Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mechatronik gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine gattungsgemäße Mechatronik ist aus der EP 1 180 602 Al bekannt. Diese beschreibt eine Steuerven¬ tileinrichtung mit einer Elektronik-Box, die eine Platine zur Aufnahme elektronischer Bauteile enthält und einen Anschluss an einen externen Bus ermöglicht. Auf die E- lektronik-Box sind ein oder mehrere Magnetventile auf¬ steckbar und damit elektrisch kontaktierbar. Durch die Elektronik werden die vom Bus kommenden elektrischen Steuersignale verarbeitet und auf die zugehörigen Ventile verteilt. Die bekannte Steuerventileinrichtung weist kei¬ ne Sensoren auf.

Weiter ist aus der DE 100 49 958 Al eine fluidtechnische Anordnung sowie Ventilanordnung und Aktuator hierfür be¬ kannt. Der zugehörige Aktuator weist dabei einen Arbeits¬ zylinder mit einem Kolben auf, dessen Stellung über Weg¬ sensoren bzw. Endschalter feststellbar ist. Die Ausgangs¬ signale der Sensoren können wahlweise drahtgebunden oder drahtlos weitergemeldet werden. Bei drahtloser Verbindung sind die Sensoren als Transponder ausgestaltet.

In Mechatroniken, insbesondere in solchen mit Magnetven¬ tilen, müssen häufig ein oder mehrere Drücke erfasst und in der zugehörigen System-Elektronik, die sich in einem gemeinsamen Gehäuse befinden kann, verarbeitet werden (EP 1 152 231 A2) . Hierzu werden entsprechende Drucksensoren in diese Geräte eingebaut. Diese Drucksensoren müssen mit einem zugehörigen Druckkanal dichtend verbunden werden und so befestigt werden, dass die Druckkraft aufgenommen werden kann. Weiterhin muss eine elektrische Verbindung, die meist dreipolig ausgebildet ist, zwischen dem Druck¬ sensor und der Systemelektronik hergestellt werden.

Dies birgt gewisse Zuverlässigkeitsrisiken. Es ist z.B. möglich, dass es durch Temperaturschwankungen und durch die Elastizität der Sensorbefestigung in Verbindung mit Druckschwankungen zu Relativbewegungen des Drucksensors bezüglich zur übrigen Mechatronik bzw. System-Elektronik kommt. Dadurch können die elektrischen Verbindungen me¬ chanisch unzulässig belastet werden. So können Kontakte durch Reibkorrosion beeinträchtigt werden, Bondverbindun¬ gen können durch Ermüdung brechen, und Lötstellen können ebenfalls ermüden und so Wackelkontakte erzeugen.

Weiterhin kann die Schnittstelle zum pneumatischen oder hydraulischen Druckkanal undicht werden.

Ausserdem stören bzw. verkomplizieren derartige elektri¬ sche Verbindungen oft den Herstellungsprozess, indem z. B. ein zusätzlicher Lötprozess eingefügt werden muss. Schliesslich ist die Umgebung einer Mechatronik, insbe ^¬ sondere bei Einbau in einem KFZ, oft besonders mit elekt-

rischen Störungen durch Funkwellen belastet. Dies kann sich auf eine Signalübertragung negativ auswirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, in einer Me- chatronik, insbesondere einem Ventil mit eingebauter E- lektronik einschliesslich Sensoren, eine besonders störu- nanfällige Übermittlung der Sensorsignale zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentan¬ spruchs 1 enthaltene Erfindung gelöst. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige Weiterbildungen.

Durch die erfindungsgemässe Anordnung von Sensor-Modulen direkt innerhalb von Druckführungskanälen oder in mit diesen verbundenen Hohlräumen ohne eine besondere Abdich¬ tung und ohne elektrische Anschlüsse und durch die erfin¬ dungsgemäße Datenübertragung per drahtloser Übertragungs¬ technik über kurze Strecken innerhalb des Mechatronik- Gehäuses mittels Funktechnik oder mittels lichtemittie¬ render Elemente, also z.B. Leuchtdioden, wird eine erhöh¬ te Betriebszuverlässigkeit erzielt. Hierdurch ist auch die oben erläuterte Empfindlichkeit von elektrischen Ver¬ bindungstellen gegen durch Temperaturschwankungen verur¬ sachte Längenänderungen nicht mehr gegeben. Weiter werden zusätzliche Lötvorgänge zum Anschluss der Sensor-Module eingespart. Aufwändige pneumatische oder hydraulische Ab¬ dichtungen der Sensoren gegen die Gehäusewände können entfallen. Schliesslich entfällt bei Verwendung licht¬ emittierender Elemente auch eine Empfindlichkeit der Da¬ tenverbindung gegenüber störenden Funkwellen.

Die erfindungsgemäße Anwendung von drahtloser Übertra ^¬ gungstechnik bzw. Funktechnik zur Datenübertragung ist dem Fachmann aus unterschiedlichen Anwendungsgebieten mittels verschiedener Verfahren bekannt.

Ein bekanntes Verfahren ist die Transpondertechnik. Mit Hilfe dieses Verfahrens kann z.B. der Reifendruck eines Fahrzeugreifens von der Karosserie aus berührungslos ge¬ messen werden (DE 199 24 830 Al) . Eine Batterie zur Stromversorgung des im Reifen befindlichen Sensors ist dabei nicht notwendig.

Die Übertragung kann z.B. so erfolgen, dass zunächst von aussen ein Anforderungssignal (Schwingung) gesendet wird, hierdurch im Sensor ein druckabhägiger Schwingkreis ange¬ regt wird, und dieser dann kurzzeitig ein entsprechend druckabhängiges analoges Signal zurücksendet. Da die Ver¬ wendung von Transpondertechnik ständig zunimmt, ist zudem mit einer Kostenreduzierung der benötigten Module (Sender und Empfänger) zu rechnen.

Ein anderes bekanntes Verfahren ist die Bluetooth- Technik. Aus dem Aufsatz "Energieträger Bluetooth- Frequenz", Auto & Elektronik 1/2002, ist ebenfalls ein Verfahren zur Reifendruckkontrolle bekannt, bei dem so¬ wohl die Drucksignale als auch die Energie zur Versorgung des Drucksensors drahtlos über Funkwellen mittels Blue¬ tooth übertragen werden.

Durch die weiter erfindungsgemäß vorgeschlagene Verwen¬ dung von Licht zur Datenübertragung ergibt sich eine er¬ höhte Übertragungssicherheit. Dies gilt vor allem in ei-

ner mit Störstrahlung besonders belasteten Umgebung, wie z.B. in einem Kraftfahrzeug.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Diese zeigt in

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Me- chatronik mit einem Magetventil, einer Steuerelektronik und einem in einem Druck¬ führungskanal eingebauten Sensor-Modul,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Mechatronik der Fig. 1 in Höhe der Elektronikplatine

Fig. 3 einen anderen Schnitt durch die Mechatronik der Fig. 1 mit Einlass- und Auslassventil sowie Druckanschlüssen,

Fig. 4 einen weiteren Schnitt durch die Mechatro¬ nik der Fig. 1 mit Einlass- und Auslassven¬ til sowie Steuerelektronik,

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Energie- und Datenübertragung zwischen der Steuer¬ elektronik und dem Sensor-Modul,

Fig. 6 einen Schnitt durch eine Elektronik mit zwei Lesestationen in Verbindung mit zwei Sensor-Modulen,

Fig. 7 einen Schnitt durch eine Elektronik mit ei¬ ner gemeinsamen Lesestation in Verbindung mit zwei Sensor-Modulen, und

Fig. 8 einen Schnitt durch eine Elektronik mit ei¬ ner Lesestation und einem nur teilweise im Druckführungskanal befindlichen Sensor- Modul.

Fig. 9 einen Schnitt durch einen Druckführungska¬ nal mit einem eingeklemmtem Sensor-Modul

Fig. 10 einen Schnitt durch einen Druckführungska¬ nal mit einem eingeklebtem Sensor-Modul

Fig. 11 einen Schnitt durch zwei Druckführungskanä¬ le mit zwei eingeschraubten Sensor-Modulen

Fig. 12 eine weitere schematische Darstellung einer Mechatronik mit einem Magetventil, einer Steuerelektronik und einem in einem Druck¬ führungskanal eingebauten Sensor-Modul,

Fig. 13 einen Schnitt durch die Mechatronik der Fig. 12 in Höhe der Elektronikplatine

Fig. 14 einen anderen Schnitt durch die Mechatronik der Fig. 12 mit Einlass- und Auslassventil sowie Druckanschlüssen,

Fig. 15 einen weiteren Schnitt durch die Mechatro- nik der Fig. 12 mit Einlass- und Auslass¬ ventil sowie Steuerelektronik,

Fig. 16a eine schematische Darstellung der Energie- und Datenübertragung zwischen der Steuer¬ elektronik und einem Drucksensor-Modul,

Fig. 16b eine schematische Darstellung der Energie- und Datenübertragung zwischen der Steuer¬ elektronik und zwei Drucksensor-Modulen mit zwei Lesestationen,

Fig. 16c eine schematische Darstellung der Energie- und Datenübertragung zwischen der Steuer¬ elektronik und zwei Drucksensor-Modulen mit einer gemeinsamen Lesestation,

Fig. 17 einen Schnitt durch eine Elektronik mit zwei Lesestationen in Verbindung mit zwei Sensor-Modulen,

Fig. 18 einen Schnitt durch eine Elektronik mit zwei Lesestationen in Verbindung mit zwei Sensor-Modulen, und

Fig. 19 einen Schnitt durch eine Elektronik mit ei¬ ner Lesestation und einem nur teilweise im Druckführungskanal befindlichen Sensor- Modul.

Fig. 20 einen Schnitt durch einen Druckführungska- nal mit einem eingeklemmten Sensor-Modul

Fig. 21 einen Schnitt durch einen Druckführungska¬ nal mit einem eingeklebten Sensor-Modul

Fig. 22 einen Schnitt durch zwei Druckführungskanä¬ le mit zwei eingeschraubten Sensor-Modulen

Die Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Me- chatronik, hier zum Betrieb einer Ventil-Anordnung, mit einem Gehäuse (1) , das aus einem Unterteil (21) und einem Deckel (20) besteht. Die Mechatronik besteht weiter aus einem mechanischen Teil (2) und einem elektronischen Teil (3) .

Der elektronische Teil (3) kann dabei innerhalb des ge¬ meinsamen Deckels (20) angeordnet sein. Er kann aber auch in einem separaten Elektronikgehäuse (26) angeordnet sein

(siehe Fig. 6) , das am mechanischen Teil (2) des Gehäuses

(1) angebracht ist.

Unter dem gemeinsamen Deckel (20) ist ein Magnetventil- Paar (5, 6) (vergl. Fig 3) angeordnet, das aus einem Ein¬ lassventil (5) und einem Auslassventil (6) besteht. Sichtbar ist hier nur das Einlassventil (5) , welches ein Ventilschliessglied (31) aufweist, das mittels einer Dichtung (32) einen Ventilsitz (27) abdichten kann. Hier¬ durch lässt sich ein Durchgang für Druckluft oder ein Fluid öffnen oder schließen.

Zum Anschluss des Ventils an äußere Druckleitungen ist mindestens ein Druckanschluss (16) vorgesehen, der sich im Unterteil (21) des Gehäuses (21) befindet. Zum An¬ schluss des Druckanschlusses (16) an den Ventilsitz (27) ist ein Druckführungskanal (7) vorgesehen.

Die Ventil-Anordnung samt zugehörigen Druckführungskanä¬ len ist nur schematisch gezeichnet. Sie kann z.B. dazu dienen, einen Druck in einem Behälter zu steigern, abzu¬ senken, oder zu halten. Die Druckführungskanäle (7, 8, 9) können sowohl einen runden als auch einen rechteckigen Querschnitt haben.

In einem weiteren Druckführungskanal (9) oder in einem mit diesem verbundenen Hohlraum befindet sich ein Sensor- Modul (13) . Dieses besteht aus einem Drucksensor (29) und einem Transponder (30) (vergl. Fig. 5) . Das Drucksensor- Modul (13) ist durch geeignete Maßnahmen innerhalb des Druckführungskanals (9) befestigt.

Das Sensor-Modul (13) kann beispielsweise durch eine Klemmkraft an seinem Ort gehalten werden (vergl. Fig. 9) . Hierzu ist es mit Federn (35, 36) ausgestattet, die sich an den Innenwänden eines der Druckführungskanäle (7, 8, 9) abstützen. Die Innenwand des Druckführungskanals kann flach oder rund ausgebildet sein.

Auch eine Befestigung des Sensormoduls (13) an den Wänden eines der Druckführungskanäle (7, 8, 9) mittels eines Klebstoffes (37) ist möglich (vergl. Fig. 10) .

Zweckmässig kann das Sensormodul (40) auch mit einem zy¬ linderförmigen Gehäuse mit Aussengewinde (41) versehen sein, mit welchem es in ein von einem Druckführungskanal

(7, 8, 9) ausgehenden Sackloch (38) eingeschraubt ist

(vergl. Fig. 11 rechts) .

Es ist weiter auch möglich, das zylinderförmige Sensor- Modul (40) mittels des Gewindes (41) in eine Durchgangs¬ bohrung zwischen zwei Druckführungskanälen (9) einzu¬ schrauben (vergl. Fig 11 links) . Dabei muß, z.B. mit ei¬ ner Parallel-Bohrung (42) , für eine Durchgängigkeit für das Druckmittel gesorgt werden.

Der Druckführungskanal (9) wird in der Fig. 1 teilweise durch eine Zwischenplatte (19) gebildet, die aus einem nicht metallischen Material, beispielsweise einem Kunst¬ stoff, besteht. Dagegen sind der mechanische Teil (2), also Unterteil (21) mit Druckführungskanal (7) sowie Dru¬ ckanschluß (16) und auch der Deckel (20), vorzugsweise aus Metall, beispielsweise Aluminium, ausgebildet.

Es ist aber auch möglich, das gesamte Mechatronikgehäuse (1) aus Kunststoff zu fertigen.

Die Druckführungskanäle (7, 8, 9) können beliebig gestal¬ tet sein. Sie können als Bohrungen, Hohlräume oder auch als Sackbohrungen ausgeführt sein, in welche ein Sensor eingeschraubt ist.

Der elektronische Teil (3) des Gehäuses (1) enthält eine Elektronikplatine (10), welche mit elektronischen Bautei¬ len (11) bestückt ist. Zu diesen gehört auch eine Lese-

Station (12) , welche erfindungsgemäß mittels Funktechnik mit dem Sensor-Modul (13) kommuniziert. Die drahtlose Ü- bertragung von Energie bzw. elektrischen Daten in beide Richtungen wird durch die Ausbildung der Zwischenplatte (19) aus Kunststoff ermöglicht.

Zum Anschluss des elektronischen Teils (3) an weitere, z. B. in einem Fahrzeug befindliche, Elektroniken ist die Elektronikplatine (10) an einen elektrischen Anschluss¬ stecker (17) mit einem Anschlusskabel (18) angeschlossen.

Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch das Mechatronik- Gehäuse (1) der Fig. 1 in Höhe der Elektronik-Platine (10) . Wie man sieht, befinden sich auf der Elektronik- Platine (10) elektronische Bauteile (11), einschließlich eines Mikroprozessors (28) und der Lesestation (12) . Letztere kommuniziert per Funktechnik mit zwei Sensor- Modulen (13, 14) . Diese sind in Druckführungskanälen (9) angeordnet, die je nach Bedarf unterschiedlich geformt sein können. Die Druckführungskanäle (9) sind ganz oder teilweise in der aus Isolierstoff bestehenden Zwischen¬ platte (19) (siehe Fig. 1) angeordnet.

Die Fig. 3 zeigt einen anderen Schnitt durch das Me- chatronik-Gehäuse (1) der Fig. 1. Erkennbar sind hier zwei Magnetventile (5, 6) , die als Einlassventil bzw. Auslassventil arbeiten. Erkennbar sind weiterhin zwei Sensor-Module (13, 14) , welche hier in einem Zwischenraum zwischen der Zwischenplatte (19) und dem metallischen Un¬ terteil (21) des Mechatronik-Gehäuses (1) angeordnet sind. Weiterhin sind zwei Druckanschlüsse (15, 16) zum

Anschluss der Mechatronik an eine Druckluftanlage oder an eine hyraulische Anlage erkennbar.

Die Fig. 4 zeigt einen weiteren Schnitt durch die Me¬ chatronik in Höhe der Elektronik-Platine (10) . Erkennbar sind wiederum die beiden Magnetventile (5, 6) , die Bestü¬ ckung der Elektronikplatine (10) mit Bauteilen (11), die Sensor-Module (13, 14) , sowie die diesen zugeordnete be¬ nachbarte gemeinsame Lesestation (12) .

Die Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung der Ener¬ gie- und Datenübertragung zwischen der sich auf der E- lektronik-Platine (10) befindlichen Steuerelektronik bzw. Systemelektronik und dem Sensor-Modul (13) .

Die Elektronik-Platine (10) enthält neben weiteren hier nicht dargestellten Bauteilen die Lesestation (12) und den Mikroprozessor (28) . An die Platine (10) sind weiter Magnetwicklungen (24, 25) der Magnetventile (5, 6) ange¬ schlossen. An die Lesestation (12) ist eine Antenne (22) angeschlossen, die beispielsweise als auf die Platine (10) gedruckte Spule ausgebildet sein kann.

Auf dem Sensor-Modul (13) ist ein Transponder (30) ange¬ ordnet. Dieser ist ebenfalls an eine Antenne (23), die auch als eine auf die Platine gedruckte Spule ausgebildet sein kann, angeschlossen. Der Transponder (30) ist weiter mit je einer Leitung zur Energieübertragung und Daten- Rückübermittlung an einen Drucksensor (29) angeschlossen. Dieser wandelt einen Umgebungsdruck (P) in eine zum Druck proportionale Spannung U um, welche dem Transponder (30) mitgeteilt wird.

Durch zwischen der Elektronik-Platine (10) und dem Sen¬ sor-Modul (13) befindliche Pfeile ist angedeutet, dass im Betrieb, dh. falls ein Messwert gewünscht wird, zunächst eine Energieübertragung mittels eines Sende-Impulses von der Lesestation (12) zum Sensor-Modul (13) und anschlies- send eine Rückübertragung von Daten, also hier von Druck¬ werten, erfolgt. Je nach Bauart können Energieübertragung und Datenübertragung auch gleichzeitig erfolgen.

Bei mehreren Sensor-Modulen kann zusätzlich zur Daten- Rückübertragung auch ein codiertes Signal zur Identifika¬ tion des antwortenden Sensor-Moduls (13) rückübertragen werden.

Es ist auch möglich, den Sendeimpuls zu kodieren, z.B. durch Verwendung unterschiedlicher Frequenzen zur Anre¬ gung der verschiedenen Sensor-Module, von denen ein Mess¬ wert benötigt wird.

Wie oben bereits erläutert, kann der Drucksensor (29) auch Teil des Transponders (30) sein. Die Resonanzfre¬ quenz der Rückantwort ist dabei abhängig vom Umgebungs¬ druck. Die gezeichnete separate Übertragung von Energie und Signal innerhalb des Sensor-Moduls (13) kann dann entfallen.

Die Fig. 6 zeigt die Elektronik-Platine (10) , die hier in ein separates Elektronik-Gehäuse (26) eingebaut ist. Auf der Platine (10) sind zwei Lesestationen (12, 12a) ange¬ ordnet, die über Antennen (22, 22a) mit Sensor-Modulen (13, 14) kommunizieren. Letztere sind direkt in Druckfüh-

rungskanälen (9) , die hier rohrförmig ausgebildet sind, angeordnet. Dabei muß natürlich ein ausreichender Quer¬ schnitt für den Durchfluss des Druckmittels frei bleiben.

Die Fig. 7 zeigt entsprechend der Fig. 6 eine in einem Elektronikgehäuse (26) eingebaute Elektronik-Platine (10) , die hier aber nur mit einer einzigen, gemeinsamen Lesestation (12) ausgerüstet ist. Diese kommuniziert wie¬ derum über eine einzige Antenne (22) mit zwei Sensor- Modulen (13, 14) .

Zur Unterscheidung der beiden Sensor-Module ist hier die zusätzliche Übertragung von entsprechenden Codierungen der Sensor-Module (13, 14) erforderlich. Eine solche Co¬ dierung kann z.B. durch unterschiedliche Datencodes oder durch Verwendung von unterschiedlichen Trägerfrequenzen bei der Übertragung der Sendeimpulse sowie der Rücküber¬ tragung der Messwerte erfolgen.

In der Fig. 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel ge¬ zeigt, bei dem das Sensor-Modul (13) nur teilweise im Druckführungskanal (9) angeordnet ist. Dabei ragt ein sensierender Teil (33) des Sensor-Moduls in den Druckfüh¬ rungskanal (9) hinein, während ein sendender bzw. empfan¬ gender Teil (34) innerhalb des Elektronikgehäuses (26) , in unmittelbarer Nähe der Lesestation (12) mit Antenne (22) angeordnet ist.

Diese Variante hat den Vorteil, dass die Zwischenplatte (19) nicht aus Isoliermaterial zu bestehen braucht. Dem¬ gegenüber wird aber mehr Platz im Elektronikgehäuse (26) benötigt. Ausserdem besteht weniger Freiheit bezüglich

der Anordnung der Druckführungskanäle (9), die hier un¬ terhalb des Elektronikgehäuses (26) liegen müssen. Weiter muss eine ausreichende Abdichtung des Sensor-Moduls (13) gegenüber der Zwischenplatte (19) gewährleistet sein.

Die Fig. 9, 10, 11 wurden bereits oben erläutert.

In allen Ausführungsbeispielen sind zweckmäßig die Lese¬ stationen (12, 12a) und die Sensor-Module (13, 14) in un¬ mittelbarer räumlicher Nähe zueinander angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Sendeleistungen der Lesestatio¬ nen (12, 12a) sowie die Antennen (22, 22a, 23) klein aus¬ gebildet werden können. Unter "räumlicher Nähe" ist hier eine Entfernung von etwa 1 bis 5 cm, je nach Grosse der Mechatronik, zu verstehen.

Durch die Sensor-Module (13, 14) können neben Drücken auch andere physikalische Größen sensiert und übertragen werden. Denkbar ist hier eine Daten-Übertragung von Tem¬ peraturen, von Massendurchsätzen (beispielsweise Druck¬ luftmengen oder Fluidmengen) , von Wegen (beispielsweise Wegen von Ventilgliedern) , von magnetischen Feldstärken (beispielsweise Feldstärken der Magnetwicklungen der Mag¬ netventile) , oder von der chemischen Zusammensetzung des in den Druckführungskanälen fliessenden Gases oder Flu¬ ids.

Als drahtlose Funktechnik wird die bereits oben erwähnte Transpondertechnik oder die ebenfalls erwähnte Bluetooth- Technik verwendet. Beide Techniken sind bereits seit län¬ gerem bekannt bzw. genormt und somit als ausreichend zu¬ verlässig und preisgünstig anzusehen.

Die folgenden Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Datenübertragung mittels Licht.

Die Fig. 12 zeigt in schematischer Darstellung eine Me- chatronik, hier zum Betrieb einer Ventil-Anordnung, mit einem Gehäuse (1) , das aus einem Unterteil (21) und einem Deckel (20) besteht. Die Mechatronik besteht weiter aus einem mechanischen Teil (2) und einem elektronischen Teil (3) .

Der elektronische Teil (3) kann dabei innerhalb des ge¬ meinsamen Deckels (20) angeordnet sein. Er kann aber auch in einem separaten Elektronikgehäuse (26) angeordnet sein (siehe Fig. 6) , das am mechanischen Teil (2) des Gehäuses (1) angebracht ist.

Unter dem gemeinsamen Deckel (20) ist ein Magnetventil- Paar (5, 6) (vergl . Fig 14) angeordnet, das aus einem Einlassventil (5) und einem Auslassventil (6) besteht. Sichtbar ist hier nur das Einlassventil (5) , welches ein Ventilschliessglied (31) aufweist, das mittels einer Dichtung (32) einen Ventilsitz (27) abdichten kann. Hier¬ durch lässt sich ein Durchgang für Druckluft oder ein Fluid öffnen oder schließen.

Anstelle von Magnetventilen sind auch anders angetriebene Ventile, z.B. Piezo-Ventile, möglich. Es ist auch mög¬ lich, dass die Mechatronik in ihrem mechanischen Teil (2) Aktuatoren und/oder Motoren aufweist, welche ebenfalls vom elektronischen Teil (3) steuerbar sind (nicht darge¬ stellt) .

Zum Anschluss der Ventile an äußere Druckleitungen ist mindestens ein Druckanschluss (16) vorgesehen, der sich im Unterteil (21) des Gehäuses (1) befindet. Zum An¬ schluss des Druckanschlusses (16) an den Ventilsitz (27) ist ein Druckführungskanal (7) vorgesehen.

Die Ventil-Anordnung samt zugehörigen Druckführungskanä¬ len ist nur schematisch gezeichnet. Sie kann z.B. dazu dienen, einen Druck in einem Behälter zu steigern, abzu¬ senken, oder zu halten. Die Druckführungskanäle (7, 8, 9) (siehe Fig. 12 bis 14) können sowohl einen runden als auch einen rechteckigen Querschnitt haben.

In dem Druckführungskanal (9) oder in einem mit diesem verbundenen Hohlraum befindet sich ein Sensor-Modul (13) . Dieses besteht im wesentlichen (vergl. Fig. 16a) aus ei¬ nem Drucksensor (29) , einer Signalaufbereitung (30) , ei¬ nem lichtemittierenden Element (45) , einer Energie- Empfangsspule (23) , und einem Gleichrichter (50) . Das Sensor-Modul (13) ist durch geeignete Maßnahmen innerhalb des Druckführungskanals (9) befestigt.

Das Sensor-Modul (13) mit dem lichtemittierenden Element (45) kann beispielsweise durch eine Klemmkraft an seinem Ort gehalten werden (vergl. Fig. 20) . Hierzu ist es mit Federn (35, 36) ausgestattet, die sich an den Innenwänden eines der Druckführungskanäle (7, 8, 9) abstützen. Die Innenwand des Druckführungskanals kann flach oder rund ausgebildet sein. Ein Lichtaustritt nach aussen wird durch eine lichtdurchlässige Zwischenplatte (19) ermög¬ licht.

Auch eine Befestigung des Sensormoduls (13) an den Wänden eines der Druckführungskanäle (7, 8, 9) mittels eines Klebstoffes (37) ist möglich (vergl. Fig. 21) .

Gemäß Fig. 22 kann zweckmässig ein zylindrisches Sensor¬ modul (40a) auch mit einem zylinderförmigen Gehäuse mit Aussengewinde (41) versehen sein, mit welchem es in ein von einem Druckführungskanal (7, 8, 9) ausgehenden Sack¬ loch (38) eingeschraubt ist (vergl. Fig. 22 rechts) .

Es ist weiter auch möglich, das zylinderförmige Sensor- Modul (40) mittels des Gewindes (41) in eine Durchgangs¬ bohrung zwischen zwei Druckführungskanälen (9, 9a) einzu¬ schrauben (vergl. Fig 22 links) . Dabei muß, z.B. mit ei¬ ner Parallel-Bohrung (42) , für eine Durchgängigkeit für das Druckmittel gesorgt werden.

Die Fig. 22 enthält weiter zwei Elektronikplatinen (10, 10a) , die mit lichtempfindlichen Elementen (44, 44a) ver¬ sehen sind. Diese empfangen Daten von zwei lichtemittie¬ renden Elementen (45, 45a) der Sensor -Module (40, 40a) .

Die Datenübertragung des linken Sensor-Moduls (40) er¬ folgt durch ein IR-lichtdurchlässiges Teil (47) , das in das lichtundurchlässige Unterteil (21) druckdicht einge¬ schraubt ist.

Die Datenübertragung des rechten Sensor-Moduls (40a) er¬ folgt durch eine IR-durchlässige Zwischenplatte (19) .

Der Druckführungskanal (9) wird in der Fig. 12 teilweise durch eine Zwischenplatte (19) gebildet, die aus einem

nicht metallischen Material, beispielsweise einem Kunst¬ stoff, besteht. Dieser ist zumindest teilweise aus IR- durchlässigem Material. Dagegen sind der mechanische Teil (2) , also das Unterteil (21) mit den Druckführungskanälen (7, 9) sowie dem Druckanschluß (16) und auch der Deckel (20) , vorzugsweise aus Metall, beispielsweise Aluminium, ausgebildet.

Es ist aber auch möglich, das gesamte Mechatronik-Gehäuse (1) aus Kunststoff zu fertigen.

Die Druckführungskanäle (7, 8, 9) können beliebig gestal¬ tet sein. Sie können als Bohrungen, beliebig gestaltete Hohlräume oder auch als Sackbohrungen ausgeführt sein, in welche der Sensor eingeschraubt ist.

Gemäß Fig. 12 enthält der elektronische Teil (3) des Ge¬ häuses (1) eine Elektronikplatine (Systemelektronik)

(10) , welche mit elektronischen Bauteilen (11) bestückt ist. Zu diesen gehört auch ein lichtempfindliches Element

(44) , welches drahtlos mittels IR-Licht von dem auf dem Sensor-Modul (13) angeordneten lichtemittierenden Element

(45) Daten empfangen kann (vergl. Fig. 16a bis 16c) .

Die Elektronikplatine (Systemelektronik) (10) enthält weiter eine Sendespule (22) zur Versorgung des Sensor- Moduls (13) mit elektrischer Energie. Hierzu enthält das Sensor-Modul (13) eine Empfangsspule (23) (vergl. Fig. 16a) .

Die drahtlose Übertragung von elektrischen Daten mittels IR-Licht wird durch eine Ausbildung der Zwischenplatte

(19) aus zumindest teilweise lichtdurchlässigem Kunst¬ stoff ermöglicht. Auch ein Einsatz von separaten, licht¬ leitenden Teilen (47) ist möglich, welche das lichtun¬ durchlässige Gehäuse-Unterteil (21) durchdringen (vergl. Fig. 22) .

Zum Anschluss des elektronischen Teils (3) an weitere, z. B. in einem Fahrzeug befindliche, Elektroniken ist die Elektronikplatine (10) an einen elektrischen Anschluss¬ stecker (17) mit einem Anschlusskabel (18) angeschlossen.

Die Fig. 13 zeigt einen Schnitt durch das Mechatronik- Gehäuse (1) der Fig. 12 in Höhe der Elektronik-Platine (10) . Wie man sieht, befinden sich auf der Elektronik- Platine (10) elektronische Bauteile (11) , einschließlich eines Mikroprozessors (28) und zweier Lesestationen (12, 12a) . Letztere kommunizieren drahtlos mit zwei Sensor- Modulen (14, 13) . Diese sind in Druckführungskanälen (9) angeordnet, die je nach Bedarf unterschiedlich geformt sein können. Die Druckführungskanäle (9) sind ganz oder teilweise in der aus zumindest teilweise lichtdurchlässi¬ gem Isolierstoff bestehenden Zwischenplatte (19) (siehe Fig. 12) angeordnet.

Als Lesestation (12, 12a) wird die Einheit aus lichtemp¬ findlichem Element (44, 44a) und Verstärker (48, 48a) (vergl. Fig. 16b) bezeichnet. Gegebenenfalls können die Verstärker (48, 48a) auch entfallen.

Die Fig. 14 zeigt einen anderen Schnitt durch das Me- chatronik-Gehäuse (1) der Fig. 12. Erkennbar sind hier zwei Magnetventile (5, 6) , die als Einlassventil bzw.

Auslassventil arbeiten. Erkennbar sind weiterhin zwei Sensor-Module (13, 14) , welche hier in einem Zwischenraum zwischen der Zwischenplatte (19) und dem metallischen Un¬ terteil (21) des Mechatronik-Gehäuses (1) angeordnet sind. Weiterhin sind zwei Druckanschlüsse (15, 16) zum Anschluss der Mechatronik an eine Druckluftanlage oder an eine hyraulische Anlage erkennbar.

Die Fig. 15 zeigt einen weiteren Schnitt durch die Me¬ chatronik in Höhe der Elektronik-Platine (10) . Erkennbar sind wiederum die beiden Magnetventile (5, 6) , die Bestü¬ ckung der Elektronikplatine (10) mit elektronischen Bau¬ teilen (11) , die Sensor-Module (13, 14) , sowie die diesen zugeordneten benachbarten Lesestationen (12, 12a) . Auf der Platine (10) ist weiter eine gemeinsame Energie- Sendespule (22) angeordnet.

Die Fig. 16a bis 16c zeigen schematische Darstellungen der Energie- und Datenübertragung zwischen der sich auf der Elektronik-Platine (10) befindlichen Steuerelektronik bzw. Systemelektronik und Sensor-Modulen (13, 14) .

In der Fig. 16a enthält die Elektronik-Platine (System¬ elektronik) (10) neben weiteren hier nicht dargestellten Bauteilen die Lesestation (12) mit einem lichtempfindli¬ chen Element (44) , hier ein Fototransistor, und den Mik¬ roprozessor (28) . An die Platine (10) sind weiter Magnet¬ wicklungen (24, 25) der Magnetventile (5, 6) angeschlos¬ sen. An eine Wechselspannungserzeugung (46) ist eine Sen¬ despule (22) zur Energieübertragung angeschlossen, die beispielsweise als eine auf die Elektronik-Platine (10) gedruckte Spule ausgebildet sein kann.

Auf dem zugehörigen Sensor-Modul (13) ist ein Drucksensor (29) angeordnet, dessen Ausgangssignal einer Signalaufbe¬ reitung (30) zugeführt wird. An diese ist zur Datenüber¬ tragung zur Lesestation (12) ein lichtemittierendes Ele¬ ment (45) , hier eine IR-Leuchtdiode, angeschlossen.

Zur Energieversorgung des Drucksensors (29) dient eine Empfangsspule (23) , die ebenfalls als eine auf eine Pla¬ tine gedruckte Spule ausgebildet sein kann, und die ihre Energie auf induktivem Wege von der Sendespule (22) er¬ hält. An die Empfangsspule (23) ist ein Gleichrichter (50) angeschlossen. Zur Energie-Zwischenspeicherung kann im Gleichrichter (50) ein Kondensator oder eine Batterie (Akku) enthalten sein (nicht dargestellt) .

Durch zwischen der Elektronik-Platine (Systemelektronik) (10) und dem Sensor-Modul (13) befindliche Pfeile ist an¬ gedeutet, dass im Betrieb, dh. falls ein Messwert ge¬ wünscht wird, zunächst eine Energieübertragung mittels eines Sende-Impulses von der Wechselspannungserzeugung (46) zum Sensor-Modul (13) und anschliessend eine Rück¬ übertragung von Daten, also hier von Druckwerten, über das lichtemittierende Element (45) erfolgt. Je nach Bau¬ art des Sensor-Moduls (13) können Energieübertragung und Datenrückübertragung auch gleichzeitig erfolgen.

In der Fig. lβb werden von zwei Sensor-Modulen (13, 14) Signale zur Elektronikplatine (Systemelektronik) (10) ü- bertragen. Die Energieversorgung für beide Module erfolgt über eine gemeinsame Wechselspannungserzeugung (46) mit gemeinsamer Sendespule (22) . Eine gemeinsame Energieüber-

tragung bietet sich an, wenn die zu versorgenden Sensor- Module nicht zu weit entfernt angeordnet sind. Die Daten- rückübertragung erfolgt für jedes Sensor-Modul getrennt auf zwei Lesestationen (12, 12a) mit je einem lichtemp¬ findlichen Element (44, 44a) .

Wie in der Fig. 16c dargestellt ist, können bei zwei Sen¬ sor-Modulen (13, 14) mit zwei lichtemittierenden Elemen¬ ten (45, 45a) bei der Datenrückübertragung neben den ei¬ gentlichen Druck-Daten auch codierte Signale zur Identi¬ fikation des antwortenden Sensor-Moduls (13, 14) rück¬ übertragen werden. In diesem Fall ist nur eine gemeinsame Lesestation (12) mit nur einem lichtempfindlichen Element (44) auf der Elektronikplatine (Systemelektronik) (10) notwendig. Die Energie-Übertragung zu den Sensor-Modulen (13, 14) erfolgt mittels einer gemeinsamen Wechselspan¬ nungserzeugung (46) mit gemeinsamer Sendespule (22) .

Es ist auch möglich, zusätzlich auch den Energie- Sendeimpuls zu kodieren, z.B. durch Verwendung unter¬ schiedlicher Frequenzen der Wechselspannungserzeugung (46) . Hierdurch ist eine getrennte Anregung der verschie¬ denen Sensor-Module, von denen ein Messwert benötigt wird, möglich, wodurch Energie eingespart werden kann.

Die Fig. 17 enthält zwei Schaltungen des Typs der Fig. 16a, und zeigt in schematischer Darstellung die Elektro¬ nikplatine (Systemelektronik) (10) , die hier in ein sepa¬ rates Elektronikgehäuse (26) eingebaut ist. Auf der E- lektronikplatine (10) sind zwei Sendespulen (22, 22a) an¬ geordnet, die zu zwei Sensor-Modulen (13, 14) Energie ü- bertragen. Eine Verwendung getrennter Energie-Sendespulen

bietet sich an, wenn die zu versorgenden Module weiter voneinander entfernt sind.

Die Platine (10) enthält weiter zwei lichtempfindliche Elemente (44, 44a) , welche von den Sensor-Modulen (13, 14) Daten empfangen. Die Sensor-Module (13, 14) sind di¬ rekt innerhalb der Druckführungskanäle (9) , die hier rohrförmig ausgebildet sind, angeordnet. Dabei muß natür¬ lich ein ausreichender Querschnitt für den Durchfluss des Druckmittels frei bleiben.

Die Daten-Rückübertragung erfolgt über IR-lichtemittie- rende Elemente (45, 45a) der Sensor-Module (13, 14) zu den lichtempfindlichen Elementen (44, 44a) .

Um einen Lichtempfang zu ermöglichen, ist die Platine (10) im Bereich der lichtempfindlichen Elemente (44, 44a) mit Durchbrüchen bzw. Bohrungen versehen, und die licht¬ empfindlichen Elemente (44, 44a) sind nach unten durchge¬ steckt. Die Zwischenplatte (19) ist aus IR- lichtdurchlässigem Material.

Die Fig. 18, korrespondierend zur Schaltung der Fig. 16b, zeigt wie in der Fig. 17 eine in einem Elektronikgehäuse (26) eingebaute Elektronik-Platine (10), die hier aber mit nur einer einzigen, gemeinsamen Energie-Sendespule (22) ausgerüstet ist. Über die einzige Sendespule (22) wird zwei Sensor-Modulen (13, 14) bei Bedarf oder dauernd Energie zugeführt. Falls zeitweilig keine Sensor-Daten benötigt werden, kann die Energieübertragung zur Energie¬ einsparung auch gestoppt werden.

Die Daten-Übertragung erfolgt wieder über die lichtemit¬ tierenden Elemente (45, 45a) auf zwei lichtempfindliche Elemente (44, 44a) .

Zur Unterscheidung der Rückantworten der beiden Sensor- Module (13, 14) ist auch eine zusätzliche Übertragung von entsprechenden Codierungen der Ausgangssignale der Sen¬ sor-Module (13, 14) möglich. Eine solche Codierung kann z.B. durch unterschiedliche Datencodes bei der Rücküber¬ tragung der Messwerte erfolgen.

In der Fig. 19 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei dem das Sensor-Modul (13) nur teilweise in einem Druckführungskanal (9) angeordnet ist. Dabei ragt ein sensierender Teil (33) des Sensor-Moduls (13) in den Druckführungskanal (9) hinein, während ein sendender bzw. empfangender Teil (34) innerhalb des E- lektronikgehäuses (26) , in unmittelbarer Nähe der Lese ^¬ station (12) mit Sendespule (22) angeordnet ist. Die Da¬ tenübertragung des Meßwertes erfolgt auch hier von einem lichtemittierenden Element (45) des Sensor-Moduls (13) zu einem lichtempfindlichen Element (44) , das an eine Lese¬ station (12) angeschlossen ist.

Diese Variante hat den Vorteil, dass die Zwischenplatte (19) nicht aus IR-durchlässigem Isoliermaterial zu beste¬ hen braucht. Demgegenüber wird aber mehr Platz im Elekt¬ ronikgehäuse (26) benötigt. Ausserdem besteht weniger Freiheit bezüglich der Anordnung der Druckführungskanäle (9), die hier unmittelbar unterhalb des Elektronikgehäu¬ ses (26) liegen müssen. Weiter muss eine ausreichend

druckfeste Abdichtung des Sensor-Moduls (13) gegenüber der Zwischenplatte (19) gewährleistet sein.

Die Fig. 20, 21, und 22 wurden bereits oben erläutert.

In allen Ausführungsbeispielen sind zweckmäßig die Lese¬ stationen (12, 12a) und die Sensor-Module (13, 14) in un¬ mittelbarer räumlicher Nähe zueinander angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Sendeleistungen der Wechsel¬ spannungserzeugungen (46) zur Energieübertragung sowie die Energie-Sende- und -Empfangsspulen (22, 23) klein ausgebildet werden können. Unter "unmittelbarer räumli¬ cher Nähe" ist hier eine Entfernung von etwa 1 bis 5 cm, je nach Grosse der Mechatronik, zu verstehen.

Durch die Sensor-Module (13, 14) können neben Drücken auch andere physikalische Größen sensiert und übertragen werden. Denkbar ist hier eine Daten-Übertragung von Tem¬ peraturen, von Massendurchsätzen (beispielsweise Druck¬ luftmengen oder Fluidmengen) , von Wegen (beispielsweise Wegen von Ventilgliedern) , von magnetischen Feldstärken (beispielsweise Feldstärken der Magnetwicklungen der Mag¬ netventile) , oder von der chemischen Zusammensetzung des in den Druckführungskanälen fliessenden Gases oder Flu¬ ids .

Zur Erfassung von Drücken können je nach Bedarf Absolut¬ wert-Sensoren oder auch Differenzdruck-Sensoren einge¬ setzt werden. Letztere können insbesondere in der Ausfüh¬ rung nach der Fig. 19 die Druckdifferenz zwischen einem Druckführungskanal (9) und dem Inneren eines Elektronik¬ gehäuses (26) erfassen. Dagegen sind vollständig in

Druckführungskanälen eingebaute Drucksensoren als Abso¬ lutwert-Drucksensoren ausgebildet.

Ein Einsatz von beliebig vielen Sensoren innerhalb einer Mechatronik ist möglich, wobei die sich die oben erläu¬ terten Vorteile des Verfahrens zur Datenübertragung des¬ to stärker auswirken, je mehr Sensoren integriert sind.

Ein Vorteil einer Datenübertragung mit Leuchtdioden ge¬ genüber einer auch möglichen Verwendung von Transpondern ist neben der besseren Störfestigkeit auch eine grossere erzielbare Dynamik der Übertragung. Das bedeutet, daß ein Meßwert bei Bedarf schneller zur Verfügung steht.

Als lichtemittierende Elemente werden vorzugsweise Infra¬ rot-Leuchtdioden (IR-LED) verwendet. Diese sind bereits seit längerem bekannt bzw. genormt und somit als ausrei¬ chend zuverlässig und preisgünstig anzusehen. Eine Daten¬ übertragung mittels IR-Leuchtdioden ist z.B. aus der Fernbedienung von Fernsehempfängern bekannt und bewährt.

IR-LED's haben gegenüber anderen LED's mit Ausstrahlung im sichtbaren Bereich den Vorteil, dass eine sichere Da¬ tenübertragung auch bei verschmutzten Innenflächen der Druckführungskanäle (9) gewährleistet ist.

Anstelle von IR-LED's können auch Laserdioden verwendet werden. Diese können insbesondere da eingesetzt werden, wo es auf eine grossere Reichweite ankommt.

Als lichtempfindliche Elemente können beispielsweise Fo¬ totransistoren oder Fotodioden eingesetzt werden.