EP1325237B1 - Arrangement using fluid technology and valve arrangement and actuator for the same - Google Patents
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- EP1325237B1 EP1325237B1 EP01986750A EP01986750A EP1325237B1 EP 1325237 B1 EP1325237 B1 EP 1325237B1 EP 01986750 A EP01986750 A EP 01986750A EP 01986750 A EP01986750 A EP 01986750A EP 1325237 B1 EP1325237 B1 EP 1325237B1
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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
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- 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
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- 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
- the present invention relates to a fluid power arrangement with at least one fluid power actuator that by means of a valve arrangement via at least a first and a second fluid line can be actuated by fluid force, wherein at least one on the actuator for connection to a control module provided electrical component is arranged, the valve arrangement and the actuator via a first, electrical connecting line routed via the first fluid line and a second electrical connection line with each other are connected, via which the valve arrangement the actuator by providing voltage with electrical Can supply energy, and the actuator and the valve assembly each signal generator and / or signal detection means to establish a signal connection between the at least an electrical component and the control module assigned the first and the second electrical connecting line are.
- the invention further relates to an actuator as well a valve arrangement each for a fluid power arrangement of the type mentioned.
- Such a fluid power arrangement is, for example from the Patent Abstracts of Japan, vol. 14, No. 198 (M-0965) from April 23, 1990 and JP 02 038705 A.
- To reduce of the wiring effort show the shown there fluid power connection lines electrical conductors.
- Sensors on a pneumatic cylinder transmit one programmable control signals via fluidic connection lines and a valve assembly.
- a valve arrangement and an actuator are also intended be proposed for such a fluid power Arrangement are particularly suitable.
- the invention is based on the idea between the actuator and to form a circuit via the valve arrangement which the actuator supplies with electrical energy is and via the other an electrical signal connection between the electrical component or components of the actuator and the control module is manufactured.
- first fluid line leading to the actuator for example a compressed air or hydraulic line, not only for the supply and drainage of fluid, but also as electrical Connection line between valve arrangement and actuator.
- the fluid line is electrically conductive or with a electrical conductor provided.
- the circuit between the actuator and valve assembly is in a preferred variant via a second electrically conductive Fluid line closed.
- the second is electrical conductive fluid line not required. Instead it will the combined energy / signal circuit between the actuator and the valve arrangement via a common ground potential closed between the actuator and the valve assembly.
- the electrical power supply and the Signal transmission over a single, common circuit realized for which no separate from the fluid lines electrical cables are required.
- Manufacturing costs low, since the fluid lines are not included several electrical conductors must be equipped, but with just a single electrical conductor.
- the Actuator is also compact because it is actuated used valves away from it on the valve assembly can be arranged.
- the control module can appropriate equipment with diagnostic tools one of the fluid lines immediately based on the break the electrical leading over the respective fluid line Diagnose connection.
- the signal generator and / or signal detection means of the actuator expediently as a means of communication a modulator for modulating alarm signals to the voltage and that assigned to the valve arrangement
- Signal generator and / or signal detection means as communication means a demodulator for demodulating the message signals out of tension.
- the modulator and the demodulator are transmitted serial digitally encoded pulse trains.
- control the actuator by the control module in the control direction contain the signaling means assigned to the valve arrangement as a means of communication a modulator for Feeding of control signals by modulation on the voltage or by modulating the voltage.
- the signal acquisition means of the actuator then demodulate with a demodulator the control signals from the voltage.
- intended modulator / demodulator combination transmits serial digitally encoded pulse trains.
- Signal detection means advantageously form a component the valve assembly. In principle, however, you can also part e.g. of the control module or a bus node of a fieldbus that is between the valve assembly and the control module is provided.
- those assigned to the valve arrangement Signal generator and / or signal detection means one for Communication between the valve assembly and the control module provided bus interface.
- the assembly of the fluid power arrangement is on the part of Actuator and / or the valve arrangement by in particular as Plug connection means designed connection means easier, where expediently with a single operation both fluidic and electrical Connection is established.
- Plug connection means designed connection means easier, where expediently with a single operation both fluidic and electrical Connection is established.
- this is suitable an electrically conductive screw or plug connection for the fluid line.
- the first and / or the second fluid line preferably have only one electrical conductor at a time that can be designed in different ways.
- a fluid line running through a hose with an electrically conductive wire mesh or an electrically conductive film For example, a solid fluid line, for example a metal tube, can in itself already be serve electrical conductors and, if necessary, is external provided with electrical insulation.
- the signal transmitter means an impressed current flow for signaling on the signal link.
- FIG. 1 shows a schematic illustration of a fluid technology, in the present electro-pneumatic arrangement with an actuator 10, which has a cylinder 11 as the drive element.
- the actuator 10 can also be of a different type contain fluid-operated drive, for example a Rotary drive or a rodless linear drive.
- the Cylinder 11 is by means of a valve assembly 12 by compressed air operable, a piston 27 of the cylinder 11 in a Cylinder chamber 9 is moved back and forth.
- Compressed air lines 13 and 14 arranged, for example as flexible hose lines or as rigid metal pipes are executed.
- connection means forming connections 15, 16 to the valve arrangement 12 connected and with connections 17, 18 to the Actuator 10.
- connections 17, 18 are in pairs arranged on a common side of the actuator 10, could but in principle also e.g. on opposite sides be arranged.
- the connections 15 to 18 can for example Plug connections or screw connections.
- Compressed air channels 20, 21 lead from the valve arrangement 12 the connections 15 and 16 to a valve 19 which the compressed air or venting the compressed air lines 13, 14 controls.
- a compressed air supply device not shown, e.g. with a compressed air generating device and a maintenance device, supplies the valve 19 with compressed air.
- the valve 19 is connected to the compressed air supply device via only a compressed air feed line 22 shown compressed air supply line system connected.
- the valve 19 forms an integral part of the Valve assembly 12 or it is a replaceable separate, on the valve arrangement 12, for example, by plugging it in a-northable Valve.
- the valve arrangement Have 12 further valves, not shown.
- a compressed air channel 23 leads from the connection in the actuator 10 17 to a cover chamber-side cylinder space 24 of the cylinder chamber 9 of the cylinder 11, a compressed air channel 25 from Connection 18 to a cylinder chamber 26 on the bearing cover side Cylinder chamber 9.
- the valve 19 the compressed air line 13 pressurized with compressed air and at the same time the compressed air line 14 vented
- the piston 27 of the cylinder 11 to the bearing cap side Cylinder chamber 26 moves.
- Towards the Cylinder chamber 24 moves the piston 27 when the valve 19 the cylinder chamber 26 on the bearing cover side via the compressed air line 14 pressurized with compressed air and the compressed air line 13 vented.
- the valve assembly 12 and the actuator 10 are electrical Connection lines 28, 29 interconnected, the run in or on the compressed air lines 13, 14 and, for example through one in a jacket of the compressed air lines 13, 14 embedded or running wire mesh or a metal foil arranged in this way. Furthermore, could be in the compressed air lines 13, 14 as electrical Conductor also one or more metal strands or cables be provided.
- the electrical contact of the connecting lines 28, 29 to the actuator 10 and to the valve arrangement 12 is made via the connections 15 to 18, the present for example made of metal and thus electrical are leading.
- the connections 15 to 18 are in electrical Contact to the compressed air lines 13, 14, which e.g. is formed by knife contacts in the compressed air lines Cut in 13, 14.
- connections 15 to 18 When installing connections 15 to 18, e.g. when screwing together or plugging into each other, in the present case with a single action both fluidic and an electrical connection between the valve arrangement 12 and the actuator 10.
- the Connections 15 to 18 also separate from the respective fluid technology Connection of independent electrical contacts to the Connection of the electrical connecting lines 28, 29 to the Valve arrangement 12 or the actuator 10 may be provided.
- the valve arrangement 12 has an electrical energy source 30 on, the electrical connections 31, 32 and the Connections 15, 16 with the electrical connection lines 28, 29 is connected.
- the energy source can, for example one from an external voltage source, not shown be fed voltage transformer assembly.
- the energy source 30 sets a voltage UV for the actuator 10 on the electrical Connection lines 28, 29 ready.
- the actuator 10 has an electrical one for removing the voltage UV Energy converter 33 based on electrical connections 34, 35 and via the connections 17, 18 with the electrical Connection lines 28, 29 is connected.
- the Energy converter 33 prepares the voltage UV, for example With the help of an electronic circuit and / or an electrical one Transformer, a rectifier and a smoothing capacitor and feeds you only through a positive Potential and a negative potential Power supply system 36 of actuator 10.
- the actuator 10 are designed as electrical components Sensors 37 and 38 are provided, which the cylinder spaces 24, 26th are each assigned.
- the sensors 37, 38 detect one 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 the Valve arrangement 12 and the actuator 10 controls.
- the sensors 37, 38 are limit switches actuated by the piston 27, for example.
- sensors 37, 38 could also e.g. With Ultrasound sensors work as components a position measuring system determine the position of the piston 27. For example, temperature sensors, Pressure sensors or other sensors for detecting a regular operating state and / or a fault is provided his.
- the actuator 10 reports values detected by the sensors 37, 38 to the control module 39, which in the exemplary embodiment of FIG 1 forms part of the valve assembly 12.
- the Control module 39 contains e.g. a microprocessor, storage means and an input / output interface.
- the control module 39 works according to a pre-programmed functional sequence, 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 a analog and / or digital control circuit.
- the Control module 39 can issue commands from a control panel, not shown and / or from a central, not shown higher-level control received.
- the values detected by sensors 37, 38 are sent to the control module 39 on one over the electrical connection lines 28, 29 leading, dashed signal connection SV reported.
- a communication module 41 is provided, which as Communication means serves and to the connections 34, 35 e.g. is coupled with an electrical transformer. Consequently it is connected to the electrical connecting lines 28, 29.
- the communication module 41 receives via connections 42, 43 measured values detected by sensors 37, 38. This modulates the communication module 41 as message signals with the help of a modulator to the voltage UV. For example a pulse width, pulse rate or other Modulation method used.
- the communication module 41 the message signals with a coding device digitally encoded and e.g. as serial data telegrams sends to the valve assembly 12. You can do this, for example a fieldbus protocol can be used.
- the valve arrangement 12 has for receiving the message signals a communication module 44 on the signal connection SV, that to connections 31, 32, for example via an in Series connected with the energy source 30 measuring resistor is coupled and thus on the electrical connection lines 28, 29 transmitted modulated and / or coded Listening to the signal signals so to speak and with the help of a demodulator and / or decoder determined from the voltage UV.
- the communication module 44 transmits the message signals a connection 45 to the control module 39 so that overall the signal connection SV between the sensors 37, 38 and the Control module 39 is constructed.
- the control module 39 controls the valve 19 as a function of the respective signal signals of the sensors 37, 38, the information contain about the position of the piston 27.
- the cylinder space 26 is only used for as long Compressed air is applied until the sensor 37 to the control module 39 reports that the piston 27 is its end cover Has reached the end position.
- the actuator 10 has further features electrical component on a display element 46.
- the display element 46 contains, for example, light emitting diodes and / or a Liquid crystal display module for displaying current operating states, e.g. the current position of the piston 27, and / or to display faults, e.g. if a component of the actuator 10 is disturbed or has failed completely.
- the display element 46 is via an electrical connection 47 connected to the communication module 41 and receives via this 39 control commands from the control module.
- the modulator is, for example, with an electrical transformer coupled to connections 31, 32.
- the demodulator gropes e.g. on one connected in series with the energy converter 33 Resistance by the modulated on the voltage UV Control signals caused voltage changes.
- the modulator could be in the communication module 44 also modulate the voltage UV, for example by Einund Switching off the voltage UV form a digital pulse train.
- the actuator 10 could also be an electrical component electrical actuator controlled by the control module 39, e.g. an electromagnetic drive or a servomotor exhibit. Furthermore, controls 10 on the actuator, for example, an "emergency stop" switch may be provided commands given by an operator via the communication module 42 and the electrical connecting lines 28, 29 report the control module 39.
- an "emergency stop" switch may be provided commands given by an operator via the communication module 42 and the electrical connecting lines 28, 29 report the control module 39.
- FIG. 2 shows valve arrangements 12a and 12b, which have actuators 10a or 10b via compressed air lines 13a, 14a or 13b, 14b are connected.
- the bus 63 as well as the symbolic for a not shown compressed air supply system shown compressed air feed line 22 are through the valve assemblies 12a and 12b passed through, so that further designed as modules from For the sake of clarity, valve arrangements not shown the valve manifold 60 can be lined up.
- the control module 61 can be a separate control device or a component form the valve manifold 60.
- the actuators 10a and 10b are constructed essentially the same like the actuator 10 according to FIG. 1, but included not 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 in Figure 2 therefore with the same reference numerals as the corresponding Components provided in Figure 1, with partially attached Letters "a” or "b” an assignment of the respective Component for the actuator / valve arrangement combinations 10a, 12a and 10b, 12b illustrate.
- valve arrangements In contrast to the valve arrangement 12, the valve arrangements have 12a and 12b, however, do not have their own control module, but are instead via bus interface modules 64a, 64b connected to fieldbus 63 and are used by controlled the control module 61.
- the bus interface modules 64a and 64b and the communication modules assigned to them 44a, 44b can each form an assembly, for example integrated into an integrated circuit his.
- FIG. 3 essentially shows the arrangement known from FIG. 1.
- the valve assembly 12 and the actuator 10 via an electrically conductive compressed air line, the Compressed air line 13 is provided.
- the second electrical connection between the valve arrangement 12 and the actuator 10 leads over 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 housing of the actuator 10 and the valve assembly 12 each connected to the ground potential MP are and in this way the second electrical connection will be produced.
- the connections 16 and 18 are fluid connecting compressed air line 14c is therefore in contrast to the compressed air line 14 requires no electrical conductor.
- actuators 10a and 10b are only controlled electrical components, for example electrical Actuators, or only reporting components, for example Sensors.
- FIG. 4 A particularly simple, shown only schematically A variant of the exemplary embodiment from FIG. 1 is shown in FIG. 4 shown, in which the signaling means of the actuator are impressed Current flows on the signal connection to the valve arrangement to adjust.
- the energy source 30 of the valve assembly 12 supplied via the electrical connections 28, 29, which lead over the compressed air lines 13, 14, the Actuator 10 with the voltage UV applied to the parallel in the electrical connections 34, 35 switched sensors 37, 38 as well as on each connected in series as a signaling means serving power sources 50, 51 drops.
- the sensors 37, 38 are, for example, reed switches, magnetoresistive Elements or Hall sensors, when the piston approaches 27 become electrically conductive and otherwise electrical are not or not very conductive.
- the current sources 50, 51 are For example, so-called current diodes in their forward direction up to a predetermined current flow are, i.e. set an impressed current. It is also possible that the current sources 50, 51 through transistor circuits are formed that have an impressed current flow adjust or that the sensors 37, 38 per se, for example by their respective resistance value Set currents and thus the in itself Form the signaling means of the actuator 10.
- the sensors 37, 38 due to the approach of the piston 27 become electrically conductive, they are powered by a current flowed through by the current sources 50, 51 each as impressed current 137 or 138 is set.
- the level of the total current is therefore Iges a given by the signaling means of the actuator 10 Signal for the respective position of the piston 27.
- the amount of tension Um is not detailed by shown signal detection means sampled and evaluated.
- resistors 37 and 38 could go on Sensors 37 and 38 in e.g. as a result of the approximation of the Piston 27 electrically conductive state different resistance values have, so that the sensors 37 and 38 as Signaling means could serve.
- an actuator contains only reporting electrical components, are only transmission means in its communication module, for example a modulator, and in that assigned to the actuator Valve arrangement or the control module assigned to it only receiving means, for example a demodulator, are required.
- an actuator is only controlled, but not reporting electrical Components have are assigned in the actuator Communication module only one transmitter, for example a modulator, and only one receiving device in the actuator, for example a demodulator.
- an actuator and a valve arrangement communicate bidirectional are in their respective communication modules both sending and receiving devices necessary, regardless of whether the respective actuator is only controlled or only reporting electrical components.
- the respective can via a bidirectional connection Control module control the flow of information and for example Send diagnostic queries to the actuator.
- the communication modules could 44a, 44b and the energy sources 30 are not be integrated into the valve arrangements 12a, 12b, but form part of the control module 61.
- the electrical Connecting lines 28a, 29a, 28b and 28b would then be through the valve assemblies 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.
- the bus interface modules could be a further embodiment of the invention 64a, 64b and their respective assigned Communication modules 44a, 44b to form a separate assembly be summarized, for example on a valve manifold or can be arranged on a control module.
- the connections 42, 43 for the sensors 37, 38 are wired or wireless connections.
- the sensors 37, 38 would be in the case of wireless connections, for example as so-called Transponder designed.
- This can e.g. be arranged 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. It is however, in principle it is also possible for other purposes further electrical conductors are provided.
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine fluidtechnische Anordnung 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, wobei die Ventilanordnung und der Aktuator über eine erste, über die erste Fluidleitung geführte elektrische Verbindungsleitung und eine zweite elektrische Verbindungsleitung miteinander verbunden sind, über die die Ventilanordnung den Aktuator durch Bereitstellen einer Spannung mit elektrischer Energie versorgen kann, und wobei dem Aktuator und der Ventilanordnung jeweils Signalgeber- und/oder Signalerfassungsmittel zum Aufbau einer Signalverbindung zwischen der mindestens einen elektrischen Komponente und dem Steuermodul über die erste und die zweite elektrische Verbindungsleitung zugeordnet sind. Die Erfindung betrifft ferner einen Aktuator sowie eine Ventilanordnung jeweils für eine fluidtechnische Anordnung der genannten Art. The present invention relates to a fluid power arrangement with at least one fluid power actuator that by means of a valve arrangement via at least a first and a second fluid line can be actuated by fluid force, wherein at least one on the actuator for connection to a control module provided electrical component is arranged, the valve arrangement and the actuator via a first, electrical connecting line routed via the first fluid line and a second electrical connection line with each other are connected, via which the valve arrangement the actuator by providing voltage with electrical Can supply energy, and the actuator and the valve assembly each signal generator and / or signal detection means to establish a signal connection between the at least an electrical component and the control module assigned the first and the second electrical connecting line are. The invention further relates to an actuator as well a valve arrangement each for a fluid power arrangement of the type mentioned.
Eine derartige fluidtechnische Anordnung ist beispielsweise aus den Patent Abstracts of Japan, vol. 14, No. 198 (M-0965) vom 23. April 1990 bzw. der JP 02 038705 A bekannt. Zur Verringerung des Verdrahtungsaufwandes weisen die dort gezeigten fluidtechnischen Verbindungsleitungen elektrische Leiter auf. Sensoren an einem pneumatischen Zylinder übermitteln einer programmierbaren Steuerung Signale über fluidtechnische Verbindungsleitungen und eine Ventilanordnung.Such a fluid power arrangement is, for example from the Patent Abstracts of Japan, vol. 14, No. 198 (M-0965) from April 23, 1990 and JP 02 038705 A. To reduce of the wiring effort show the shown there fluid power connection lines electrical conductors. Sensors on a pneumatic cylinder transmit one programmable control signals via fluidic connection lines and a valve assembly.
In der deutschen Offenlegungsschrift DE 198 27 883 A1 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 Druckbeaufschlagung oder Entlüftung der Zylinderkammern. An den Zylindern wird über Sensoren die jeweilige Kolbenstellung erfasst und über separate elektrische Verbindungsleitungen einem Steuergerät gemeldet.In the German patent application DE 198 27 883 A1 so-called double-acting cylinders are shown as actuators, whose pistons are movable in two opposite directions and can each be moved into an end position. The Cylinders are actuated by compressed air, each of them via a pair of compressed air lines each bearing cap and supplied on the end cover side from a valve arrangement becomes. To actuate the cylinder effect in the valve assembly arranged valves a pressurization or Ventilation of the cylinder chambers. On the cylinders is over Sensors record the respective piston position and via separate electrical connection lines reported to a control unit.
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 power arrangement both two compressed air lines and two electrical lines Lead connecting lines to each cylinder. The The amount of tubing and cabling is therefore considerable.
Als eine Lösung für diese Problematik wird in der DE 198 27 883 A1 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.DE 198 27 provides a solution to this problem 883 A1 already proposed, each assigned to a cylinder Arrange valves directly on the cylinders and only a compressed air feed line to the cylinder to lead. It is also proposed the compressed air supply line to be provided with several electrical lines, some of which supply electricity to the electrical components serve the cylinder and partly the transmission of 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 Druckluftschläuche mit mehreren elektrischen Leitern erforderlich, die zudem noch eine aufwendige Anschlusstechnik zum Anschluss der Druckluftschläuche an die Zylinder sowie die Druckluftversorgung erforderlich machen.On the one hand, this proposed solution reduces the tubing effort. On the other hand, however expensive and complicated compressed air hoses with several electrical conductors required, which also a elaborate connection technology for connecting the compressed air hoses to the cylinders and the compressed air supply do.
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 fluidtechnische Anordnung besonders geeignet sind. It is therefore an object of the invention to provide a clear and easy to set up, inexpensive fluid technology arrangement to accomplish. A valve arrangement and an actuator are also intended be proposed for such a fluid power Arrangement are particularly suitable.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine fluidtechnische Anordnung der eingangs genannten Art, bei der vorgesehen ist, dass die zweite elektrische Verbindungsleitung über die zweite Fluidleitung oder über ein gemeinsames Massepotential zwischen dem Aktuator und der Ventilanordnung geführt ist, so dass die elektrische Energieversorgung und die Signalübertragung über einen einzigen, gemeinsamen über die erste und die zweite elektrische Verbindungsleitung führenden Stromkreis realisiert sind.This object is achieved by a fluid technology arrangement of the type mentioned in the introduction, in which it is provided that the second electrical connection line via the second Fluid line or over a common ground potential between the actuator and the valve arrangement is guided, so that the electrical power supply and signal transmission about a single, common about the first and the second electrical connecting line leading circuit are realized.
Zur Lösung der Aufgabe sind ferner ein Aktuator gemäß der
technischen Lehre des Anspruchs 21 und eine Ventilanordnung
gemäß der technischen Lehre des Anspruchs 22 vorgesehen.To solve the problem, an actuator according to the
Technical teaching of
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, zwischen dem Aktuator 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 Aktuators 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 elektrischen Leiter versehen. The invention is based on the idea between the actuator and to form a circuit via the valve arrangement which the actuator supplies with electrical energy is and via the other an electrical signal connection between the electrical component or components of the actuator and the control module is manufactured. Doing so first fluid line leading to the actuator, for example a compressed air or hydraulic line, not only for the supply and drainage of fluid, but also as electrical Connection line between valve arrangement and actuator. The For this purpose, the fluid line is electrically conductive or with a electrical conductor provided.
Der Stromkreis zwischen Aktuator und Ventilanordnung wird in einer bevorzugten Variante über eine zweite elektrisch leitende Fluidleitung geschlossen.The circuit between the actuator and valve assembly is in a preferred variant via a second electrically conductive Fluid line closed.
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 is electrical conductive fluid line not required. Instead it will the combined energy / signal circuit between the actuator and the valve arrangement via a common ground potential closed between the actuator and the valve assembly.
Jedenfalls sind die elektrische Energieversorgung und die 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, sondern 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.Anyway, the electrical power supply and the Signal transmission over a single, common circuit realized for which no separate from the fluid lines electrical cables are required. There is also the Manufacturing costs low, since the fluid lines are not included several electrical conductors must be equipped, but with just a single electrical conductor. The Actuator is also compact because it is actuated used valves away from it on the valve assembly can be arranged. Furthermore, the control module can appropriate equipment with diagnostic tools one of the fluid lines immediately based on the break the electrical leading over the respective fluid line Diagnose connection.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den abhängigen Ansprüchen sowie in der Beschreibung.Find further advantageous embodiments of the invention themselves in the dependent claims as well as in the description.
Zur Signalübertragung in Melderichtung vom Aktuator zum Steuermodul, enthalten die Signalgeber- und/oder Signalerfassungsmittel des Aktuators zweckmäßigerweise als Kommunikationsmittel einen Modulator zum Aufmodulieren von Meldesignalen auf die Spannung und die der Ventilanordnung zugeordneten 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.For signal transmission in the signaling direction from the actuator to the control module, contain the signal generator and / or signal detection means of the actuator expediently as a means of communication a modulator for modulating alarm signals to the voltage and that assigned to the valve arrangement Signal generator and / or signal detection means as communication means a demodulator for demodulating the message signals out of tension. The modulator and the demodulator are transmitted serial digitally encoded pulse trains.
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 Signalerfassungsmittel des Aktuators demodulieren dann mit einem Demodulator 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 contain the signaling means assigned to the valve arrangement as a means of communication a modulator for Feeding of control signals by modulation on the voltage or by modulating the voltage. The signal acquisition means of the actuator then demodulate with a demodulator the control signals from the voltage. Also in the control direction intended modulator / demodulator combination transmits serial digitally encoded pulse trains.
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 associated with the valve arrangement Signal detection means advantageously form a component the valve assembly. In principle, however, you can also part e.g. of the control module or a bus node of a fieldbus that is between the valve assembly and the control module is provided.
Vorteilhafterweise weisen die der Ventilanordnung zugeordneten Signalgeber- und/oder Signalerfassungsmittel eine zur Kommunikation zwischen der Ventilanordnung und dem Steuermodul vorgesehene Bus-Schnittstelle auf.Advantageously, those assigned to the valve arrangement Signal generator and / or signal detection means one for Communication between the valve assembly and the control module provided bus interface.
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 beispielsweise ein elektrisch leitender Schraub- oder Steckanschluss für die Fluidleitung.The assembly of the fluid power arrangement is on the part of Actuator and / or the valve arrangement by in particular as Plug connection means designed connection means easier, where expediently with a single operation both fluidic and electrical Connection is established. For example, this is suitable an electrically conductive screw or plug connection for the fluid line.
Vorzugsweise weisen die erste und/oder die zweite Fluidleitung jeweils nur exakt einen einzigen elektrischen Leiter auf, der verschiedenartig ausgeführt sein kann. Eine als flexibler Schlauch ausgeführte Fluidleitung kann beispielsweise mit einem elektrisch leitenden Drahtgeflecht oder einer elektrisch 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.The first and / or the second fluid line preferably have only one electrical conductor at a time that can be designed in different ways. One as more flexible For example, a fluid line running through a hose with an electrically conductive wire mesh or an electrically conductive film. A solid fluid line, for example a metal tube, can in itself already be serve electrical conductors and, if necessary, is external 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 Signalgebermittel 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 mindestens einen elektrischen Komponente erhalten. Sehr einfach lässt sich ein Stromfluss zur Signalgabe auch durch einen oder mehrere Widerstände mit unterschiedlichen Widerstandswerten erzielen.In a preferred variant of the invention, the signal transmitter means an impressed current flow for signaling on the signal link. Suitable as signaling means for this Transistor circuits or preferably so-called Current diodes, which are each only a predetermined impressed Allow current to flow. Determine the signal acquisition means then the current flow e.g. with a measuring resistor and can receive signals from the minimum received an electrical component. Very easy can a current flow for signaling also be done by an or several resistors with different resistance values achieve.
Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Vorteile anhand von Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der Zeichnung dargestellt. Es zeigen
- 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,
- Figur 2
- eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels aus Figur 1 mit einem weiteren Aktuator und einer weiteren Ventilanordnung,
- 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, und
- Figur 4
- eine schematisch dargestellte Variante des Ausführungsbeispiels aus Figur 1, bei der die Signalgebermittel des Aktuators eingeprägte Stromflüsse auf der Signalverbindung zur Ventilanordnung einstellen.
- Figure 1
- 1 shows a first exemplary embodiment of a fluid technology arrangement according to the invention with an actuator which is connected to a valve arrangement via two fluid lines, each with an additional electrical line,
- Figure 2
- 1 shows a further development of the exemplary embodiment from FIG. 1 with a further actuator and a further valve arrangement,
- Figure 3
- 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
- Figure 4
- a schematically illustrated variant of the embodiment of Figure 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 einen
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, könnten
jedoch prinzipiell auch z.B. an gegenüberliegenden Seiten
angeordnet sein. Die Anschlüsse 15 bis 18 können beispielsweise
Steckanschlüsse oder Schraubanschlüsse sein.FIG. 1 shows a schematic illustration of a fluid technology,
in the present electro-pneumatic arrangement with an
In der Ventilanordnung 12 führen Druckluft-Kanäle 20, 21 von
den Anschlüssen 15 bzw. 16 zu einem Ventil 19, das die Druckluftbeaufschlagung
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 Druckluftversorgungseinrichtung
über ein lediglich durch eine Druckluft-Speiseleitung 22
dargestelltes Druckluft-Versorgungsleitungssystem 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
Zylinderraumes 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.A
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 elektrische
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 elektrisch
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
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 fluidtechnischen
Anschluss unabhängige elektrische Kontakte zum
Anschluss der elektrischen Verbindungsleitungen 28, 29 an die
Ventilanordnung 12 bzw. den Aktuator 10 vorgesehen sein.When installing
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
Der Aktuator 10 weist zur Entnahme der Spannung UV einen elektrischen
Energiewandler 33 auf, der über elektrische Verbindungen
34, 35 und über die Anschlüsse 17, 18 mit den elektrischen
Verbindungsleitungen 28, 29 verbunden ist. Der
Energiewandler 33 bereitet die Spannung UV beispielsweise mit
Hilfe einer elektronischen Schaltung und/oder eines elektrischen
Transformators, eines Gleichrichters und eines Glättungskondensators
auf und speist ein lediglich durch ein positives
Potential und ein negatives Potential angedeutetes
Stromversorgungssystem 36 des Aktuators 10.The
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.The
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 detected by the
Die von den Sensoren 37, 38 erfassten Werte werden dem Steuermodul
39 auf einer über die elektrischen Verbindungsleitungen
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 verbunden.
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
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 codierten
Meldesignale sozusagen mithört und mit Hilfe eines Demodulators
und/oder Decodierers aus der Spannung UV ermittelt.
Das Kommunikationsmodul 44 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
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
Der Aktuator 10 weist beim Ausführungsbeispiel als weitere
elektrische Komponente ein Anzeigeelement 46 auf. Das Anzeigeelement
46 enthält beispielsweise Leuchtdioden und/oder ein
Flüssig-Kristall-Anzeigemodul zur Anzeige aktueller Betriebszustände,
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. In the exemplary embodiment, the
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 geschalteten
Widerstand durch die auf die Spannung UV aufmodulierten
Steuersignale hervorgerufene Spannungsänderungen ab.The
Prinzipiell könnte der Modulator in dem Kommunikationsmodul
44 auch die Spannung UV modulieren, beispielsweise durch Einund
Ausschalten der Spannung UV eine digitale Pulsfolge bilden.In principle, the modulator could be in the
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.The
Figur 2 zeigt Ventilanordnungen 12a und 12b, die mit Aktuatoren
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
Die Aktuatoren 10a und 10b sind im Wesentlichen gleich aufgebaut
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 entsprechenden
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
Im Unterschied zur Ventilanordnung 12 weisen die Ventilanordnungen
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, beispielsweise
zu einem integrierten Schaltkreis, zusammengefasst
sein.In contrast to the
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 Aktuator
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 Anschlüsse
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 Figure 1, however, is only an electrical
Connection between the
Es ist auch möglich, dass die Aktuatoren 10a und 10b nur gesteuerte
elektrische Komponenten, beispielsweise elektrische
Stellglieder, oder nur meldende Komponenten, beispielsweise
Sensoren, aufweisen. It is also possible that the
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 Ventilanordnung
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, magnetoresistive
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 durchgängig
sind, also einen eingeprägten Strom einstellen. Es ist
auch möglich, dass die Stromquellen 50, 51 durch Transistorschaltungen
gebildet werden, die einen eingeprägten Stromfluss
einstellen oder dass die Sensoren 37, 38 an sich, beispielsweise
durch ihren jeweiligen Widerstandswert, eingeprägte
Ströme einstellen und somit für sich allein schon die
Signalgebermittel des Aktuators 10 bilden. A particularly simple, shown only schematically
A variant of the exemplary embodiment from FIG. 1 is shown in FIG. 4
shown, in which the signaling means of the actuator are impressed
Current flows on the signal connection to the valve arrangement
to adjust. However, to simplify the presentation
only some components of the
Wenn die Sensoren 37, 38 infolge der Annäherung des Kolbens
27 elektrisch leitend werden, werden sie von einem Strom
durchflossen, 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 = I37
+ I38 einstellt. Die Höhe des Gesamtstromes Iges ist demnach
ein durch die Signalgebermittel des Aktuators 10 gegebenes
Signal für die jeweilige Position des Kolbens 27.If the
In der Ventilanordnung 12 ist ein in Reihe mit der Energiequelle
30 geschalteter, den Signalerfassungsmitteln der Ventilanordnung
12 zugeordneter Messwiderstand 52 mit einem Widerstandswert
R, ein sogenannter "Shunt", vorgesehen, der von
dem Gesamtstrom Iges durchflossen 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.In
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. It goes without saying that the principle shown in FIG
to which impressed currents are set, also in reverse
Direction for signaling from the
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 could also be used as a signaling means instead of the
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, erforderlich.If an actuator contains only reporting electrical components, are only transmission means in its communication module, for example a modulator, and in that assigned to the actuator Valve arrangement or the control module assigned to it only receiving means, for example a demodulator, are required.
Wenn ein Aktuator nur gesteuerte, jedoch keine meldenden elektrischen Komponenten aufweist, sind in dem Aktuator zugeordneten Kommunikationsmodul nur eine Sendeeinrichtung, beispielsweise ein Modulator, und in dem Aktuator nur eine Empfangseinrichtung, beispielsweise ein Demodulator, erforderlich.If an actuator is only controlled, but not reporting electrical Components have are assigned in the actuator Communication module only one transmitter, for example a modulator, and only one receiving device in the actuator, for example a demodulator.
Kommunizieren ein Aktuator und eine Ventilanordnung allerdings bidirektional, beispielsweise unter Verwendung eines Feldbus-Protokolles, sind in deren jeweiligen Kommunikationsmodulen 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.However, an actuator and a valve arrangement communicate bidirectional, for example using a Fieldbus protocol, are in their respective communication modules both sending and receiving devices necessary, regardless of whether the respective actuator is only controlled or only reporting electrical components. The respective can via a bidirectional connection Control module control the flow of information 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 Ventilanordnungen
12a, 12b.In a variant of the arrangement from FIG. 2, the communication modules could
44a, 44b and the
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 Ventilbatterie
oder an einem Steuermodul angeordnet werden kann.The bus interface modules could be a further embodiment of the
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. The
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 electrical components of the
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
Claims (22)
- Fluidic assembly with at least one fluidic actuator (10), actuable by fluidic power by means of a valve arrangement (12) via at least one first and one second fluid line (13, 14), wherein the actuator (10) has at least one electrical component (37, 38, 46) provided for connection to a control module (39,61), wherein the valve arrangement (12) and the actuator (10) are connected to one another by a first electrical connecting line (28) guided over the first fluid line (13) and a second electrical connecting line (29), through which the valve arrangement (12) is able to supply the actuator (10) with electrical power by providing a voltage (UV), and wherein the actuator (10) and the valve arrangement (12) are each assigned signal generator and/or signal acquisition means (41, 44) to establish a signal connection (SV) between the electrical component or components (37, 38, 46) and the control module (39, 61) over the first and second electrical connecting lines (28, 29), characterised in that the second electrical connecting line (29) is guided over the second fluid line (14) or over a common ground potential (MP) between the actuator (10) and the valve arrangement (12), so that the electrical power supply and the signal transmission are realised via a single common electric circuit leading over the first and second electrical connecting lines (28, 29).
- Fluidic assembly according to claim 1, characterised in that at least one electrical electric circuit is a sensor (37, 38) for detecting at least one operating state of the actuator (10).
- Fluidic assembly according to claim 1 or 2, characterised in that the signal generator and/or signal acquisition means (41) of the actuator (10) contain as communication means a modulator for modulating status signals on to the voltage (UV), and that the signal generator and/or signal acquisition means (44) assigned to the valve arrangement (12) contain a demodulator for demodulating the status signals from the voltage (UV)
- Fluidic assembly according to any of the preceding claims, characterised in that at least one electrical component is an electrical control element and/or a display element (46).
- Fluidic assembly according to any of the preceding claims, characterised in that the signal generator and/or signal acquisition means (44) assigned to the valve arrangement (12) contain as communication means a modulator for feeding control signals through modulation to the voltage (UV) or through modulation of the voltage (UV), and that the signal generator and/or signal acquisition means (41) of the actuator (10) contain a demodulator for demodulating the control signals from the voltage (UV).
- Fluidic assembly according to any of the preceding claims, characterised in that the signal generator and/or signal acquisition means (44) assigned to the valve arrangement (12) form part of the valve arrangement (12).
- Fluidic assembly according to any of the preceding claims, characterised in that the signal generator and/or signal acquisition means (41, 44) assigned to the valve arrangement (12) have a bus interface provided for communication between the valve arrangement (12) and the control module (39, 61).
- Fluidic assembly according to any of the preceding claims, characterised in that the actuator (10) and/or the valve arrangement (12) have connection means (15, 16, 17, 18), in particular in the form of plug connectors, for connecting the first and/or the second fluid line (13, 14), and which expediently create both a fluidic and an electrical connection (28, 29) with a single actuating operation.
- Fluidic assembly according to any of the preceding claims, characterised in that the valve arrangement (12) contains at least one valve (19), and that the first and/or second fluid line(s) (13, 14) are connected directly to the valve or valves (19) or to passages (20, 21) of the valve arrangement (12) leading to the valve (19).
- Fluidic assembly according to claim 9, characterised in that the signal generator and/or signal acquisition means (41, 44) assigned to the valve arrangement (12) are provided on or in the valve (19).
- Fluidic assembly according to any of the preceding claims, characterised in that the valve arrangement (12) comprises a single valve or a multiple valve arrangement.
- Fluidic assembly according to any of the preceding claims, characterised in that the first and/or second fluid line(s) (13, 14) are in the form of a flexible hose line or lines.
- Fluidic assembly according to any of the preceding claims, characterised in that the valve arrangement is a valve bank (60) made up preferably of modules (11a, 11b).
- Fluidic assembly according to any of the preceding claims, characterised in that the control module (39) forms part of the valve arrangement (12).
- Fluidic assembly according to any of the preceding claims, characterised in that the first and/or the second fluid line (13, 14) are connected to a common side of the actuator (10) in pairs.
- Fluidic assembly according to any of the preceding claims, characterised in that the electrical component or components (37, 38, 46) communicate with the signal generator and/or signal acquisition means (41, 44) of the actuator (10) by wireless means.
- Fluidic assembly according to any of the preceding claims; characterised in that the valve arrangement (12) and the actuator (10) transmit data serially on the signal connection (SV), in particular with the aid of a field bus protocol or by other digital signal sequences.
- Fluidic assembly according to any of the preceding claims, characterised in that each of the first and/or the second fluid lines (13, 14) has only a single electrical conductor (28,29).
- Fluidic assembly according to any of the preceding claims, characterised in that for signalling, the signal generator means (41, 44) set a variable, preferably impressed, current flow on the signal connection (SV).
- Fluidic assembly according to claim 19, characterised in that the signal generator means (41, 44) comprise at least one current diode and/or one transistor and/or one resistor with a predetermined current carrying potential,
- Actuator for a fluidic assembly actuable by fluidic power by means of a valve arrangement (12) via at least one first and one second fluid line (13, 14), and on which is mounted at least one electrical component (37, 38, 46) provided for connection to a control module (39, 61), wherein the actuator (10) has connection means (17, 18) for a first electrical connecting line (28) guided over the first fluid line (13) and a second electrical connecting line (28, 29) and signal generator and/or signal acquisition means (41) to establish a signal connection (SV) between the electrical component or components (37, 38, 46) and the control module (39,61) over the first and second electrical connecting lines (28, 29), through which the valve arrangement (12) is able to supply the actuator (10) with electrical power by providing a voltage (UV), characterised in that the second electrical connecting line (29) is guided over the second fluid line (14) or over a common ground potential (MP) between the actuator (10) and the valve arrangement (12), so that the electrical power supply and the signal transmission are realised via a single common electric circuit leading over the first and second electrical connecting lines (28, 29).
- Valve arrangement for the fluidic assembly with one or more fluidic actuators (10), actuable by fluidic power by means of the valve arrangement (12) via at least one first and one second fluid line (13, 14), and on which is mounted at least one electrical component (37, 38, 46) provided for connection to a control module (39, 61), wherein the valve arrangement (12) has connection means (15, 16) for a first electrical connecting line (28) guided over the first fluid line (13) and a second electrical connecting line (28, 29) to the actuator (10), through which the valve arrangement (12) is able to supply the actuator (10) with electrical power by providing a voltage (UV), wherein the valve arrangement (12) has signal generator and/or signal acquisition means (44) to establish a signal connection (SV) between the electrical component or components (37, 38, 46) and the control module (39, 61) over the first and second electrical connecting lines (28, 29), characterised in that the second electrical connecting line (29) is guided over the second fluid line (14) or over a common ground potential (MP) between the actuator (10) and the valve arrangement (12), so that the electrical power supply and the signal transmission are realised via a single common electric circuit leading over the first and second electrical connecting lines (28, 29).
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