DE4418055A1 - Pneumatischer Bus - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern und Stel­ len von insbesondere mehreren Stellgliedern.

Speziell betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Steuern und Stellen von Stellgliedern in Kraftfahrzeugen. Solche Stellglieder sind beispielsweise Klappen, Schieber oder Ven­ tile der unterschiedlichsten Art, beispielsweise einer Anlage zur Klimatisierung des Innenraums eines Kraftfahrzeuges, Ver­ riegelungen unterschiedlichster Art, beispielsweise eines Zen­ tralverriegelungssystems, oder Einstellmechanismen, beispiels­ weise eine Scheinwerfer-Leuchtweiteneinstellung oder eine Sitzeinstellung.

In der Kraftfahrzeugtechnik werden Stellglieder dieser Art üb­ licherweise entweder pneumatisch oder elektrisch angesteuert und betätigt.

Vorrichtungen zum elektromotorischen Steuern und Stellen er­ fordern die Verwendung kostenintensiver Baugruppen und bela­ sten die elektrische Stromversorgung im Kraftfahrzeug in un­ wirtschaftlicher Weise.

Vorrichtungen zum pneumatischen Steuern und Stellen sind ko­ stengünstiger als elektromotorische Vorrichtungen, arbeiten leise und zuverlässig, ohne die Stromversorgung des Kraftfahr­ zeugs zu belasten, erfordern jedoch durch die aufwendigen pneumatischen Leitungssysteme einen beachtlichen Montageauf­ wand und sind in aller Regel nur binär zwischen zwei Grenz­ stellungen der Stellglieder stellbar.

Im Rahmen dieses Standes der Technik ist auch ein Verriege­ lungssystem bekannt geworden, das elektrisches und pneumati­ sches Steuern und Stellen dadurch zu kombinieren versucht, daß die einzelnen Stellglieder individuell mit elektrisch beauf­ schlagbaren Pumpen ausgerüstet sind, die bei Ansteuerung den zum Stellen des Stellgliedes erforderlichen pneumatischen Stelldruck erzeugen. Durch ein solches System kann zwar der Montageaufwand der pneumatischen Leitungsverlegung eingespart werden, bleiben aber die Kosten und Betriebsgeräusche der Stellglieder.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Steuern und Stellen von mindestens einem, insbesondere zum Steuern und Stellen mehre­ rer Stellglieder, speziell für den Kraftfahrzeugbau, zu schaf­ fen, die bauraumsparend mit geringem Montageaufwand realisier­ bar ist und die Einstellung auch von Zwischenstellungen mit­ tels pneumatischer Antriebe ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung eine Vorrich­ tung zum Steuern und Stellen, die die im Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist.

Kern der Erfindung ist demnach die Schaffung einer elektro­ pneumatischen Busleitung, an die alle zu versorgenden Stell­ glieder angeschlossen werden. Im Gegensatz zum herkömmlichen pneumatischen Stellen und Steuern im Kraftfahrzeug wird also nicht mehr jedes einzelne Stellglied mit einer eigenen separa­ ten pneumatischen Leitung verbunden, sondern wird eine einzige Busleitung ausgelegt, an die die zu erfassenden Stellglieder vorzugsweise durch Stecken, prinzipiell an beliebiger Stelle anschließbar sind. Dies wird durch eine elektrische Signallei­ tung ermöglicht, die nach der Maßgabe der einzelnen Stellan­ forderung der einzelnen Stellglieder das Öffnen oder Schließen der pneumatisch angetriebenen Stellglieder in den Bus hinein steuert.

Diese elektrische Steuersignalleitung der elektropneumatischen Busleitung kann einadrig oder mehradrig ausgelegt sein, je nachdem, ob die elektrischen Steuersignale seriell oder paral­ lel übertragen werden sollen.

Die elektrischen Steuersignalleitungen sind vorzugsweise mit der pneumatischen Stelldruckleitung derart integriert, daß die Leiteradern in oder auf dem Mantel der pneumatischen Stell­ druckleitung eingeschlossen oder aufgeschweißt sind. Dabei kann das Einarbeiten der elektrischen Signalleitungen in die pneumatische Stelldruckleitung beispielsweise im Extruder beim Herstellen der pneumatischen Stelldruckleitung erfolgen. Al­ ternativ kann die elektrische Signalleitung vorher separat mit einem elektrisch isolierenden Mantel umgeben werden, der dann beim Extrudieren der pneumatischen Leitung auf diese unter Temperaturbedingungen aufgeführt wird, daß ein Verschweißen zwischen Signalleitungsmantel und dem Mantel der pneumatischen Stelldruckleitung erfolgt. Im einfachsten Fall kann jedoch die elektrische Steuersignalleitung auch ohne unmittelbare physi­ kalische Verbindung neben der pneumatischen Stelldruckleitung verlegt sein oder nur durch punktuelle Anbindung, beispiels­ weise durch Kabelschellen, mit dieser funktionell zur elektro­ pneumatischen Busleitung verbunden sein.

Vorzugsweise wird die elektropneumatische Busleitung jedoch als integriertes Leitungssystem ausgebildet, und zwar insbe­ sondere steckbar. Die Steckbarkeit ist dabei vorzugsweise so ausgelegt, daß beim Zusammenstecken der Elemente, die eine Steckverbindung bilden, gleichzeitig sowohl eine pneumatische Verbindung als auch eine elektrische Verbindung erfolgt. Bei mehradriger Ausbildung der elektrischen Steuersignalleitung kann durch an sich bekannte Maßnahmen, beispielsweise eine Nut-Feder-Führung zwischen Stecker und Buchse, ohne Aufwand auch ein adergenaues Steckverbinden des elektropneumatischen Busleitungssystems erreicht werden.

Die einzelnen Stellglieder, die aus der elektropneumatischen Busleitung versorgt werden sollen, sind vorzugsweise in Modul­ technik als Baugruppen ausgebildet, und zwar mit jeweils einem elektronischen Regler, der an die elektrische Steuersignallei­ tung der elektropneumatischen Busleitung anschließbar ist, mit einem Ventil, das an die pneumatische Stelldruckleitung der elektropneumatischen Busleitung anschließbar ist, mit einem pneumatischen Stellantrieb, der über das Ventil vom Bus pneu­ matisch beaufschlagbar ist, und mit einem Sensor zur Aufnahme der Betriebszustandsdaten des Stellantriebs und/oder des von diesem gestellten Stellorgans und zur Übermittlung der aus diesen Daten gebildeten Betriebszustandssignale an den Regler, der aus diesen Ist-Signalen und den vom Bus übergebenen Soll- Signalen ein Steuersignal zum Ansteuern des Modulventils bil­ det.

Die elektrische Steuersignalleitung der elektropneumatischen Busleitung wird in der Regel von einer zentralen Steuerelek­ tronik versorgt, die die Soll-Daten für die vorzugsweise ein­ zeln adressierbaren Stellglieder übermittelt. Dabei kann der pneumatische Teil des elektropneumatischen Bussystems so aus­ gebildet sein, daß die pneumatische Stelldruckleitung entweder ständig mit Stelldruck aus einer Stelldruckquelle beaufschlagt ist, oder, alternativ, bedarfsweise über ein Zentralventil, das von der zentralen Steuerelektronik ansteuerbar ist, mit Stelldruck beaufschlagbar oder belüftbar ist. Im zuletzt ge­ nannten Fall kann das Modulventil als einfaches 2/3-Wege-Ven­ til ausgebildet sein, während bei ständiger Stelldruckbeauf­ schlagung des elektropneumatischen Bussystems die Stellele­ mente durch 3/3-Wege-Ventile einzeln belüftbar ausgebildet sein müssen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Un­ teransprüche.

Die Erfindung ist im Folgenden anhand von Ausführungsbeispie­ len in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zei­ gen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Zentralventil in der elektropneumatischen Busleitung; und

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit ständiger Unterdruckversorgung der elektro­ pneumatischen Busleitung.

Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte elektropneumatische Bus 1 be­ steht aus einer pneumatischen Stelldruckleitung 2 und einer mehradrigen elektrischen Steuersignalleitung 3.

Die elektrische Steuersignalleitung 3 der elektropneumatischen Busleitung 1 wird von einer zentralen Steuerelektronik 4 mit den Stell-Soll-Signalen für die einzelnen angeschlossenen Stellglieder 5, 6, 7 beaufschlagt. Die zentrale Steuerelektronik liefert außerdem Steuersignale an die Modulelektronik 8, die ein Zentralventil 9 ansteuert, das die pneumatische Stell­ druckleitung 2 der elektropneumatischen Busleitung 1 bedarfs­ weise mit dem pneumatischen Stelldruck, hier Unterdruck, von einer Stelldruckquelle beaufschlagt oder zum Zwecke der Lüf­ tung mit der Umgebungsatmosphäre verbindet.

In der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise ist jedes einzelne Stellgliedmodul 5, 6, 7 als Regelkreis ausgebildet. Ein Modul­ regler 10, 11, 12 ist einerseits mit der elektrischen Steuersi­ gnalleitung 3 verbunden, beispielsweise zur Aufnahme und Prü­ fung der Stellgliedadresse und der mit dieser verbundenen Sollwerte, und ist andererseits mit einer Ist-Wert-Signallei­ tung 13, 14, 15 verbunden, die die von einem in den Figuren nicht dargestellten Sensor abgetasteten und umgesetzten Si­ gnale des Istzustands des Stellorgans bzw. des Stellantriebs übermitteln. Aus den Vergleichswerten der Soll-Daten und der Ist-Daten bildet der Regler 10, 11, 12 dann ein Steuersignal für ein mit der jeweiligen Modulbaugruppe integriertes 2/3-Magnet­ ventil 16, 17, 18, das die Verbindung zwischen der pneumatischen Stelldruckleitung 2 der elektropneumatischen Busleitung 1 mit dem pneumatischen Stellantrieb 19, 20, 21 für das Stellorgan nach Maßgabe der vom Regler übermittelten Steuerdaten verbin­ det. Dabei ist auf diese Weise auch ein Nachregeln bzw. Nach­ stellen der einzelnen Stellorgane über den Modulregelkreis möglich.

Eine Variante des in Fig. 1 gezeigten Bussystems ist der Fig. 2 zu entnehmen. Im Gegensatz zu dem in Fig. 1 gezeigten Aus­ führungsbeispiel ist die pneumatische Steuerdruckleitung 2 der elektropneumatischen Busleitung 1 ständig mit einer Stell­ druckwelle 22, hier einer Unterdruckwelle, verbunden. In den einzelnen Stellgliedern 5, 6, 7 sind die Modulventile 23, 24, 25 als 3/3-Magnetventile ausgebildet, die den pneumatischen Stellantrieb 19, 20, 21 wahlweise mit der pneumatischen Stell­ druckleitung 2 der elektropneumatischen Busleitung 1 oder mit einer Lüftungsleitung 26 verbinden. Gegenüber dem in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel eines elektropneumatischen Bussystems gemäß der Erfindung ermöglicht das in der Fig. 2 gezeigte aufwendigere System ein ständiges und individuelles Verstellen und Nachregeln jedes einzelnen angeschlossenen Stellorgans 5, 6, 7.

Wenngleich auch in den vorstehend beschriebenen Ausführungs­ beispielen der Erfindung gemäß Fig. 1 und 2 lediglich drei an­ geschlossene Stellglieder dargestellt sind, so ist dem Fach­ mann ohne weiteres erkennbar, daß zur effektiven Nutzung des elektropneumatischen Bussystems auch eine deutlich größere An­ zahl von Stellgliedern, beispielsweise 10, 20 oder 30 Stell­ glieder, an ein solches Bussystem anschließbar sind.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Steuern und Stellen von mindestens einem, insbesondere mehrerer Stellglieder, speziell in Kraft­ fahrzeugen, gekennzeichnet durch eine elektropneumatische Busleitung, an die alle zu er­ fassenden Stellglieder sowohl pneumatisch als auch elek­ trisch angeschlossen sind, wobei die elektropneumatische Busleitung aus mindestens einer pneumatischen Stelldruck­ leitung und einer elektrischen Steuersignalleitung be­ steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine elektropneumatische Busleitung, bei der die pneuma­ tische Stelldruckleitung aus Kunststoff besteht und die mindestens eine elektrische Steuersignalleitung elek­ trisch isoliert in oder auf der äußeren Manteloberfläche der pneumatischen Stelldruckleitung durch Einlegen oder Aufschweißen integriert ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine elektropneumatische Busleitung mit vier bis acht in­ tegrierten elektrischen Steuersignalleitungen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine elektropneumatische Busleitung mit einer als Koaxi­ alrohr ausgebildeten pneumatischen Stelldruckleitung.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Steckverbindungen zum Anschließen der Stellglieder und zum Verlängern, Abschließen oder Verzweigen der elektro­ pneumatischen Busleitung.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Ausbildung der Steckverbindungen mit elektropneuma­ tischen Steckern und Buchsen, die ein simultanes elektri­ sches und pneumatisches Steckverbinden ermöglichen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Ausbildung der Stellglieder in Modultechnik mit je­ weils einem elektronischen Regler, der an die elektrische Steuersignalleitung der elektropneumatischen Busleitung anschließbar ist, mit einem Ventil, das an die pneumati­ sche Stelldruckleitung der elektropneumatischen Buslei­ tung anschließbar ist, mit einem pneumatischen Stellan­ trieb, der über das Ventil vom Bus pneumatisch beauf­ schlagbar ist, und mit einem Sensor zur Aufnahme der Be­ triebszustandsdaten des Stellantriebs und/oder des von diesem gestellten Stellorgans und zur Übermittlung der aus diesen Daten gebildeten Betriebszustandssignale an den Regler, der aus diesen Ist-Signalen und den vom Bus übergebenen Soll-Signalen ein Steuersignal zum Ansteuern des Ventils bildet.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine zentrale Steuerelektronik, die die Stellorgane über die elektrische Steuersignalleitung der elektropneumati­ schen Busleitung einzeln und unabhängig voneinander, op­ tional auch gruppenweise, adressieren kann.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein Zentralventil, das von der zentralen Steuerelektronik ansteurbar ist und die pneumatische Stelldruckleitung der elektropneumatischen Busleitung wahlweise mit Stelldruck aus einer Stelldruckquelle zu beaufschlagen oder zu be­ lüften ermöglicht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine pneumatische Stelldruckquelle, die die elektropneu­ matische Busleitung ständig mit Stelldruck beaufschlagt, und durch Ventile der Stellglied-Module, die ein Belüften der einzelnen Stellorganantriebe bei geschlossenem Buszu­ gang ermöglichen.