Die Erfindung betrifft ein Busmodul zum Anschluß von elektrisch angesteuerten Fluidik-Ventilen an einen Datenbus mit einer elektronischen Schaltungsanordnung, die Adreßdaten und Nutzdaten von auf dem Datenbus übertragenen Datentelegrammen auswertet und die das durch die Adreßdaten bestimmte Fluidik-Ventil entsprechend den Nutzdaten des Datentelegramms ansteuert.

Ein derartiges Busmodul wird z. B. von der Murrelektronik GmbH unter der Bezeichnung "MVK Metall" hergestellt und vertriebes. Einzelheiten dieses Busmoduls sind insbesondere in der Druckschrift "Impulse NEWS" (Stand 11/03, Auflage 03/5.000) der Murrelektronik GmbH beschrieben. Das Busmodul dient zum Anschluß von bis zu acht Teilnehmern in Form von Aktoren, wie z. B. elektrisch ansteuerbaren Fluidik-Ventilen, oder von Sensoren an einen Datenbus, insbesondere an einen Feldbus. Die Busmodule weisen eine elektronische Schaltungsanordnung auf, die auf dem Datenbus übertragene Datentelegramme auswertet und die einen durch Adreßdaten bestimmten Aktor entsprechend den Nutzdaten des Datentelegramms ansteuert. Ein derartiges Datentelegramm besteht aus Adreßdaten, die einen der Teilnehmer identifizierten, und Nutzdaten, die bei Aktoren Befehle übertragen oder bei Sensoren Zustandsdaten enthalten. Derartige Busmodule sind ebenfalls in der Schrift "Impulse News; Cube 67 DI08 DI8 E rail, Cube 67 DIO8 DI8 E box, I/O terminal connections" Bd. 02-04, vom Februar 2004 gezeigt.

Derartige Busmodule sind in der Pneumatik weit verbreitet. Die Busmodule sind entsprechend dem Strombedarf pneumatischer Ventile ausgelegt der geringer als der Strombedarf von hydraulischen Ventilen ist. Um den gegenüber pneumatischen Ventilen höheren Strombedarf hydraulischer Ventile zu berücksichtigen, sind für die Ansteuerung hydraulischer Ventile Sonderausführungen erforderliche deren elektrische. Bauteile für den höheren Stromfluß dieser Ventile ausgelegt sind. Dies führt zu einer Erhöhung der Herstellungskosten und ist mit ein Grund für den nicht weit verbreiteten Einsatz von Busmodulen zur Ansteuerung von Hydraulik-Ventilen.

Die CH 683 021 A5 beschreibt eine Ventilbatterie mit z.B. hydraulischen Magnetventilen. Die Ventilbatterie besitzt ein Busmodul, das an einen Feldbus angeschlossen ist. Die Ansteuersignale des Feldbusses werden auf einen lokalen Bus umgesetzt. An den lokalen Bus sind die einzelnen Ventile in Serie angeschlossen. Jedes der Ventile besitzt einen weiteren Decoder. Die Decoder werden über den lokalen Bus angesteuert und müssen zusätzlich noch mit Spannung versorgt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen ein Busmodul der eingangs genannten Art zu schaffen, das aufgrund einer verringerten Strombelastung sowohl für die Ansteuerung, von pneumatischen Ventilen als auch von hydraulik schen Ventilen geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch, 1 gekennzeichneten . Merkmale gelöst. Da der für ein Schaltventil erforderlich Anzugsstrom nur kurzzeitig fließt und danach nur noch der aufgrund der Pulsweiteraftodulation gegenüber dem Anzugstrom verringerte Haltestrom fließt, werden die für den Anzugsstrom als Dauerstrom unterdimensionierten elektrischen Bauteile der elektronischen, Schaltungsanordnung nicht unzulässig erwärmt.

An das erfindungsgemäße Busmodul kann anstelle eines Schaltventils auch ein als schaltendes Ventil betriebenes Proportionalventil mit einem Ventilkolben angeschlossen werden, dessen Auslenkung durch das Tastverhältnis einer pulsweitenmodulierten Spannung steuerbar ist. Die Auslenkung des Ventilkolbens bestimmt den Durchlaßquerschnitt des Proportionalventils. Damit die Strombelastung der Bauteile nicht zu groß wird, darf bei einer derartigen Lösung das Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation einen durch die Belastbarkeit der elektrischen Bauelemente des Busmoduls vorgegebenen Maximalwert nicht überschreitens Das bedeutet, daß der Ventilkolben des proportionalventils nur innerhalb eines Teilbereichs aus seiner Ruhelage ausgelenkt werden darf . Durch das kurzzeitige Beaufschlagen des Proportionalventils mit der vollen Versorgungsspannung vor dem Wirksamwerden der Pulsweitenmodulation läßt sich das Ansprechen eines Proportionalventils beschleunigen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Sind gemäß Anspruch 2 in der elektronischen Schaltungsanordnung die Dauer des Durchschaltzeitraums und das Tastverhältnis sowie die Frequenz oder die Periodendauer der Pulsweitenmodulation als Parameter gespeichert, reichen für die Ansteuerung von an das Busmodul angeschlossenen Aktoren Einschaltbefehle und Abschaltbefehle aus, die auf dem Datenbus übertragen werden. In Anlagen, in denen die Schaltventile von einer allgemein als "SPS" bezeichneten speicherprogrammierbaren Steuerung durch Einschaltbefehle und Abschaltbefehle gesteuert werden, ist somit keine Umprogrammierung erforderlich. Sollen die Dauer des Durchschaltzeitraums, das Tastverhältnis sowie die Frequenz oder die Periodendauer der Pulsweitenmodulation der an das Busmodul angeschlossenen Aktoren von Fall zu Fall unterschiedlich groß sein, ist es vorteilhaft, die entsprechenden Werte gemäß Anspruch 3 zusammen mit dem Einschaltbefehl in einem Datentelegramm an das Busmodul zu übertragen. Die Frequenz bzw. die Periodendauer der Pulsweitenmodulation ist entweder - wie im Anspruch 4 angegeben - im Busmodul als Parameter gespeichert oder ist alternativ hierzu - wie im Anspruch 5 angegeben - als weiterer Parameter in den Nutzdaten des Datentelegramms für einen Einschaltbefehl enthalten.

Die Erfindung wird im folgenden mit ihren weiteren Einzelheilten anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Figur 1

ein Bussystem mit zwei an einen Datenbus und an eine Energieleitung angeschlossenen Busmodulen in schematischer Darstellung und

Figur 2

den zeitlichen Verlauf der einem Aktor zugeführten Spannung zwischen einem Einschaltbefehl und einem Abschaltbefehl.

Die Figur 1 zeigt ein Bussystem 10 mit einem als Feldbus ausgebildeten Datenbus 11, einer Energieleitung 12, einer speicherprogrammierbaren Steuerung 13 (im Folgenden kurz als SPS bezeichnet), zwei Busmodulen 15.1 und 15.2 sowie acht Aktoren in Form von schaltenden Hydraulik-Ventilen 16.1.1 bis 16.1.4 und 16.2.1 bis 16.2.4 mit Magnetspulen 18.1.1 bis 18.1.4 bzw. 18.2.1 bis 18.2.4. An die Busmodule 15.1 und 15.2 sind-in diesem Ausführungsbeispiel aus Gründen der Übersichtlichkeit jeweils nur vier Hydraulik-Ventile angeschlossen. In der Praxis üblich sind Anschlußmöglichkeiten für z. B. acht oder 16 Sensoren oder Aktoren.

Die SPS 13 sowie die Busmodule 15.1 und 15.2 sind Teilnehmer des-Bussystems 10. In diesem Aüsführungsbeispiel dient die SPS 13 auch als Master, d. h. sie bestimmt, welcher der an den Datenbus 11 angeschlossenen Teilnehmer zu welchem Zeitpunkt ein Datentelegramm sendern darf. Ein Datentelegramm besteht aus Adreßdaten und Nutzdaten. Die Adreßdaten bestimmen, für welches Hydraulik-Ventil die Nutzdaten bestimmt sind. Die Nutzdaten enthalten z. B. einen Einschalt- oder Abschaltbefehl für ein Hydraulik-Ventil.

Ober die Energieleitung 12 ist den Busmodulen 15.1 und 15.2 eine Versorgungsspannung U_V zugeführt. Die Versörgungsspannung ist üblicherweise eine Gleichspannung mit einem Nennwert von 12 V oder 24 V. Die Versorgungsspannung U_V ist in dem in der Figur 1 dargestellten Aüsführungsbeispiel auch der.SPS 13 zugeführt. Die SPS 13 kann bei Bedarf aber auch mit einer anderen Spannung versorgt werden. Der Datenbus 11 und die Energieleitung 12 sind in ihren äußeren Bereichen gestrichelt dargestellt, um anzudeuten, daß zusätzlich zu den Busmodulen 15.1 und 15.2 weitere Busmodule 15.x an den Datenbus 11 und an die Energieleitung 12 anschließbar sind, wobei der Buchstabe "x" für die laufende, Nummer eines, derartigen Busmoduls steht. An das Busmodul 15.1 sind die Magnetspulen 18.1.1 bis 18.1.4 und 18.2.1 bis 18.2.4 der Hydraulik-Ventile 16.1.1 bis 16.1.4 bzw. 16.2.1 bis 16.2.4 angeschlossen.

Das Busmodul 15.1 weist eine elektronische Schaltung 20.1 auf die die auf dem Datenbus. 11. übertragenen Datentelegramme auswertet. Beim Empfang eines Datentelegramms, das für ein an das Busmodul 15.1 angeschlossenes Hydrauli-k-Ventil.16.1.1 bis 16.1.4.bestimmt ist, steuert.die elektronische Schaltung 20.1 das entsprechende Hydraulik-Ventil gemäß dem in den Nutzdaten des Datentelegramms enthaltenen Informationen an.

Im Folgenden wird der Fall betrachtet, daß das Busmodul 15.1 einen Einschaltbefehl für das Hydraulik-Ventil 16.1.2 erhalten hat. Wie in der Figur 2 anhand eines Zeitdiagramms dargestellt, führt die elektronische Schaltungsanordnung 20.1 gemäß der Erfindung nach dem Empfang des, mit dem Bezugszeichen 30 versehenen Einschaltbefehls im Zeitpunkt t₀ der Magnetspule 18.1.2 des Hydraulik-Ventils 16.1.2 zunächst während eines als Durchschaltzeitraum bezeichneten zeitraums vorgebbarer Dauer Δt₁ ständig die Versorgungspannung U_V zu. Die Dauer des Durchschaltzeitraums liegt bei als. Schaltventilen ausgebildeten Hydraulik-Ventilen.üblicherweise in der größenordnung von bis zu einer Zehntelsekunde (0,1 sec). Während dieses Zeitraums fließt der volle Strom, der durch die Höhe der Versorgungsspannung U_V und den Widerstand der Magnetspule 18.1.2 bestimmt ist. Nach dem Ablauf des Durchschaltzeitraums im Zeitpunkt t₁ führt die elektronische Schaltungsanordnung 20.1 der Magnetspule 18.1.2 die Versorgungsspannung Uv in pulsweitenmodulierter Form zu. Das im Folgenden mit T_% bezeichnete Tastverhältnis, d. h. der Quotient aus der mit T_e bezeichneten Einschaltzeit und der mit T bezeichneten Periodendauer, ist, hier mit 50 % dargestellt. In der Praxis liegt das Tastverhältnis üblicherweise in einem Bereich zwischen 30 bis 55 %. Die mit f bezeichnete Frequenz der Pulsweitenmodulation liegt in der Größenordnung von einigen Hundert Hertz. Damit wird mit Sicherheit verhindert, daß das Hydraulik-Ventil im Takt der pulsweitenmodulierten Versorgungsspannung schaltet. Empfängt das Busmodul 15.1 zu einem späteren Zeitpunkt, der hier mit t₂ bezeichnet ist, einen Abschaltbefehl 32 für das Hydraulik-Ventil 16.1.2, unterbricht das Busmodul 15.1 die Zufuhr der pulweitenmodulierten Versogungsspannung zu der Magnetspule 18.1.2. Das Hydraulik-Ventil 16.1.2 ist in dem Zeitraum wischen zeitpunkten t₀ und t₂ eingeschaltet. Der volle Strom, der eine erhöhte Erwärmung verursacht, fließt aber nur während des Durchschaltzeiträums Δt₁. Danach fließt bis zum Zeitpunkt t₂ nur noch ein gegenüber diesem verringerter, üblicherweise als Haltestrom bezeichneter Strom. Durch diese Verringerung des über die Magnetspule fließenden Stroms ergibt sich außer der geringeren Strombelastung der Bauelemente der elektronischen Schaltungsanordnung 20.1 des Busmoduls 15.1 auch eines Verringerung der thermischen Belastung der Magnetspule 18.1.2 den Hydraulik-Ventils 16.1.2.

In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Dauer Δt₁ des Durchschaltzeitraums sowie das Tastverhältnis T% und die Frequenz f der sich daran anschließenden Pulsweitenmodulation als Parameter in der elektronischen Schaltungsanordnung 20.1 abgelegt. Dabei ist es entweder möglich, allen an das Busmodul 15.1 angeschlossenen Hydraulik-Ventilen 16.1.1 bis 16.1.4. dieselben Parameter zuzuordnen oder für jedes der angeschlossenen Hydraulik-Ventile spezielle Parameter vorzusehen und in der elektronischen Schaltungsanordnung 20.1 abzulegen. Ein derartiges Bussystem hat den Verteil, daß, die SPS 13 beim Einsatz von erfingdungsgemäß ausgebildeten Busmodulen wie beim Einsatz der bekannten Busmodule nur Einschalt- und Abschaltbefehle auszugeben, braucht, da die Parameter Δt₁, T_% und f in der elektronischen Schaltungsanordnung abgelegt sind.

Ist dagegen ein Bussystem gewünscht, bei dem die Dauer Δt₁ der Durchschaltzeit, das Tastverhältnis T_% und/oder die Frequenz f der Pulsweitenmodulation für jedes Hydraulik-Ventil bei jedem Einschaltbefehl frei wählbar ist, erfolgt die Programmierung der SPS 13 so, daß die Nutzdaten des Datentelegramms für das Einschalten eines Hydraulik-Ventils zusätzlich zu dem Einschaltbefehl die gewünschten Werte für Δt₁, T_% und f als Parameter enthalten. Es ist auch möglich, nur die Dauer Δt₁ der Durchschaltzeit und das Tastverhältnis T_% der Pulsweitenmodulation als Parameter in den Nutzdaten eines Einschaltbefehls zu übertragen und die Frequenz f der Pulsweitenmodulation in der elektronischen Schaltungsanordnung als Parameter abzulegen.

Bei den Hydraulik-Ventilen 16.1.1 bis 16.1.4 sowie 16.2.1 bis 16.2.4 handelt es sich um schaltende Ventile entweder in Form von reinen Schaltventilen oder von als Schaltventil betriebenen Proportionalventilen. Während reine Schaltventile nur zwei Schaltstellungen (Ruhestellung oder Arbeitsstellung) aufweisen, kann der Durchlaßquerschnitt eines Proportionalventils in Abhängigkeit von dem Tastverhältnis einer pulsweitenmodulierten Versorgungsspannung beliebig viele Werte annehmen. Im Rahmen der Erfindung wird dem Proportionalventil entweder keine Versorgungsspannung zugeführt (Ruhestellung) oder es wird ihm die Versorgungsspannung in pulsweitenmodulierter Form mit einem vorbestimmten Tastverhältnis zugeführt. (Arbeitsstellung). Während bei einem reinen Schaltventil, der Durchschaltzeitraum benötigt wird, damit das Ventil sicher schaltet, ist ein Durchschaltzeitraum bei einem Proportionalventil grundsätzlich nicht erforderlich, jedoch kann es vorteilhaft sein, bei einem Proportionalventil den Einschaltvorgang in der Art eines Vorhalts zu beschleunigen.