Zu steuernde pneumatische Vorrichtungen, wie Ventilanord- nungen, Zylinder, Antriebe und dergleichen, benötigen zum einen die Zuführung von Druckluft über eine pneumatische Leitung und zum anderen elektrische Zuführungsleitungen zur Zuführung der elektrischen Steuersignale sowie Rück- führungsleitungen zur Rückführung von Sensorsignalen. Sind an einer pneumatischen Vorrichtung mehrere Steuervorrichtungen, wie Ventile, und mehrere Sensoren angeordnet, so erhöht sich entsprechend die Zahl der elektrischen Leitungen, was häufig zu einer unübersichtlichen Leitungsanordnung und zu hohen Kosten für die Installation, Wartung und Reparatur führt.

Aus der DE 195 26 459 ist es zwar bekannt, eine Busstation an einer aus mehreren Ventilen bestehenden Ventilstation über eine Busleitung zu steuern, über die auch Sensorrückmeldungen erfolgen können, jedoch werden auch hier zusätzliche elektrische Versorgungsleitungen sowie die pneumatische Leitung benötigt, so daß auch hier der Installationsaufwand nicht unerheblich ist.

Aus der DE 31 47 339 A1, der DE 32 09 189 A1 oder der DE 41 15 403 C2 ist es zwar bekannt, Steuer-oder Sensordaten über ein metallisches Rohrleitungsnetz mittels Ultraschall zu übertragen, jedoch ist dieses Verfahren für die üblicherweise aus Kunststoffmaterial bestehenden pneumatischen Leitungen nicht anwendbar.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, durch das bzw. durch die die Zahl der Verbindungsleitungen zu einer zu steuernden pneumatischen Vorrichtung deutlich reduziert und die Installation vereinfacht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 7 gelöst.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht ins- besondere darin, daß über die ohnehin vorhandene pneumatiche Leitung auch gleichzeitig die Steuerinformationen und Sensorsignale übertragen werden, so daß diesbezügliche Leitungen entfallen können. Dabei erfolgt die Übertragung über das gasförmige Medium mittels Schallsignalen, Mikrowellen oder Druckänderungen. Aus diesem Grunde ist die Signalübertragung auch bei den üblicherweise vorhandenen Kunststoffleitungen möglich. Dabei dient in vorteilhafter Weise wenigstens ein erster Konverter zur Umwandlung von elektrischen Signalen in Schallsignale, Mikrowellensignale oder Druckänderungen, und wenigstens ein zweiter Konverter dient zur Umwandlung solcher Signale in elektrische Signale.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens und der im Anspruch 7 angegebenen Vorrichtung möglich.

Die Übertragung der Daten erfolgt bidirektional, um bei- spielsweise in der einen Richtung Steuersignale und in der

anderen Richtung Sensorsignale übertragen zu können. Zur bidirektionalen Datenübertragung ist sowohl die Steuer- und/oder Datenempfangseinrichtung als auch die pneumatische Vorrichtung mit einem ersten Konverter und mit einem zweiten Konverter versehen, wobei jeweils ein erster Konverter und ein zweiter Konverter auch als kombinierter bidirektionaler Konverter ausgebildet sein kann. Zur Realisierung eignen sich hierzu vor allem piezoelektrische, jedoch auch induktive oder kapazitive Konverter.

Zur Übertragung unterschiedlicher Steuer-oder Sensorsignale eignen sich unterschiedliche Frequenzen und/oder Signalfolgen und/oder Druckmodulationen und/oder Druckimpulsfolgen.

Um zusätzlich noch auf separate elektrische Versorgungs- leitungen zur pneumatischen Vorrichtung verzichten zu können, erfolgt die Übertragung von Versorgungsenergie zum Betreiben von elektrischen Verbrauchern an oder in der pneumatischen Vorrichtung ebenfalls über das gasförmige Medium in der Leitung. Hierzu sind zweckmäßigerweise Mittel zur Umwandlung von Schallsignalen oder Druckänderungen oder Druck in elektri- sche Versorgungsenergie in oder an der pneumatischen Vor- richtung vorgesehen.

Die Schallsignale oder Druckänderungen werden in der pneu- matischen Vorrichtung vorzugsweise mittels des Piezoeffekts wenigstens teilweise in elektrische Energie umgesetzt, wozu zweckmäßigerweise ein piezoelektrischer Konverter dient.

Alternativ hierzu sind auch induktive oder kapazitive Konverter oder ein Kolbenschwinger einsetzbar.

In einer alternativen Ausführung kann die elektrische Ver- sorgungsenergie in der pneumatischen Vorrichtung auch dadurch gewonnen werden, daß der Druck des gasförmigen Mediums zum Antrieb einer Mikroturbine bzw. eines Mikrogenerators eingesetzt wird.

Um die Versorgungsspannung kontinuierlich zur Verfügung stellen zu können, zum Beispiel auch bei kurzzeitig höherem Energiebedarf, ist in vorteilhafter Weise eine Spei- chereinrichtung, insbesondere ein Kondensator oder eine Speicherzelle, zur Speicherung der in oder an der pneuma- tischen Vorrichtung erzeugten elektrischen Versorgungsenergie vorgesehen.

Ein insbesondere als Mikrocomputer ausgebildeter Umsetzer in oder an der pneumatischen Vorrichtung dient in vorteilhafter Weise zur Umsetzung der übertragenen Signale in Steuersignale für wenigstens eine Steuereinrichtung, zum Beispiel ein Ventil, in der pneumatischen Vorrichtung und/oder zur Umsetzung von Sensorsignalen in über die pneumatische Leitung zu übertragende Signale.

Die Steuer-und/oder Datenempfangseinrichtung ist vorzugsweise als an einen Datenbus angeschlossene Busstation ausgebildet.

Dabei können an diese Busstation mehrere pneumatische Vorrichtungen über pneumatische Leitungen direkt oder über Verzweigungen angeschlossen sein.

Bei größeren Systemen können auch mehrere Busstationen an den Datenbus angeschlossen sein, die jeweils mit wenigstens einer pneumatischen Vorrichtung verbunden sind.

Der wenigstens eine Konverter und die Mittel zur Bereit- stellung von elektrischer Versorgungsenergie sind zweck- mäßigerweise in der pneumatischen Vorrichtung integriert, so daß kompakte Anordnungen vorliegen, die zur vollständigen Installation lediglich über eine einzige pneumatische Leitung angeschlossen werden müssen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Über- tragung von Daten zwischen einer Busstation und einem Pneumatikzylinder, Fig. 2 eine ähnliche Anordnung wie in Fig. 1 in einer Detailansicht mit einer Mikroturbine zur Bereit- stellung von elektrischer Versorgungsenergie im Pneumatikzylinder, Fig. 3 eine schematische Darstellung des Betriebs von drei Pneumatikzylindern über drei Busstationen, Fig. 4 eine ähnliche Anordnung, bei der drei Pneumatik- zylinder an eine Busstation angeschlossen sind, und Fig. 5 eine ähnliche Darstellung wie in Fig. 4, bei der ein Anschluß an einer Busstation über Verzweigungen zu drei Pneumatikzylindern geführt ist.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Pneumatikzylinder 10 über einen elek- trischen Datenbus 11, beispielsweise einen Feldbus, gesteuert.

Eine pneumatische Druckquelle 12 ist über eine aus Kunststoff- material bestehende pneumatische Leitung 13 mit dem Pneumatik- zylinder 10 verbunden. In einem stirnseitigen Bereich des Gehäuses 14 des Pneumatikzylinders 10 sind zwei Ventile 15,16 integriert, die beispielsweise als 3/2-Wegeventile ausgebildet sind. Alternativ hierzu könnte beispielsweise auch ein 4/3- Wegeventil treten. Die beiden Ventile 15,16 sind jeweils einerseits mit der pneumatischen Leitung 13 und einem Entlüftungskanal 17 und andererseits jeweils mit einer von zwei Zylinderkammern 18,19 zu beiden Seiten eines bewegbaren Kolbens 20 verbunden.

Elektrische Steuersignale für die Signale 15,16 werden über den Datenbus 11 einer elektronischen Steuer-und Daten- empfangseinrichtung 21 zugeleitet. Diese enthält eine an den Datenbus 11 angeschlossene Busstation 22, die über einen bidirektionalen Konverter 23 mit der pneumatischen Leitung 13 verbunden ist. Der bidirektionale Konverter 23 ist beispiels-

weise als Piezowandler ausgebildet und setzt die zugeführten elektrischen Signale in entsprechende Schallsignale bzw.

Tonschwingungen um, die sich im gasförmigen Medium in der Leitung 13 ausbreiten und schließlich einen entsprechenden bidirektionalen Konverter 24 im Pneumatikzylinder 10 erreichen, wo sie wiederum in entsprechende Signale umgesetzt werden. Die Übertragung der in den elektrischen Signalen enthaltenen Daten erfolgt entweder über unterschiedliche Frequenzen, die bis zu Ultraschallfrequenzen reichen können, die auch moduliert sein können, oder über Schallsignalfolgen bzw. entsprechende Druckänderungen oder Druckstöße im gasförmigen Medium. Alternativ hierzu kann die Übertragung auch beispielsweise über Mikrowellen erfolgen, die sich ebenfalls im gasförmigen Medium ausbreiten, wobei dann entsprechende Mikrowellen-Konverter erforderlich sind.

Die vom bidirektionalen Konverter 24 erzeugten elektrischen Signale werden im Gehäuse 14 einem Mikrorechner 25 zugeführt, wo sie decodiert und je nach Decodierung in entsprechende Steuersignale für die beiden Ventile 15,16 umgewandelt werden.

Zur Stromversorgung des Mikrorechners 25 und direkt oder indirekt der Ventile 15,16 wird ein Teil der vom Konverter 24 erzeugten elektrischen Signale in einer Gleichrichteranordnung 26 gleichgerichtet und einer Speichereinrichtung 27 zugeführt, die beispielsweise als Kondensator ausgebildet ist. Durch die Speichereinrichtung 27 ist eine ständige Stromversorgung gewährleistet, auch dann, wenn gerade keine Signale über die Leitung 13 ankommen oder ein kurzzeitiger erhöhter Strom-bzw.

Energiebedarf vorliegt. In einer einfacheren Ausführung kann auch auf eine Speichereinrichtung 27 verzichtet werden.

Im Hinblick auf die relativ geringe zur Verfügung stehende elektrische Energie sind die Ventile 15,16 beispielsweise als mehrfach vorgesteuerte Ventilanordnungen ausgebildet,

insbesondere auch unter Verwendung von Piezo-Ventilen.

An derartigen Pneumatikzylindern 10 oder anderen pneumatischen Vorrichtungen sind üblicherweise Sensoren angeordnet, deren Sensorsignale der Steuerung rückgemeldet werden müssen. Im Ausführungsbeispiel sind ein Drucksensor 28 und ein Positions- sensor 29 zur Erfassung der Kolbenposition dargestellt. Diese sind mit Eingängen des Mikrorechners 25 verbunden, wo die entsprechenden Sensorsignale digitalisiert und codiert werden und in dieser Form dem bidirektionalen Konverter 24 zugeführt werden. Dort werden sie in entsprechende Schall-, Ton-bzw.

Drucksignale umgewandelt und über die Leitung 23 dem Konverter 23 zugeführt, wo sie wiederum in elektrische Signale umge- wandelt und so der Busstation 22 zugeführt werden. Die entsprechenden Informationen werden dort digitalisiert und über den Datenbus 11 einer nicht dargestellten Masterstation zugeführt, die beispielsweise ein PC sein kann.

Es ist selbstverständlich auch möglich, bei einer de- zentralisierten Intelligenz die Sensorsignale auch zum Teil im Mikrorechner 25 und/oder in der Busstation 22 ganz oder teilweise auszuwerten, weiterzubearbeiten oder für die Steuerung zu berücksichtigen.

Anstelle des Mikrorechners 25 kann selbstverständlich auch eine andere Decodier-und Codiereinrichtung treten.

Der Konverter 24, der Mikrorechner 25, die Gleichrichter- anordnung 26 und die Speichereinrichtung 27 im Gehäuse 14 des Pneumatikzylinders 10 sind in einer Steuer-und Daten- übertragungseinrichtung 30 zusammengefaßt, die beispielsweise als im ganzen einsetzbare oder auch außen anbringbare Einheit ausgebildet sein kann.

Die Datenübertragung über die Leitung 13 in den beiden entgegengesetzten Richtungen kann beispielsweise innerhalb

festgelegter Zeitfenster erfolgen oder nach dem Prinzip eines variablen Master-Slave-Systems. Auch die Erzeugung der Versorgungsenergie kann beispielsweise abwechselnd zur Datenübertragung in Zeitfenstern erfolgen, oder aber die Energiespeicherung in der Speichereinrichtung 27 erfolgt jeweils während Perioden, in denen keine Datenübertragung erfolgt, wobei dies vom Mikrorechner 25 gesteuert werden kann.

Alternativ hierzu kann auch ständig ein Teil der elektrischen Signale zur Energieversorgung verwendet werden.

In Fig. 2 ist eine alternative Ausgestaltung einer Steuer- und Datenübertragungseinrichtung 31 vorgesehen, die anstelle der Steuer-und Datenübertragungseinrichtung 30 treten kann.

Gleiche oder gleichwirkende Bauteile oder Baugruppen sind mit denselben Bezugszeichen versehen und nicht nochmals be- schrieben. Die Versorgungsenergie wird hier nicht aus den übertragenen Schallsignalen oder Druckänderungen im gas- förmigen Medium gewonnen, sondern der Druck im gasförmigen Medium wird zum Antrieb einer Mikroturbine 32 mit angesetztem oder integriertem Mikrogenerator verwendet. Da die Leitung 13 ständig druckbeaufschlagt ist, kann diese Versorgungsenergie ständig erzeugt werden, so daß auf eine Speichereinrichtung verzichtet werden kann, die selbstverständlich dennoch vorgesehen sein kann. Die durch die Mikroturbine 32 erzeugte elektrische Energie wird in einer Spannungsaufbereitungs- schaltung 33 aufbereitet und versorgt den Mikrorechner 25 sowie eine nachgeschaltete Treiberstufe 34 zur Ansteuerung der Ventile 15,16. Eine solche Treiberstufe 34 kann selbst- verständlich auch bei der Steuer-und Datenübertragungsein- richtung 30 vorgesehen sein.

Anstelle der Mikroturbine 32 kann auch ein anderes mikro- mechanisches System zur Erzeugung elektrischer Energie treten, beispielsweise eine Kolbenschwingeranordnung.

Das in Fig. 3 dargestellte System dient zum Betreiben von drei

Pneumatikzylindern 10,40,70. Die Steuer-und Datenempfangs- einrichtung 21 und der Pneumatikzylinder 10 mit seiner Steuer- und Datenübertragungseinrichtung 30 sowie seinen Ventilen 15, 16 entsprechen der Anordnung gemäß Fig. 1 (oder Fig. 2). An den Datenbus 11, der über eine als PC ausgebildete Master- station 35 gesteuert wird, sind zwei weitere Steuer-und Datenempfangseinrichtungen 51 und 81 entsprechend ange- schlossen, die über Leitungen 43,73 mit entsprechenden Steuer-und Datenübertragungseinrichtungen 60,90 mit den Pneumatikzylindern 40,70 verbunden sind. Die Pneumatik- zylinder 40,70 weisen den Ventilen 15,16 entsprechende Ventile 45,46 bzw. 75,76 auf. Auf diese Weise läßt sich die Gesamtanordnung beliebig erweitern.

Alternativ hierzu ist es auch möglich, gemäß Fig. 4 alle Pneumatikzylinder 10,40,70 durch die eine Steuer-und Datenempfangseinrichtung 21 zu steuern, an die hierzu die drei pneumatischen Leitungen 13,43 und 73 angeschlossen sind.

Dabei können auch gemäß Fig. 4 weitere Steuer-und Daten- empfangseinrichtungen am elektrischen Datenbus 11 an- geschlossen sein, die wiederum jeweils mehrere Pneumatik- zylinder oder andere pneumatische Vorrichtungen steuern und/oder deren Sensorsignale empfangen. In Fig. 5 ist eine Variation bezüglich Fig. 4 dargestellt, indem dort an die Steuer-und Datenempfangseinrichtung 21 nur die pneumatische Leitung 43 angeschlossen ist, während die pneumatischen Leitungen 13 und 73 über Verzweigungen bzw. T-Stücke mit dieser Leitung 43 verbunden sind.

Die in den Ausführungsbeispielen dargestellten Pneumatik- zylinder 10,40,70 sind lediglich beispielhaft dargestellt.

Anstelle dieser Pneumatikzylinder oder zusätzlich zu diesen können auch andere pneumatische Vorrichtungen, wie Ventil- inseln, pneumatische Antriebe, Wartungsgeräte, oder auch reine Sensoranordnungen treten, bei denen lediglich Sensor- rückmeldungen erfolgen, jedoch keine Steuersignale zugeführt werden.