Verfahren zum Betreiben einer Ventilsteuerung

Die Erfindung betrifft eine Ventilsteuerung zur elektrischen Ansteuerung wenigstens eines Ventilantriebs, mit einer Steuerschaltung, die zur Beeinflussung eines elektrischen Energieflusses zwischen einer elektrischen Quelle und dem Ventil antrieb ausgebildet ist und die eine Busschnittstelle zur Kommunikation mit einer übergeordneten Steueranordnung sowie ein Sensormittel umfasst, das zur Ermittlung einer durch elektrische Ansteuerung des Ventilantriebs veränderlichen physikalischen Größe sowie für eine Bereitstellung eines von der ermittelten physikalischen Größe abhängigen Sensorsignal an die Steuerschaltung ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Ventilsteuerung.

Aus der PCT/EP2013/003524 ist eine Ventilanordnung zur Beein flussung wenigstens eines Fluidstroms bekannt, die eine Steu ereinrichtung und wenigstens eine Ventileinrichtung umfasst, wobei die Steuereinrichtung eine Busschnittstelle für eine Verbindung mit einem Buskommunikationssystem zum Empfang von Bewegungsbefehlen, eine Verarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung der Bewegungsbefehle in Steuerbefehle für Ventileinrichtungen sowie wenigstens eine Anschlußeinrichtung zur elektrischen Ankopplung von Ventileinrichtungen aufweist und wobei die wenigstens eine Ventileinrichtung mit einer der An Schlusseinrichtungen der Steuereinrichtung elektrisch verbun den ist und ein Verarbeitungsmittel umfasst, das zur Verarbeitung der Steuerbefehle ausgebildet ist, wobei dem Verarbeitungsmittel wenigstens ein erstes Anschlussmittel zur elektrischen Ankopplung von Ventilen und wenigstens ein zweites Anschlussmittel zur elektrischen Ankopplung von Sensormitteln zugeordnet sind.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Ventilsteuerung und ein Verfahren zum Betreiben einer Ventilsteuerung bereitzustellen, die eine verbesserte Verfügbarkeit aufweisen.

Diese Aufgabe wird für eine Ventilsteuerung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst . Hierbei ist vorgesehen, dass die Steuerschaltung für eine Ermittlung eines Zustandswerts für den Ventilantrieb anhand des Sensorsignals und wenigstens eines Kennwerts einer physikalischen Größe aus der Gruppe: Energieflussdauer, Energieflussspannung, Energieflussstrom, Fluiddruck, Fluidvolumenstrom, und für eine Bereitstellung des Zustandswerts an der Busschnittstelle ausgebildet ist.

Bei dem Ventilantrieb, der für eine Ansteuerung durch die Ventilsteuerung vorgesehen ist, handelt es sich vorzugsweise um einen piezoelektrischen Antrieb oder um einen Magnetantrieb. In beiden Fällen besteht die Aufgabe der Ventilsteuerung darin, elektrische Ladungen von einer Quelle an den Ventilantrieb bereitzustellen und gegebenenfalls, je nach Ausgestaltung des Ventilantriebs, insbesondere als Piezoantrieb, an diesen bereitgestellte und dort gespeicherte elektrischen Ladungen wieder abzuführen. Diese Bereitstellung von elektrischen Ladungen erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit von einem Bewegungssignal, das entweder in der Ventilsteuerung erzeugt wird oder von außen, insbesondere von einer übergeordneten Steuereinrichtung, an die Ventilsteuerung bereitgestellt wird und wird als Energiefluss bezeichnet. Für die weitere Betrachtung der Ventilsteuerung wird davon ausgegangen, dass der Ventilantrieb entweder unmittelbar als Ventilkörper ausgebildet ist, wie dies insbesondere bei einem piezoelektrischen Antrieb der Fall sein kann, oder mit einem Ventilkörper bewegungsgekoppelt ist, um jedenfalls in Abhängigkeit von dem aufgrund des Bewegungssignals bereitgestellten Energieflusses eine Positionsveränderung für den Ventilkörper herbeiführen zu können. Durch diese Positionsveränderung kann der Ventil- körper einen freien Querschnitt in einem Ventilgehäuse, insbesondere zwischen einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung, beeinflussen und damit einen Fluidstrom von einer elektrischen Quelle zu einem Fluidverbraucher einstellen. Bei dem Fluidverbraucher kann es sich wahlweise um einen Ventil- körper eines Hauptventils handeln, so dass in diesem Fall der Ventilantrieb als Bestandteil eines Vorsteuerventils ausgebildet ist, alternativ handelt es sich bei dem Fluidverbraucher um einen Aktor wie beispielsweise einen Fluidzylinder, insbesondere Pneumatikzylinder.

Mit Hilfe des Zustandswerts , der von der Steuereinrichtung ermittelt wird, ist eine Aussage über einen Verschleißzustand des Ventilantriebs und/oder des mit dem Ventilantrieb bewegungsgekoppelten Ventils möglich, aus der Informationen wie eine noch zu erwartende Gebrauchsdauer für den Ventilantrieb oder das Ventil abgeleitet werden können. Mit dem Zustands- wert, der dimensionsbehaftet (eine oder mehrere SI -Einheiten) oder dimensionslos sein kann, soll gegebenenfalls ein vorsorglicher Austausch des Ventilantriebs oder Ventils durchgeführt oder zumindest vorbereitet werden, bevor der Versagensfall für den Ventilantrieb oder das Ventil eintritt. Hierdurch wird die angestrebte Verbesserung der (zeitlichen) Ver- fügbarkeit des aus der Ventilsteuerung und dem zugeordneten Ventil gebildeten fluidischen Systems erreicht. Der Zustands- wert kann unmittelbar an einer Ausgabeeinrichtung der Ventilsteuerung, beispielsweise einer optischen Anzeige wie einer Kontrollleuchte oder einem alphanumerischen Display angezeigt werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Zustandswert , insbesondere bei Überschreitung eines vorgebbaren Schwellwerts, über die Busschnittstelle an eine übergeordnete Steuerungseinrichtung bereitgestellt wird, die üblicherweise mit einer Ausgabeeinrichtung wie einem Display oder Bildschirm ausgestattet ist. Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen werden, dass der Zustandswert drahtlos, insbesondere über eine optische oder elektromagnetische Übertragungstrecke an ein tragbares Benutzerendgerät wie ein Mobiltelefon oder einen tragbaren Computer bereitgestellt wird.

Besonders vorteilhaft ist bei der erfindungsgemäßen Ventilsteuerung, dass der Zustandswert anhand von physikalischen Größen ermittelt wird, die in einem unmittelbaren Zusammenhang mit dem Betrieb des Ventilantriebs stehen.

Anhand einer ausschließlichen Auswertung von Sensoren, insbesondere Wegmesseinrichtungen oder Endlagenschaltern, die an einem fluidisch betreibbaren Aktor angebracht sind, der mit Hilfe des mit dem Ventilantrieb versehenen Ventils und der zugeordneten Ventilsteuerung angesteuert wird, könnten zwar ebenfalls zumindest Aussagen über eine Schaltspielzahl für den Ventilantrieb und gegebenenfalls über einen Alterungszustand des Ventils gemacht werden. Allerdings lassen sich hieraus nur indirekte Aussagen über den tatsächlichen Verschleiß am Ventilantrieb oder Ventil machen, während durch die Ermittlung des Zustandswerts direkte Aussagen über die Bean- spruchung und die Alterung bzw. den Verschleiß des Ventilantriebs möglich sind.

Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass zur Ermittlung des Zustandswerts zusätzlich zum Signal des Sensormittels wenigstens eine weitere physikalische Größen wie die Energieflussdauer und/oder die Energieflussspannung und/oder der Energieflussstrom und/oder ein Fluiddruck an einem Ven- tileingangsanschluss oder einem Ventilausgangsanschluss einbezogen wird, um dadurch direkte Aussagen über die elektrome- chanische Beanspruchung des Ventilantriebs ermöglichen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Sensormittel ebenfalls eine physikalische Größe ermittelt und in ein Sensorsignal umsetzt, die in einem unmittelbaren Zusammenhang mit der Betätigung des Ventilantriebs steht. Exemplarisch ist vorgesehen, dass das Sensormittel zur Ermittlung wenigstens einer weiteren physikalischen Größen aus der Gruppe: Energieflussdauer und/oder Energieflussspannung und/oder Energieflussstrom und/oder Fluiddruck und/oder Fluidvolumenstrom oder einem Hub des Ventilantriebs und/oder einer Bewegungsgeschwindigkeit des Ventilantriebs und/oder einer Beschleunigung des Ventilantriebs, ausgebildet ist, so dass der Zustandswert aus wenigstens zwei physikalischen Größen der vorgenannten Gruppe ermittelt wird. Beispielhaft kann der Zustandswert aus einer Kombination von Energieflussdauer und Energieflussstrom oder aus einer Kombination von Energieflussdauer und Energieflussspannung oder aus einer Kombination von Energieflussdauer und Fluiddruck oder anderen zumindest paarweise Kombinationen von physikalischen Größen ermittelt werden.

Dabei ist die Energieflussdauer diejenige, insbesondere kumulierte, Zeitspanne, innerhalb derer ein elektrischer Ladungs- fluss von einer elektrischen Quelle zum Ventilantrieb oder vom Ventilantrieb zur elektrischen Quelle erfolgt. Die Energieflussspannung ist insbesondere diejenige elektrische Spannung, mit der der elektrische Ladungsfluss an den Ventilantrieb bereitgestellt wird. Beispielsweise kann bei einer Ausgestaltung des Ventilantriebs als Piezoaktuator , insbesondere bei konstantem Energieflussstrom, eine Spannungsdifferenz zwischen einem Ladungsbeginn und einem Ladungsende für den Piezoaktuator betrachtet werden. Der Energieflussstrom ist derjenige elektrischer Strom, der zwischen elektrischer Quelle und Ventilantrieb fließt, wobei im Falle einer Ausgestaltung des Ventilantriebs als piezoelektrischer Antrieb auch eine Stromrichtung betrachtet wird, da es sich wahlweise um einen Ladungsvorgang oder einen Entladungsvorgang für den Piezoaktuator handelt. Bei einer Ausgestaltung des Ventilantriebs als Piezoaktuator kann zusätzlich noch in Betracht gezogen werden, über welche Zeitdauer der Piezoaktuator mit welcher elektrischen Spannung beaufschlagt war, da hieraus eine verfeinerte Beurteilung eines Verschleißzustands des Ventilantriebs ermöglicht wird. Aus einer Betrachtung des Fluiddrucks, insbesondere an einem Ventileingangsanschluss oder einem Ventilausgangsanschluss , kann ein Rückschluss auf eine statische und/oder eine dynamische Belastung des Ventilantriebs gezogen werden, der ebenfalls bei der Ermittlung des Zustandswerts mit einbezogen werden kann. Dabei ist insbesondere ein Druckniveau des Fluidrucks von Interesse, das möglicherweise längerfristig oder dauerhaft auf den Ventilantrieb einwirkt bzw. gegen das der Ventilantrieb den Ventilkörper in einer durch den Bewegungsbefehl vorgegebenen Ventilstellung halten muss. Exemplarisch sind der Steuereinrichtung zwei unterschiedlich ausgebildete Sensormittel zugeordnet, die jeweils für die Ermittlung eines Kennwerts einer physikalischen Größe ausgebildet sind. Alternativ kann vorgesehen sein, dass lediglich ein Sensormittel zur tatsächlichen Messung einer physikalischen Größe eingesetzt wird, während der wenigstens eine Kennwert wenigstens einer physikalischen Größe aus einem Steuersignal abgeleitet wird, das sich aus dem Bewegungssignal ergibt, das in der Ventilsteuerung verarbeitet wird. Beispielsweise ist es nicht erforderlich, die Energieflussdauer zu messen, da diese von der Steuereinrichtung, insbesondere unter Berücksichtigung eines internen Systemtakts der Steuereinrichtung, vorgegeben werden kann und nicht durch eine separate Sensoreinrichtung ermittelt werden muss. In ähnlicher Weise, gegebenenfalls bei Akzeptanz eines eventuell größeren Fehlers, kann auch ein Kennwert für die Energieflussspannung und/oder den Energieflussstrom, insbesondere in Kenntnis der schaltungstechnischen Aufbauweise der Steuereinrichtung und des Ventilantriebs, allein anhand eines Steuersignals bereitgestellt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche .

Zweckmäßig ist es, wenn die Steuerschaltung zur Ermittlung des Zustandswerts für eine Auswertung eines zeitlichen Verlaufs des Sensorsignals und/oder eines zeitlichen Verlaufs des wenigstens einen Kennwerts, insbesondere für eine Bestimmung eines Extremwerts oder eines Gradienten, ausgebildet ist. Hierzu umfasst die Steuerschaltung eine Recheneinheit, in der das Sensorsignal und/oder der Kennwert, vorzugsweise in regelmäßigen zeitlichen Abständen, insbesondere anhand eines internen Systemtakts, erfasst werden und ein Vergleich mit zeitlich vorausgegangenen Pegeln des Sensorsignals und/oder des Kennwerts vorgenommen wird, um eine Bestimmung eines maximalen und/oder minimalen Pegels des Sensorsignals und/oder des Kennwerts und/oder eine Bestimmung eines maximalen und/oder minimalen Gradienten des Sensorsignals und/oder des Kennwerts zu ermöglichen. Ferner umfasst die Steuerschaltung eine Speichereinrichtung, in der zeitlich vorausgegangene Pegel des Sensorsignals und/oder des Kennwerts und/oder Extremwerte und/oder Gradienten gespeichert werden können, um hieraus Rückschlüsse auf den Zustand des Ventilantriebs ziehen zu können. Beispielhaft kann vorgesehen sein, einen oder mehrere Kennwerte in der Speichereinrichtung zu speichern, die in einem Neuzustand des Ventilantriebs ermittelt wurden und die später als Basis für einen Vergleich mit aktuellen Kennwerten genutzt werden können.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerschaltung zusätzlich zur Busschnittstelle eine Sensorschnittstelle für einen unmittelbaren Anschluss des Sensormittels und eine elektrische Endstufe für eine unmittelbare Ansteuerung des Ventilantriebs umfasst.

Die Sensorschnittstelle kann als Analogschnittstelle ausgebildet sein, so dass ein Sensormittel angeschlossen werden kann, das ausschließlich ein Analogsignal bereitstellt. Ein solches Sensormittel kann beispielsweise ein Endlagenschalter (Positionstransmitter) oder ein resistives Wegmesssystem sein. Bevorzugt ist vorgesehen, dass zwischen dem Sensormittel und der Steuerschaltung lediglich genau eine Kommunikationsart und keine Umsetzung des Sensorsignals vorgesehen sind. Insbesondere findet längs einer Übertragungsstrecke zwischen Sensormittel und Steuerschaltung keine Analog/Digitalwandlung statt, vielmehr ist die Steuerschaltung wahlweise für eine unmittelbare Verarbeitung des bereitgestellten Analogsignals oder für eine interne Analog/Digitalwandlung des bereitgestellten Analogsignals ausgebildet.

Sofern das Sensormittel für eine digitale Übertragung des Sensorsignals ausgebildet ist, findet zwischen Sensormittel und Steuerschaltung keine zusätzliche Wandlung des Sensorsignals, insbesondere im Sinne einer Digital/Analog-Wandlung oder einer Digital/Digital-Wandlung, statt. Vielmehr ist die Sensorschnittstelle in diesem Fall als Digitalschnittstelle ausgebildet, die für eine direkte Einkopplung des digitalen Sensorsignals ausgebildet ist. Dementsprechend ist die Sensorschnittstelle an das digitale Kommunikationsprotokoll des Sensormittels angepasst.

Durch diese unmittelbare Ankopplung des Sensormittels an die Steuerschaltung werden Einkopplungen von unerwünschten, äußeren Störeinflüssen und/oder zeitliche Verzögerungen in der Übertragung des Sensorsignals vom Sensormittel zur Sensorschnittstelle minimiert.

Die Aufgabe der elektrischen Endstufe besteht darin, ein von der Steuerschaltung bereitgestelltes Ansteuersignal in eine zeitweilige Freigabe des Energieflusses zwischen der Quelle und dem Ventilantrieb umzusetzen. Vorzugsweise handelt es sich bei der elektrischen Endstufe um einen elektronischen Schalter, insbesondere einen Feldeffekttransistor (FET) . Bevorzugt ist die elektrische Endstufe in einer unmittelbaren Umgebung zur Steuerschaltung angeordnet, insbesondere auf der gleichen Leiterplatte wie die Steuerschaltung. Hierdurch kann eine Übertragung des Ansteuersignais ohne aufwändige Schutzmaßnahmen zuverlässig gestaltet werden, ohne dass hierbei Störeinflüsse von außen eine erhebliche Rolle spielen. Beson- ders bevorzugt ist vorgesehen, dass die elektrische Endstufe als Bestandteil einer integrierten Schaltung verwirklicht ist, die auch die Steuerschaltung umfasst. Diese integrierte Schaltung ist vorzugsweise als ASIC (application specific in tegrated circuit) auf einem einzigen Siliziumbaustein verwirklicht, so dass die Steuerschaltung und die Endstufe (n) exakt auf den geforderten Anwendungsfall angepasst sind und möglichst wenige, insbesondere keine, unnötige oder unnötig groß dimensionierte Schaltungsbestandteile aufweisen.

Bevorzugt ist der Steuerschaltung eine elektrische Endstufe mit integriertem Sensormittel für eine unmittelbare Ansteue- rung und Zustandsüberwachung des Ventilantriebs zugeordnet. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass die elektrische Endstufe das Sensormittel beinhaltet. Für diesen Fall ist ei ne interne Kommunikation zwischen Steuerschaltung und Endstu fe in bidirektionaler Weise ausgebildet, um einerseits die Ansteuersignale von der Steuerschaltung an die Endstufe und andererseits die Sensorsignale von der Endstufe an die Steuerschaltung übertragen zu können. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die elektrische Endstufe als Bestandteil einer inte grierten Schaltung verwirklicht ist, die auch die Steuerschaltung umfasst, insbesondere als ASIC.

Vorteilhaft ist es, wenn die elektrische Endstufe als Hochvolt-Treiberstufe für eine Ansteuerung eines Piezoaktuators ausgebildet ist. Hierdurch lässt sich eine hochintegrierte Steuerschaltung mit Zustandsüberwachung für die angeschlosse nen Piezoaktuatoren verwirklichen.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die elektrische End stufe (n) zusammen mit der Steuerschaltung als einstückiger, integrierter Schaltkreis ausgebildet ist. Zweckmäßig ist es, wenn die Steuerschaltung bei der Ermittlung des Zustandswerts für eine Einbeziehung eines an der Busschnittstelle bereitgestellten Kommunikationssignals , insbesondere eines Stellungssignals eines Stellungssensors, der für eine Ermittlung einer Stellung eines Aktors ausgebildet ist, eingerichtet ist. Die Busschnittstelle kann als Bus- Busschnittstelle für eine, vorzugsweise digitale, insbesondere bidirektionale, Kommunikation der Steuerschaltung mit externen Komponenten vorgesehen sein. Bei diesen externen Komponenten kann es sich um eine übergeordnete Steuerungseinrichtung und/oder um andere Busteilnehmer, insbesondere Steuerschaltungen, und/oder um Stellungssensoren handeln. Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass die Steuerschaltung über eine interne Kommunikationsplattform elektrisch mit der Busschnittstelle verbunden ist und für die interne Kommunikation zwischen Steuerschaltung und Busschnittstelle ein Kommunikationsprotokoll eingesetzt wird, das von einem Kommunikations- protokoll abweicht, mit dem externe Komponenten mit der Bus- schnittstelle kommunizieren. Beispielhaft ist vorgesehen, dass die Steuerschaltung über eine SPI-Schnittstelle (Serial Peripheral Interface) mit der Busschnittstelle verbunden ist. Hierbei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Steuerschaltung als „Slave" und die Busschnittstelle als „Master" ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Busschnittstelle eine Verarbeitungseinrichtung für eine Verarbeitung von externen Bussignalen, die insbesondere von einer übergeordneten Steuerungseinrichtung über einen Bus bereitgestellt werden können, sowie zur Verarbeitung von internen Bussignalen, beispielsweise gemäß dem SPI -Kommunikationsprotokoll, ausgebildet ist. Exemplarisch kann vorgesehen sein, dass die Verarbeitungseinrichtung eintreffende externe Bussignale auf das Vorhandensein von Bewegungsbefehlen analysiert und in Steuerbefehle umsetzt, die über das interne Kommunikations- Protokoll an die Steuerschaltung bereitgestellt werden, wo abschließend eine Umsetzung in die Bewegungssignale für die Ventilantriebe erfolgt.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Sensormittel für eine Ermittlung einer Position des Ventilantriebs oder für eine Ermittlung einer Position eines Hauptventils, das fluidisch mit einem vom Ventilantrieb gebildeten Vorsteuerventil gekoppelt ist, ausgebildet ist. Bei einer Ausgestaltung des Sensormittels für eine Ermittlung einer Position des Ventilantriebs kann vorgesehen sein, dass das Sensormittel eine elektrische Größe wie beispielsweise eine elektrische Spannung oder einen elektrischen Strom ermittelt, die an den Ventilantrieb bereitgestellt werden oder dass das Sensormittel eine Bewegung oder Deformation des Ventilantriebs auf Basis eines elektro- mechanischen Messprinzips ermittelt. Bei einer Ausgestaltung des Sensormittels für eine Ermittlung einer Position eines mit dem Ventilantrieb bewegungsgekoppelten Vorsteuerventils oder Hauptsteuerventils wird vorzugsweise ein elektromechani - sches (elektrische Widerstandsbahn, Potentiometer) oder elektromagnetisches (Hall-Sensorik) Messprinzip angewendet, bei dem eine Bewegung eines Ventilkörpers des Vorsteuerventils oder Hauptventils in ein elektrisches Messsignal umgesetzt wird. In gleicher Weise gilt dies bei einer Ausgestaltung des Sensormittels für eine Ermittlung einer Position eines Hauptventils, das fluidisch mit einem vom Ventilantrieb ansteuerbaren Vorsteuerventil gekoppelt ist. Hierbei ist praktisch zwischen das Vorsteuerventil und das Hauptsteuerventil eine fluidische Übertragungsstrecke zwischengeschaltet, die somit in das Sensorsignal des Sensormittels mit einfließt und dementsprechend ebenfalls Bestandteil der Überwachungsfunktion durch die Steuerschaltung ist. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuerschaltung ein Speichermittel umfasst, in dem insbesondere mit Zeitstempeln versehene, Zustandswerte und/oder Sensorsignale und/oder Kennwerte gespeichert sind, und dass die Steuerschaltung für einen Vergleich von aktuellen Zustandswerten und/oder Sensorsignalen und/oder Kennwerten mit gespeicherten Zustandswerten und/oder Sensorsignalen und/oder Kennwerten ausgebildet ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, ermittelte Zustandswerte und/oder Sensorsignalen und/oder Kennwerte für eine zeitlich nachgelagerte Verarbeitung in der Steuerschaltung mit einem Zeitstempel zu versehen, wobei dieser Zeitstempel beispielsweise an einem internen Systemtakt der Steuerschaltung festgemacht sein kann, so dass eine eindeutige zeitliche Zuordnung gespeicherter Werte möglich ist. Der Zeitstempel ermöglicht eine Aussage darüber, wann der jeweilige Kennwert ermittelt wurde, um anhand der zeitlichen Differenz mit aktuelleren oder aktuellen Kennwerten eine möglichst exakte Berechnung des Zustandswerts zu ermöglichen.

Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Verfahren gelöst, wie es im Anspruch 10 angegeben ist. Hierbei sind die folgenden Schritte vorgesehen: zeitweiliges Freigeben eines elektrischen Energieflusses zwischen einer elektrischen Quelle und einem Ventilantrieb durch eine Steuerschaltung in Abhängigkeit von einem Bewegungssignal, Ermittlung einer physikalischen Größe des Energieflusses zwischen Quelle und Ventilantrieb mit Hilfe eines Sensormittels und Bereitstellung eines von der ermittelten physikalischen Größe abhängigen Sensorsignals an die Steuerschaltung, Ermittlung eines Zustandswerts für den Ventilantrieb anhand des Sensorsignals und wenigstens eines Kennwerts einer physikalischen Größe aus der Gruppe: Energieflussdauer, Energieflussspannung, Energieflussstrom, Fluiddruck (Fluideingangsdruck, Fluidausgangs- druck) in der Steuerschaltung und Bereitstellung des Zustandswerts an einer der Steuerschaltung zugeordneten Busschnittstelle .

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass für die Ermittlung des Zustandswerts eine Auswertung eines zeitlichen Verlaufs des Sensorsignals und/oder eines zeitlichen Verlaufs des wenigstens einen Kennwerts, insbesondere eine Bestimmung eines Extremwerts oder eines Gradienten, in der Steuerschaltung vorgenommen wird.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Steuerschaltung für die Ermittlung des Zustandswerts eine Abfrage von Signaleingängen an einer Busschnittstelle, die für eine Kommunikation mit einer übergeordneten Steuerungseinrichtung ausgebildet ist und an einer Sensorschnittstelle, die für einen unmittelbaren Anschluss eines Sensormittels ausgebildet ist, durchführt.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Steuerschaltung bei der Ermittlung des Zustandswerts ein an der Busschnittstelle bereitgestelltes Stellungssignal eines Stellungssensors, der für eine Ermittlung einer Stellung eines Aktors ausgebildet ist, berücksichtigt.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass mit dem Sensormittel eine Ermittlung einer Position des Ventilantriebs oder eine Ermittlung einer Position eines Hauptventils, das fluidisch mit einem vom Ventilantrieb gebildeten Vorsteuerventil gekoppelt ist, durchgeführt wird.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Steuerschaltung einen Vergleich von, insbesondere mit Zeitstempeln versehenen, Zustandswerten und/oder Sensorsigna- len und/oder Kennwerten mit aktuellen Zustandswerten und/ode Sensorsignalen und/oder Kennwerten durchführt und bei Vorlie gen einer vorgebbaren Abweichung ein Diagnosesignal an der Busschnittstelle bereitstellt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines fluidischen

Systems mit einer übergeordneten Steuerungseinrich tung, einem übergeordneten und einem untergeordneten Buskommunikationssystem und einer Ventilanordnung, die eine Steuereinrichtung und eine Ventileinrichtung umfasst, sowie mehreren Aktoren und zu geordneten Sensoren,

Figur 2 eine Ausschnittdarstellung der Figur 1 mit einer alternativen Ankopplung der Ventilanordnung an das übergeordnete BuskommunikationsSystem,

Figur 3 eine schematische Darstellung einer Ventilanordnung, die acht unabhängig voneinander ansteuerbare Piezoventile und vier von den Piezoventilen pneuma tisch ansteuerbare Hauptventile umfasst,

Figur 4 eine perspektivische Darstellung einer konkreten

Ausführungsform der in der Figur 3 dargestellten Ventilanordnung ,

Figur 5 eine ebene, schematische Detaildarstellung eines

Sensormittels aus der Figur 4

Figur 6 eine schematische Funktionsdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer Ventileinrichtung, und Figur 7 eine ebene, schematische Funktionsdarstellung einer dritten Ausführungsform einer Ventileinrichtung.

Ein schematisch in der Figur 1 dargestelltes fluidisches System 1 umfasst eine übergeordnete Steuerungseinrichtung 2, ein übergeordnetes Buskommunikationssystem 3, einen Buskoppler 4, ein untergeordnetes Buskommunikationssystem 5, eine Ventilanordnung 6 sowie mehrere Aktoren 7, 8, den Aktoren 7, 8 zugeordnete externe Sensoreinrichtungen 9 bis 12 sowie Eingangs -/Ausgangsmodule 15, 16.

Ein derartiges fluidisches System 1 kann beispielsweise in einer nicht näher dargestellten komplexen Bearbeitungsmaschine für Automatisierungszwecke eingesetzt werden, beispielsweise um nicht dargestellte Werkstücke mit Hilfe der Aktoren 7, 8 zeitweilig zu spannen oder zu transportieren. Um die einzelnen Abläufe in einer derartigen Bearbeitungsmaschine zu koordinieren, ist eine beispielsweise als speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ausgebildete übergeordnete Steuerungseinrichtung 2 vorgesehen, die mit einem übergeordneten Buskommunikationssystem 3 verbunden ist, um mit einer Vielzahl von Busteilnehmern kommunizieren zu können. Bei den Busteilnehmern handelt es sich beispielsweise um eine nicht dargestellte Motorsteuerung zur Ansteuerung ebenfalls nicht dargestellter elektrischer Antriebsmotoren oder um Buskoppler 4, die für eine Einbindung komplex aufgebauter Subkomponenten wie beispielsweise der Ventilanordnung 6 in das fluidische System 1 ausgebildet sind. Derartige komplexe Subkomponenten können mit einem eigenständigen, vom Buskommunikationsprotokoll des übergeordneten Buskommunikationssystems 3 unabhängigen internen Buskommunikationsprotokoll arbeiten, um eine Vielzahl von Busteilnehmern innerhalb des untergeordneten Buskommunikationssystems 5 ansprechen zu können. Während es sich bei dem übergeordneten Buskommunikationssystem 3 typischerweise um ein Feldbussystem nach einem der üblichen Feldbusstandards handelt, ist das untergeordnete Buskommunikati- onssystem 5 typischerweise ein proprietäres, individuell auf die Bedürfnisse der Busteilnehmer des untergeordneten Buskommunikationssystem 5 abgestimmtes Buskommunikationsprotokoll.

Vorliegend ist aus Gründen der zeichnerischen Vereinfachung an das untergeordnete Buskommunikationssystem 5 lediglich ein einziger als Ventilanordnung 6 ausgebildeter Busteilnehmer angeschlossen, dessen Aufbauweise und Funktionsweise nachstehend näher erläutert werden soll. Die Ventilanordnung 6 um- fasst eine Steuereinrichtung 17 sowie eine als Ventileinrichtung 18 bezeichnete Ventilsteuerung. Exemplarisch ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung 17 und die Ventileinrichtung 18 baulich getrennt voneinander ausgebildet sind und in nicht näher dargestellten Gehäusen aufgenommen sind. Dabei dient die Steuereinrichtung 17 zur Ansteuerung mehrerer Ventileinrichtungen 18, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit jedoch lediglich eine dargestellt ist. Zwischen der Steuereinrichtung 17 und der Ventileinrichtung 18 ist eine Kommunikationsverbindung vorgesehen, die exemplarisch mittels eines Verbindungskabels 19 realisiert ist. Die Kommunikationsverbindung kann beispielsweise als digitale, serielle Datenkommunikation, insbesondere nach dem SPI-Standard (Serial Peripheral Interface) für eine bidirektionale Kommunikation zwischen der Steuereinrichtung 17 und der Ventileinrichtung 18 ausgebildet sein.

Die Steuereinrichtung 17 ist als elektronische Schaltung ausgebildet und weist mehrere elektronische Komponenten auf, die auf einer gedruckten Schaltung oder Leiterplatte angeordnet sind. Die nachstehend näher beschriebenen elektronischen Korn- ponenten sind für den Funktionsumfang der Steuereinrichtung 17 von wesentlicher Bedeutung, weitere nachstehend nicht näher beschriebene elektronische und elektrische Komponenten dienen als Peripherie und stellen beispielsweise die elektrische Versorgung und die interne und externe elektronische Kommunikation der nachstehend beschriebenen elektronischen Komponenten sicher. Exemplarisch ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung 17 einen elektronischen Kommunikationsbaustein 20 als Busschnittstelle umfasst, der für einen Empfang, eine Verarbeitung und eine Weiterleitung von Daten vorgesehen ist, die über das untergeordnete Buskommunikationssystem 5 bereitgestellt werden. Hierzu ist der Kommunikationsbaustein 20 exemplarisch sowohl mit dem Buskoppler 4 als auch mit dem Eingangs -/Ausgangsmodul 16 verbunden, das für einen Anschluss an das untergeordnete Buskommunikationssystem 5 ausgebildet ist. Der elektronische Kommunikationsbaustein 20 kann über das untergeordnete Buskommunikationssystem 5 eintreffende Daten daraufhin untersuchen, ob diese Daten gegebenenfalls für die Steuereinrichtung 17 bestimmt sind. Ferner kann der elektronische Kommunikationsbaustein 20 Daten an das untergeordnete Buskommunikationssystem 5 ausgeben, um beispielsweise Zustandsmeldungen über die Funktion der Steuereinrichtung 17 und damit verbundener Komponenten an die Steuerungseinrichtung 2 zu übertragen. Ferner kann vorgesehen sein, dass der elektronische Kommunikationsbaustein 20 auch Daten an andere Teilnehmer des untergeordneten Buskommunikationssystems 5 weitergeben kann, die für eine Beeinflussung, insbesondere Steuerung oder Parametrierung dieser weiteren Buskommunikati- onsteilnehmer vorgesehen sind. Sofern der Kommunikationsbaustein 20 aus Daten, die über das untergeordnete Buskommunikationssystem 5 eintreffen, Informationen entnehmen kann, die an die Steuereinrichtung 17 gerichtet sind, kann er diese Informationen an eine Verarbeitungseinrichtung 21 weiterleiten. Exemplarisch ist die Verarbeitungseinrichtung 21 als Recheneinheit, insbesondere in Form eines Mikrocontrollers oder Mikroprozessors, ausgebildet und umfasst eine nicht näher dargestellte Speichereinrichtung. Die Aufgabe der Verarbeitungseinrichtung 21 besteht darin, Daten zu verarbeiten, die zum einen vom elektronischen Kommunikationsbaustein 20 bereitgestellt werden und die zum anderen von Anschlusseinrichtungen 22 - 25 und daran angeschlossenen Ventileinrichtungen 18 bereitgestellt werden. Eine wesentliche Aufgabe der Verarbeitungseinrichtung 21 besteht darin, aus den über das untergeordnete Buskommunikationssystem 5 übertragenen und vom Kommunikationsbaustein 20 bereitgestellten Daten Bewegungsbefehle zu isolieren, die eine konkrete Bewegung eines Aktors 8 beschreiben, der von der Ventileinrichtung 18 angesteuert werden soll. Bei Eintreffen eines derartigen Bewegungsbefehls ist vorgesehen, dass die Verarbeitungseinrichtung 21 zunächst den gegenwärtigen Status des Aktors 8 bestimmt. Dies erfolgt beispielsweise darüber, dass Sensorsignale von externen Sensoreinrichtungen sowie von Sensormitteln, die der Ventileinrichtung 18 zugeordnet sind, in der Verarbeitungseinrichtung 21 verarbeitet werden.

Ausgehend von dieser Bestimmung des aktuellen Zustands des angeschlossenen Aktors 8 kann die Verarbeitungseinrichtung 21 in einem nachgelagerten Arbeitsschritt ein Bewegungsprofil für den angeschlossenen Aktor 8 erstellen, das anschließend an die wenigstens eine Ventileinrichtung 18 bereitgestellt wird. Bei dem Bewegungsprofil handelt es sich beispielsweise um eine konkrete Vorgabe für einen zeitlichen Bewegungsablauf des angeschlossenen Aktors 8, die in der Ventileinrichtung 18 in Stellsignale zur Freigabe der entsprechenden Fluidströme umgesetzt wird, die von den einzelnen an die Ventileinrichtung 18 angeschlossenen Ventilen freigegeben und dem Aktor 8 zur Verfügung gestellt werden sollen. Vorzugsweise ist in der nicht dargestellten Speichereinrichtung der Verarbeitungseinrichtung 21 wenigstens ein Regelalgorithmus abgelegt, mit dessen Hilfe eine Regelung des Aktors 8, insbesondere eine Stellungsregelung, vorgenommen werden kann. Dabei kann der wenigstens eine gespeicherte Regelalgorithmus vorzugsweise parametriert werden, um ihn an die Eigenschaften des angeschlossenen Aktors 8 anzupassen. Hierfür kann die Verarbeitungseinrichtung 21 über das untergeordnete Buskommunikati- onssystem 5 mit Hilfe des elektronischen Kommunikationsbausteins 20 und des Buskopplers 4 über ein geeignetes Eingabegerät angesprochen werden, das an den Buskoppler 4 angeschlossen wird. Bei dem Eingabegerät handelt es sich beispielsweise um einen Personal Computer, insbesondere um einen Laptop. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Buskoppler 4 und/oder die Verarbeitungseinrichtung 21 einen Webbrowser umfassen, der gemäß einem vorgegebenen Protokoll eine Bedienoberfläche für das angeschlossene Eingabegerät, insbesondere in Form einer Eingabemaske für die fraglichen Parameter, bereitstellt .

Ferner umfasst die Steuereinrichtung 17 wenigstens einen Drucksensor, insbesondere einen Versorgungsdrucksensor 26 und einen Umgebungsdrucksensor 27. Der Versorgungsdrucksensor 26 ist in nicht näher dargestellter Weise mit einer fluidischen Versorgungsleitung verbunden, die für eine Bereitstellung von Fluidströmen an die nicht dargestellten Ventile vorgesehen ist, die mit der Ventileinrichtung 18 verbunden sind. Der Umgebungsdrucksensor 27 hat die Aufgabe, einen Umgebungsdruck in der Umgebung der Steuereinrichtung 17 zu ermitteln. Exemplarisch ist vorgesehen, dass der Versorgungsdrucksensor 26 und der Umgebungsdrucksensor 27 als Absolutdrucksensoren ausgebildet sind, so dass eine Druckmessung gegenüber einem in- ternen Vakuum im jeweiligen Drucksensor durchgeführt wird. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn auch die Ventileinrichtung 18 mit nachstehend noch näher beschriebenen Absolutdrucksensoren bestückt ist.

Die ebenfalls in der Figur 1 schematisch dargestellte Ventileinrichtung 18 umfasst als zentrale Komponente ein als Recheneinheit, insbesondere Mikrocontroller oder Mikroprozessor, ausgebildetes Verarbeitungsmittel 28, das auf einer gedruckten Schaltung 29 angeordnet ist. Exemplarisch ist die gedruckte Schaltung 29 als Leiterplatte mit nicht näher dargestellten elektrischen Leiterbahnen aus einem flexiblen Materialverbund hergestellt und kann daher beispielsweise an den Biegekanten 30 und 31 jeweils um 90 Grad abgeknickt werden, um eine vorteilhafte Integration in ein nachstehend näher beschriebenes Ventilmodul zu gewährleisten. Durch die vorgesehenen Biegekanten 30 und 31 wird die gedruckte Schaltung 29 in drei Bereiche 32, 34, 35 unterteilt, wobei auch eine andere Aufteilung gewählt werden kann oder auf eine Biegung der gedruckten Schaltung 29 verzichtet werden kann.

Exemplarisch ist im ersten Bereich 32 der gedruckten Schaltung ein Anschlussbereich ausgebildet, der mehrere elektrisch leitende Anschlusskontakte 33 umfasst, die für eine elektrische Verbindung mit nicht dargestellten Ventilen vorgesehen sind. Im zweiten Bereich ist das Verarbeitungsmittel 28 mit einer nicht näher dargestellten elektrischen und gegebenenfalls elektronischen Peripherie angeordnet, wobei es sich bei dieser Peripherie insbesondere um elektrische und elektronische Bauelemente wie Widerstände, Kondensatoren oder integrierte Schaltkreise handeln kann. Exemplarisch ist im zweiten Bereich 34 auch eine elektrische Endstufenanordnung 38 vorgesehen, die elektrisch mit dem Verarbeitungsmittel 28 gekoppelt ist und die bei Beaufschlagung mit elektrischen Sig- nalen durch das Verarbeitungsmittel 28 entsprechende elektrische Leistung an die jeweiligen Anschlusskontakte 33 bereitstellen kann, um die damit verbundenen, nicht dargestellten Ventile, elektrisch anzusteuern.

Im dritten Bereich 35 der gedruckten Schaltung 29 sind zwei Drucksensoren 36, 37 angeordnet, die vorzugsweise als Absolutdrucksensoren ausgebildet sind und die für eine Ermittlung eines Fluiddrucks, insbesondere an einem Arbeitsausgang eines Ventilmoduls, ausgebildet sind. Ferner sind im dritten Bereich 35 elektrische Anschlüsse 40 für nicht näher dargestellte Positionssensoren vorgesehen, mit denen beispielsweise die Position von pneumatisch vorgesteuerten Hauptventilen ermittelt werden kann.

Die Verarbeitungsmittel 28 sind für eine Kommunikation mit der Verarbeitungseinrichtung 21 über eine leitergebundene, exemplarisch kabelgebundene, Kommunikationsverbindung 39 ausgebildet. Die Kommunikationsverbindung 39 ist über das Verbindungskabel 19 an eine der Anschlusseinrichtungen 22 - 25 der Steuereinrichtung 17 geführt. Vorzugsweise wird die Kommunikationsverbindung 39 gemäß dem SPI-Protokoll bidirektional zwischen Verarbeitungsmitteln 28 und Verarbeitungseinrichtung 21 durchgeführt. Dabei können die Verarbeitungsmittel 28 insbesondere Steuerbefehle der Verarbeitungseinrichtung 21 empfangen, um diese lokal vor Ort durch entsprechende Verarbeitung, insbesondere unter Verwendung von gespeicherten oder fest einprogrammierten Algorithmen, in Stellsignale für die an den Anschlusskontakten 33 angeschlossenen, nicht dargestellten Ventile umzusetzen. Ferner sind die Verarbeitungs- mittel 28 für eine Verarbeitung von Sensorsignalen, die von den Drucksensoren 36 und 37 sowie von den nicht dargestellten Positionssensoren, die an den elektrischen Anschlüssen 40 an- geschlossen sind, bereitgestellt werden, ausgebildet. Hierdurch kann beispielsweise eine Druckregelung für die Ventile auf Basis der Signale der Drucksensoren 36 und 37 und/oder eine Positionsregelung für die Ventile auf Basis der Signale der an den elektrischen Anschlüssen 40 angeschlossenen Positionssensoren durch die Verarbeitungsmittel 28 durchgeführt werden, die in einer entsprechenden Ansteuerung der an den Anschlusskontakten 33 angeschlossenen, nicht dargestellten Ventile resultiert.

Die von den angeschlossenen Sensoren, insbesondere den Drucksensoren 36, 37 und den Positionssensoren an den Anschlüssen 40 bereitgestellten Sensorsignale können neben der unmittelbaren Verarbeitung im Verarbeitungsmittel 28 auch als Rohdaten oder Rohsignale über die Kommunikationsverbindung 39 an die Verarbeitungseinrichtung 21 bereitgestellt werden. Die Verarbeitungseirichtung 21 ist derart ausgebildet, dass sie auf Basis derartiger Rohdaten oder Rohsignale, gegebenenfalls unter Verknüpfung mit Sensorsignalen externer Sensoreinrichtungen 9, 10, die über das untergeordnete Buskommunikations- system 5 bereitgestellt werden, ebenfalls Regelalgorithmen anwenden kann, um beispielsweise eine Positionsregelung für einen der angeschlossenen Aktoren 7 oder 8 vorzunehmen. Dabei sind exemplarisch sowohl am Aktor 7 als auch am Aktor 8 die Positionssensoren 9 bis 12 angeordnet, die jeweils exemplarisch zur Ermittlung einer Position eines Kolbens 45 bzw. 46 der als Pneumatikzylinder ausgebildeten Aktoren 7,8 vorgesehen sind. Dabei sind die Positionssensoren 9 und 10 über ein externes Eingangs -/Ausgangsmodul 15 mit dem übergeordneten Buskommunikationssystem 3 gekoppelt. Dementsprechend werden die Positionssignale dieser Positionssensoren 9 und 10 über das übergeordnete Buskommunikationssystem 3, den Buskoppler 4 und das untergeordnete Buskommunikationssystem 5 sowie den Kommunikationsbaustein 20 an die Verarbeitungseinrichtung 21 übertragen. Die Positionssensoren 11 und 12 sind hingegen mit dem internen Eingangs -/Ausgangsmodul 16 verbunden, das über das untergeordnete Buskommunikationssystem 5 direkt mit dem Kommunikationsbaustein 20 kommuniziert, wodurch eine besonders geringe Signallaufzeit zwischen den Sensoren und der Verarbeitungseinrichtung 21 gewährleistet werden kann.

In der Figur 2 ist eine alternative Anschlussweise für die Ventilanordnung 6 vorgesehen, bei der eine unmittelbare Kommunikation zwischen der Steuerungseinrichtung 2, der Ventilanordnung 6 und dem Eingangs -/Ausgangsmodul 15 vorgesehen ist. Hierzu ist es vorgesehen, den elektronischen Kommunikationsbaustein 20 gemäß der Figur 1 derart abzuändern, dass eine direkte Kommunikation zwischen der Steuerungseinrichtung 2 und der Ventilanordnung 6 ermöglicht wird. Diese Aufbauwei- se ist zu bevorzugen, wenn keine Variabilität für das fluidische System hinsichtlich der Auswahl des Buskommunikations- protokolls notwendig ist, sondern die Ventilanordnungen 6 stets an das gleiche übergeordnete Buskommunikationssystem 3 angeschlossen werden.

In der Figur 3 ist ein exemplarischer Anwendungsfall für eine in der Figur 1 dargestellte Ventilanordnung 6 dargestellt. Die Ventilanordnung 6 ist mit einer Ventilscheibe 50 elektrisch verbunden und zur elektrischen Ansteuerung von exemplarisch acht Piezoventilen 51a bis 51h vorgesehen. Die Piezo- ventile 51a bis 51h sind jeweils in nicht näher dargestellter Weise mit den in Figur 1 dargestellten Anschlusskontakten 33 der Ventilanordnung 6 elektrisch verbunden und können somit durch die Verarbeitungsmittel 28 individuell mit elektrischer Energie versorgt werden. Exemplarisch ist bei der Ausführungsform gemäß der Figur 3 vorgesehen, dass jeweils zwei der Piezoventile 51a bis 51h in einem gemeinsamen Aufnahmeschacht 52a bis 52d untergebracht sind, wobei in jedem der Aufnahme- schächte 52a bis 52d ein vorgebbares pneumatisches Druckniveau vorliegt, das von den jeweils in dem entsprechenden Auf- nahmeschacht 52a bis 52d untergebrachten Piezoventilen 51a bis 51h zur Bereitstellung an Anschlussstellen 53a bis 53h freigegeben werden kann. Dabei sind die Aufnahmeschächte 52b und 52c für eine Beaufschlagung mit einem Versorgungsdruck vorgesehen, der von einer pneumatischen Quelle 54 bereitgestellt wird. Die beiden Aufnahmeschächte 52a und 52d sind hingegen kommunizierend mit dem Umgebungsdruck verbunden und dienen der Abfuhr von druckbeaufschlagtem Fluid. Vorzugsweise sind eine erste Anschlussstelle 53a mit einer dritten Anschlussstelle 53c und eine zweite Anschlussstelle 53b mit einer vierten Anschlussstelle 53d pneumatisch verbunden und bilden jeweils einen Arbeitsanschluss 55a bzw. 55b. Ferner sind eine fünfte Anschlussstelle 53e mit einer siebten Anschlussstelle 53g und eine sechste Anschlussstelle 53f mit einer achten Anschlussstelle 53h pneumatisch verbunden und bilden jeweils einen Arbeitsanschluss 55c bzw. 55d. Somit kann an den Arbeitsanschlüssen 55a bis 55d wahlweise ein Versorgungsdruck oder ein Umgebungsdruck angelegt werden.

Die Arbeitsanschlüsse 55a bis 55d sind exemplarisch jeweils mit pneumatisch vorgesteuerten Hauptventilen 56a bis 56d verbunden, um diese exemplarisch als 2/2 -Wegeventil ausgeführten Hauptventile 56a bis 56d wahlweise zwischen einer ersten und einer zweiten Schaltstellung zu schalten und hierdurch eine wahlweise Bereitstellung bzw. Abführung von druckbeaufschlagtem Fluid zu einem bzw. von einem nicht dargestellten fluidischen Verbraucher zu ermöglichen, der an Ausgangsanschlüssen 74a, 74b angeschlossen werden kann. Exemplarisch ist vorgesehen, dass jedem der Arbeitsanschlüsse 74a, 74b jeweils ein Drucksensor 36 bzw. 37 zugeordnet ist, um dem Verarbeitungsmittel 28 der Ventileinrichtung 18 elektrische Drucksignale über die jeweils an den Arbeitsanschlüssen 74a, 74b anliegenden Druckniveaus geben zu können. Ferner ist jedem der Hauptventile 56a bis 56d ein Positionssensor 41 bis 44 zugeordnet, der für eine Ermittlung einer Schaltstellung des jeweiligen Hauptventils 56a bis 56d ausgebildet ist. Bei einer anderen, nicht dargestellten Ausführungsform können die pneumatisch vorgesteuerten Hauptventile in anderen

Schaltkonfigurationen, insbesondere als 3/2 -Wegeventile, als 5/2 -Wegeventeile oder als Proportionalventile ausgebildet sein .

Die Figur 4 zeigt eine praktische Ausführungsform der in Figur 3 dargestellten Ventilscheibe 50, deren mechanische und fluidische Aufbauweise aus der EP 2 549 125 AI bekannt ist, die hiermit vollumfänglich mit einbezogen wird, wobei nachfolgend der Übersicht wegen eine Zusammenfassung der wesentlichen Elemente der bekannten Ventilscheibe erfolgt. Hierbei sind die in der EP 2 549 125 AI verwendeten Bezugszeichen an die Bezugszeichen der vorliegenden Figurenbeschreibung ange- passt .

Die Ventilscheibe 50 umfasst ein Ventilmodul 57 und ein

Hauptventilmodul 58, die beide exemplarisch quaderförmig ausgebildet sind. An Schmalseiten 59, 60 der Ventilscheibe 50 ragen jeweils als Flachstecker 61, 62 ausgebildete Kontaktmittel ab, wobei der Flachstecker 61 elektrisch dem Ventilmodul 57 und der Flachstecker 62 elektrisch dem Hauptventilmodul 58 zugeordnet ist. Das Hauptventilmodul 58 wird von mehreren, normal zur Schnittebene der Darstellung gemäß der Figur 4 ausgerichteten Ausnehmungen 63, 64, 65 durchsetzt, die bei einer Aneinanderreihung mehrerer Ventilscheiben 50 durchgehende Kanäle für eine Fluidversorgung und Fluidentsorgung für die Hauptventile 56a bis 56 d ausgebildet sind. In gleicher Weise wird das Ventilmodul 57 von Ausnehmungen durchsetzt, die für eine fluidische Versorgung und Entsorgung der Piezoventile 51a bis 51h vorgesehen sind und die in der Figur 4 nicht erkennbar sind.

Das Ventilmodul 57 ist mit dem Hauptventilmodul 58 durch elastische Riegelzungen 66 verbunden, die an einem zwischen dem Ventilmodul 57 und dem Hauptventilmodul 58 angeordneten Verbindungsteil 67 ausgebildet sind. Die Riegelzungen 66 weisen Ausnehmungen 68 auf, die an Riegelvorsprünge 69, 70 am Ventilmodul 57 und am Hauptventilmodul 58 angepasst sind und die eine formschlüssige Kopplung mit diesen Riegelvorsprüngen 69, 70 ausgebildet sind. Das Verbindungsteil 67 dient neben der mechanischen Kopplung des Hauptventilmoduls 58 mit dem Ventilmodul 57 auch der elektrischen Ankopplung der dem

Hauptventilmodul 58 zugeordneten, in der Figur 5 schematisch näher dargestellten Positionssensoren mit den in Figur 4 nicht näher dargestellten Verarbeitungsmitteln 28 gemäß der Figur 3. Ergänzend können Signale der Positionssensoren an dem Flachstecker 62 bereitgestellt werden. In dem Verbindungsteil 67 ist vorzugsweise der dritte Bereich 35 der in Figur 1 dargestellten gedruckten Schaltung 29 mit den elektrischen Anschlüssen 40 angeordnet, um eine einfache elektrische Ankopplung der Positionssensoren an die Verarbeitungs- mittel 28 zu gewährleisten.

An der dem Hauptventilmodul 58 abgewandten Schmalseite des Ventilmoduls 57 ist der erste Bereich 32 der in Figur 1 dargestellten gedruckten Schaltung 29 mit den elektrisch leitenden Anschlusskontakten 33 für die elektrische Versorgung der Piezoventile 51a bis 51h angeordnet. Zwischen dem ersten Bereich 32 und dem dritten Bereich 35 erstreckt sich der zweite Bereich 34 der gedruckten Schaltung 29, wodurch eine kompakte Integration der gedruckten Schaltung 29 in das Ventilmodul 57 ermöglicht wird. Exemplarisch ist vorgesehen, dass die drei Bereiche 32, 34 und 35 der gedruckten Schaltung mit flexiblen Schaltungsabschnitten, so genannten „Flex-Prints" , elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind. Mit dem Flachstecker 61 kann die Ventilanordnung mit einem nicht dargestellten Buskoppler für eine Kommunikation mit einer ebenfalls nicht dargestellten Steuerungseinrichtung verbunden werden.

Aus der Schnittdarstellung gemäß der Figur 4 geht die Aufbauweise des Ventilmoduls 57 und des Hauptventilmoduls 58 näher hervor. In einem Ventilgehäuse 71 des Ventilmoduls 57 sind exemplarisch vier Ventilpatronen 72a bis 72d in Aufnahmeschächten 52a bis 52d aufgenommen, wobei jede der Ventilpatronen 72a bis 72d jeweils zwei Piezoventile 51a bis 51h um- fasst .

Im Hauptventilgehäuse 73 sind exemplarisch vier Hauptventile 56a bis 56d angeordnet, die für eine wahlweise Bereitstellung eines Versorgungsdrucks oder eines Umgebungsdrucks an den Ausgangsanschlüssen 74a, 74b ausgebildet sind.

In der schematischen Darstellung der Figur 5 ist ein Abschnitt 80 des als Leiterplatte ausgebildeten dritten Bereichs 35 der gedruckten Schaltung 29 in ebener Darstellung gezeigt. Dieser Abschnitt 80 wird von einer Bohrung 81 durchsetzt, die für eine fluidische Verbindung zwischen einem der Ventile des Ventilmoduls 57 und einem der Ventile des Hauptventilmoduls 58 ausgebildet ist und die zu Orientierungszwecken auch in der Figur 4 eingezeichnet ist. An einer der Hauptoberflächen des in Figur 5 dargestellten Abschnitts 80 ist eine spiralförmige Leiteranordnung 82 ausgebildet, die mit nicht näher dargestellten elektronischen Komponenten auf der Leiterplatte 29 leitend in Verbindung steht und die zumindest im Wesentlichen konzentrisch zu der Bohrung 81 angeordnet ist. Die spiralförmige Leiteranordnung 82 dient als Detektorspule zur Bestimmung einer axialen Position des jeweils zugeordneten Hauptventils 56a, 56b, 56c oder 56d. Eine Sensoreinrichtung unter Verwendung einer Detektorspule ist in der PCT/EP2012/003051 offenbart, die durch ausdrückliche Einbeziehung zum Gegenstand dieser Offenbarung gemacht wird. Mit einer solchen in die Leiterplatte 29 integrierten spiralförmige Leiteranordnung 82 kann unter Zugrundelegung einer kostengünstigen Herstellungsweise eine präzise Ermittlung der Hubstellung des jeweils zugeordneten Hauptventils 56a, 56b, 56c oder 56d vorgenommen werden.

Bei einer nicht näher dargestellten Abwandlung der spiralförmige Leiteranordnung ist die Bohrung im Randbereich der spiralförmigen Leiteranordnung angeordnet, so dass sie exemplarisch nur wenigen Windungen, insbesondere nur von der letzten Windung, der spiralförmigen Leiteranordnung umgeben ist, wodurch eine für bestimmte Messzwecke vorteilhafte und von der konzentrischen Anordnung der Bohrung in der spiralförmigen Leiteranordnung abweichende Messcharakteristik erzielt werden kann .

Eine in der Figur 6 dargestellte zweite Ausführungsform einer als Ventileinrichtung 88 bezeichneten Ventilsteuerung, die anstelle der Ventileinrichtung 18 in das fluidische System 1 integriert werden kann, umfasst eine als Verarbeitungsmittel 89 bezeichnete Steuerschaltung sowie eine Endstufenanordnung 90. Exemplarisch ist vorgesehen, dass das Verarbeitungsmittel 89 sowie die Endstufenanordnung 90 jeweils als diskrete integrierte Schaltkreise ausgebildet sind, die auf einer gemeinsamen gedruckten Schaltung 91 angeordnet und elektrisch miteinander verbunden sind.

Dabei weist das Verarbeitungsmittel 89 eine Digitalschnittstelle 92 für eine bidirektionale Kommunikation, insbesondere gemäß dem SPI -Busprotokoll, mit der in Figur 1 dargestellten Verarbeitungseinrichtung 21 über das Verbindungskabel 19 auf.

Ferner weist das Verarbeitungsmittel 89 eine Sensorschnittstelle 93 auf, die für einen Anschluss eines externen Sensormittels 94 ausgebildet ist. Rein exemplarisch ist vorgesehen, dass das externe Sensormittel 94 als Stromsensor ausgebildet ist, der in eine Anschlussleitung 95 zwischen die Endstufenanordnung 90 und einen beispielhaft als Piezoventil 96 ausgebildeten Ventilantrieb eingeschleift ist. Dabei wird das vom Sensormittel 94 bereitgestellte elektrische Sensorsignal, bei dem es sich insbesondere um ein Analogsignal handeln kann, unmittelbar an die Sensorschnittstelle 93 bereitgestellt. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Sensormittel 94 auf der gleichen gedruckten Schaltung 91 angeordnet ist wie das Verarbeitungsmittel 89 und die Endstufenanordnung 90.

Ferner ist vorgesehen, dass das Sensorsignal im Verarbeitungsmittel 89 wahlweise analog oder digital weiterverarbeitet wird, wobei vorzugsweise eine digitale Weiterverarbeitung vorgesehen ist. Weiterhin umfasst das Verarbeitungsmittel 89 eine Recheneinheit 97, ein Speichermittel 98 sowie einen Taktgeber 99. Die Recheneinheit 97 ist zur Verarbeitung eintreffender Sensorsignale des Sensormittels 94 vorgesehen und greift bei dieser Verarbeitung auf Taktsignale zurück, die vom Taktgeber 99 bereitgestellt werden, um beispielsweise ei- ne Analyse von zeitlichen Verläufen des Sensorsignals zu ermöglichen. Darüber hinaus ist die Recheneinheit 97 dazu ausgebildet, ausgewählte oder sämtliche Sensorsignale und/oder Ergebnisse von verarbeiteten Sensorsignalen anhand der Taktsignale des Taktgebers 99 mit Zeitstempeln zu versehen und in dem Speichermittel 98 zu speichern.

Anhand der aktuell eintreffenden Sensorsignale sowie der Taktsignale des Taktgebers 99 und gegebenenfalls unter Beiziehung von gespeicherten Sensorsignalen und/oder Ergebnissen von verarbeiteten Sensorsignalen kann die Recheneinheit 97 unter Anwendung eines fest programmierten oder frei vorgebbaren Algorithmus einen Zustandswert ermitteln, der einen Zustand des in Form des Piezoventils 96 angeschlossenen Ventilantriebs wiedergibt . Der ermittelte Zustandswert kann im Speichermittel 98 gespeichert werden, vorzugsweise ist vorgesehen, den ermittelten Zustandswerts an die Digitalschnittstelle 92 bereitzustellen, damit dieser an die Verarbeitungs- einrichtung 21 weitergeleitet werden kann. Zudem ist die Recheneinheit 97 dazu ausgebildet, an der Digitalschnittstelle 92 eintreffende Bewegungssignale, die auch als Bewegungsprofile bezeichnet werden und von der Verarbeitungseinrichtung 21 bereitgestellt werden können, in Steuersignale für die Endstufenanordnung 90 umzusetzen, die über eine Signalschnittstelle an die Endstufenanordnung 90, insbesondere in unidirektionaler Kommunikationsweise, bereitgestellt werden. Ergänzend oder alternativ kann die Recheneinheit 97 dazu ausgebildet sein, anhand von fest programmierten oder frei vorgebbaren Bewegungsprogrammen eine Bereitstellung von Steuersignalen an die Endstufenanordnung 90 vorzunehmen.

Ergänzend und daher nur in gestrichelter Darstellung angeführt kann das Verarbeitungsmittel 88 mit einer Zusatz- schnittsteile 100 ausgerüstet sein. An dieser Zusatzschnittstelle 100 kann ein externes Sensormittel 101, beispielsweise ein Endlagenschalter (Positionstransmitter) für eine Positionsbestimmung eines Hauptventils mittels einer Sensorleitung 102 angeschlossen werden. Ein vom externen Sensormittel 101 bereitgestelltes Sensorsignal kann bei der Ermittlung des Zu- standswerts in dem Verarbeitungsmittel 89 mit berücksichtigt werden .

Die in der Figur 7 dargestellte Ventileinrichtung 108 ist wie die Ventileinrichtung 88 ebenfalls als Ventilsteuerung ausgebildet und unterscheidet sich von der Ventileinrichtung 88 dadurch, dass die Verarbeitungsmittel 109 und die Endstufenanordnung 110 auf einem gemeinsamen Siliziumträger als integrierter Schaltkreis aufgebaut sind. Die Ventileinrichtung 108 kann anstelle der Ventileinrichtung 18 in das fluidische System 1 integriert werden. Die Endstufenanordnung 110 weist abweichend von der Endstufenanordnung 90 einen integrierten Stromsensor 111 sowie einen integrierten Spannungssensor 112 auf, mit denen ein Spannungs- Stromverlauf für den als Piezo- ventil ausgebildeten Ventilantrieb 116 direkt in der Endstufenanordnung 110 ermittelt werden kann und über eine bidirektionale interne Kommunikationsverbindung 113 an die Recheneinheit 117 des Verarbeitungsmittels 109 bereitgestellt werden kann. Dort erfolgt in gleicher Weise wie bereits in Zusammenhang mit der Ventileinrichtung 88 beschrieben die Verarbeitung der Sensorsignale des Stromsensors 111 und des Spannungssensors 112, vorzugsweise unter Einbeziehung des Taktsignals des Taktgebers 119, zur Ermittlung des Zustands- werts und zur Bereitstellung des Zustandswerts an der Digitalschnittstelle 114. Ergänzend oder alternativ können auch, insbesondere mit Zeitstempeln versehene, in dem Speichermittel 118 gespeicherte Sensorsignale bei der Ermittlung des Zu- Standswerts mit einbezogen werden. Vorzugsweise ist vorgesehen, über eine vorgebbaren Zeitdauer hinweg, die auch als Energieflussdauer bezeichnet wird, einen vorgebbaren Strom (Energieflussstrom) an den Ventilantrieb bereitzustellen und vor Beginn und nach Beendigung der Zeitdauer die elektrische Spannung (Energieflussspannung) am Ventilantrieb 116 zu ermitteln, um dadurch den Zustandswert berechnen zu können.

Ergänzend und daher nur in gestrichelter Darstellung angeführt kann das Verarbeitungsmittel 108 mit einer Zusatz - schnittsteile 120 ausgerüstet sein. An dieser Zusatzschnittstelle 120 kann ein externes Sensormittel 121, beispielsweise ein Endlagenschalter (Positionstransmitter) für eine Positionsbestimmung eines Hauptventils mittels einer Sensorleitung 122 angeschlossen werden. Ein vom externen Sensormittel 121 bereitgestelltes Sensorsignal kann bei der Ermittlung des Zu- standswerts in dem Verarbeitungsmittel 109 mit berücksichtigt werden .

Vorzugsweise sind die Endstufenanordnungen 90 und 110 als Konstantstromquellen ausgebildet und insbesondere für die An- steuerung von Piezoaktoren vorgesehen. Dementsprechend kann der Zustandswert in Kenntnis des konstanten Stroms, der von der jeweiligen Endstufenanordnung 90, 110 abgegeben wird, vorzugsweise durch Ermittlung der Energieflussdauer, also desjenigen anhand des Taktsignals ermittelbaren Zeitabschnitts oder derjenigen Zeitabschnitte ermittelt werden, in denen ein Ladungstransport von einer nicht dargestellten elektrischen Quelle zum Ventilantrieb oder in umgekehrter Richtung vorgenommen wird. Ergänzend kann das Verarbeitungs- mittel 89, 109 dazu ausgebildet sein, Zeitabschnitte zu bestimmen, in denen eine oder mehrere vorgebbare, durch entsprechende elektrische Aufladung des Ventilantriebs 96, 116 bewirkte Belastungsschwelle überschritten ist, um diese Informationen in die Berechnung des Zustandswerts mit einfließen lassen zu können.