EP1604117A1 - Modul für eine ventilbatterie - Google Patents

Modul für eine ventilbatterie

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EP1604117A1
EP1604117A1 EP03799510A EP03799510A EP1604117A1 EP 1604117 A1 EP1604117 A1 EP 1604117A1 EP 03799510 A EP03799510 A EP 03799510A EP 03799510 A EP03799510 A EP 03799510A EP 1604117 A1 EP1604117 A1 EP 1604117A1
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EP
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waveguide
valve
module according
module
modules
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Bernd Kärcher
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Festo SE and Co KG
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    • Y10T137/877—With flow control means for branched passages
    • Y10T137/87885—Sectional block structure

Definitions

  • the invention relates to a module for stringing together at least one further module of a fluidic valve bank containing modules arranged in a row direction, with communication means for communicating with the at least one further module of the valve bank.
  • Such a module is known, for example, from German patent DE 198 01 234 D2.
  • the valve manifold modules are strung together. Electrical contacts are located on the side of the modules. When the valve manifold is assembled, these electrical contacts abut each other. As a result, the modules are electrically connected to each other. For example, data for controlling the valves present in the modules are transmitted via the electrical connections. Several contacts are required for data and energy transmission. The modules are therefore expensive to manufacture. Due to mechanical damage and / or Oxidation deteriorates the contact properties of the known spring contacts.
  • German published patent application 199 42 508 AI it is known to supply a pneumatic device, for example a valve, with pressure via a pneumatic line and also to send control signals to the gaseous medium in the line with the aid of pressure changes, microwaves or sound signals transmit pneumatic device.
  • a pneumatic device for example a valve
  • the pneumatic device with electrical supply energy by means of sound waves, microwaves or pressure changes in a pneumatic device of the type of laid-open document DE 199 42 508 AI.
  • the pneumatic devices are each individual pneumatic cylinders which are connected to a control unit via the pneumatic line. A single compressed air line leads to each device.
  • the devices are not suitable for a battery-like structure.
  • the communication means are designed as waveguide communication means for communicating via a waveguide of the valve manifold.
  • Communication via the waveguide is simple and reliable. Relatively high transmission frequencies, for example 1 GHz, can be transmitted on a waveguide, so that the communication of the valve manifold can be managed via a single waveguide. In principle, however, several waveguides are also possible.
  • the communication means preferably contain at least one antenna. This is, for example, a slot antenna.
  • the waveguide expediently enables transmission in the uplink and in the downlink direction - it is bidirectional.
  • the waveguide is expediently designed as a transmission channel which is separate from fluid power working and supply channels.
  • the waveguide can be used as a communication channel e.g. be geometrically optimal.
  • the communication means are advantageously designed for energy transmission. This makes use of the fact that relatively large energies can be transmitted via a waveguide. For example, approximately one to two watts of electrical power can be transmitted to each module of the valve battery.
  • the energy received by the communication means is expediently used to operate a valve drive suitable.
  • the valve drive preferably forms part of the module.
  • the waveguide can have, for example, a rectangular, round or elliptical cross section.
  • a terminating resistor or an electrically conductive terminating element is provided for the waveguide.
  • This is expediently contained in the module according to the invention.
  • foils e.g. made of coal or a metal-coated material.
  • Terminating resistors made of ferrite or a mixture of graphite and sand are suitable for larger outputs.
  • the waveguide could also have an open end.
  • the electrical terminating resistors prevent reflections in the waveguide.
  • the electric field strength is thus evenly distributed in the waveguide.
  • the waveguide is easy to adjust.
  • a waveguide section for forming the waveguide is preferably contained in the module.
  • the waveguide is formed by the modules strung together.
  • the waveguide section is appropriately galvanized. For example, it is silver-plated, copper-plated or gold-plated.
  • the galvanic coating is preferably located inside the waveguide section.
  • a plug end is preferably provided on the waveguide section for producing a plug connection with an adjacent waveguide section. Such plug ends are expediently present on both sides of the waveguide section. The modules can thus be plugged together, the waveguide being formed.
  • the waveguide section expediently has electrically conductive contact means for establishing an electrical connection with an adjacent waveguide section.
  • These contact means can be formed, for example, by corresponding electrically conductive plug ends.
  • the contact means can also contain, for example, a rosette or a flange.
  • the contact means expediently contain silver-plated and / or copper-plated or in some other way electrically conductive resilient elements. These ensure optimal contact security.
  • the waveguide section preferably has a sealing ring or a sealing groove.
  • sealants prevent the ingress of pressure medium or the effects of other environmental influences that can impair the transmission quality inside the waveguide.
  • the sealants preferably contain elastic elements, e.g. made of silicone or silicone rubber.
  • central transmitting and / or receiving devices are located on the end of the waveguide. These can be present in a module according to the invention.
  • Information and / or energy are preferably transmitted in the waveguide with at least two transmission frequencies. For example, a first and a second transmission frequency are used for transmission in the downlink direction and in the uplink direction. Different frequencies can also be provided for the energy and data transmission.
  • a plurality of waveguides can also be present, one waveguide being provided for each transmission direction, for example.
  • the waveguide has the same cross section throughout.
  • a waveguide transition piece for connecting waveguides with different cross sections is preferably provided in the module.
  • the length of the transition is expediently large compared to the waveguide wavelength.
  • a so-called twist piece for rotating the plane of polarization e.g. around 90 degrees.
  • the valve manifold according to the invention e.g. also a module according to the invention can also contain a coaxial transition for the transition from the waveguide to a coaxial line.
  • the module expediently contains a central control unit for controlling further modules of the valve battery. It forms, for example, the bus master of a data and / or energy bus formed on the waveguide. One can also refer to such a module as the central control module for the valve battery.
  • the module can also be a central diagnostic module. It then preferably contains a central diagnostic unit for monitoring further modules of the valve battery.
  • the module is a local control module or a valve module.
  • Module contains control and / or diagnostic means for controlling or monitoring at least one valve and / or valve drive.
  • the valve or the valve drive can form a separate assembly, which is controlled or monitored by the module according to the invention.
  • These modules are expediently strung together in a row.
  • a preferred variant of the invention provides that the valve or the valve drive are contained in the module according to the invention. It is then designed as a valve module. In connection with a valve battery, one can also speak of a valve disk.
  • the module is designed as a termination module for terminating the waveguide.
  • the termination module can be a type of passive module that contains, for example, the aforementioned termination resistor. However, it can also be a type of active termination module that contains the above-mentioned central control unit.
  • the waveguide communication contains means for communication with the other modules of the valve manifold and on the other hand has second waveguide communication means for communication with a higher-level controller.
  • a valve manifold In a valve manifold according to the invention, several different of the aforementioned modules can be strung together, for example a central control module, several valve modules and a termination module.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a valve manifold according to the invention with two waveguides in a perspective view
  • Figure 2 is a highly schematic cross-sectional view of a valve manifold with a waveguide, which is formed between a central control module and decentralized control modules, and
  • Figure 3 is a highly schematic cross-sectional view of a valve manifold with a waveguide, which is formed between a central control module and valve modules.
  • valve manifold 10 there are a central control module 11, a diagnostic module 12 and valve modules 13 connected to one another via a waveguide 14.
  • the central control module 11 controls and monitors the valve modules 13.
  • the diagnostic module 12 provides diagnostic tools, for example for determining and visualizing wear, errors or the like of the valve modules 13.
  • the valve modules 13 contain valve drives, not shown, and also not shown pneumatic valves, which are controlled and monitored by control means 20.
  • the control means 20 contain, for example, a processor and memory. For example, they are implemented as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) or contain an ASIC.
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • the valve modules 13 are arranged on a distributor block 15, in the interior of which there is a channel system (not shown), for example for supplying the valves of the valve modules 13 with compressed air.
  • a channel system (not shown), for example for supplying the valves of the valve modules 13 with compressed air.
  • feed connections 16 pilot control connections 17 and consumer or work connections 18 are arranged. Compressed air fed in at the feed connections 16 flows out at the working connections 18 as a function of the position of the valves of the valve modules 13.
  • These valves of the valve modules 13 are actuated by pilot valves, for the operation of which pilot pilot compressed air is fed in via the pilot control connections 17.
  • Electrical drives for example electromagnetic and / or electrostatic drives, which are controlled by the control means 20, are used to drive the valve members of the pilot control valves.
  • a central control means 9, for example a processor and memory, in the central control module 11 sends control signals on the waveguide 14 via an antenna 19 in the so-called downlink direction.
  • the antenna 19 forms a component of waveguide communication means of the control module 11.
  • the control signals are received by the control means 20 by means of antennas 21.
  • all control means 20, which are connected to the semiconductor 14, receive the control signals.
  • a bus is thus formed.
  • the respective control means 20 of the valve modules 13 can determine whether the corresponding control signal is intended for them.
  • the control means 20 send data on the waveguide 14.
  • the control means 20 transmit via the antennas 21 e.g. Registration information received by the central control means 9.
  • the reporting information is also received by diagnostic means 22 with the aid of an antenna 23.
  • the diagnostic means 22 contain, for example, a processor and memory for evaluating the received signal signals as well as a display device, for example an LCD display, for visualizing the information. For example, error or other operating states of the valve modules 13 are displayed on the display device.
  • the waveguide 14 is a waveguide with a circular cross section. It is formed by modules 11 to 13. Corresponding waveguide sections are present in this. By lining up the waveguide sections the waveguide 14 is formed. The length of the waveguide sections is expediently optimized to the cross section of the waveguide 14 and to the transmission and reception frequencies used.
  • the waveguide 14 also runs through silencer modules 30 in addition to the modules 12 to 13 participating in the communication via the waveguide 14.
  • a silencer module 30 is located between the diagnosis module 12 and the valve module group formed by the valve modules 13.
  • the other silencer module 30 is located on the opposite side of the valve module group.
  • Exhaust air connections 91 are arranged at the front of the silencer modules 30.
  • the central control means 9 communicates with a superordinate control 24, which is shown in a highly schematic manner, with the aid of a second waveguide 25.
  • the waveguide 25 also has a circular cross section. In the present case, it is formed by a fixed waveguide section 26 and a flexible waveguide section 27, for example an electrically conductive hose.
  • the control means 9 sends and receives data by means of an antenna 28 on the waveguide 25.
  • a connection for example with a serial bus protocol, to the control means 9 can be established via a serial interface 28.
  • An electrical connection to the serial interface can be established via a plug 29.
  • a central control module 41, valve modules 42 and a termination module 43 are strung together.
  • the control module 41 and the valve modules 42 communicate with one another via a waveguide 44.
  • the waveguide 44 is formed by waveguide sections 45, 46 and 47 of the modules 41 to 43.
  • the valve modules 42 contain, so to speak, decentralized control modules 48, which contain the waveguide sections 46 for forming the waveguide 44, and valve assemblies 49 with pneumatic valves 50.
  • the valves 50 are shown in a highly schematic manner.
  • valve modules 42 are designed as so-called full plate valves, which contain channels and channel sections for distributing and guiding compressed air.
  • supply channels 51 are provided in the valve assemblies 49, into which compressed air can be fed in via supply connections 51 ′ on the termination module 43.
  • this compressed air flows through working channels 52, which open out at the front on working connections approximately in the manner of the working connections 18 on the front of the valve manifold 40.
  • the central control module 41 receives control commands from an upper control, not shown, at an electrical interface 53.
  • a control means 54 converts these control commands into control commands for the valve modules 42.
  • the Control means 54 sends the control commands by means of an antenna 55 on the waveguide 44.
  • the local control modules 48 receive the control commands by means of antennas 56.
  • control means 57 which contain, for example, ASICs, control valve drives 58, for example electromagnets.
  • the valve drives 58 actuate valve members of the pneumatic valves 50.
  • control commands are reported by the control means 57 to the central control module 41 via the waveguide 44.
  • they send corresponding notification commands with the aid of the antennas 56, which are received with the antenna 55 and interpreted by the control means 54.
  • the messages are displayed on a display 59, e.g. an LCD display, visualized.
  • the waveguide 44 is terminated on both sides by terminating resistors 90.
  • the terminating resistors 90 are matched to the wave resistance of the waveguide and consist of an electrically conductive material.
  • the terminating resistors 90 are provided in the central control module 41 and in the terminating module 43. In the present case, they are located on the end face of the waveguide sections 45 and 47.
  • the waveguide 44 has, for example, a rectangular cross section.
  • the inside of the waveguide 44 is electrically conductive in the present case, for example it is galvanically provided with a conductive surface.
  • the housings of the control modules 48 are otherwise made of plastic, for example.
  • the modular concept is somewhat less pronounced compared to the valve manifold 40. To the extent that the valve manifold 60 has similar or equivalent components to the valve manifold 40, these are given the same reference numerals in FIG. 3 and are not explained in more detail below.
  • a central module 61 and valve modules 62, 63 are strung together.
  • the modules 61 to 63 communicate via a waveguide 64. Furthermore, energy is transmitted via the waveguide 64.
  • the valve modules 62, 63 are essentially the same as the valve modules 42, with no separation between the control module and the valve assembly.
  • the valve modules 62, 63 contain the control means 75, valve drives 58 and pneumatic valves 50.
  • the valve modules 62, 63 have channel sections in the manner of openings for the formation of supply and working channels 51, 52.
  • the valve modules 62, 63 are also arranged in a pressure-tight manner. Compressed air is fed into the supply channels 51 via feed connections 51 ′′, which are provided on the central control module 61.
  • the central control module 61 and the valve module 63 form termination modules of the valve battery 60.
  • the waveguide 64 is formed by waveguide sections 65, 66, 67 of the modules 61 to 63. Terminating resistors 68, 69, which electrically terminate the waveguide 64, are arranged on the outer end faces of the waveguide 64, in the waveguide sections 65 and 67.
  • the waveguide sections 65 to 67 are inserted into one another, for example. It is also possible, that they collide flatly. They are preferably connected to one another in an electrically conductive manner.
  • control module 61 transmits electrical supply energy for the valve modules 62, 63 on the waveguide 64.
  • the control module 61 receives control commands at an interface 71 from a higher-level control, not shown.
  • the control means 70 converts these superordinate control commands into local control commands, which it sends to the valve modules 62, 63 with the aid of an antenna 72 on the waveguide 64.
  • the antenna 68 is an end transmitter. It penetrates the terminating resistor 68.
  • the control commands are sent via the antenna 72 in a first transmission frequency 73.
  • receive antennas 74 are provided in the valve modules 62, 63, which project into the waveguide 64.
  • the control means 75 actuate valve drives 58 for driving the valve members of the valves 50.
  • valve modules 62, 63 receive the commands sent via the antenna 72.
  • a bus protocol is used to send the commands.
  • the control means 75 analyze address information contained in the control messages.
  • a different transmission frequency is used for each of the valve modules 62, 63, and the Valve modules 62, 63 only receive commands sent in the frequency assigned to them and implement them to control the drives 50.
  • control module 61 transmits on the transmission frequency 73 the electrical supply energy required to operate the valve modules 62, 63. This is obtained from the received electromagnetic waves by energy converters 76.
  • the control means 75 transmit reporting information in a second transmission frequency 77.
  • Antennas 78 are provided in the valve modules 62, 63 for transmission on the frequency 77.
  • the control module 61 receives the messages from the valve modules 62, 63 with the aid of an antenna 79.
  • the antennas 78, 79 are tuned to the second transmission frequency 77.
  • the central control module 61 displays the messages of the valve modules 62, 63 on display means 80.
  • the waveguides 14, 44, 64 can also be referred to as microwave buses. So-called microwaves are preferably used for communication between the connected modules and, if appropriate, for the transmission of energy. Their wavelength is e.g. in the range of a few millimeters to centimeters.

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Description

23. Dezember 2003
Festo AG & Co. uiter Str. 82, 73734 Esslingen
Modul für eine Ventilbatterie
Die Erfindung betrifft ein Modul zur Aneinanderreihung an mindestens ein weiteres Modul einer fluidtechnischen, in einer Reihenrichtung aneinander gereihte Module enthaltenden Ventilbatterie, mit Kommunikationsmittel zur Kommunikation mit dem mindestens einen weiteren Modul der Ventilbatterie.
Ein derartiges Modul ist beispielsweise aus der deutschen Pa- tentschrift DE 198 01 234 D2 bekannt. Die Module der Ventilbatterie sind aneinandergereiht. An den Modulen befinden sich jeweils seitlich elektrische Kontakte. Im montierten Zustand der Ventilbatterie liegen diese elektrischen Kontakte aneinander an. Dadurch sind die Module miteinander elektrisch ver- bunden. Über die elektrischen Verbindungen werden beispielsweise Daten zur Steuerung der bei den Modulen vorhandenen Ventile übermittelt. Zur Daten- und Energieübertragung sind mehrere Kontakte erforderlich. Die Module sind daher in der Herstellung teuer. Durch mechanische Beschädigung und/oder Oxidation werden die Kontakteigenschaften der bekannten Federkontakte verschlechtert .
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 199 42 508 AI ist bekannt, eine pneumatische Vorrichtung, beispielsweise ein Ven- til, über eine pneumatische Leitung mit Druck zu versorgen und zudem mit Hilfe von Druckänderungen, Mikrowellen oder Schallsignalen auf dem in der Leitung vorhandenen gasförmigen Medium Steuersignale an die pneumatische Vorrichtung zu übertragen. Aus der deutschen Offenlegungsschrift 199 42 509 AI ist bekannt, bei einer pneumatischen Vorrichtung in der Art der Offenlegungsschrift DE 199 42 508 AI die pneumatische Vorrichtung mittels Schallwellen, Mikrowellen oder Druckänderungen mit elektrischer Versorgungsenergie zu versorgen. Die pneumatischen Vorrichtungen sind jeweils einzelne Pneumatik- zylinder, die über die pneumatische Leitung mit einem Steuergerät verbunden sind. Zu jeder Vorrichtung führt eine einzelne Druckluftleitung. Die Vorrichtungen eignen sich nicht für einen batterieartigen Aufbau.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei ei- nem Modul der eingangs genannten Art die Zuverlässigkeit der Kommunikationsmittel zu verbessern.
Diese Aufgabe wird bei dem Modul der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Kommunikationsmittel als Hohlleiter- Kommunikationsmittel zur Kommunikation über einen Hohlleiter der Ventilbatterie ausgestaltet sind. Die Kommunikation über den Hohlleiter ist einfach und zuverlässig. Auf einem Hohlleiter kann mit verhältnismäßig hohen Übertragungsfrequenzen, z.B. 1 GHz, übertragen werden, so dass die Kommunikation der Ventilbatterie über einen einzigen Hohlleiter bewältigt werden kann. Prinzipiell sind aber auch mehrere Hohlleiter möglich.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen sowie in der nachfolgenden Beschreibung.
Vorzugsweise enthalten die Kommunikationsmittel mindestens eine Antenne. Bei dieser handelt es sich beispielsweise um eine Schlitzantenne.
Der Hohlleiter ermöglicht zweckmäßigerweise eine Übertragung in Uplink- und in Downlink-Richtung - er ist bidirektional.
Zweckmäßigerweise ist der Hohlleiter als ein von fluidtechni- sehen Arbeits- und Versorgungskanälen separater Ubertragungs- kanal ausgestaltet. Der Hohlleiter kann für seine Zweckbestimmung als Kommunikationskanal z.B. geometrisch optimal ausgestaltet sein.
Vorteilhafterweise sind die Kommunikationsmittel zur Energie- Übertragung ausgestaltet. Dabei macht man sich zu Nutze, dass über eine Hohlleiter verhältnismäßig große Energien übertragen werden können. Beispielsweise kann jedem Modul der Ventilbatterie ca. ein bis zwei Watt elektrische Leistung übertragen werden. Die von den Kommunikationsmittel empfangene Energie ist zweckmäßigerweise zum Betreiben eines Ventilan- triebs geeignet. Der Ventilantrieb bildet vorzugsweise einen Bestandteil des Moduls.
Der Hohlleiter kann beispielsweise einen rechteckigen, runden oder elliptischen Querschnitt aufweisen.
Um einen reflexionsfreien Abscliluss zu realisieren, ist für den Hohlleiter ein Abschlusswidβrstand oder ein elektrisch leitfähiges Abschlusselement vorgesehen. Dieses ist zweckmäßigerweise in dem erfindungsgemäßen Modul enthalten. Für kleinere elektrische Leistungen eignen sich beispielsweise Folien, z.B. aus Kohle oder einem metallbeschichteten Material. Für größere Leistungen sind Abschlusswiderstände aus Ferrit oder einer Mischung aus Graphit und Sand geeignet. Prinzipiell könnte der Hohlleiter aber auch ein offenes Ende aufweisen.
Die elektrischen Abschlußwiderstände verhindern Reflexionen im Hohlleiter. Die elektrische Feldstärke ist somit im Hohlleiter gleichmäßig verteilt . Der Hohlleiter ist einfach zu justieren.
Vorzugsweise ist in dem Modul ein Hohlleiterabschnitt zur Bildung des Hohlleiters enthalten. Der Hohlleiter wird von den aneinander gereihten Module gebildet.
Der Hohlleiterabschnitt ist zweckmäßigerweise galvanisch vergütet. Beispielsweise ist er versilbert, verkupfert oder vergoldet. Die galvanische Vergütung befindet sich vorzugsweise im Innern des Hohlleiterabschnitts. Am Hohlleiterabschnitt ist vorzugsweise ein Steckende zur Herstellung einer Steckverbindung mit einem benachbarten Hohlleiterabschnitt vorgesehen. Zweckmäßigerweise sind derartige Steckenden an beiden Seite des Hohlleiterabschnitts vor- handen. Die Module können somit aneinandergesteckt werden, wobei der Hohlleiter ausgebildet wird.
Zweckmäßigerweise weist der Hohlleiterabschnitt elektrisch leitfähige Kontaktmittel zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit einem benachbarten Hohlleiterabschnitt auf. Diese Kontaktmittel können beispielsweise durch entsprechend elektrisch leitende Steckenden gebildet werden. Ferner können die Kontaktmittel beispielsweise auch eine Rosette oder einen Flansch enthalten. Zweckmäßigerweise enthalten die Kontakt- mittel versilberte und/oder verkupferte oder in sonstiger Weise elektrisch leitfähige federnde Elemente. Diese sorgen für eine optimale Kontaktsicherheit.
Vorzugsweise weist der Hohlleiterabschnitt einen Dichtring oder eine Dichtnut auf. Derartige Dichtmittel verhindern ein Eindringen von Druckmedium oder Einwirken sonstiger Umwelt- einflüsse, die die Übermittlungsqualität im Innern des Hohlleiters beeinträchtigen können. Die Dichtmittel enthalten vorzugsweise elastische Elemente, z.B. aus Silikon oder Silikonkautschuk.
Zweckmäßigerweise befinden sich endseitig am Hohlleiter sozu- sagen zentrale Sende- und/oder Empfangseinrichtungen. Diese können in einem erfindungsgemäßen Modul vorhanden sein. In dem Hohlleiter werden vorzugsweise Informationen und/oder Energie mit mindestens zwei Übertragungsfrequenzen übertragen. Beispielsweise dienen eine erste und eine zweite Übertragungsfrequenz zum Senden in Downlink-Richtung bzw. in Uplink-Richtung. Es können auch unterschiedliche Frequenzen für die Energie- und die Datenübermittlung vorgesehen sein.
Es versteht sich, dass auch mehrere Hohlleiter vorhanden sein können, wobei beispielsweise je ein Hohlleiter für eine Übertragungsrichtung vorgesehen ist .
Zwar ist es bevorzugt, dass der Hohlleiter durchgängig denselben Querschnitt aufweist. Zur Bildung von Übergängen ist jedoch gegebenenfalls bei dem Modul vorzugsweise ein Hohlleiter-Übergangsstück zur Verbindung von Hohlleitern, mit unterschiedlichen Querschnitt vorgesehen. Die Länge des Überganges ist zweckmäßigerweise groß im Vergleich zur Hohlleiterwellenlänge. Es kann auch ein sogenanntes Twiststück zum Drehen der Polarisationsebene, z.B. um 90 Grad, vorhanden sein. Die erfindungsgemäße Ventilbatterie, z.B. auch ein erfindungsgemäßes Modul, kann auch einen Koaxialübergang zum Übergang vom Hohlleiter zu einer Koaxialleitung enthalten.
Bei dem Modul sind verschiedene Ausgestaltungen möglich:
Zweckmäßigerweise enthält das Modul eine zentrale Steuereinheit zur Steuerung weiterer Module der Ventilbatterie. Es bildet beispielsweise den Bus-Master eines auf dem Hohlleiter ausgebildeten Daten- und/oder Energiebusses. Man kann ein derartiges Modul auch als zentrales Steuermodul der Ventil- bat erie bezeichnen.
Das Modul kann auch ein zentrales Diagnosemodul sein. Es enthält dann vorzugsweise eine zentrale Diagnoseeinheit zur Überwachung weiterer Module der Ventilbatterie.
Bei einer weiteren Variante der Erfindung ist das Modul ein lokales Steuermodul oder ein Ventilmodul. Modul enthält Steuer- und/oder Diagnosemittel zur Steuerung bzw. Überwachung mindestens eines Ventils und/oder Ventilantriebs. Das Ventil bzw. der Ventilantrieb können eine separate Baugruppe bilden, die durch das erfindungsgemäße Modul gesteuert bzw. überwacht wird. Diese Baugruppen sind zweckmäßigerweise in Reihenrichtung aneinandergereiht . Eine bevorzugte Variante der Erfindung sieht jedoch vor, dass das Ventil bzw. der Ventilantrieb in dem erfindungsgemäßen Modul enthalten sind. Es ist dann als ein Ventilmodul ausgestaltet. Im Zusammenhang mit einer Ventilbatterie kann man auch von einer Ventilscheibe sprechen.
Bei einer weiteren Variante der Erfindung ist das Modul als ein Abschlußmodul zum Abschluß des Hohlleiters ausgestaltet. Das Abschlußmodul kann eine Art passives Modul sein, das zum Beispiel den vorgenannten Abschlußwiderstand enthält . Es kann aber auch eine Art aktives Abschlußmodul sein, das die oben genannte zentrale Steuereinheit enthält.
Insbesondere bei dem letzteren zentralen Steuermodul ist es bevorzugt, dass es einerseits die Hohlleiterkommunikations- mittel zur Kommunikation mit den weiteren Modulen der Ventilbatterie enthält und andererseits zweite Hohlleiter- Kommunikationsmittel zur Kommunikation mit einer übergeordneten Steuerung aufweist .
Bei einer erfindungsgemäßen Ventilbatterie können mehrere unterschiedliche der vorgenannten Module aneinandergereiht sein, beispielsweise ein zentrales Steuermodul, mehrere Ventilmodule sowie ein Abschlussmodul.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei- spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventilbatterie mit zwei Hohlleitern in perspektivischer Ansicht,
Figur 2 eine stark schematisierte Querschnittansicht einer Ventilbatterie mit einem Hohlleiter, der zwischen einem zentralen Steuermodul sowie dezentralen Steuermodulen ausgebildet ist, und
Figur 3 eine stark schematisierte Querschnittsansicht einer Ventilbatterie mit einem Hohlleiter, der zwischen einem zentralen Steuermodul und Ventilmodulen ausgebildet ist .
Bei einer Ventilbatterie 10 gemäß Figur 1 sind ein zentrales Steuermodul 11, ein Diagnosemodul 12 sowie Ventilmodule 13 über einen Hohlleiter 14 miteinander verbunden. Das zentrale Steuermodul 11 steuert und überwacht die Ventilmodule 13. Das Diagnosemodul 12 stellte Diagnosewerkzeuge, beispielsweise zur Ermittlung und Visualisierung von Verschleiß, Fehlern oder dergleichen der Ventilmodule 13 zur Verfügung. Die Ventilmodule 13 enthalten nicht dargestellte Ventilantriebe und ebenfalls nicht dargestellte .pneumatische Ventile, die von Steuermitteln 20 gesteuert und überwacht werden. Die Steuermittel 20 enthalten beispielsweise einen Prozessor sowie Speicher. Sie sind beispielsweise als ASIC (Application Spe- cific Integrated Circuit) realisiert oder enthalten einen ASIC.
Die Ventilmodule 13 sind auf einem Verteilerblock 15 angeordnet, in dessen Innern sich ein nicht dargestelltes Kanalsys- tem z.B. zur Versorgung der Ventile der Ventilmodule 13 mit Druckluft befindet. An der Vorderseite des Ventilblocks 15 sind Speiseanschlüsse 16, Vorsteueranschlüsse 17 sowie Verbraucher- bzw. Arbeitsanschlüsse 18 angeordnet. An den Speiseanschlüssen 16 eingespeiste Druckluft strömt in Abhän- gigkeit von der Stellung der Ventile der Ventilmodule 13 an den Arbeitsanschlüssen 18 aus. Diese Ventile der Ventilmodule 13 werden durch Vorsteuerventile betätigt, zu deren Betrieb über die Vorsteueranschlüsse 17 Vorsteuer-Druckluft eingespeist wird. Zum Antreiben der Ventilglieder der Vorsteuer- ventile dienen elektrische Antriebe, beispielsweise elektromagnetische und/oder elektrostatische Antriebe, die durch die Steuermittel 20 angesteuert werden. Ein zentrales Steuermittel 9, beispielsweise ein Prozessor und Speicher, im zentralen Steuermodul 11 sendet über eine Antenne 19 in der sogenannten Downlink-Richtung Steuersignale auf dem Hohlleiter 14. Die Antenne 19 bildet einen Bestand- teil von Hohlleiter-Kommunikationsmitteln des Steuermoduls 11. Die Steuersignale werden von den Steuermitteln 20 mittels Antennen 21 empfangen. Vorliegend empfangen alle Steuermittel 20, die an den Hohleiter 14 angeschlossen, die Steuersignale. Es wird somit ein Bus gebildet. Z.B. durch entsprechende Ad- ressangaben in den Steuersignalen können die jeweiligen Steuermittel 20 der Ventilmodule 13 ermitteln, ob das entsprechende Steuersignal für sie bestimmt ist.
In umgekehrter Richtung, also in der sogenannten Uplink- Richtung, versenden die Steuermittel 20 auf dem Hohlleiter 14 Daten. Die Steuermittel 20 senden über die Antennen 21 z.B. Meldeinformationen, die vom zentralen Steuermittel 9 empfangen werden. Ferner werden die Meldeinformationen von Diagnosemitteln 22 mit Hilfe einer Antenne 23 empfangen. Die Diagnosemittel 22 enthalten beispielsweise einen Prozessor sowie Speicher zur Auswertung der empfangenen Meldesignale sowie eine Anzeigevorrichtung, beispielsweise ein LCD-Display, zur Visualisierung der Informationen. An der Anzeigevorrichtung werden beispielsweise Fehler- oder sonstige Betriebszustände der Ventilmodule 13 angezeigt.
Der Hohlleiter 14 ist vorliegend ein Hohlleiter mit kreisförmigem Querschnitt. Er wird durch die Module 11 bis 13 gebildet . In diesem sind entsprechende Hohlleiterabschnitte vorhanden. Durch die Aneinanderreihung der Hohlleiterabschnitte wird der Hohlleiter 14 gebildet . Die Länge der Hohlleiterabschnitte ist zweckmäßigerweise auf den Querschnitt des Hohlleiters 14 sowie auf die benutzten Sende- und Empfangsfrequenzen optimiert .
Der Hohlleiter 14 verläuft vorliegend zusätzlich zu den an der Kommunikation über den Hohlleiter 14 teilnehmenden Modulen 12 bis 13 auch durch Schalldämpfermodule 30. Ein Schalldämpfermodul 30 befindet sich zwischen dem Diagnosemodul 12 und der durch die Ventilmodule 13 gebildeten Ventilmodul- Gruppe. Das andere Schalldämpfermodul 30 befindet sich an der entgegengesetzten Seite der Ventilmodulgruppe. Vorn an den Schalldämpfermodulen 30 sind Abluftanschlüsse 91 angeordnet.
Das zentrale Steuermittel 9 kommuniziert mit einer stark schematisch eingezeichneten übergeordneten Steuerung 24 mit Hilfe eines zweiten Hohlleiters 25. Auch der Hohlleiter 25 weist einen kreisrunden Querschnitt auf. Er wird vorliegend durch einen festen Hohlleiterabschnitt 26 sowie einen flexiblen Hohlleiterabschnitt 27, beispielweise einen elektrisch leitfähigen Schlauch, gebildet. Das Steuermittel 9 sendet und empfängt Daten mittels einer Antenne 28 auf dem Hohlleiter 25.
Als weitere, sozusagen konventionelle Kommunikationsmöglichkeit kann über eine serielle Schnittstelle 28 eine Verbindung, z.B. mit einem seriellen Busprotokoll, mit dem Steuer- mittel 9 hergestellt werden. Über einen Stecker 29 kann eine elektrische Verbindung zur seriellen Schnittstelle hergestellt werden. Bei einer Ventilbatterie 40 gemäß Figur 2 sind ein zentrales Steuermodul 41, Ventilmodule 42 sowie ein Abschlussmodul 43 aneinandergereiht. Das Steuermodul 41 sowie die Ventilmodule 42 kommunizieren über einen Hohlleiter 44 miteinander. Der Hohlleiter 44 wird durch Hohlleiterabschnitte 45, 46 und 47 der Module 41 bis 43 gebildet.
Die Ventilmodule 42 enthalten sozusagen dezentrale Steuermodule 48, die die Hohlleiterabschnitte 46 zur Bildung des Hohlleiters 44 enthalten, und Ventilbaugruppen 49 mit pneuma- tischen Ventilen 50. Die Ventile 50 sind stark schematisiert dargestellt .
Im Gegensatz zu den Ventilbatterie 10 ist bei der Ventilbatterie 40 kein Fluid- bzw. Druckluft-Verteilerblock vorgesehen. Stattdessen sind die Ventilmodule 42 als sogenannte Vollplattenventile ausgestaltet, die Kanäle und Kanalabschnitte zur Verteilung und Führung von Druckluft enthalten. Zur Druckmittelversorgung bzw. Entlüftung sind bei den Ventilbaugruppen 49 Versorgungskanäle 51 vorgesehen, in die über Speiseanschlüsse 51' am Abschlussmodul 43 Druckluft einspeis- bar ist. In Abhängigkeit von der Stellung der pneumatischen Ventile 50 strömt diese Druckluft durch Arbeitskanäle 52, die vorderseitig an Arbeitsanschlüssen etwa in der Art der Ar- beitsanschlüsse 18 vorn an der Ventilbatterie 40 ausmünden.
Das zentrale Steuermodul 41 erhält an einer elektrischen Schnittstelle 53 Steuerbefehle von einer nicht dargestellten übergeordneten Steuerung. Diese Steuerbefehle setzt ein Steuermittel 54 in Steuerbefehle für die Ventilmodule 42 um. Das Steuermittel 54 sendet die Steuerbefehle mittels einer Antenne 55 auf dem Hohlleiter 44. Die lokalen Steuermodule 48 empfangen mittels Antennen 56 die Steuerbefehle. Entsprechend der Steuerbefehle steuern Steuermittel 57, die beispielsweise ASICs enthalten, Ventilantriebe 58, z.B. Elektromagnete, an. Die Ventilantriebe 58 betätigen Ventilglieder der pneumatischen Ventile 50.
Die erfolgreiche oder fehlerhafte Umsetzung der Steuerbefehle melden die Steuermittel 57 dem zentralen Steuermodul 41 über den Hohlleiter 44. Dazu senden sie mit Hilfe der Antennen 56 entsprechende Meldebefehle, die mit der Antenne 55 empfangen werden und vom Steuermittel 54 interpretiert werden. Die Meldungen werden an einem Anzeigemittel 59, z.B. einem LCD- Display, visualisiert .
Der Hohlleiter 44 ist beidseits durch Abschlußwiderstände 90 abgeschlossen. Die Abschlußwiderstände 90 sind auf den Wellenwiderstand des Hohlleiters abgestimmt und bestehen aus e- lektrisch leitfähigem Material. Die Abschlußwiderstände 90 sind beim zentralen Steuermodul 41 sowie dem Abschlußmodul 43 vorgesehen. Sie befinden sich vorliegend an der endseitigen Stirnseite der Hohlleiterabschnitte 45 bzw. 47.
Der Hohlleiter 44 weist beispielsweise einen rechteckigen Querschnitt auf. Die Innenseite des Hohlleiters 44 ist vorliegend elektrisch leitfähig, beispielsweise ist sie galva- nisch mit einer leitfähigen Oberfläche versehen. Die Gehäuse der Steuermodule 48 bestehen ansonsten beispielsweise aus Kunststoff . Bei einer Ventilbatterie 60 gemäß Figur 3 ist im Vergleich zur Ventilbatterie 40 das modulare Konzept etwas weniger ausgeprägt. Soweit die Ventilbatterie 60 jedoch ähnliche oder gleichwirkende Komponenten aufweist wie die Ventilbatterie 40, sind diese in Figur 3 mit den selben Bezugszeichen versehen und werden im folgenden nicht näher erläutert .
Bei der Ventilbatterie 60 sind ein zentrales Modul 61 sowie Ventilmodule 62, 63 aneinandergereiht. Die Module 61 bis 63 kommunizieren über einen Hohlleiter 64. Ferner wird über den Hohlleiter 64 Energie übertragen. Die Ventilmodule 62, 63 gleichen im wesentlichen den Ventilmodulen 42, wobei keine Separierung zwischen Steuermodul und Ventilbaugruppe vorhanden ist. Die Ventilmodule 62, 63 enthalten die Steuermittel 75, Ventilantriebe 58 sowie pneumatische Ventile 50. Ferner sind bei den Ventilmodulen 62, 63 Kanalabschnitte in der Art von Durchbrüchen zur Bildung von Versorgungs- und Arbeitskanälen 51, 52 vorhanden. Wie die Ventilmodule 42 sind auch die Ventilmodule 62, 63 druckdicht aneinander gereiht. In die Versorgungskanäle 51 wird Druckluft über Speiseanschlüsse 51'' eingespeist, die am zentralen Steuermodul 61 vorgesehen sind. Das zentrale Steuermodul 61 sowie das Ventilmodul 63 bilden Abschlußmodule der Ventilbatterie 60.
Der Hohlleiter 64 wird von Hohlleiterabschnitten 65, 66, 67 der Module 61 bis 63 gebildet. An den äußeren Stirnseiten des Hohlleiters 64, in den Hohlleiterabschnitten 65 und 67, sind Abschlußwiderstände 68, 69 angeordnet, die den Hohlleiter 64 elektrisch abschließen. Die Hohlleiterabschnitte 65 bis 67 sind beispielsweise ineinander gesteckt. Es ist auch möglich, dass sie flächig aneinanderstoßen. Vorzugsweise sind sie e- lektrisch leitend miteinander verbunden.
Auf dem Hohlleiter 64 wird vorliegend mit unterschiedlichen Übertragungsfrequenzen kommuniziert. Ferner übermittelt das Steuermodul 61 auf dem Hohlleiter 64 elektrische Versorgungs- energie für die Ventilmodule 62, 63.
Das Steuermodul 61 erhält an einer Schnittstelle 71 Steuerbefehle von einer nicht dargestellten übergeordneten Steuerung. Diese übergeordneten Steuerbefehle setzt das Steuermittel 70 in lokale Steuerbefehle um, die sie mit Hilfe einer Antenne 72 auf dem Hohlleiter 64 an die Ventilmodule 62, 63 sendet. Die Antenne 68 ist eine endseitige Sendeeinrichtung. Sie durchdringt den Abschlußwiderstand 68. Die Steuerbefehle werden über die Antenne 72 in einer ersten Sendefrequenz 73 ver- sandt .
Zum Empfang der Daten auf der ersten Sendefrequenz 73 sind bei den Ventilmodulen 62, 63 Empfangsantennen 74 vorgesehen, die in den Hohlleiter 64 hineinragen. Entsprechend der empfangenen Steuerbefehle steuern die Steuermittel 75 Ventilan- triebe 58 zum Antrieb der Ventilglieder der Ventile 50 an.
Vorliegend empfangen alle Ventilmodule 62, 63 die über die Antenne 72 gesendeten Befehle. Zum Versenden der Befehle wird beispielsweise ein Busprotokoll verwendet . Die Steuermittel 75 analysieren in den Steuernachrichten enthaltene Adressan- gaben. Es ist aber auch möglich, das für jedes der Ventilmodule 62, 63 eine andere Sendefrequenz verwendet wird, und die Ventilmodule 62, 63 nur in der ihnen zugeordneten Frequenz gesendete Befehle empfangen und zur Steuerung der Antriebe 50 umsetzen.
Ferner übermittelt das Steuermodul 61 auf der Sendefrequenz 73 die zum Betrieb der Ventilmodule 62, 63 erforderliche elektrische Versorgungsenergie. Diese wird durch Energiewandler 76 aus den empfangenen elektro-magnetischen Wellen gewonnen.
In der Uplink-Richtung senden die Steuermittel 75 Meldeinfor- mationen in einer zweiten Sendefrequenz 77. Zum Senden auf der Frequenz 77 sind Antennen 78 bei den Ventilmodulen 62, 63 vorhanden. Das Steuermodul 61 empfängt mit Hilfe einer Antenne 79 die Meldungen der Ventilmodule 62, 63. Die Antennen 78, 79 sind auf die zweite Sendefrequenz 77 abgestimmt. Die Mel- düngen der Ventilmodule 62, 63 zeigt das zentrale Steuermodul 61 an Anzeigemitteln 80 an.
Man kann die Hohlleiter 14, 44, 64 auch als Mikrowellenbusse bezeichnen. Zur Kommunikation zwischen den angeschlossenen Modulen sowie gegebenenfalls zur Übertragung von Energie die- nende elektromagnetische Wellen sind vorzugsweise sogenannte Mikrowellen. Ihre Wellenlänge liegt z.B. im Bereich von einigen Millimetern bis Zentimetern.

Claims

23. Dezember 2003Festo AG & Co, Ruiter Str. 82. 73734 EsslingenModul für eine VentilbatterieAnsprüche
1. Modul zur Aneinanderreihung an mindestens ein weiteres Modul einer in einer Reihenrichtung aneinandergereihte Module enthaltenden fluidtechnischen Ventilbatterie (10; 40; 60), mit Kommunikationsmitteln zur Kommunikation mit dem mindestens einen weiteren Modul der Ventilbatterie (10; 40; 60), dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsmittel als Hohlleiter-Kommunikationsmittel (19, 21, 23) zur Kommunikati- on über einen Hohlleiter (14; 44; 64) der Ventilbatterie (10; 40; 60) ausgestaltet sind.
2. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsmittel mindestens eine Antenne (19, 21, 23; 55, 56; 72, 74, 78, 79) enthalten.
3. Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlleiter (14; 44; 64) als ein von fluidtechnischen Arbeits- und Versorgungskanälen separater Übertragungskanal ausgestaltet ist.
4. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsmittel zur Energieübertragung ausgestaltet sind.
5. Modul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass von den Kommunikationsmitteln empfangene Energie zum Betreiben eines Ventilantriebs (58) geeignet ist.
6. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlleiter (14; 44; 64) einen rechteckigen, runden oder elliptischen Querschnitt aufweist.
7. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Abschlusswiderstand (90) oder ein elektrisch leitfähiges Abschlusselement aufweist.
8. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Hohlleiterabschnitt (45-47; 65- 67) zur Bildung des Hohlleiters (14; 44; 64) enthält.
9. Modul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlleiterabschnitt (45-47; 65-67) galvanisch vergütet, insbesondere versilbert, verkupfert oder vergoldet, ist.
10. Modul nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlleiterabschnitt (45-47; 65-67) ein Steckende zu Herstellung einer Steckverbindung mit einem benachbarten Hohlleiterabschnitt (45-47; 65-67) aufweist.
11. Modul nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlleiterabschnitt (45-47; 65-67) e- lektrisch leitfähige Kontaktmittel, insbesondere in Gestalt einer Rosette oder eines Flansches, zur Herstellung einer e- lektrischen Verbindung mit einem benachbarten Hohlleiterabschnitt (45-47; 65-67) aufweist.
12. Modul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktmittel insbesondere versilberte und/oder verkupferte federnde Elemente enthalten.
13. Modul nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlleiterabschnitt (45-47; 65-67) einen Dichtring und/oder eine Dichtnut aufweist .
14. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine endseitige Hohlleiter-Sende- und/oder Empfangseinrichtung (72) enthält.
15. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hohlleiter (14; 44; 64) Informationen und/oder Energie auf mindestens zwei Übertragungsfrequenzen (73, 77) übertragen werden.
16. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hohlleiter-Übergangsstück zur Verbindung von Hohlleitern mit unterschiedlichem Querschnitt und/oder ein Twiststück zum Drehen der Polarisationsebene aufweist.
17. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine zentrale Steuereinheit (9; 54; 70) zur Steuerung weiterer Module (13; 42; 62, 63) der Ventilbatterie (10; 40; 60) enthält.
18. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine zentrale Diagnoseeinheit (22) zur Überwachung weiterer Module (13) der Ventilbatterie (10) enthält .
19. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Steuer- und/oder Diagnosemittel (57; 75) zur Steuerung bzw. Überwachung mindestens eines Ventils (50) und/oder Ventilantriebs (58) aufweist.
20. Modul nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass es als ein Ventilmodul (62) ausgestaltet ist, das das mindestens eine Ventil (50) bzw. den Ventilantrieb (58) enthält.
21. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es als ein Abschlussmodul (11, 30; 41,
43; 61, 63) zum Abschluss des Hohlleiters (14; 44; 64) ausgestaltet ist.
22. Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlleiter-Kommunikationsmittel zur Kommunikation mit den weiteren Modulen (12, 13) der Ventilbatterie (10) vorgesehen sind, und das es zweite Hohlleiter- Kommunikationsmittel (28) zur Kommunikation mit einer übergeordneten Steuerung (24) aufweist.
23. Ventilbatterie mit mindestens einem Modul (11-13; 41, 48, 43; 61-63) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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