Verfahren zum Betreiben eines Ventilsystems

Die vorliegende Erfindung betri f ft ein Ventilsystem mit einem Ventil und einer Ansteuereinrichtung zum Ansteuern des Ventils . Ferner betri f ft die Erfindung eine Ventilanordnung, die eine Viel zahl von Ventilsystemen aufweist . Weiterhin ferner betri f ft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Ventils mittels einer Ansteuereinrichtung .

Im Stand der Technik sind verschiedene Möglichkeiten zum Verketten von Ventilen bekannt , wie es beispielsweise bei modulartigen aufgebauten Ventilstationen (Ventilinseln) nötig ist . Zur elektrischen Verkettung wird hierbei üblicherweise eine der folgenden beiden Möglichkeiten herangezogen . Entweder die Multipolverkettung, bei der j ede Ventilspule direkt auf einen Anschlussstecker geführt wird, oder eine serielle Verkettung der Ventile . Die Kommunikation wird über mehrere Mikroprozessoren oder spezielle AS ICs realisiert . Zur galvanischen Trennung von Last und Logik kommen zudem in der Regel Optokoppler zum Einsatz .

Für in der Ventilplatzanzahl modulare Multipol-Ventilinseln wird die Verkettungsplatine in einzelne Abschnitte unterteilt , welche in der Regel über Steckkontakte verbunden werden . Allerdings muss bei j edem Verbindungsstecker die komplette Anzahl der Ventilspulen vorgehalten werden . Zum kostengünstigen Verketten der Ventile ist es bei der Multipolverkettung bekannt , Leiterplatten einer fixen Länge einzusetzen, welche entsprechend der Ventilanzahl ausgeprägt sind . Bei der seriellen Verkettungen kann die Ventilinsel aus einzelnen Elementen in der entsprechenden Länge zusammengesetzt werden .

Die Ventile selbst sind einzeln adressierbar . Durch diese Adres- sierbarkeit der Ventile werden weniger Verbindungskontakte und Verbindungsleitungen benötigt .

Nachteilig am Stand der Technik ist allerdings , dass die für die Ansteuerung und Verbindung der Ventile eingesetzte Elektronik kostenintensiv ist . Dies führt dazu, dass die Herstellung der Ventilinseln insgesamt kostenintensiv ist . Außerdem ist die Elektronik anfällig, so dass hier eine zuverlässigere Lösung wünschenswert wäre .

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde , ein Ventilsystem und eine Ventilanordnung anzugeben, bei der die obigen Nachteile des Standes der Technik ausgeräumt werden . Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ventilsystem und eine Ventilanordnung anzugeben, bei der der Einsatz kostenintensiver und anfälliger Elektronik weitmöglichst reduziert wird und dennoch sämtliche funktionalen Anforderungen erfüllt werden können . Ferner liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde , ein Verfahren zum Betreiben eines Ventils anzugeben, das ebenfalls das Erreichen der obigen Vorteile ermöglicht .

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, ein Ventilsystem anzugeben, das Folgendes aufweist : ein Ventil ; und eine Ansteuereinrichtung zum Ansteuern des Ventils , wobei die Ansteuerein- richtung ein lichtemittierendes Element und ein lichtempfangendes Element aufweist , wobei das lichtemittierende Element einen integrierten Controller aufweist .

Bei dem Ventil handelt es sich allgemein um ein Bauteil zur Absperrung oder Steuerung des Durchflusses von Fluiden .

Das lichtemittierende Element und das lichtempfangende Element sind derart ausgebildet und/oder zueinander angeordnet , dass das lichtempfangende Element zumindest einen Teil des von dem lichtemittierenden Element ausgesendeten Lichts empfängt . Folglich kann eine Signalübertragung von dem lichtemittierenden Element zu dem lichtempfangenden Element stattfinden .

Mittels dieser Signalübertragung ist es entsprechend möglich, das Ventil anzusteuern . Genauer gesagt wird eine Spule des Ventils mit einem entsprechenden Strom versorgt, so dass diese das Ventil in unterschiedliche Zustände versetzen kann (beispielsweise einem geöf fneten oder geschlossenen Zustand) .

Vorteilhaft bei der obigen Aus führung ist insbesondere , dass mittels der Ansteuereinrichtung, also des lichtemittierenden Elements und des lichtempfangenden Elements , eine galvanische Trennung umgesetzt wird . Bei einer galvanischen Trennung erfolgt eine Trennung von Stromkreisen, so dass Ladungsträger aus einem ersten Stromkreis nicht in einen zweiten Stromkreis hinüberwechseln können . Da Ventile häufig sicherheitsrelevante Bauteile o- der Teile hiervon darstellen, muss aus Sicherheitsgründen ein Aus fall oder ein unkontrolliertes Ansteuern der Ventile verhindert werden . Bei dem erfindungsgemäßen Ventilsystem ist die galvanische Trennung bereits in der Ansteuereinrichtung ausgebildet , so dass auf zusätzliche Komponenten (beispielsweise Optokoppler und dergleichen) verzichtet werden kann, ohne eine Reduzierung der Sicherheit des Systems hinnehmen zu müssen .

Das lichtemittierende Element weist einen integrierten Controller auf . Der integrierte Controller ist ein interner Controller . Im Gegensatz zu einem externen Controller ist ein interner Controller ein Teil der übergeordneten baulichen Einheit . Die übergeordnete bauliche Einheit ist hierbei das lichtemittierende Element . Der integrierte Controller ist also in das lichtemittierende Element integriert bzw . eingebettet .

Der integrierte Controller ist insbesondere so ausgebildet , dass dieser eine Veränderung eines Ausgangssignals ( emittiertes Licht ) des lichtemittierenden Elements vornehmen kann . Das lichtemittierende Element kann folglich veränderbare Ausgangssignale an das lichtempfangende Element übertragen . Hiermit kann also beispielsweise der auf die Spule des Ventils aufgebrachte Strom verändert werden .

Ventile besitzen üblicherweise einen höheren Anzugsstrom zum Schalten des Ventils und eine niedrigeren Haltestrom nach dem Schalten des Ventils . Zunächst wird der höhere Anzugsstrom für das Schalten des Ventils vorgegeben, der getaktet oder nicht getaktet sein kann . Nach einer vorgebbaren Zeit wird dann auf den niedrigeren Haltestrom umgeschaltet , der ausreicht , das Ventil in der betätigten Stellung zu halten . Hierdurch kann insbesondere die Wärmeentwicklung und der elektrische Verbrauch verringert werden . Bei dem integrierten Controller handelt es sich vorzugsweise um einen Mikrocontroller . Mikrocontroller sind in ihrer Leistung und Ausstattung gut auf die j eweilige Anwendung anpassbar . Daher entstehen hier Vorteile bei den Kosten und der Leistungsaufnahme .

Mit dem erfindungsgemäßen Ventilsystem wird die Aufgabe in zufriedenstellender Weise gelöst . Im Einzelnen wird der Einsatz kostenintensiver und anfälliger Elektronik reduziert , wobei dennoch sämtliche funktionalen Anforderungen erfüllt werden .

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das lichtemittierende Element eine LED .

Als LED ( lichtemittierende Diode ) lässt sich das lichtemittierende Element kostengünstig umsetzen . Insbesondere handelt es sich bei der LED um eine sogenannte intelligente LED, die den integrierten Controller aufweist . Der integrierte Controller bzw . Mikrocontroller ist also in dem LED-Gehäuse integriert .

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das lichtempfangende Element eine Fotodiode oder ein Fototransistor .

Vorteilhaft an einem Fototransistor ist , dass dieser nicht nur zur Übertragung eines Signals , sondern auch zur gleichzeitigen Verstärkung desselben dienen kann . Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der integrierte Controller dazu ausgebildet , eine PWM vorzunehmen .

Bei der Pulsweitenmodulation ( PWM) wird der Tastgrad, also das Verhältnis der Impulsdauer zur Periodendauer, eines Rechteckpulses bei konstanter Frequenz moduliert . Hierdurch ist es möglich, das Ventil bzw . die Spule nach einer vorbestimmten Zeit gepulst zu betreiben . Die PWM kann daher dazu genutzt werden, um von dem Anzugsstrom auf den Haltestrom zu schalten .

Allgemeiner formuliert bietet die PWM somit allgemein eine Möglichkeit , das Ventil in unterschiedlichen Bestromungs zuständen anzusteuern . Bei unterschiedlichen Bestromungs zuständen wird die Spule des Ventils mit unterschiedlich hohem Strom betrieben .

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Ventilsystem ferner einen Lichtleiter auf , der als Indikator des Ventils dient und dazu ausgebildet ist , von dem lichtemittierenden Element eingeleitetes Licht weiterzuleiten .

Von dem lichtemittierenden Element wird also Licht in den Lichtleiter eingeleitet , so dass dieser eine Anzeige für den Schaltzustand des Ventils bzw . den erfolgten Schaltvorgang auf einfache Weise ermöglicht . Insbesondere ist der Lichtleiter dazu ausgebildet , das Licht zu einer von einem Benutzer sichtbaren Stelle zu leiten . Im Folgenden ist hierbei auch die Rede davon, dass das Licht nach außen geleitet wird . Der Begri f f „außen" wird hierbei für einen Bereich außerhalb von dem Ventilsystem verwendet , der für den Benutzer sichtbar ist . Insgesamt kann also eine Doppel funktion des lichtemittierenden Elements erreicht werden, das gleichzeitig als Ansteuermittel und als Indikator dient . Hierbei ist auch die Verwendung von Licht verschiedener Farben des lichtemittierenden Elements denkbar, das durch den Lichtleiter übertragen wird .

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind das lichtemittierende Element und das lichtempfangende Element auf einem Schaltungsträger angeordnet . Der Schaltungsträger ist vorzugsweise flexibel ausgebildet , beispielsweise als flexible leitfähig bedruckte Folie .

Eine flexible leitfähig bedruckte Folie hat den Vorteil , dass hier die elektronischen Bauteile mittels Rolle- zu-Rolle-Verf ähren herstellbar sind . Dieses Verfahren ist kostengünstig und schnell . Die zu einer Rolle aufgerollten bedruckten Folien sind ferner einfach zu lagern . Außerdem ergibt sich der Vorteil , dass die leitfähig bedruckte Folien einfach in der benötigten Länge von der Rolle abgeschnitten werden können . Bei einer Anordnung mehrere Ventilsysteme , beispielsweise bei einer Ventilinsel , kann so eine genau passende Verkettung bereitgestellt werden .

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Schaltungsträger in einem montierten Zustand in einer flachen Ebene angeordnet und ein Reflexionskörper angeordnet , der dazu ausgebildet ist , emittiertes Licht von dem lichtemittierenden Element an das lichtempfangende Element zu übertragen .

Wenn der Schaltungsträger in seinem montierten Zustand in einer flachen Ebene angeordnet ist , sind das lichtemittierende Element und das lichtempfangende Element nebeneinander angeordnet , wobei die Funktionsseiten ( Lichtemissionsseite und Lichtempfangsseite ) in die gleiche Richtung zeigen . Ein direktes Übertragen des Lichts bzw . eines Teils des Lichts von dem lichtemittierenden Element zu dem lichtempfangenden Element ist folglich nicht möglich . Daher wird ein Reflexionskörper gegenüber von den beiden Elementen angeordnet .

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Reflexionskörper ein Bereich eines Gehäuses einer Anschlussplatte für das Ventil .

Es ist also kein separater Reflexionskörper nötig, da das Gehäuse eine Doppel funktion erfüllt . Vorzugsweise ist das Gehäuse zumindest bereichsweise aus Aluminium hergestellt . Das Reflexionsvermögen von Aluminium ist ausreichend zum Erfüllen der Funktion .

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Schaltungsträger in seinem montierten Zustand als gekrümmte Fläche derart angeordnet , dass das lichtempfangende Element gegenüber von dem lichtemittierenden Element angeordnet ist .

Hierdurch ist kein Reflexionskörper mehr nötig, da die beiden Elemente gegenüber voneinander angeordnet sind . Die beiden Funktionsseiten sind also zueinander ausgerichtet .

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Lichtleiter zwischen dem lichtemittierenden Element und dem lichtempfangenden Element angeordnet . Dabei weist der Lichtleiter vorzugsweise eine schräge Fläche auf , an der ein Teil des von dem lichtemittierenden Element ausgesendeten Lichts reflektiert wird und so durch den Lichtleiter nach außen geleitet werden kann . Der nicht reflektierte Teil des Lichts steuert das lichtempfangende Element an .

Die erfindungsgemäße Lösung besteht ferner darin, eine Ventilanordnung anzugeben, die eine Viel zahl der vorgenannten Ventilsysteme aufweist .

Die erfindungsgemäße Ventilanordnung schaf ft die gleichen Vorteile wie die einzelnen Ventilsysteme . Es sind auch sämtliche im Zusammenhang mit den Ventilsystemen diskutierte Aspekte auf die Ventilanordnung übertragbar . Im Einzelnen wird insbesondere der Einsatz kostenintensiver und anfälliger Elektronik reduziert , wobei dennoch sämtliche funktionalen Anforderungen erfüllt werden .

Die Ventilanordnung kann ferner eine Anschlussplatte aufweisen, auf der die Viel zahl von Ventilsystemen angeordnet ist . Hierdurch wird eine Ventilinsel ausgebildet , bei der mehrere Ventilsysteme integriert sind .

Die Viel zahl von Ventilsysteme , genauer die lichtemittierenden Elemente hiervon, sind vorzugsweise seriell miteinander verbunden . Beispielsweise sind diese mittels einer SPI-Logik ( Serial Peripheral Interface ) verbunden . Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Ventilanordnung eine zentrale Steuereinheit auf , die dazu ausgebildet ist , eine Haltestromabsenkung der Ventile der Ventilsysteme zentral zu steuern .

Bei der zentralen Steuereinheit kann es sich beispielsweise um einen Prozessor handeln . Durch Messen der Versorgungspannung der Ventile kann der Tastgrad bzw . das Tastverhältnis für den Haltestrom an die Spannung angepasst werden . Dabei kann der Wert der Versorgungsspannung beispielsweise in eine Frequenz umgewandelt werden, die dann mittels einer LED an einen Fototransistor und dann an den Prozessor übertragen wird .

Insgesamt ergibt sich durch die zentrale Steuereinheit eine einfache und zuverlässige Möglichkeit , die einzelnen Ventile anzusteuern und insbesondere den Haltestrom der Ventile an die Versorgungsspannung anzupassen .

Die erfindungsgemäße Lösung besteht weiterhin ferner darin, ein Verfahren zum Betreiben eines Ventils mittels einer Ansteuereinrichtung anzugeben, die ein lichtemittierendes Element mit integriertem Controller aufweist , wobei das Verfahren folgenden Schritt aufweist : Vorgeben eines Anzugsstroms mittels des lichtemittierenden Elements an das Ventil bzw . die Ventilspule .

Das obige Verfahren kann sich beispielsweise auch auf ein beliebiges der vorgenannten Ventilsysteme oder Ventilanordnungen beziehen, so dass hier sämtliche Aspekte auf das Verfahren übertragbar sind . Entsprechend sind auch die j eweiligen Vorteile mittels des Verfahrens erzielbar . Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Verfahren zum Betreiben eines Ventils ferner folgenden Schritt auf : Vorgeben eines Haltestroms der Ventilspule , der niedriger ist als der Anzugsstrom, mittels einer PWM des integrierten Controllers des lichtemittierenden Elements .

Auch hier gelten die vorgenannten Vorteile . Insbesondere wird bei einem niedrigeren Haltestrom weniger Wärme erzeugt und Energie eingespart .

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Verfahren ferner folgende Schritte auf : Messen der Versorgungsspannung des Ventils ; und Anpassen des Tastgrads der PWM des integrierten Controllers an die Versorgungsspannung, und zwar zur Anpassung der Spulenströme an die Versorgungsspannung .

Hierdurch wird eine Möglichkeit gegeben, den Tastgrad bzw . das Tastverhältnis für den Haltestrom an die Spannung anzupassen .

Aus führungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben .

Es zeigen :

Fig . 1 ein schematisches Schaltbild eines Ausschnitts einer erf indungs gemäß en Ventilanordnung;

Fig . 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ventilsystems gemäß einer ersten Aus führungsform; und Fig . 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ventilsystems gemäß einer zweiten Aus führungs form .

Fig . 1 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Ausschnitts einer Ventilanordnung 1000 . Dabei ist insbesondere ein Ventilsystem 100 der Ventilanordnung 1000 dargestellt . Das Ventilsystem 100 weist ein Ventil 10 auf , wobei in den Figuren nur der Anschluss des Ventils 10 dargestellt ist .

Das Ventilsystem 100 weist eine Ansteuereinrichtung 20 auf . Die Ansteuereinrichtung 20 weist ein lichtemittierendes Element 21 und ein lichtempfangendes Element 22 auf . Das lichtemittierende Element 21 ist eine ( intelligente ) LED . Daher ist im Folgenden auch von der LED 21 die Rede . Das lichtempfangende Element 22 ist beispielsweise ein Fototransistor oder eine Fotodiode . Daher ist im Folgenden auch von dem Fototransistor 22 die Rede .

Die intelligente LED 21 weist einen integrierten Controller auf , der dazu ausgebildet ist , eine PWM vorzunehmen . Hierdurch ist die LED 21 dazu geeignet , den Fototransistor 22 mittels unterschiedlicher Signale anzusteuern . Der Fototransistor 22 steuert wiederum das Ventil 10 bzw . eine Spule des Ventils 10 an . Das bedeutet , dass es beispielsweise möglich ist, das Ventil 10 wahlweise mit einem Anzugsstrom oder einem Haltestrom zu betreiben . Die PWM in dem integrierten Controller ermöglicht somit eine Haltestromabsenkung .

Die an dem Ventil 10 anliegende Versorgungsspannung wird mittels einer entsprechenden Verarbeitungseinrichtung 50 in eine Fre- quenz umgewandelt und an eine zentrale Steuereinheit 40 übertragen . Hierzu weist die Verarbeitungseinrichtung 50 eine Wandlereinrichtung 51 auf , mittels der die Versorgungsspannung in eine Frequenz umgewandelt werden kann . Ferner weist die Verarbeitungseinrichtung 50 ein lichtemittierendes Element 52 und ein lichtempfangendes Element 53 auf , die dazu ausgebildet sind, die Frequenz an die zentrale Steuereinheit 40 zu übertragen . Durch Messen der Versorgungsspannung ist es möglich, den Tastgrad bzw . das Tastverhältnis für den Haltestrom an die Versorgungsspannung des Ventils anzupassen .

Bei der Ventilanordnung 1000 ist ferner eine weitere intelligente LED 21 ' dargestellt . Hier ist ein nicht dargestelltes weiteres Ventilsystem ausgebildet . Die Ventilanordnung 1000 weist eine Viel zahl solcher Ventilsysteme auf .

Die intelligenten LEDs 21 , 21 ' , ... sind beispielsweise mittels einer SPI-Logik ( Serial Peripheral Interface ) seriell miteinander verbunden . Über die zentrale Steuereinheit 40 kann dann zentral vorgegeben werden, dass nach einer vorbestimmten Zeit die Spulen der Ventile 10 über die PWM gepulst betrieben werden . Hier ist auch eine externe Steuereinheit ( SPS ) denkbar, von der die zentrale Steuereinheit der Ventilanordnung das Signal bekommt , welche Ventilspule angesteuert wird .

Fig . 2 zeigt das Ventilsystem 100 gemäß einer ersten Aus führungs form . Insbesondere ist auch hier die aus der LED 21 und dem Fototransistor 22 zusammengesetzte Ansteuereinrichtung 20 gezeigt . Die LED 21 und das lichtempfangende Element 22 sind auf einem Schaltungsträger 24 , in dieser beispielhaften Aus führung als flexible Leiterplatte ausgeführt , angeordnet . Der Schal- tungsträger 24 ist derart gebogen, dass die LED 21 und der Fototransistor 22 gegenüber voneinander angeordnet sind . Genauer gesagt sind die Funktionsseiten der Bauteile derart gegenüber angeordnet , dass ein Signalaustausch zwischen den beiden Elementen möglich ist .

Zwischen dem lichtempfangenden Element 22 und der LED 21 ist ein Lichtleiter 23 angeordnet . Der Lichtleiter 23 überträgt einen Teil des von der LED 21 emittierten Lichts ( als Pfeil gekennzeichnet ) an das lichtempfangende Element 22 und leitet einen Teil des emittierten Lichts ( ebenfalls als Pfeil gekennzeichnet ) nach außen . Mittels des nach außen geleitet Teils des emittierten Lichts ist eine Indikatormöglichkeit der Ventilansteuerung bzw . des Ventil zustands gegeben .

Insbesondere weist der Lichtleiter 23 einen schrägen Bereich, hier einen abgeschrägten Endbereich auf , an dem ein Teil des emittierten Lichts reflektiert wird und durch den Lichtleiter 23 geleitet werden kann .

Fig . 3 zeigt eine zweite Aus führungs form des Ventilsystems 100 .

Im Gegensatz zu dem in Fig . 2 gezeigten Ventilsystem 100 sind die beiden zur Lichtübertragung vorgesehenen Elemente , also die LED 21 und das lichtempfangende Element 22 , nicht gegenüber voneinander, sondern nebeneinander ausgebildet .

Insbesondere sind die LED 21 und das lichtempfangende Element 22 nebeneinander auf dem Schaltungsträger 24 angeordnet . Der Lichtleiter 23 ist gegenüber von der LED 21 angeordnet und kann daher ein Teil des Lichts nach außen leiten . Ein anderer Teil des Lichts wird mittels eines Reflexionskörpers 30 , hier mittels eines Bereichs des Gehäuses 60 , zu dem Fototransistor 22 übertragen . Dabei ist der Reflexionskörper 30 gegenüber von der LED 21 und dem Fototransistor 22 angeordnet .

Alle in Verbindung mit einzelnen Aus führungsformen der Erfindung erläuterten und gezeigten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren .

Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Ansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten oder den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt .

BEZUGSZEICHENLISTE

1000 Ventilanordnung

100 Ventilsystem

10 Ventil

20 Ansteuereinrichtung

21 , 21 lichtemittierendes Element ( auch LED genannt )

22 lichtempfangendes Element ( auch Fototransistor genannt )

23 Lichtleiter

24 Schaltungs träger

30 Reflex ions körper

40 zentrale Steuereinheit

50 Verarbeitungseinrichtung

51 Wandlereinrichtung ( der Verarbeitungseinrichtung)

52 lichtemittierendes Element ( der Verarbeitungseinrichtung)

53 lichtempfangendes Element ( der Verarbeitungseinrichtung)

60 Gehäuse