrisch über eine
elektrische Anschlussfläche 8 der Verteileranordnung 1. Entlang der elektrischen
Anschlussfläche 8 verlaufen mehrere parallele elektrische Leitungen 9, deren Anzahl auf die
Anzahl der durch eine parallele Verdrahtung anzusteuernden Mehrwegeventile 2 abgestimmt
ist. An definierten Stellen zur Anschlussfläche 8 hin sind die elektrischen Isolationen der
elektrischen Leitungen 9 freigelegt, um elektrische Kontaktfelder 10 zum individuellen
elektrischen Anschluss der Mehrwegeventile 2 zu bilden. Pro Ventilplatz in der Ventileinheit
sind diejenigen elektrischen Kontaktfelder 10 vorhanden, welche der Ansteuerung des
zugeordneten Mehrwegeventils 2 dienen. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die parallel
verlaufenden elektrischen Leitungen 10 mittels eines auf der elektrischen Anschlussfläche 8
angebrachten Flachbandkabels ausgebildet. Die erforderlichen Kontaktfelder 10 sind durch
ein partielles Abisolieren einzelner Leitungen des Flachbandkabels gebildet. Das
Flachbandkabel ist auf die elektrische Anschlussfläche 8 der Verteileranordnung 1
aufgeklebt. Elektrisch gespeist werden die elektrischen Leitungen 9 des Flachbandkabels über
einen Multipolstecker 11, der neben den Mehrwegeventilen 2 auf der elektrischen
Anschlussfläche 8 der Verteileranordnung 1 platziert ist. Die Kontaktierung des
Multipolsteckers 11 an den elektrischen Leitungen 9 erfolgt hier über eine elektrische
Klemmschneiverbindung. Die Verteileranordnung 1 ist hier als einstückiges Bauteil für alle
Mehrwegeventile 2 ausgeführt und als Stangenmaterial herstellbar, welches durch Ablängen
auf das der Anzahl der gewünschten Ventilplätze entsprechende Maß bringbar ist.
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Gemäß Fig. 2 verfügt jedes Mehrwegeventil 2 über eine elektrische Anschlussfläche 12,
welche mit der - hier nicht weiter dargestellten - elektrischen Anschlussfläche 8 die
Verteileranordnung 1 zusammenwirkt. Zur Herstellung der elektrischen Verbindung sind auf
der elektrischen Anschlussfläche 12 des Mehrwegeventils 2 drei metallische
Federkontaktleisten 13a-13c zur Abnahme des Steuersignals durch flächige Anlage an die
korrespondierenden Kontaktfelder vorgesehen. Die Federkontaktleiste 13a dient zur
Verbindung mit einem Nulleiter. Die beiden übrigen Federkontaktleisten 13b, sowie 13c
dienen der Herstellung einer Verbindung mit zwei Signalleitern. Hierüber sind zwei
Elektromagneten des Mehrwegeventils 2 elektrisch ansteuerbar. Jede Federkontaktleiste (13a bis 13c)
ist aus einem Metallstreifen hergestellt, wobei hieraus federnde Kontaktfähnchen 14
ausgeklinkt sind, um durch flächige Anlage an korrespondierende - hier nicht weiter gezeigte
- Kontaktfelder 10 die gewünschte elektrische Verbindung herzustellen.
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Die Fig. 3 verdeutlicht eine mögliche Ausführungsform der Verdrahtung auf der
elektrischen Anschlussfläche 8. Es ist ein allen Mehrwegeventilen gemeinsamer Nulleiter 15
vorgesehen, welcher von Ventilplatz zu Ventilplatz durchgeschleift ist. Neben dem Nulleiter
15 verlaufen sechs Signalleiter 16 zur Ansteuerung von sechs Elektromagneten, welche hier
auf insgesamt drei Mehrwegeventilen 2 verteilt sind. Hieraus ergibt sich, dass pro
"Ventilplatz" zwei Kontaktfelder 10 für die Nulleiter 15 und zwei weitere Kontaktfelder 10
für zwei Signalleiter 16 geschaltet sind. Die Kontaktfelder 10 korrespondieren in der
vorstehend beschriebenen Weise mit entsprechenden Kontaktfähnchen 14 am
Mehrwegeventil 2.
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In der Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem insgesamt drei Mehrwegeventile 2
auf entsprechenden "Ventilplätze" an der Montagefläche 8 angeordnet sind, wobei neben
einer Verbindung für die Nulleiter 15 pro Mehrwegeventil 2 ein Signalleiter 16 zur
Ansteuerung eines Elektromagneten des Mehrwegeventils 2 vorgesehen ist.
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Schließlich zeigt das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 eine Variante, bei der - wie aus der
Anordnung der Kontaktfelder 10 hervorgeht - drei Mehrwegeventil 2 auf zugeordneten
"Ventilplätze" synchron betrieben werden. Dies bedeutet, dass in einer Schaltrichtung alle
Mehrwegeventile 2 zur gleichen Zeit agieren.
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Neben den drei vorstehend aufgeführten Varianten von möglichen Verdrahtungen sind auch
andere Varianten denkbar.
Bezugszeichenliste
1 Verteileranordnung
2 Mehrwegeventil
3 Speisedruckanschluss
4 Entlüftungsanschluss
5 fluidische Anschlussfläche
6 Querkanal
7 Arbeitsanschluss
8 elektrische Anschlussfläche
9 elektrische Leitungen
10 Kontaktfeld
11 Multipolstecker
12 elektrische Anschlussfläche
13 Federkontaktleiste
14 Kontaktfähnchen
15 Nulleiter
16 Signalleiter