WO2002031364A1 - Arrangement using fluid technology and valve arrangement and actuator for the same - Google Patents

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WO2002031364A1
WO2002031364A1 PCT/EP2001/011378 EP0111378W WO0231364A1 WO 2002031364 A1 WO2002031364 A1 WO 2002031364A1 EP 0111378 W EP0111378 W EP 0111378W WO 0231364 A1 WO0231364 A1 WO 0231364A1
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actuator
valve arrangement
fluid
valve
arrangement
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PCT/EP2001/011378
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Thomas Lederer
Achim Ziegele
Alexander Aichele
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Festo Ag & Co
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/06—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with two or more servomotors
    • F15B13/08—Assemblies of units, each for the control of a single servomotor only
    • F15B13/0803—Modular units
    • F15B13/0846—Electrical details
    • F15B13/0867—Data bus systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B21/00—Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
    • F15B21/08—Servomotor systems incorporating electrically operated control means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B9/00—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member
    • F15B9/02—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type
    • F15B9/08—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type controlled by valves affecting the fluid feed or the fluid outlet of the servomotor
    • F15B9/09—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type controlled by valves affecting the fluid feed or the fluid outlet of the servomotor with electrical control means

Definitions

  • Fluid power arrangement as well as valve arrangement and actuator therefor
  • the present invention relates to a fluidic arrangement with at least one fluidic actuator which can be actuated by fluid force by means of a valve arrangement via at least a first and a second fluid line, at least one electrical component provided for connection to a control module being arranged on the actuator.
  • the invention further relates to an actuator and a valve arrangement, each for a fluid power arrangement of the type mentioned.
  • Such a fluid power arrangement is known, for example, from German published patent application DE 198 27 833 AI.
  • So-called double-acting cylinders are shown as actuators, the pistons of which can be moved in two opposite directions and can each be moved into an end position.
  • the cylinders are actuated by compressed air, which is fed to them from a valve arrangement via a pair of compressed air lines on the bearing cover and end cover side, respectively.
  • valves arranged in the valve arrangement cause a pressure Actuation or ventilation of the cylinder chambers.
  • the respective piston position on the cylinders is recorded by sensors and reported to a control unit via separate electrical connecting lines.
  • DE 198 27 833 AI already proposes to arrange the valves assigned to each cylinder directly on the cylinders and to lead only one compressed air feed line to the cylinder. It is also proposed to provide the compressed air feed line with a plurality of electrical lines, some of which are used to supply power to the electrical components of the cylinder and some are used to transmit data between the control unit and the valves and sensors.
  • valve arrangement and the actuator are connected to one another via a first and a second electrical connection, via which the valve arrangement connects the actuator by providing a voltage with electrical Energy is supplied, the first electrical connection being conducted via the first fluid line and the second electrical connection being connected via the second fluid line or via a common ground potential between the actuator and the valve arrangement, and that the actuator and the valve arrangement each have signal transmitters and / or signal detection means for establishing a Signal connection between the at least one electrical component and the control module via the first and the second electrical connection are assigned.
  • an actuator according to the technical teaching of claim 18 and a valve arrangement according to the technical teaching of claim 19 are also provided.
  • the invention is based on the idea of forming a circuit between the actuator and the valve arrangement via on the one hand the actuator is supplied with electrical energy and on the other hand an electrical signal connection is established between the electrical component or components of the actuator and the control module.
  • a first fluid line leading to the actuator for example a compressed air or hydraulic line, is used not only for the supply and discharge of fluid, but also as an electrical connection line between the valve arrangement and the actuator.
  • the fluid line is electrically conductive or provided with an electrical conductor.
  • the circuit between the actuator and the valve arrangement is closed via a second electrically conductive fluid line.
  • the second electrically conductive fluid line is not required. Instead, the combined energy / signal circuit between the actuator and the valve arrangement is closed via a common ground potential between the actuator and the valve arrangement.
  • the signal transmitter and / or signal detection means of the actuator expediently contain, as communication means, a modulator for modulating signal signals to the voltage and those assigned to the valve arrangement
  • Signal transmitter and / or signal detection means as communication means a demodulator for demodulating the signal signals from the voltage.
  • the modulator and the demodulator transmit serially digitally coded pulse sequences.
  • the signaling means assigned to the valve arrangement contain, as communication means, a modulator for feeding in control signals by modulating the voltage or by modulating the voltage.
  • the signal detection means of the actuator then demodulate with a demodulator. lator the control signals from the voltage.
  • the modulator / demodulator combination provided in the control direction also transmits serially digitally coded pulse sequences.
  • the signal transmitter and / or signal detection means assigned to the valve arrangement advantageously form part of the valve arrangement. In principle, however, they can also be part of e.g. the control module or a bus node of a field bus, which is provided between the valve arrangement and the control module.
  • the signal transmitter and / or signal detection means assigned to the valve arrangement advantageously have a bus interface provided for communication between the valve arrangement and the control module.
  • connection means designed in particular as plug-in connection means, in which both a fluidic and an electrical connection are expediently established with a single actuation action.
  • An electrically conductive screw or plug connection for the fluid line, for example, is suitable for this.
  • the first and / or the second fluid line each have only one electrical conductor, which can be designed in different ways.
  • the fluid line of the flexible hose can be provided, for example, with an electrically conductive wire mesh or an electrically conductive film.
  • a solid fluid line, for example a metal tube, can in itself serve as an electrical conductor and, if necessary, is externally provided with electrical insulation.
  • the signaling means for signaling set an impressed current flow on the signal connection.
  • transistor circuits or preferably so-called current diodes are suitable as signaling means, each of which only allows a predetermined impressed current flow.
  • the signal detection means determine the respective current flow, e.g. with a measuring resistor and can receive signals from the at least one electrical component in this way.
  • a current flow for signaling can also be achieved very easily by one or more resistors with different resistance values.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a fluid power arrangement according to the invention with an actuator, which has two fluid lines, each with one additional electrical line is connected to a valve arrangement,
  • FIG. 2 shows a development of the exemplary embodiment from FIG. 1 with a further actuator and a further valve arrangement
  • Figure 3 shows a variant of the embodiment of Figure 1, in which an electrical connection between the valve assembly and the actuator is made using a common ground potential, and
  • FIG. 4 shows a schematically represented variant of the exemplary embodiment from FIG. 1, in which the signal transmitter means of the actuator set impressed current flows on the signal connection to the valve arrangement.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a fluid-technical, in the present case electro-pneumatic, arrangement with an actuator 10, which has a cylinder 11 as the drive element.
  • the actuator 10 can also contain another type of fluid-operated drive, for example one
  • the cylinder 11 can be actuated by compressed air by means of a valve arrangement 12, a piston 27 of the cylinder 11 being moved back and forth in a cylinder chamber 9.
  • a valve arrangement 12 for actuation of the cylinder 11 with compressed air are arranged between the valve arrangement 12 and the actuator 10 serving as fluid lines compressed air lines 13 and 14, which are designed, for example, as flexible hose lines or as rigid metal pipes.
  • the compressed air lines 13, 14 are connected to the valve arrangement 12 with connections 15, 16 forming connection means and with connections 17, 18 to the actuator 10.
  • the connections 17, 18 are arranged in pairs on a common side of the actuator 10, but could in principle, for example, be arranged on opposite sides.
  • the connections 15 to 18 can be plug connections or screw connections, for example.
  • valve arrangement 12 compressed air channels 20, 21 lead from the connections 15 and 16 to a valve 19 which controls the pressurized air or ventilation of the compressed air lines 13, 14.
  • a compressed air supply device not shown, for example with a compressed air generation device and a maintenance device, supplies the valve 19 with compressed air.
  • the valve 19 is connected to the compressed air supply device via a compressed air supply line system which is only represented by a compressed air supply line 22.
  • the valve 19 forms an integral part of the valve arrangement 12 or it is an exchangeable separate valve which can be attached to the valve arrangement 12, for example by plugging it on.
  • the valve arrangement 12 can have further valves, not shown.
  • a compressed air channel 23 leads from the connection 17 to a cylinder chamber 24 on the end cover side of the cylinder chamber 9 of the cylinder 11
  • a compressed air channel 25 leads from the connection 18 to a cylinder chamber 26 on the bearing cover side of the cylinder chamber 9.
  • the valve arrangement 12 and the actuator 10 are connected to one another via electrical connecting lines 28, 29 which run in or on the compressed air lines 13, 14 and, for example, by means of a wire mesh embedded in or running on a jacket of the compressed air lines 13, 14 or a metal foil arranged in this way be formed. Furthermore, one or more metal strands or cables could also be provided in the compressed air lines 13, 14 as electrical conductors.
  • the electrical contact of the connecting lines 28, 29 to the actuator 10 and to the valve arrangement 12 is established via the connections 15 to 18, which in the present case consist for example of metal and are thus electrically conductive.
  • the connections 15 to 18 are in electrical contact with the compressed air lines 13, 14, for example is formed by knife contacts that cut into the compressed air lines 13, 14.
  • both a fluidic and an electrical connection between the valve arrangement 12 and the actuator 10 is established with a single actuation action.
  • separate electrical contacts for connecting the electrical connecting lines 28, 29 to the valve arrangement 12 or the actuator 10 could also be provided at the connections 15 to 18, independent of the respective fluid connection.
  • the valve arrangement 12 has an electrical energy source 30 which is connected to the electrical connecting lines 28, 29 via electrical connections 31, 32 and via the connections 15, 16.
  • the energy source can be, for example, a voltage converter module fed by an external voltage source, not shown.
  • the energy source 30 provides a voltage UV for the actuator 10 on the electrical connecting lines 28, 29.
  • the actuator 10 has an electrical energy converter 33 for removing the voltage UV, which is connected to the electrical connecting lines 28, 29 via electrical connections 34, 35 and via the connections 17, 18.
  • the energy converter 33 prepares the voltage UN, for example with the aid of an electronic circuit and / or an electrical see transformers, a rectifier and a smoothing capacitor and feeds a power supply system 36 of the actuator 10, which is only indicated by a positive potential and a negative potential.
  • Sensors 37 and 38 designed as electrical components, are provided on the actuator 10, which are each assigned to the cylinder spaces 24, 26.
  • the sensors 37, 38 detect an operating state of the actuator 10, in the present case the position of the piston 27, and report this to a control module 39, which controls the valve arrangement 12 and the actuator 10.
  • the sensors 37, 38 are, for example, limit switches actuated by the piston 27.
  • sensors 37, 38 could also e.g. ultrasound sensors that determine the position of the piston 27 as components of a position measuring system.
  • temperature sensors, pressure sensors or other sensors for detecting a regular operating state and / or a fault could also be provided on the actuator 10.
  • the actuator 10 reports values recorded by the sensors 37, 38 to the control module 39, which forms a component of the valve arrangement 12 in the exemplary embodiment in FIG. 1.
  • the control module 39 contains, for example, a microprocessor, memory means and an input / output interface.
  • the control module 39 operates according to a preprogrammed functional sequence, which is defined by the program code stored in the storage means, and controls the valve 19 via a control connection 48 and thus the actuator 10.
  • the control module 39 could also be an analog and / or digital control circuit.
  • the control module 39 can receive commands from a control panel (not shown) and / or from a central control system (not shown).
  • a communication module 41 is provided in the actuator 10 as a signal transmitter and / or signal detection means, which serves as a communication means and is connected to the connections 34, 35 e.g. is coupled with an electrical transformer. It is thus connected to the electrical connecting lines 28, 29.
  • the communication module 41 receives measured values from the sensors 37, 38 via connections 42, 43, which the communication module 41 modulates as voltage signals with the aid of a modulator to the voltage UV. For this purpose, a pulse width, pulse frequency or other modulation method is used, for example. It is also possible that the communication module 41 digitally encodes the message signals with a coding device and e.g. sends to the valve arrangement 12 as serial data telegrams. For example, a fieldbus protocol can be used for this.
  • the valve arrangement 12 has a communication module 44 for receiving the message signals on the signal connection SV, that is coupled to the connections 31, 32, for example via a measuring resistor connected in series with the energy source 30, and thus listens to the modulated and / or coded signal signals transmitted on the electrical connecting lines 28, 29, so to speak, and with the aid of a demodulator and / or decoder determined from the voltage UN.
  • the communication module 42 transmits the message signals to the control module 39 via a connection 45, so that the signal connection SV is established overall between the sensors 37, 38 and the control module 39.
  • the control module 39 controls the valve 19 as a function of the respective signal signals from the sensors 37, 38, which contain information about the position of the piston 27.
  • the cylinder chamber 26 is only pressurized with compressed air until the sensor 37 reports to the control module 39 that the piston 27 has reached its end position on the end cover side.
  • the actuator 10 has a display element 46 as a further electrical component.
  • the display element 46 contains, for example, light-emitting diodes and / or a liquid crystal display module for displaying current operating states, for example the current position of the piston 27, and / or for displaying faults, for example if a component of the actuator 10 is faulty or completely has failed.
  • the display element 46 is connected to the communication module 41 via an electrical connection 47 and receives control commands from the control module 39 via the latter.
  • the communication module 44 uses a modulator to feed control signals by modulation into the voltage UV, which the communication module 41 demodulates again using a demodulator.
  • the modulator is coupled to connections 31, 32, for example, with an electrical transformer.
  • the demodulator scans, for example, on a resistor connected in series with the energy converter 33 by means of the voltage changes caused by the control signals modulated onto the voltage UV.
  • the modulator in the communication module 44 could also modulate the voltage UV, for example by forming the digital pulse sequence by switching the voltage UV on and off.
  • the actuator 10 could also be an electrical actuator controlled by the control module 39, e.g. have an electromagnetic drive or a servomotor.
  • operating elements for example an “emergency stop” switch, could be provided on the actuator, which report commands given by an operator to the control module 39 via the communication module 42 and the electrical connecting lines 28, 29.
  • FIG. 2 shows valve arrangements 12a and 12b, which with actuators 10a and 10b via compressed air lines 13a, 14a and 13b, 14b are connected.
  • the bus 63 and the compressed air feed line 22 shown symbolically for a compressed air supply system (not shown) are passed through the valve arrangements 12a and 12b, so that further valve arrangements designed as modules and not shown for reasons of clarity can be attached to the valve manifold 60.
  • the control module 61 can be a separate control device or form part of the valve battery 60.
  • the actuators 10a and 10b are constructed essentially the same as the actuator 10 according to FIG. 1, but do not contain the display element 46. Furthermore, the valve arrangements 12a and 12b are constructed essentially the same as the valve arrangement 12. The same or equivalent components are shown in FIG 2 therefore provided with the same reference numerals as the corresponding components in FIG. 1, the letters “a” or “b” added in some cases illustrating an assignment of the respective component to the actuator / valve arrangement combinations 10a, 12a or 10b, 12b.
  • valve arrangements 12a and 12b do not have their own control module, but are instead via bus interface modules 64a, 64b connected to the fieldbus 63 and controlled by the control module 61.
  • the bus interface modules 64a and 64b and the communication modules 44a, 44b assigned to them can each be combined to form an assembly, for example an integrated circuit.
  • FIG. 3 essentially shows the arrangement known from FIG. 1.
  • an electrical connection between the valve arrangement 12 and the actuator 10 is provided via an electrically conductive compressed air line, the compressed air line 13.
  • the second electrical connection between the valve arrangement 12 and the actuator 10 leads via a common ground potential MP, for example a common ground, to which the electrically conductive connections 16 and 18 are each connected.
  • MP common ground potential
  • the housings of the actuator 10 and the valve arrangement 12 are each connected to the ground potential MP and the second electrical connection is established in this way.
  • an electrical conductor is therefore not required in a compressed air line 14c fluidly connecting the connections 16 and 18.
  • the actuators 10a and 10b have only controlled electrical components, for example electrical actuators, or only reporting components, for example sensors.
  • FIG. 4 A particularly simple variant of the exemplary embodiment from FIG. 1, shown only schematically, is shown in FIG. 4, in which the signaling means of the actuator set impressed current flows on the signal connection to the valve arrangement.
  • the energy source 30 of the valve arrangement 12 supplies the actuator 10 with the voltage UV via the electrical connections 28, 29, which lead via the compressed air lines 13, 14, to the sensors 37, 38 and to the sensors 37, 38 connected in parallel in the electrical connections 34, 35 drops in each case to these current sources 50, 51 connected in series and serving as signaling means.
  • the sensors 37, 38 are, for example, reed switches, magnetoresistive elements or Hall sensors which become electrically conductive when the piston 27 approaches and are otherwise electrically non-conductive or not very conductive.
  • the current sources 50, 51 are, for example, so-called current diodes, which are continuous in their forward direction up to a predetermined current flow, that is to say set an impressed current. It is also possible for the current sources 50, 51 to be formed by transistor circuits which set an impressed current flow or for the sensors 37, 38 to set impressed currents per se, for example by their respective resistance value, and thus in themselves form the signaling means of the actuator 10.
  • the level of the voltage Um is scanned and evaluated by signal detection means, which are not shown in detail.
  • an actuator contains only reporting electrical components, only transmission means, for example a modulator, are required in its communication module, and only receiving means, for example a demodulator, is required in the valve arrangement assigned to the actuator or the control module assigned to it.
  • an actuator has only controlled, but no reporting, electrical components, only one transmitting device, for example a modulator, and only one receiving device, for example a demodulator, are required in the actuator associated with the communication module.
  • an actuator and a valve arrangement communicate bi-directionally, for example using a fieldbus protocol
  • their respective communication Modules both transmit and receive devices necessary, regardless of whether the respective actuator has only controlled or only reporting electrical components.
  • the respective control module can control the flow of information via a bidirectional connection and, for example, send diagnostic queries to the actuator.
  • the communication modules 44a, 44b and the energy sources 30 could not be integrated in the valve arrangements 12a, 12b, but could form part of the control module 61.
  • the electrical connecting lines 28a, 29a, 28b and 28b would then be led through the valve arrangements 12a, 12b and would be connected to the control module 61, for example via a parallel bus between the control module 61 and the valve arrangements 12a, 12b.
  • bus interface modules 64a, 64b and the communication modules 44a, 44b respectively assigned to them could be combined to form a separate assembly which can be arranged, for example, on a valve battery or on a control module.
  • the connections 42, 43 for the sensors 37, 38 are wired or wireless connections. In the case of wireless connections, the sensors 37, 38 would be configured, for example, as so-called transponders.
  • the electrical components of the actuator 10, for example the communication module 42 and the energy converter 33, can at least partially be combined to form a common assembly. This can be arranged, for example, on the cylinder 11, for example in a cylinder cover of the cylinder 11.
  • the compressed air lines 13, 14 each have only a single electrical conductor. However, it is also possible in principle that further electrical conductors are provided for other purposes.

Abstract

The invention relates to an arrangement using fluid technology and to a valve arrangement (12) and an actuator (10) for said arrangement. The actuator (10) is activated by the valve arrangement (12) using fluid force by means of at least one first and one second fluid line (13, 14). At least one electrical component (37, 38, 46) is provided on the actuator (10) for connection to a control module (36, 61). The invention provides that the valve arrangement (12) and the actuator (10) are interconnected by two electrical connections (28, 29) which extend via the fluid lines (13, 14), these electrical connections providing the means by which the valve arrangement (12) supplies the actuator (10) with electrical energy. Signal transmitters and/or signal detecting means (41, 44) are allocated to the actuator (10) and the valve arrangement (12), respectively, in order to build up a signal connection (SV) between the at least one electrical component (37, 38, 46) and the control module (39, 61) through the first and second electrical connections (28, 29).

Description

Fluidtechnische Anordnung sowie Ventilanordnung und Aktuator hierfür Fluid power arrangement as well as valve arrangement and actuator therefor
Die vorliegende Erfindung betrifft eine fluidtechnische An- Ordnung mit mindestens einem fluidtechnischen Aktuator, der mittels einer Ventilanordnung über zumindest eine erste und eine zweite Fluidleitung durch Fluidkraft betätigbar ist, wobei an dem Aktuator zumindest eine zum Anschluss an ein Steuermodul vorgesehene elektrische Komponente angeordnet ist. Die Erfindung betrifft ferner einen Aktuator sowie eine Ventilanordnung jeweils für eine fluidtechnische Anordnung der genannten Art .The present invention relates to a fluidic arrangement with at least one fluidic actuator which can be actuated by fluid force by means of a valve arrangement via at least a first and a second fluid line, at least one electrical component provided for connection to a control module being arranged on the actuator. The invention further relates to an actuator and a valve arrangement, each for a fluid power arrangement of the type mentioned.
Eine derartige fluidtechnische Anordnung ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 198 27 833 AI be- kannt . Dort sind als Aktuatoren sogenannte doppeltwirkende Zylinder gezeigt, deren Kolben in zwei einander entgegengesetzte Richtungen bewegbar und jeweils in eine Endstellung verfahrbar sind. Die Zylinder werden durch Druckluft betätigt, die ihnen jeweils über ein Paar von Druckluftleitungen jeweils lagerdeckel- und abschlussdeckelseitig aus einer Ventilanordnung zugeführt wird. Zur Betätigung der Zylinder bewirken in der Ventilanordnung angeordnete Ventile eine Druck- beaufschlagung oder Entlüftung der Zylinderkammern. An den Zylindern wird über Sensoren die jeweilige Kolbenstellung er- fasst und über separate elektrische Verbindungsleitungen einem Steuergerät gemeldet .Such a fluid power arrangement is known, for example, from German published patent application DE 198 27 833 AI. So-called double-acting cylinders are shown as actuators, the pistons of which can be moved in two opposite directions and can each be moved into an end position. The cylinders are actuated by compressed air, which is fed to them from a valve arrangement via a pair of compressed air lines on the bearing cover and end cover side, respectively. To actuate the cylinders, valves arranged in the valve arrangement cause a pressure Actuation or ventilation of the cylinder chambers. The respective piston position on the cylinders is recorded by sensors and reported to a control unit via separate electrical connecting lines.
Bei dieser konventionellen fluidtechnischen Anordnung sind sowohl jeweils zwei Druckluftleitungen als auch zwei elektrische Verbindungsleitungen an jeden Zylinder zu führen. Der Verschlauchungs- und Verkabelungsaufwand ist also beträchtlich.In this conventional fluid technology arrangement, two compressed air lines and two electrical connecting lines are to be routed to each cylinder. The tubing and cabling effort is therefore considerable.
Als eine Lösung für diese Problematik wird in der DE 198 27 833 AI bereits vorgeschlagen, die jeweils einem Zylinder zugeordneten Ventile unmittelbar an den Zylindern anzuordnen und lediglich eine Druckluft-Speiseleitung zu dem Zylinder zu führen. Ferner wird vorgeschlagen, die Druckluft- Speiseleitung mit mehreren elektrischen Leitungen zu versehen, die teils der Stromversorgung der elektrischen Komponenten des Zylinders dienen und teils der Übertragung von Daten zwischen dem Steuergerät sowie den Ventilen und Sensoren.As a solution to this problem, DE 198 27 833 AI already proposes to arrange the valves assigned to each cylinder directly on the cylinders and to lead only one compressed air feed line to the cylinder. It is also proposed to provide the compressed air feed line with a plurality of electrical lines, some of which are used to supply power to the electrical components of the cylinder and some are used to transmit data between the control unit and the valves and sensors.
Zwar verringert dieser Lösungsvorschlag auf der einen Seite den Verschlauchungsaufwand. Auf der anderen Seite jedoch sind teure und kompliziert aufgebaute Druckluftεchläuche mit mehreren elektrischen Leitern erforderlich, die zudem noch eine aufwendige Anschlusstechnik zum Anschluss der Druckluftschläuche an die Zylinder sowie die Druckluftversorgung er- forderlich machen. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine übersichtlich und leicht aufzubauende, kostengünstige fluidtechnische Anordnung zu schaffen. Ferner sollen eine Ventilanordnung und ein Aktuator vorgeschlagen werden, die für eine derartige fluidtech- nische Anordnung besonders geeignet sind.On the one hand, this proposed solution reduces the tubing effort. On the other hand, however, expensive and complicatedly constructed compressed air hoses with several electrical conductors are required, which also require a complex connection technology for connecting the compressed air hoses to the cylinders and the compressed air supply. It is therefore an object of the invention to provide a clear and easy-to-assemble, inexpensive fluid technology arrangement. Furthermore, a valve arrangement and an actuator are to be proposed which are particularly suitable for such a fluid-technical arrangement.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine fluidtechnische Anordnung der eingangs genannten Art, bei der vorgesehen ist, dass die Ventilanordnung und der Aktuator über eine erste und eine zweite elektrische Verbindung miteinander verbunden sind, ü- ber die die Ventilanordnung den Aktuator durch Bereitstellen einer Spannung mit elektrischer Energie versorgt, wobei die erste elektrische Verbindung über die erste Fluidleitung geführt ist und die zweite elektrische Verbindung über die zweite Fluidleitung oder über ein gemeinsames Massepotential zwischen dem Aktuator und der Ventilanordnung, und dass dem Aktuator und der Ventilanordnung jeweils Signalgeberund/oder Signalerfassungsmittel zum Aufbau einer Signalverbindung zwischen der mindestens einen elektrischen Komponente und dem Steuermodul über die erste und die zweite elektrische Verbindung zugeordnet sind.This object is achieved by a fluid-technical arrangement of the type mentioned at the outset, in which it is provided that the valve arrangement and the actuator are connected to one another via a first and a second electrical connection, via which the valve arrangement connects the actuator by providing a voltage with electrical Energy is supplied, the first electrical connection being conducted via the first fluid line and the second electrical connection being connected via the second fluid line or via a common ground potential between the actuator and the valve arrangement, and that the actuator and the valve arrangement each have signal transmitters and / or signal detection means for establishing a Signal connection between the at least one electrical component and the control module via the first and the second electrical connection are assigned.
Zur Lösung der Aufgabe sind ferner ein Aktuator gemäß der technischen Lehre des Anspruchs 18 und eine Ventilanordnung gemäß der technischen Lehre des Anspruchs 19 vorgesehen.To achieve the object, an actuator according to the technical teaching of claim 18 and a valve arrangement according to the technical teaching of claim 19 are also provided.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, zwischen dem Aktua- tor und der Ventilanordnung einen Stromkreis zu bilden, über den der Aktuator zum einen mit elektrischer Energie versorgt wird und über den zum andern eine elektrische SignalVerbindung zwischen der oder den elektrischen Komponenten des Aktu- ators und dem Steuermodul hergestellt wird. Dabei wird eine zu dem Aktuator führende erste Fluidleitung, beispielsweise eine Druckluft- oder Hydraulikleitung, nicht nur für die Zu- und Abfuhr von Fluid genutzt, sondern auch als elektrische Verbindungsleitung zwischen Ventilanordnung und Aktuator. Die Fluidleitung ist dazu elektrisch leitend oder mit einem e- lektrischen Leiter versehen.The invention is based on the idea of forming a circuit between the actuator and the valve arrangement via on the one hand the actuator is supplied with electrical energy and on the other hand an electrical signal connection is established between the electrical component or components of the actuator and the control module. A first fluid line leading to the actuator, for example a compressed air or hydraulic line, is used not only for the supply and discharge of fluid, but also as an electrical connection line between the valve arrangement and the actuator. For this purpose, the fluid line is electrically conductive or provided with an electrical conductor.
Der Stromkreis zwischen Aktuator und Ventilanordnung wird in einer bevorzugten Variante über eine zweite elektrisch leitende Fluidleitung geschlossen.In a preferred variant, the circuit between the actuator and the valve arrangement is closed via a second electrically conductive fluid line.
In einer weiteren Ausführungsform ist die zweite elektrisch leitende Fluidleitung nicht erforderlich. Stattdessen wird der kombinierte Energie-/Signalstromkreis zwischen dem Aktuator und der Ventilanordnung über ein gemeinsames Massepotential zwischen dem Aktuator und der Ventilanordnung geschlossen.In a further embodiment, the second electrically conductive fluid line is not required. Instead, the combined energy / signal circuit between the actuator and the valve arrangement is closed via a common ground potential between the actuator and the valve arrangement.
Jedenfalls sind die elektrische Energieversorgung und dieAnyway, the electrical power supply and the
Signalübertragung über einen einzigen, gemeinsamen Stromkreis realisiert, für den keine von den Fluidleitungen separaten elektrischen Leitungen erforderlich sind. Dabei ist auch der Herstellungsaufwand gering, da die Fluidleitungen nicht mit mehreren elektrischen Leitern ausgestattet sein müssen, son- dern lediglich mit einem einzigen elektrischen Leiter. Der Aktuator ist zudem kompakt bauend, da zu seiner Betätigung verwendete Ventile von ihm entfernt an der Ventilanordnung angeordnet werden können. Ferner kann das Steuermodul bei entsprechender Ausstattung mit Diagnosemitteln das Auftrennen einer der Fluidleitungen unmittelbar anhand der Unterbrechung der über die jeweilige Fluidleitung führenden elektrischen Verbindung diagnostizieren.Signal transmission realized via a single, common circuit, for which no electrical lines separate from the fluid lines are required. The manufacturing effort is also low, since the fluid lines do not have to be equipped with several electrical conductors, but only with a single electrical conductor. The actuator is also of compact construction, since valves used for its actuation can be arranged at a distance from it on the valve arrangement. Furthermore, the control module, if appropriately equipped with diagnostic means, can diagnose the disconnection of one of the fluid lines directly on the basis of the interruption of the electrical connection via the respective fluid line.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den abhängigen Ansprüchen sowie in der Beschreibung.Further advantageous embodiments of the invention can be found in the dependent claims and in the description.
Zur Signalübertragung in Melderichtung vom Aktuator zum Steuermodul, enthalten die Signalgeber- und/oder Signalerfas- sungsmittel des Aktuators zweckmäßigerweise als Kommunikationsmittel einen Modulator zum Aufmodulieren von Meldesignalen auf die Spannung und die der Ventilanordnung zugeordnetenFor signal transmission in the signaling direction from the actuator to the control module, the signal transmitter and / or signal detection means of the actuator expediently contain, as communication means, a modulator for modulating signal signals to the voltage and those assigned to the valve arrangement
Signalgeber- und/oder Signalerfassungsmittel als Kommunikationsmittel einen Demodulator zum Demodulieren der Meldesignale aus der Spannung. Der Modulator und der Demodulator übertragen seriell digital codierte Pulsfolgen.Signal transmitter and / or signal detection means as communication means a demodulator for demodulating the signal signals from the voltage. The modulator and the demodulator transmit serially digitally coded pulse sequences.
Zur Steuerung des Aktuators durch das Steuermodul in Steuerrichtung enthalten die der Ventilanordnung zugeordneten Signalgebermittel als Kommunikationsmittel einen Modulator zum Einspeisen von Steuersignalen durch Modulation auf die Spannung oder durch Modulation der Spannung. Die Signalerfas- sungsmittel des Aktuators demodulieren dann mit einem Demodu- lator die Steuersignale aus der Spannung. Auch die in Steuerrichtung vorgesehene Modulator-/Demodulatorkombination überträgt seriell digital codierte Pulsfolgen.To control the actuator by the control module in the control direction, the signaling means assigned to the valve arrangement contain, as communication means, a modulator for feeding in control signals by modulating the voltage or by modulating the voltage. The signal detection means of the actuator then demodulate with a demodulator. lator the control signals from the voltage. The modulator / demodulator combination provided in the control direction also transmits serially digitally coded pulse sequences.
Die der Ventilanordnung zugeordneten Signalgeber- und/oder Signalerfassungsmittel bilden vorteilhafterweise einen Bestandteil der Ventilanordnung. Sie können jedoch prinzipiell auch Bestandteil z.B. des Steuermoduls oder eines Busknotens eines Feldbusses sein, der zwischen der Ventilanordnung und dem Steuermodul vorgesehen ist.The signal transmitter and / or signal detection means assigned to the valve arrangement advantageously form part of the valve arrangement. In principle, however, they can also be part of e.g. the control module or a bus node of a field bus, which is provided between the valve arrangement and the control module.
Vorteilhafterweise weisen die der Ventilanordnung zugeordneten Signalgeber- und/oder Signalerfassungsmittel eine zur Kommunikation zwischen der Ventilanordnung und dem Steuermodul vorgesehene Bus-Schnittstelle auf.The signal transmitter and / or signal detection means assigned to the valve arrangement advantageously have a bus interface provided for communication between the valve arrangement and the control module.
Die Montage der fluidtechnische Anordnung wird seitens des Aktuators und/oder der Ventilanordnung durch insbesondere als Steckanschlussmittel ausgestaltete Anschlussmittel erleichtert, bei denen zweckmäßigerweise mit einer einzigen Betätigungshandlung sowohl eine fluidische als auch eine elektrische Verbindung hergestellt wird. Hierzu eignet sich bei- spielsweise ein elektrisch leitender Schraub- oder Steckan- schluss für die Fluidleitung.The assembly of the fluid technology arrangement is facilitated on the part of the actuator and / or the valve arrangement by connection means designed in particular as plug-in connection means, in which both a fluidic and an electrical connection are expediently established with a single actuation action. An electrically conductive screw or plug connection for the fluid line, for example, is suitable for this.
Vorzugsweise weisen die erste und/oder die zweite Fluidleitung jeweils nur exakt einen einzigen elektrischen Leiter auf, der verschiedenartig ausgeführt sein kann. Eine als fle- xibler Schlauch ausgeführte Fluidleitung kann beispielsweise mit einem elektrisch leitenden Drahtgeflecht oder einer e- lektrisch leitenden Folie versehen sein. Eine feste Fluidleitung, beispielsweise ein Metallrohr, kann an sich bereits als elektrischer Leiter dienen und ist, falls erforderlich, äußerlich mit einer elektrischen Isolierung versehen.Preferably, the first and / or the second fluid line each have only one electrical conductor, which can be designed in different ways. One as fle- The fluid line of the flexible hose can be provided, for example, with an electrically conductive wire mesh or an electrically conductive film. A solid fluid line, for example a metal tube, can in itself serve as an electrical conductor and, if necessary, is externally provided with electrical insulation.
In einer bevorzugten Variante der Erfindung stellen die Signalgebermittel zur Signalgabe einen eingeprägten Stromfluss auf der Signalverbindung ein. Dazu eignen sich als Signalge- bermittel Transistor-Schaltungen oder vorzugsweise auch sogenannte Stromdioden, die jeweils nur einen vorbestimmten eingeprägten Stromfluss erlauben. Die Signalerfassungsmittel ermitteln dann den jeweiligen Stromfluss z.B. mit einem Messwiderstand und können auf diese Weise Signale von der mindes- tens einen elektrischen Komponente erhalten. Sehr einfach lässt sich ein Stromfluss zur Signalgabe auch durch einen o- der mehrere Widerstände mit unterschiedlichen Widerstandswerten erzielen.In a preferred variant of the invention, the signaling means for signaling set an impressed current flow on the signal connection. For this purpose, transistor circuits or preferably so-called current diodes are suitable as signaling means, each of which only allows a predetermined impressed current flow. The signal detection means then determine the respective current flow, e.g. with a measuring resistor and can receive signals from the at least one electrical component in this way. A current flow for signaling can also be achieved very easily by one or more resistors with different resistance values.
Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Vorteile anhand von Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der Zeichnung dargestellt. Es zeigenThe invention and its advantages are illustrated below with the aid of exemplary embodiments with the aid of the drawing. Show it
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen fluidtechnischen Anordnung mit einem Aktuator, der über zwei Fluidleitungen mit jeweils einer zusätzlichen elektrischen Leitung mit einer Ventilanordnung verbunden ist,Figure 1 shows a first embodiment of a fluid power arrangement according to the invention with an actuator, which has two fluid lines, each with one additional electrical line is connected to a valve arrangement,
Figur 2 eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels aus Figur 1 mit einem weiteren Aktuator und einer weite- ren Ventilanordnung,FIG. 2 shows a development of the exemplary embodiment from FIG. 1 with a further actuator and a further valve arrangement,
Figur 3 eine Variante des Ausführungsbeispiels aus Figur 1, bei dem eine elektrische Verbindung zwischen der Ventilanordnung und dem Aktuator unter Nutzung eines gemeinsamen Massepotentials hergestellt ist, undFigure 3 shows a variant of the embodiment of Figure 1, in which an electrical connection between the valve assembly and the actuator is made using a common ground potential, and
Figur 4 eine schematisch dargestellte Variante des Ausführungsbeispiels aus Figur 1, bei der die Signalgebermittel des Aktuators eingeprägte Stromflüsse auf der SignalVerbindung zur Ventilanordnung einstel- len.FIG. 4 shows a schematically represented variant of the exemplary embodiment from FIG. 1, in which the signal transmitter means of the actuator set impressed current flows on the signal connection to the valve arrangement.
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine fluidtechnische, vorliegend elektro-pneumatische Anordnung mit einem Aktuator 10, der als Antriebselement einen Zylinder 11 aufweist. Der Aktuator 10 kann auch eine andere Bauart eines fluidbetätigten Antriebs enthalten, beispielsweise einenFIG. 1 shows a schematic illustration of a fluid-technical, in the present case electro-pneumatic, arrangement with an actuator 10, which has a cylinder 11 as the drive element. The actuator 10 can also contain another type of fluid-operated drive, for example one
Drehantrieb oder einen kolbenstangenlosen Linearantrieb. Der Zylinder 11 ist mittels einer Ventilanordnung 12 durch Druckluft betätigbar, wobei ein Kolben 27 des Zylinders 11 in einer Zylinderkammer 9 hin- und her bewegt wird. Zur Betätigung des Zylinders 11 mit Druckluft sind zwischen der Ventilanordnung 12 und dem Aktuator 10 als Fluidleitungen dienende Druckluftleitungen 13 und 14 angeordnet, die beispielsweise als flexible Schlauchleitungen oder als starre Metallrohre ausgeführt sind. Die Druckluftleitungen 13, 14 sind mit Anschlussmittel bildenden Anschlüssen 15, 16 an die Ventilanordnung 12 angeschlossen und mit Anschlüssen 17, 18 an den Aktuator 10. Die Anschlüsse 17, 18 sind vorliegend paarweise an einer gemeinsamen Seite des Aktuators 10 angeordnet, kδnn- ten jedoch prinzipiell auch z.B. an gegenüberliegenden Seiten angeordnet sein. Die Anschlüsse 15 bis 18 können beispielsweise Steckanschlüsse oder Schraubanschlüsse sein.Rotary drive or a rodless linear drive. The cylinder 11 can be actuated by compressed air by means of a valve arrangement 12, a piston 27 of the cylinder 11 being moved back and forth in a cylinder chamber 9. For actuation of the cylinder 11 with compressed air are arranged between the valve arrangement 12 and the actuator 10 serving as fluid lines compressed air lines 13 and 14, which are designed, for example, as flexible hose lines or as rigid metal pipes. The compressed air lines 13, 14 are connected to the valve arrangement 12 with connections 15, 16 forming connection means and with connections 17, 18 to the actuator 10. In the present case, the connections 17, 18 are arranged in pairs on a common side of the actuator 10, but could in principle, for example, be arranged on opposite sides. The connections 15 to 18 can be plug connections or screw connections, for example.
In der Ventilanordnung 12 führen Druckluft-Kanäle 20, 21 von den Anschlüssen 15 bzw. 16 zu einem Ventil 19, das die Druck- luftbeaufschlagung oder Entlüftung der Druckluftleitungen 13, 14 steuert. Eine nicht dargestellte Druckluftversorgungseinrichtung, z.B. mit einer Drucklufterzeugungsvorrichtung und einer Wartungsvorrichtung, versorgt das Ventil 19 mit Druckluft. Das Ventil 19 ist an die Druckluftversorgungseinrich- tung über ein lediglich durch eine Druckluft-Speiseleitung 22 dargestelltes Druckluf -Versorgungsleitungsεystem angeschlossen. Das Ventil 19 bildet einen integralen Bestandteil der Ventilanordnung 12 oder es ist ein austauschbares separates, an der Ventilanordnung 12 beispielsweise durch Aufstecken a- nordenbares Ventil . Neben dem Ventil 19 kann die Ventilanordnung 12 weitere, nicht dargestellte Ventile aufweisen. In dem Aktuator 10 führt ein Druckluft-Kanal 23 vom Anschluss 17 zu einem abschlussdeckelseitigen Zylinderraum 24 der Zylinderkammer 9 des Zylinders 11, ein Druckluft-Kanal 25 vom Anschluss 18 zu einem lagerdeckelseitigen Zylinderraum 26 der Zylinderkammer 9. Wenn das Ventil 19 die Druckluftleitung 13 mit Druckluft beaufschlagt und zugleich die Druckluftleitung 14 entlüftet, wird der Kolben 27 des Zylinders 11 zum lagerdeckelseitigen Zylinderraum 26 hin bewegt. In Richtung des Zylinderräumes 24 bewegt sich der Kolben 27, wenn das Ventil 19 den lagerdeckelseitige Zylinderraum 26 über die Druckluftleitung 14 mit Druckluft beaufschlagt und die Druckluftleitung 13 entlüftet.In the valve arrangement 12, compressed air channels 20, 21 lead from the connections 15 and 16 to a valve 19 which controls the pressurized air or ventilation of the compressed air lines 13, 14. A compressed air supply device, not shown, for example with a compressed air generation device and a maintenance device, supplies the valve 19 with compressed air. The valve 19 is connected to the compressed air supply device via a compressed air supply line system which is only represented by a compressed air supply line 22. The valve 19 forms an integral part of the valve arrangement 12 or it is an exchangeable separate valve which can be attached to the valve arrangement 12, for example by plugging it on. In addition to the valve 19, the valve arrangement 12 can have further valves, not shown. In the actuator 10, a compressed air channel 23 leads from the connection 17 to a cylinder chamber 24 on the end cover side of the cylinder chamber 9 of the cylinder 11, a compressed air channel 25 leads from the connection 18 to a cylinder chamber 26 on the bearing cover side of the cylinder chamber 9. If the valve 19 carries the compressed air line 13 with it Pressurized with compressed air and at the same time vented the compressed air line 14, the piston 27 of the cylinder 11 is moved toward the cylinder chamber 26 on the bearing cover side. The piston 27 moves in the direction of the cylinder chamber 24 when the valve 19 acts on the cylinder chamber 26 on the bearing cover side with compressed air via the compressed air line 14 and vents the compressed air line 13.
Die Ventilanordnung 12 und der Aktuator 10 sind über elektrische Verbindungsleitungen 28, 29 miteinander verbunden, die in oder an den Druckluftleitungen 13, 14 verlaufen und beispielsweise durch ein in einem Mantel der Druckluftleitungen 13, 14 eingebettetes oder auf diesem verlaufendes Drahtgewebe oder einer derart angeordneten Metallfolie gebildet werden. Ferner könnten in den Druckluftleitungen 13, 14 als elektri- sehe Leiter auch eine oder mehrere Metall-Litzen oder Kabel vorgesehen sein. Der elektrische Kontakt der Verbindungsleitungen 28, 29 zu dem Aktuator 10 sowie zu der Ventilanordnung 12 wird über die Anschlüsse 15 bis 18 hergestellt, die vorliegend beispielsweise aus Metall bestehen und somit elekt- risch leitend sind. Die Anschlüsse 15 bis 18 stehen in elektrischem Kontakt zu den Druckluftleitungen 13, 14, der z.B. durch Messerkontakte gebildet wird, die in die Druckluftleitungen 13, 14 einschneiden.The valve arrangement 12 and the actuator 10 are connected to one another via electrical connecting lines 28, 29 which run in or on the compressed air lines 13, 14 and, for example, by means of a wire mesh embedded in or running on a jacket of the compressed air lines 13, 14 or a metal foil arranged in this way be formed. Furthermore, one or more metal strands or cables could also be provided in the compressed air lines 13, 14 as electrical conductors. The electrical contact of the connecting lines 28, 29 to the actuator 10 and to the valve arrangement 12 is established via the connections 15 to 18, which in the present case consist for example of metal and are thus electrically conductive. The connections 15 to 18 are in electrical contact with the compressed air lines 13, 14, for example is formed by knife contacts that cut into the compressed air lines 13, 14.
Bei der Montage der Anschlüsse 15 bis 18, z.B. beim Zusammenschrauben oder Ineinanderstecken, wird vorliegend mit einer einzigen Betätigungshandlung sowohl eine fluidische als auch eine elektrische Verbindung zwischen der Ventilanordnung 12 und dem Aktuator 10 hergestellt. Prinzipiell könnten an den Anschlüssen 15 bis 18 auch separate, von dem jeweiligen flu- idtechnischen Anschluss unabhängige elektrische Kontakte zum Anschluss der elektrischen Verbindungsleitungen 28, 29 an die Ventilanordnung 12 bzw. den Aktuator 10 vorgesehen sein.When installing connections 15 to 18, e.g. when screwing together or plugging one into the other, both a fluidic and an electrical connection between the valve arrangement 12 and the actuator 10 is established with a single actuation action. In principle, separate electrical contacts for connecting the electrical connecting lines 28, 29 to the valve arrangement 12 or the actuator 10 could also be provided at the connections 15 to 18, independent of the respective fluid connection.
Die Ventilanordnung 12 weist eine elektrische Energiequelle 30 auf, die über elektrische Verbindungen 31, 32 und über die Anschlüsse 15, 16 mit den elektrischen Verbindungsleitungen 28, 29 verbunden ist. Die Energiequelle kann beispielsweise eine von einer externen, nicht dargestellten Spannungsquelle gespeiste Spannungswandlerbaugruppe sein. Die Energiequelle 30 stellt eine Spannung UV für den Aktuator 10 auf den elektrischen Verbindungsleitungen 28, 29 bereit.The valve arrangement 12 has an electrical energy source 30 which is connected to the electrical connecting lines 28, 29 via electrical connections 31, 32 and via the connections 15, 16. The energy source can be, for example, a voltage converter module fed by an external voltage source, not shown. The energy source 30 provides a voltage UV for the actuator 10 on the electrical connecting lines 28, 29.
Der Aktuator 10 weist zur Entnahme der Spannung UV einen e- lektrischen Energiewandler 33 auf, der über elektrische Verbindungen 34, 35 und über die Anschlüsse 17, 18 mit den e- lektrischen Verbindungsleitungen 28, 29 verbunden ist. Der Energiewandler 33 bereitet die Spannung UN beispielsweise mit Hilfe einer elektronischen Schaltung und/oder eines elektri- sehen Transformators, eines Gleichrichters und eines Glät- tungskondensators auf und speist ein lediglich durch ein positives Potential und ein negatives Potential angedeutetes Stromversorgungssystem 36 des Aktuators 10.The actuator 10 has an electrical energy converter 33 for removing the voltage UV, which is connected to the electrical connecting lines 28, 29 via electrical connections 34, 35 and via the connections 17, 18. The energy converter 33 prepares the voltage UN, for example with the aid of an electronic circuit and / or an electrical see transformers, a rectifier and a smoothing capacitor and feeds a power supply system 36 of the actuator 10, which is only indicated by a positive potential and a negative potential.
Am Aktuator 10 sind als elektrische Komponenten ausgeführte Sensoren 37 bzw. 38 vorgesehen, die den Zylinderräumen 24, 26 jeweils zugeordnet sind. Die Sensoren 37, 38 erfassen einen Betriebszustand des Aktuators 10, vorliegend die Stellung des Kolbens 27, und melden diesen einem Steuermodul 39, das die Ventilanordnung 12 und den Aktuator 10 steuert. Die Sensoren 37, 38 sind beispielsweise durch den Kolben 27 betätigte Endschalter. Die Sensoren 37, 38 könnten jedoch auch z.B. mit Ultraschall arbeitende Sensoren sein, die als Bestandteile eines Wegemesssystems die Stellung des Kolbens 27 ermitteln. An dem Aktuator 10 könnten beispielsweise auch Temperatursensoren, Drucksensoren oder sonstige Sensoren zur Erfassung eines regulären Betriebszustandes und/oder einer Störung vorgesehen sein.Sensors 37 and 38, designed as electrical components, are provided on the actuator 10, which are each assigned to the cylinder spaces 24, 26. The sensors 37, 38 detect an operating state of the actuator 10, in the present case the position of the piston 27, and report this to a control module 39, which controls the valve arrangement 12 and the actuator 10. The sensors 37, 38 are, for example, limit switches actuated by the piston 27. However, sensors 37, 38 could also e.g. ultrasound sensors that determine the position of the piston 27 as components of a position measuring system. For example, temperature sensors, pressure sensors or other sensors for detecting a regular operating state and / or a fault could also be provided on the actuator 10.
Der Aktuator 10 meldet von den Sensoren 37, 38 erfasste Werte an das Steuermodul 39, das in dem Ausführungsbeispiel von Figur 1 einen Bestandteil der Ventilanordnung 12 bildet. Das Steuermodul 39 enthält z.B. einen Mikroprozessor, Speichermittel und eine Ein-/Ausgabeschnittstelle . Das Steuermodul 39 arbeitet nach einen vorprogrammierten Funktionsablauf, der von in dem Speichermittel abgelegtem Programmcode festgelegt ist, und steuert über eine Steuerverbindung 48 das Ventil 19 und somit den Aktuator 10. Das Steuermodul 39 könnte auch eine analoge und/oder digitale Regelungsschaltung sein. Das Steuermodul 39 kann Befehle von einem nicht dargestellten Bedienfeld und/oder von einer zentralen, nicht dargestellten übergeordneten Steuerung erhalten.The actuator 10 reports values recorded by the sensors 37, 38 to the control module 39, which forms a component of the valve arrangement 12 in the exemplary embodiment in FIG. 1. The control module 39 contains, for example, a microprocessor, memory means and an input / output interface. The control module 39 operates according to a preprogrammed functional sequence, which is defined by the program code stored in the storage means, and controls the valve 19 via a control connection 48 and thus the actuator 10. The control module 39 could also be an analog and / or digital control circuit. The control module 39 can receive commands from a control panel (not shown) and / or from a central control system (not shown).
Die von den Sensoren 37, 38 erfassten Werte werden dem Steuermodul 39 auf einer über die elektrischen Verbindungsleitun- gen 28, 29 führenden, gestrichelt eingezeichneten Signalverbindung SV gemeldet. Zur Herstellung der SignalVerbindung SV ist in dem Aktuator 10 als Signalgeber- und/oder Signalerfassungsmittel ein Kommunikationsmodul 41 vorgesehen, das als Kommunikationsmittel dient und an die Verbindungen 34, 35 z.B. mit einem elektrischen Übertrager angekoppelt ist. Somit ist es mit den elektrischen Verbindungsleitungen 28, 29 ver- bunden. Das Kommunikationsmodul 41 erhält über Verbindungen 42, 43 von den Sensoren 37, 38 erfasste Messwerte, Diese moduliert das Kommunikationsmodul 41 als Meldesignale mit Hilfe eines Modulators auf die Spannung UV auf. Dazu wird beispielsweise ein Pulsweiten-, Pulsfrequenz- oder ein sonstiges Modulationsverfahren eingesetzt. Es ist auch möglich, dass das Kommunikationsmodul 41 die Meldesignale mit einer Codiereinrichtung digital codiert und z.B. als serielle Datentelegramme an die Ventilanordnung 12 sendet. Dazu kann beispielsweise ein Feldbus-Protokoll verwendet werden.The values detected by the sensors 37, 38 are reported to the control module 39 on a signal connection SV, which is shown in broken lines and leads over the electrical connecting lines 28, 29. To establish the signal connection SV, a communication module 41 is provided in the actuator 10 as a signal transmitter and / or signal detection means, which serves as a communication means and is connected to the connections 34, 35 e.g. is coupled with an electrical transformer. It is thus connected to the electrical connecting lines 28, 29. The communication module 41 receives measured values from the sensors 37, 38 via connections 42, 43, which the communication module 41 modulates as voltage signals with the aid of a modulator to the voltage UV. For this purpose, a pulse width, pulse frequency or other modulation method is used, for example. It is also possible that the communication module 41 digitally encodes the message signals with a coding device and e.g. sends to the valve arrangement 12 as serial data telegrams. For example, a fieldbus protocol can be used for this.
Die Ventilanordnung 12 weist zum Empfangen der Meldesignale auf der Signalverbindung SV ein Kommunikationsmodul 44 auf, das an die Verbindungen 31, 32, beispielsweise über einen in Reihe mit der Energiequelle 30 geschalteten Messwiderstand angekoppelt ist und somit die auf den elektrischen Verbindungsleitungen 28, 29 gesendeten modulierten und/oder codier- ten Meldesignale sozusagen mithört und mit Hilfe eines Demo- dulators und/oder Decodierers aus der Spannung UN ermittelt . Das Kommunikationsmodul 42 überträgt die Meldesignale über eine Verbindung 45 an das Steuermodul 39, so dass insgesamt die Signalverbindung SV zwischen dem Sensoren 37, 38 und dem Steuermodul 39 aufgebaut ist.The valve arrangement 12 has a communication module 44 for receiving the message signals on the signal connection SV, that is coupled to the connections 31, 32, for example via a measuring resistor connected in series with the energy source 30, and thus listens to the modulated and / or coded signal signals transmitted on the electrical connecting lines 28, 29, so to speak, and with the aid of a demodulator and / or decoder determined from the voltage UN. The communication module 42 transmits the message signals to the control module 39 via a connection 45, so that the signal connection SV is established overall between the sensors 37, 38 and the control module 39.
Das Steuermodul 39 steuert das Ventil 19 in Abhängigkeit von den jeweiligen Meldesignalen der Sensoren 37, 38, die Informationen über die Stellung des Kolbens 27 enthalten. Dabei wird beispielsweise der Zylinderraum 26 nur solange mit Druckluft beaufschlagt, bis der Sensor 37 an das Steuermodul 39 meldet, dass der Kolben 27 seine abschlussdeckelseitige Endstellung erreicht hat.The control module 39 controls the valve 19 as a function of the respective signal signals from the sensors 37, 38, which contain information about the position of the piston 27. For example, the cylinder chamber 26 is only pressurized with compressed air until the sensor 37 reports to the control module 39 that the piston 27 has reached its end position on the end cover side.
Der Aktuator 10 weist beim Ausführungsbeispiel als weitere elektrische Komponente ein Anzeigeelement 46 auf. Das Anzei- geelement 46 enthält beispielsweise Leuchtdioden und/oder ein Flüssig-Kristall-Anzeigemodul zur Anzeige aktueller Betriebs- zustände, z.B. der aktuellen Stellung des Kolbens 27, und/oder zur Anzeige von Störungen, z.B. wenn eine Komponente des Aktuators 10 gestört oder ganz ausgefallen ist. Das Anzeigeelement 46 ist über eine elektrische Verbindung 47 mit dem Kommunikationsmodul 41 verbunden und erhält über dieses von dem Steuermodul 39 Steuerbefehle. Dabei speist das Kommunikationsmodul 44 mit einem Modulator Steuersignale durch Modulation in die Spannung UV ein, welche das Kommunikationsmodul 41 mit einem Demodulator wieder demoduliert. Der Modulator ist beispielsweise mit einem elektrischen Übertrager an die Verbindungen 31, 32 angekoppelt. Der Demodulator tastet z.B. an einem in Reihe mit dem Energiewandler 33 ge- schalteten Widerstand durch die auf die Spannung UV aufmodulierten Steuersignale hervorgerufene Spannungsänderungen ab.In the exemplary embodiment, the actuator 10 has a display element 46 as a further electrical component. The display element 46 contains, for example, light-emitting diodes and / or a liquid crystal display module for displaying current operating states, for example the current position of the piston 27, and / or for displaying faults, for example if a component of the actuator 10 is faulty or completely has failed. The display element 46 is connected to the communication module 41 via an electrical connection 47 and receives control commands from the control module 39 via the latter. The communication module 44 uses a modulator to feed control signals by modulation into the voltage UV, which the communication module 41 demodulates again using a demodulator. The modulator is coupled to connections 31, 32, for example, with an electrical transformer. The demodulator scans, for example, on a resistor connected in series with the energy converter 33 by means of the voltage changes caused by the control signals modulated onto the voltage UV.
Prinzipiell könnte der Modulator in dem Kommunikationsmodul 44 auch die Spannung UV modulieren, beispielsweise durch Ein- und Ausschalten der Spannung UV eine digitale Pulsfolge bil- den.In principle, the modulator in the communication module 44 could also modulate the voltage UV, for example by forming the digital pulse sequence by switching the voltage UV on and off.
Der Aktuator 10 könnte als elektrische Komponente auch ein von dem Steuermodul 39 gesteuertes elektrisches Stellglied, z.B. einen elektromagnetischen Antrieb oder einen Stellmotor aufweisen. Ferner könnten an dem Aktuator 10 Bedienelemente, beispielsweise ein "Notaus" -Schalter, vorgesehen sein, die von einem Bediener gegebene Befehle über das Kommunikationsmodul 42 und die elektrischen Verbindungsleitungen 28, 29 an das Steuermodul 39 melden.As an electrical component, the actuator 10 could also be an electrical actuator controlled by the control module 39, e.g. have an electromagnetic drive or a servomotor. Furthermore, operating elements, for example an “emergency stop” switch, could be provided on the actuator, which report commands given by an operator to the control module 39 via the communication module 42 and the electrical connecting lines 28, 29.
Figur 2 zeigt Ventilanordnungen 12a und 12b, die mit Aktuato- ren 10a bzw. 10b über Druckluftleitungen 13a, 14a bzw. 13b, 14b verbunden sind. Die Ventilanordnungen 12a und 12b sind Module einer Ventilbatterie 60, die über die aus Figur 1 bekannte Druckluft-Speiseleitung 22 mit Druckluft versorgt und von einem zentralen Steuermodul 61 über einen Bus 63, z.B. einen AS-i-Feldbus (AS-i = Aktuator-Sensor-Interface) , gesteuert wird. Der Bus 63 sowie die symbolisch für ein nicht dargestelltes Druckluft-Versorgungssystem gezeigte Druckluft- Speiseleitung 22 sind durch die Ventilanordnungen 12a und 12b hindurchgeführt, so dass weitere als Module ausgeführte, aus Gründen der Übersicht nicht dargestellte Ventilanordnungen an die Ventilbatterie 60 angereiht werden können. Das Steuermodul 61 kann ein separates Steuergerät sein oder einen Bestandteil der Ventilbatterie 60 bilden.FIG. 2 shows valve arrangements 12a and 12b, which with actuators 10a and 10b via compressed air lines 13a, 14a and 13b, 14b are connected. The valve arrangements 12a and 12b are modules of a valve battery 60 which is supplied with compressed air via the compressed air feed line 22 known from FIG. 1 and from a central control module 61 via a bus 63, for example an AS-i field bus (AS-i = actuator Sensor interface). The bus 63 and the compressed air feed line 22 shown symbolically for a compressed air supply system (not shown) are passed through the valve arrangements 12a and 12b, so that further valve arrangements designed as modules and not shown for reasons of clarity can be attached to the valve manifold 60. The control module 61 can be a separate control device or form part of the valve battery 60.
Die Aktuatoren 10a und 10b sind im Wesentlichen gleich aufge- baut wie der Aktuator 10 gemäß Figur 1, enthalten jedoch nicht das Anzeigeelement 46. Ferner sind die Ventilanordnungen 12a und 12b im Wesentlichen gleich aufgebaut wie die Ventilanordnung 12. Gleiche oder gleichwirkende Komponenten sind in Figur 2 daher mit gleichen Bezugszeichen wie die entspre- chenden Komponenten in Figur 1 versehen, wobei teilweise angefügte Buchstaben "a" oder "b" eine Zuordnung der jeweiligen Komponente zu den Aktuator-Ventilanordnung-Kombinationen 10a, 12a bzw. 10b, 12b verdeutlichen.The actuators 10a and 10b are constructed essentially the same as the actuator 10 according to FIG. 1, but do not contain the display element 46. Furthermore, the valve arrangements 12a and 12b are constructed essentially the same as the valve arrangement 12. The same or equivalent components are shown in FIG 2 therefore provided with the same reference numerals as the corresponding components in FIG. 1, the letters “a” or “b” added in some cases illustrating an assignment of the respective component to the actuator / valve arrangement combinations 10a, 12a or 10b, 12b.
Im Unterschied zur Ventilanordnung 12 weisen die Ventilanord- nungen 12a und 12b jedoch kein eigenes Steuermodul auf, sondern sind stattdessen über Bus-Schnittstellen-Module 64a, 64b an den Feldbus 63 angeschlossen und werden über diesen von dem Steuermodul 61 gesteuert. Die Bus-Schnittstellen-Module 64a und 64b und die ihnen jeweils zugeordneten Kommunikationsmodule 44a, 44b können jeweils zu einer Baugruppe, bei- spielsweise zu einem integrierten Schaltkreis, zusammenge- fasst sein.In contrast to the valve arrangement 12, however, the valve arrangements 12a and 12b do not have their own control module, but are instead via bus interface modules 64a, 64b connected to the fieldbus 63 and controlled by the control module 61. The bus interface modules 64a and 64b and the communication modules 44a, 44b assigned to them can each be combined to form an assembly, for example an integrated circuit.
Figur 3 zeigt im Wesentlichen die aus Figur 1 bekannte Anordnung. Im Unterschied zu Figur 1 ist jedoch nur eine elektrische Verbindung zwischen der Ventilanordnung 12 und dem Aktu- ator 10 über eine elektrisch leitende Druckluftleitung, die Druckluftleitung 13, vorgesehen. Die zweite elektrische Verbindung zwischen der Ventilanordnung 12 und dem Aktuator 10 führt über ein gemeinsames Massepotential MP, beispielsweise eine gemeinsame Erdung, an das die elektrisch leitenden An- Schlüsse 16 und 18 jeweils angeschlossen sind. Es ist auch möglich, dass die Gehäuse des Aktuators 10 und der Ventilanordnung 12 jeweils an das Massepotential MP angeschlossen sind und auf diese Weise die zweite elektrische Verbindung hergestellt wird. In einer die Anschlüsse 16 und 18 fluidisch verbindenden Druckluftleitung 14c ist daher im Gegensatz zu der Druckluftleitung 14 kein elektrischer Leiter erforderlich.FIG. 3 essentially shows the arrangement known from FIG. 1. In contrast to FIG. 1, however, only an electrical connection between the valve arrangement 12 and the actuator 10 is provided via an electrically conductive compressed air line, the compressed air line 13. The second electrical connection between the valve arrangement 12 and the actuator 10 leads via a common ground potential MP, for example a common ground, to which the electrically conductive connections 16 and 18 are each connected. It is also possible that the housings of the actuator 10 and the valve arrangement 12 are each connected to the ground potential MP and the second electrical connection is established in this way. In contrast to the compressed air line 14, an electrical conductor is therefore not required in a compressed air line 14c fluidly connecting the connections 16 and 18.
Es ist auch möglich, dass die Aktuatoren 10a und 10b nur gesteuerte elektrische Komponenten, beispielsweise elektrische Stellglieder, oder nur meldende Komponenten, beispielsweise Sensoren, aufweisen. Eine besonders einfache, lediglich schematisch dargestellte Variante des Ausführungsbeispiels aus Figur 1 ist in Figur 4 gezeigt, bei der die Signalgebermittel des Aktuators eingeprägte Stromflüsse auf der Signalverbindung zur Ventilanord- nung einstellen. Allerdings sind zur Vereinfachung der Darstellung lediglich einige Komponenten des Aktuators 10 und der Ventilanordnung 12 gezeigt. Die Energiequelle 30 der Ventilanordnung 12 versorgt über die elektrischen Verbindungen 28, 29, die über die Druckluftleitungen 13, 14 führen, den Aktuator 10 mit der Spannung UV, die an den parallel in die elektrischen Verbindungen 34, 35 geschalteten Sensoren 37, 38 sowie an jeweils zu diesen in Reihe geschalteten, als Signalgebermittel dienenden Stromquellen 50, 51 abfällt. Die Sensoren 37, 38 sind beispielsweise Reed-Schalter, magnetoresisti- ve Elemente oder Hall-Sensoren, die bei Annäherung des Kolbens 27 elektrisch leitend werden und ansonsten elektrisch nicht oder wenig leitend sind. Die Stromquellen 50, 51 sind beispielsweise sogenannte Stromdioden, die in ihrer Durchlassrichtung bis zu einem vorbestimmten Stromfluss durchgän- gig sind, also einen eingeprägten Strom einstellen. Es ist auch möglich, dass die Stromquellen 50, 51 durch Transistor- schaltungen gebildet werden, die einen eingeprägten Stromfluss einstellen oder dass die Sensoren 37, 38 an sich, beispielsweise durch ihren jeweiligen Widerstandswert, einge- prägte Ströme einstellen und somit für sich allein schon die Signalgebermittel des Aktuators 10 bilden. Wenn die Sensoren 37, 38 infolge der Annäherung des Kolbens 27 elektrisch leitend werden, werden sie von einem Strom durchflössen, der von den Stromquellen 50, 51 jeweils als eingeprägter Strom 137 bzw. 138 eingestellt wird. Die Werte der Ströme 137 und 138 sind unterschiedlich hoch, so dass sich ein die elektrischen Verbindungen 28, 29 jeweils durchfließender Gesamtstrom Iges mit den Werten Iges = 0, Iges = 137, Iges = 138 oder, insbesondere im Fehlerfall, Iges = 137 + 138 einstellt. Die Höhe des Gesamtstromes Iges ist demnach ein durch die Signalgebermittel des Aktuators 10 gegebenes Signal für die jeweilige Position des Kolbens 27.It is also possible that the actuators 10a and 10b have only controlled electrical components, for example electrical actuators, or only reporting components, for example sensors. A particularly simple variant of the exemplary embodiment from FIG. 1, shown only schematically, is shown in FIG. 4, in which the signaling means of the actuator set impressed current flows on the signal connection to the valve arrangement. However, to simplify the illustration, only some components of the actuator 10 and the valve arrangement 12 are shown. The energy source 30 of the valve arrangement 12 supplies the actuator 10 with the voltage UV via the electrical connections 28, 29, which lead via the compressed air lines 13, 14, to the sensors 37, 38 and to the sensors 37, 38 connected in parallel in the electrical connections 34, 35 drops in each case to these current sources 50, 51 connected in series and serving as signaling means. The sensors 37, 38 are, for example, reed switches, magnetoresistive elements or Hall sensors which become electrically conductive when the piston 27 approaches and are otherwise electrically non-conductive or not very conductive. The current sources 50, 51 are, for example, so-called current diodes, which are continuous in their forward direction up to a predetermined current flow, that is to say set an impressed current. It is also possible for the current sources 50, 51 to be formed by transistor circuits which set an impressed current flow or for the sensors 37, 38 to set impressed currents per se, for example by their respective resistance value, and thus in themselves form the signaling means of the actuator 10. When the sensors 37, 38 become electrically conductive due to the approach of the piston 27, a current flows through them, which is set by the current sources 50, 51 as impressed current 137 and 138, respectively. The values of the currents 137 and 138 are different, so that a total current Iges flowing through the electrical connections 28, 29 with the values Iges = 0, Iges = 137, Iges = 138 or, in particular in the event of a fault, Iges = 137 + 138 established. The level of the total current Iges is accordingly a signal given by the signal transmitter means of the actuator 10 for the respective position of the piston 27.
In der Ventilanordnung 12 ist ein in Reihe mit der Energiequelle 30 geschalteter, den Signalerfassungsmitteln der Ventilanordnung 12 zugeordneter Messwiderstand 52 mit einem Wi- derstandswert R, ein sogenannter "Shunt", vorgesehen, der von dem Gesamtstrom Iges durchflössen wird und an dem in Abhängigkeit vom Gesamtstrom Iges eine Spannung Um mit den Werten Um = 0, Um = R * 137, Um = R * 138 oder Um = R * (137 + 138) abfällt. Die Höhe der Spannung Um wird von nicht detailliert dargestellten Signalerfassungsmitteln abgetastet und ausgewertet .Provided in the valve arrangement 12 is a measuring resistor 52, connected in series with the energy source 30 and assigned to the signal detection means of the valve arrangement 12, with a resistance value R, a so-called "shunt", through which the total current Iges flows and which is dependent on the Total current Iges a voltage Um with the values Um = 0, Um = R * 137, Um = R * 138 or Um = R * (137 + 138) drops. The level of the voltage Um is scanned and evaluated by signal detection means, which are not shown in detail.
Es versteht sich, dass das in Figur 4 gezeigte Prinzip, bei dem eingeprägte Ströme eingestellt werden, auch in umgekehrter Richtung zur Signalgabe von der Ventilanordnung 12 an den Aktuator 10 anwendbar ist. Ferner könnte als Signalgebermittel anstatt der Stromquellen 50, 51 oder zusätzlich zu diesen jeweils ein Widerstand vorgesehen sein, wobei diese Widerstände vorzugsweise unterschiedliche Widerstandswerte aufweisen. Weiter könnten die Sensoren 37 und 38 im jeweils z.B. infolge der Annäherung des Kolbens 27 elektrisch leitenden Zustand unterschiedliche Widerstandswerte aufweisen, so dass die Sensoren 37 und 38 als Signalgebermittel dienen könnten.It goes without saying that the principle shown in FIG. 4, in which impressed currents are set, can also be used in the opposite direction for signaling from the valve arrangement 12 to the actuator 10. Furthermore, a resistor could be provided instead of the current sources 50, 51 or in addition to the current sources, these resistors preferably having different resistance values. Furthermore, the sensors 37 and 38 could have different resistance values in each case, for example due to the approach of the piston 27, so that the sensors 37 and 38 could serve as signaling means.
Weitere Ausgestaltungen sind ohne Weiteres möglich:Further configurations are easily possible:
Sofern ein Aktuator nur meldende elektrische Komponenten enthält, sind in seinem Kommunikationsmodul nur Sendemittel, beispielsweise ein Modulator, und in der dem Aktuator zugeordneten Ventilanordnung oder dem ihm zugeordneten Steuermodul nur Empfangsmittel, beispielsweise ein Demodulator, er- forderlich.If an actuator contains only reporting electrical components, only transmission means, for example a modulator, are required in its communication module, and only receiving means, for example a demodulator, is required in the valve arrangement assigned to the actuator or the control module assigned to it.
Wenn ein Aktuator nur gesteuerte, jedoch keine meldenden e- lektrischen Komponenten aufweist, sind in dem Aktuator zugeordneten Kommunikationsmodul nur eine Sendeeinrichtung, beispielsweise ein Modulator, und in dem Aktuator nur eine Emp- fangseinrichtung, beispielsweise ein Demodulator, erforderlich.If an actuator has only controlled, but no reporting, electrical components, only one transmitting device, for example a modulator, and only one receiving device, for example a demodulator, are required in the actuator associated with the communication module.
Kommunizieren ein Aktuator und eine Ventilanordnung allerdings bidirektional, beispielsweise unter Verwendung eines Feldbus-Protokolles, sind in deren jeweiligen Kommunikations- modulen sowohl Sende- als auch Empfangseinrichtungen notwendig, und zwar unabhängig davon, ob der jeweilige Aktuator nur gesteuerte oder nur meldende elektrische Komponenten aufweist. Über eine bidirektional Verbindung kann das jeweilige Steuermodul den Informationsfluss steuern und beispielsweise Diagnoseabfragen an den Aktuator senden.If an actuator and a valve arrangement communicate bi-directionally, for example using a fieldbus protocol, their respective communication Modules both transmit and receive devices necessary, regardless of whether the respective actuator has only controlled or only reporting electrical components. The respective control module can control the flow of information via a bidirectional connection and, for example, send diagnostic queries to the actuator.
In einer Variante der Anordnung aus Figur 2 könnten die Kommunikationsmodule 44a, 44b sowie die Energiequellen 30 nicht in die Ventilanordnungen 12a, 12b integriert sein, sondern einen Bestandteil des Steuermoduls 61 bilden. Die elektrischen Verbindungsleitungen 28a, 29a, 28b und 28b wären dann durch die Ventilanordnungen 12a, 12b hindurchgeführt und wären mit dem Steuermodul 61 verbunden, beispielsweise über einen Parallel-Bus zwischen dem Steuermodul 61 und den Ventil- anordnungen 12a, 12b.In a variant of the arrangement from FIG. 2, the communication modules 44a, 44b and the energy sources 30 could not be integrated in the valve arrangements 12a, 12b, but could form part of the control module 61. The electrical connecting lines 28a, 29a, 28b and 28b would then be led through the valve arrangements 12a, 12b and would be connected to the control module 61, for example via a parallel bus between the control module 61 and the valve arrangements 12a, 12b.
Als weitere Ausgestaltung der Erfindung könnten die Bus- Schnittstellen-Module 64a, 64b und die ihnen jeweils zugeordneten Kommunikationsmodule 44a, 44b zu einer separaten Baugruppe zusammengefasst sein, die beispielsweise an einer Ven- tilbatterie oder an einem Steuermodul angeordnet werden kann.As a further embodiment of the invention, the bus interface modules 64a, 64b and the communication modules 44a, 44b respectively assigned to them could be combined to form a separate assembly which can be arranged, for example, on a valve battery or on a control module.
Die Verbindungen 42, 43 für die Sensoren 37, 38 sind drahtgebundene oder drahtlose Verbindungen. Die Sensoren 37, 38 wären bei drahtlosen Verbindungen beispielsweise als sogenannte Transponder ausgestaltet . Die elektrischen Komponenten des Aktuators 10, z.B. das Kommunikationsmodul 42 und der Energiewandler 33, können zumindest teilweise zu einer gemeinsamen Baugruppe zusammengefasst sein. Diese kann z.B. an dem Zylinder 11 angeordnet sein, beispielsweise in einem Zylinderdeckel des Zylinders 11.The connections 42, 43 for the sensors 37, 38 are wired or wireless connections. In the case of wireless connections, the sensors 37, 38 would be configured, for example, as so-called transponders. The electrical components of the actuator 10, for example the communication module 42 and the energy converter 33, can at least partially be combined to form a common assembly. This can be arranged, for example, on the cylinder 11, for example in a cylinder cover of the cylinder 11.
In den gezeigten Beispielen weisen die Druckluftleitungen 13, 14 jeweils nur einen einzigen elektrischen Leiter auf. Es ist jedoch auch prinzipiell möglich, dass für sonstige Zwecke weitere elektrische Leiter vorgesehen sind. In the examples shown, the compressed air lines 13, 14 each have only a single electrical conductor. However, it is also possible in principle that further electrical conductors are provided for other purposes.

Claims

Fluidtechnische Anordnung sowie Ventilanordnung und Aktuator hierfürAnsprüche Fluidic arrangement as well as valve arrangement and actuator for this
1. Fluidtechnische Anordnung mit mindestens einem fluid- technischen Aktuator (10) , der mittels einer Ventilanordnung (12) über zumindest eine erste und eine zweite Fluidleitung (13, 14) durch Fluidkraft betätigbar ist, wobei an dem Aktua- tor (10) zumindest eine zum Anschluss an ein Steuermodul (39, 61) vorgesehene elektrische Komponente (37, 38, 46) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (12) und der Aktuator (10) über eine erste und eine zweite elektrische Verbindung (28, 29) miteinander verbunden sind, über die die Ventilanordnung (12) den Aktuator (10) durch Bereitstellen einer Spannung (UV) mit elektrischer Energie versorgt, wobei die erste elektrische Verbindung (28) über die erste Fluidleitung (13) geführt ist und die zweite elektrische Verbindung (29) über die zweite Fluidleitung (14) oder über ein gemeinsames Massepotential (MP) zwischen dem Aktuator (10) und der Ventilanordnung (12) , und dass dem Aktuator (10) und der Ventilanordnung (12) jeweils Signalgeberund/oder Signalerfassungsmittel (41, 44) zum Aufbau einer SignalVerbindung (SV) zwischen der mindestens einen elektrischen Komponente (37, 38, 46) und dem Steuermodul (39, 61) über die erste und die zweite elektrische Verbindung (28, 29) zugeordnet sind.1. Fluid-technical arrangement with at least one fluid-technical actuator (10), which can be actuated by fluid force by means of a valve arrangement (12) via at least a first and a second fluid line (13, 14), at least on the actuator (10) An electrical component (37, 38, 46) is provided for connection to a control module (39, 61), characterized in that the valve arrangement (12) and the actuator (10) are connected via a first and a second electrical connection (28, 29) are connected to one another, via which the valve arrangement (12) supplies the actuator (10) with electrical energy by providing a voltage (UV), the first electrical connection (28) being conducted via the first fluid line (13) and the second electrical connection (29) via the second fluid line (14) or via a common ground potential (MP) between the actuator (10) and the valve arrangement (12), and that the actuator (10) and the valve arrangement (12) each signal generator and / or signal detection means (41, 44) for building a Signal connection (SV) between the at least one electrical component (37, 38, 46) and the control module (39, 61) via the first and the second electrical connection (28, 29) are assigned.
2. Fluidtechnische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine elektrische Komponente ein Sensor (37, 38) zur Erfassung zumindest eines Betriebszustandes des Aktuators (10) ist.2. Fluid power arrangement according to claim 1, characterized in that at least one electrical component is a sensor (37, 38) for detecting at least one operating state of the actuator (10).
3. Fluidtechnische Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, da- durch gekennzeichnet, dass die Signalgeber- und/oder Signal- erfassungsmittel (41) des Aktuators (10) als Kommunikationsmittel einen Modulator zum Aufmodulieren von Meldesignalen auf die Spannung (UV) enthalten, und dass die der Ventilanordnung (12) zugeordneten Signalgeber- und/oder Signalerfas- sungsmittel (44) einen Demodulator zum Demodulieren der Meldesignale aus der Spannung (UV) enthalten.3. Fluid power arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the signal transmitter and / or signal detection means (41) of the actuator (10) contain as communication means a modulator for modulating signal signals to the voltage (UV), and that the signal transmitter and / or signal detection means (44) assigned to the valve arrangement (12) contain a demodulator for demodulating the signal signals from the voltage (UV).
4. Fluidtechnische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine e- lektrische Komponente ein elektrisches Stellglied und/oder ein Anzeigeelement (46) ist.4. Fluid power arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at least one electrical component is an electrical actuator and / or a display element (46).
5. Fluidtechnische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der Ventilanordnung (12) zugeordneten Signalgeber- und/oder Signalerfassungsmittel (44) als Kommunikationsmittel einen Modulator zum Einspeisen von Steuersignalen durch Modulation auf die Spannung (UV) oder durch Modulation der Spannung (UV) enthalten, und dass die Signalgeber- und/oder Signalerfassungsmittel (41) des Aktuators (10) einen Demodulator zum Demodulieren der Steuersignale aus der Spannung (UV) enthalten.5. Fluid power arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the valve arrangement (12) associated signal transmitter and / or signal detection means (44) as communication means a modulator for feeding control signals by modulating to the voltage (UV) or by modulating the Voltage (UV) included, and that the signal transmitter and / or signal detection means (41) of the actuator (10) contain a demodulator for demodulating the control signals from the voltage (UV).
6. Fluidtechnische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der Ventilanordnung (12) zugeordneten Signalgeber- und/oder Signalerfassungsmittel (44) einen Bestandteil der Ventilanordnung (12) bilden.6. Fluid power arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the valve arrangement (12) associated signal transmitter and / or signal detection means (44) form part of the valve arrangement (12).
7. Fluidtechnische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der Ventilanordnung (12) zugeordneten Signalgeber- und/oder Signalerfassungsmittel (41, 44) eine zur Kommunikation zwischen der Ventilanordnung (12) und dem Steuermodul (39, 61) vorgesehene Bus-Schnittstelle aufweisen.7. Fluid power arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the signal arrangement and / or signal detection means (41, 44) assigned to the valve arrangement (12) is provided for communication between the valve arrangement (12) and the control module (39, 61) Have bus interface.
8. Fluidtechnische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (10) und/oder die Ventilanordnung (12) zum Anschließen der ersten und/oder der zweiten Fluidleitung (13, 14) insbesondere als Steckanschlussmittel ausgestaltete Anschlussmittel (15, 16, 17, 18) aufweisen, bei denen zweckmäßigerweise mit einer einzigen Betätigungshandlung sowohl eine fluidische als auch eine elektrische Verbindung (28, 29) hergestellt wird.8. Fluid power arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (10) and / or the valve arrangement (12) for connecting the first and / or the second fluid line (13, 14), in particular as plug-in connection means (15, 16, 17, 18), in which both a fluid and an electrical connection (28, 29) are expediently established with a single actuation action.
9. Fluidtechnische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (12) zumindest ein Ventil (19) enthält und dass die erste und /oder die zweite Fluidleitung (13, 14) unmittelbar mit dem mindestens einen Ventil (19) oder mit zu dem Ventil (19) führenden Kanälen (20, 21) der Ventilanordnung (12) verbunden sind.9. Fluid power arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the valve arrangement (12) contains at least one valve (19) and that the first and / or the second fluid line (13, 14) directly with the at least one valve (19) or with channels (20, 21) of the valve arrangement (12) leading to the valve (19) are connected.
10. Fluidtechnische Anordnung nach Anspruch 9, dadurch ge- kennzeichnet, dass die der Ventilanordnung (12) zugeordneten10. Fluid power arrangement according to claim 9, characterized in that those associated with the valve arrangement (12)
Signalgeber- und/oder Signalerfassungsmittel (41, 44) an dem oder in dem Ventil (19) vorgesehen sind.Signal generator and / or signal detection means (41, 44) are provided on or in the valve (19).
11. Fluidtechnische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (12) ein Einzelventil oder eine Mehrfachventilanordnung um- fasst .11. Fluid power arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the valve arrangement (12) comprises a single valve or a multiple valve arrangement.
12. Fluidtechnische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Fluidleitung (13, 14) als flexible Schlauchleitun- gen ausgeführt sind.12. Fluid power arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the first and / or the second fluid line (13, 14) are designed as flexible hose lines.
13. Fluidtechnische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung als vorzugsweise aus Modulen (11a, 11b) aufgebaute Ventilbatterie (60) aufgebaut ist.13. Fluid power arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the valve arrangement is constructed as a valve battery (60) which is preferably constructed from modules (11a, 11b).
14. Fluidtechnische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermodul (39) einen Bestandteil der Ventilanordnung (12) bildet.14. Fluid power arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the control module (39) forms part of the valve arrangement (12).
15. Fluidtechnische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Fluidleitung (13, 14) paarweise an eine gemeinsame Seite des Aktuators (10) angeschlossen sind.15. Fluid power arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the first and / or the second fluid line (13, 14) are connected in pairs to a common side of the actuator (10).
16. Fluidtechnische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine elektrische Komponente (37, 38, 46) drahtlos mit dem Signalgeber- und/oder Signalerfassungsmitteln (41, 44) des Aktuators (10) kommuniziert.16. Fluid power arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one electrical component (37, 38, 46) communicates wirelessly with the signal transmitter and / or signal detection means (41, 44) of the actuator (10).
17. Fluidtechnische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (12) und der Aktuator (10) Daten auf der SignalVerbindung (SV) seriell, insbesondere mit Hilfe eines Feldbus-Proto- kolles, oder mit sonstigen digitalen Signalfolgen übertragen.17. Fluid power arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the valve arrangement (12) and the actuator (10) transmit data on the signal connection (SV) serially, in particular with the aid of a fieldbus protocol, or with other digital signal sequences ,
18. Fluidtechnische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Fluidleitung (13, 14) jeweils nur einen einzigen elektrischen Leiter (28, 29) aufweisen.18. Fluid power arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the first and / or the second fluid line (13, 14) each have only a single electrical conductor (28, 29).
19. Fluidtechnische Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalgebermittel19. Fluid power arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the signaling means
(41, 44) zur Signalgabe einen unterschiedlichen, vorzugsweise eingeprägten Stromfluss auf der Signalverbindung (SV) einstellen.(41, 44) set a different, preferably impressed current flow on the signal connection (SV) for signaling.
20. Fluidtechnische Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalgebermittel (41, 44) zumindest eine Stromdiode und/oder einen Transistor und/oder einen Wi- derstand mit einem vorbestimmten Stromführungspotential umfassen.20. Fluid power arrangement according to claim 19, characterized in that the signaling means (41, 44) at least one current diode and / or a transistor and / or a wi- the state with a predetermined current carrying potential.
21. Aktuator für eine fluidtechnische Anordnung, der mittels einer Ventilanordnung (12) über zumindest eine erste und eine zweite Fluidleitung (13, 14) durch Fluidkraft betätigbar ist, an dem zumindest eine zum Anschluss an ein Steuermodul (39, 61) vorgesehene elektrische Komponente (37, 38, 46) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (10) Anschlussmittel (17, 18) für eine erste und eine zweite e- lektrische Verbindung (28, 29) aufweist, über die der Aktuator (10) durch Bereitstellen einer Spannung (UV) mit elektrischer Energie versorgt werden kann, wobei die erste elektrische Verbindung (28) über die erste Fluidleitung (13) geführt ist und die zweite elektrische Verbindung (29) über die zwei- te Fluidleitung (14) oder über ein Massepotential (MP) , und dass der Aktuator (10) Signalgeber- und/oder Signalerfassungsmittel (41) zum Aufbau einer SignalVerbindung (SV) zwischen der mindestens einen elektrischen Komponente (37, 38, 46) und dem Steuermodul (39, 61) über die erste und die zwei- te elektrische Verbindung (28, 29) aufweist.21. Actuator for a fluid power arrangement, which can be actuated by fluid force by means of a valve arrangement (12) via at least a first and a second fluid line (13, 14), on the at least one electrical component provided for connection to a control module (39, 61) (37, 38, 46), characterized in that the actuator (10) has connection means (17, 18) for a first and a second electrical connection (28, 29) via which the actuator (10) connects Providing a voltage (UV) can be supplied with electrical energy, the first electrical connection (28) being made via the first fluid line (13) and the second electrical connection (29) being made via the second fluid line (14) or via Ground potential (MP), and that the actuator (10) signal transmitter and / or signal detection means (41) for establishing a signal connection (SV) between the at least one electrical component (37, 38, 46) and the control module (39, 61) comprises about the first and di- te electrical connection (28, 29).
22. Ventilanordnung für eine luidtechnische Anordnung mit mindestens einem fluidtechnischen Aktuator (10) , der mittels der Ventilanordnung (12) über zumindest eine erste und eine zweite Fluidleitung (13, 14) durch Fluidkraft betätigbar ist und an dem zumindest eine zum Anschluss an ein Steuermodul22. Valve arrangement for a fluidic arrangement with at least one fluidic actuator (10) which can be actuated by means of fluid force by means of the valve arrangement (12) via at least a first and a second fluid line (13, 14) and at least one for connection to a control module
(39, 61) vorgesehene elektrische Komponente (37, 38, 46) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanord- nung (12) Anschlussmittel (15, 16) für eine erste und eine zweite elektrische Verbindung (28, 29) mit dem Aktuator (10) aufweist, über die die Ventilanordnung (12) den Aktuator (10) durch Bereitstellen einer Spannung (UV) mit elektrischer E- nergie versorgen kann, wobei die erste elektrische Verbindung (28) über die erste Fluidleitung (13) geführt ist und die zweite elektrische Verbindung (29) über die zweite Fluidleitung (14) oder über ein gemeinsames Massepotential (MP) zwischen dem Aktuator (10) und der Ventilanordnung (12) , und dass die Ventilanordnung (12) Signalgeber- und/oder Signalerfassungsmittel (44) zum Aufbau einer Signalverbindung (SV) zwischen der mindestens einen elektrischen Komponente (37, 38, 46) und dem Steuermodul (39, 61) über die erste und die zweite elektrische Verbindung (28, 29) aufweist. (39, 61) provided electrical component (37, 38, 46) is arranged, characterized in that the valve arrangement Connection (15, 16) for a first and a second electrical connection (28, 29) to the actuator (10), via which the valve arrangement (12) the actuator (10) by providing a voltage (UV) can supply with electrical energy, the first electrical connection (28) being conducted via the first fluid line (13) and the second electrical connection (29) being carried out via the second fluid line (14) or via a common ground potential (MP) between the Actuator (10) and the valve arrangement (12), and that the valve arrangement (12) signal transmitter and / or signal detection means (44) for establishing a signal connection (SV) between the at least one electrical component (37, 38, 46) and the control module (39, 61) via the first and the second electrical connection (28, 29).
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