DE102005005910A1

DE102005005910A1 - Hydraulikcartridgeventil-Magnetspule zum direkten Anbringen an einer Leiterplatte

Info

Publication number: DE102005005910A1
Application number: DE200510005910
Authority: DE
Inventors: Michael D. Ames Gandrud
Original assignee: Sauer Danfoss Inc
Current assignee: Danfoss Power Solutions Inc
Priority date: 2004-03-04
Filing date: 2005-02-09
Publication date: 2005-09-22
Also published as: JP2005249203A; US20050194052A1; CN1664381A; US7011113B2

Abstract

Ein Hydraulikcartridgeventil wird vorgesehen, das beweglich in einem Verteiler befestigt ist, der in Fluidverbindung mit einer Hydraulikeinheit aufgenommen wird, wie etwa eine, die Schwermaschinen antreibt. Die vorliegende Erfindung umfaßt eine Magnetspule, die an dem Hydraulikcartridgeventil befestigt und mit diesem operativ verbunden ist. Außerdem ist eine Leiterplatte an der Magnetspule befestigt und steht mit dieser in elektronischer Verbindung. Ein CAN (Controller Area Network) ist elektronisch derart mit der Leiterplatte verbunden, daß ein Computer den Betrieb der Magnetspule steuert, wodurch die Leistung des Hydraulikcartridgeventils gesteuert wird. Die Magnetspule ist über eine Befestigungsmutter an dem Cartridgeventil befestigt und weist mehrere Stifte zum direkten Anbringen der Spule an der Leiterplatte auf.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft ein über eine Magnetspule betriebenes Hydraulikcartridgeventil und insbesondere eine direkt an einer Leiterplatte angebrachte Magnetspule zum Steuern des Hydraulikcartridgeventils.
Hydraulikcartridgeventile werden üblicherweise in Hydrauliksystemen zum Steuern des Flusses eines Hydraulikfluids durch solche Systeme verwendet, um den Betrieb von Schwermaschinen wie etwa Baumaschinen, die von einem Hydrauliksystem angetrieben werden, zu beeinflussen. In der Regel ist ein Cartridgeventil beweglich in einer Bohrung in einem Verteiler, der mit dem Hydrauliksystem in Fluidverbindung steht, derart aufgenommen, daß die Bohrung als das Gehäuse für das Ventil dient. Bei einem typischen Hydrauliksystem enthält ein Verteiler mehrere Cartridgeventile. Jedes Cartridgeventil wird von mindestens einer Magnetspule gesteuert, die von einem Steuersystem bestromt wird, um das Cartridgeventil in eine von mehreren Positionen wie etwa eine geöffnete Position oder eine geschlossene Position zu verschieben. Einige Cartridgeventile arbeiten auf analoge Weise, wobei die Ventilposition eine lineare Funktion des angelegten elektrischen Signals ist.
Herkömmliche Steuersysteme verwenden Kabel, Kabelbäume und andere Arten der Festverdrahtung, um die Magnetspulen elektronisch mit den Controllern zu verbinden. Diese Kabelbäume bestehen aus mehreren Leitungen, die zu jeder Spule führen. An einem typischen Verteiler mit mehreren Cartridgeventilen müssen Dutzende von Drähten von dem Controller zu den Magnetspulen verlaufen, damit die Cartridgeventile effektiv betätigt und gesteuert werden. Diese Kabel sind voluminös und benötigen erheblichen physischen Raum an einer typischen, hydraulisch angetriebenen Maschine. Als komplizierte Systemkomponente sind diese Kabel und Kabelbäume kostspielige und arbeitsintensive Komponenten bei ihrer Herstellung und sind mit schlechter Zuverlässigkeit behaftet. Bemühungen, die Zuverlässigkeit von Kabelbäumen zu verbessern, führen zu noch größeren Kostenzuwächsen.

Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb in der Bereitstellung eines Steuersystems für Hydraulikcartridgeventile, das Platz spart und eine stärkere Steuerung der Cartridgeventile gestattet.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Systems für die effektive elektrische Verbindung von Hydraulikcartridgeventil-Magnetspulen mit reduzierten Kosten im Vergleich zu Verfahren nach dem Stand der Technik.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung von Magnetspulen zum Steuern der Cartridgeventile, die an einer Leiterplatte befestigt werden, um eine elektronische Steuerung der Cartridgeventile zu gestatten.

Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zum elektrischen Verbinden von Hydraulikcartridgeventilen mit verbesserter Zuverlässigkeit.

Diese und weitere Aufgaben ergeben sich dem Fachmann.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hydraulikcartridgeventil, das beweglich in einem Verteiler aufgenommen ist, der in Fluidverbindung mit einer Hydraulikeinheit steht, wie etwa der, die Schwermaschinen antreibt. Die vorliegende Erfindung umfaßt eine Magnetspule, die an dem Hydraulikcartridgeventil befestigt und operativ mit ihm verbunden ist. Außerdem ist eine Leiterplatte an der Magnetspule befestigt und steht mit dieser in elektronischer Verbindung. Magnetspulen, die in der Technik bekannt sind, funktionieren so, daß sie bei Anlegen eines elektrischen Stroms ein Magnetfeld erzeugen. Eine Controller-Area-Network-(CAN)-Schaltung ist elektronisch mit der Leiterplatte verbunden, so daß die CAN-Schaltung Netzsignale und Befehle für den Betrieb von Ventilen und verwandten Komponenten empfangen und interpretieren und den Betrieb der Magnetspule steuern kann, wodurch die Leistung des Hydraulikcartridgeventils gesteuert wird. Magnetspulen der vorliegenden Erfindung sind wahlweise über eine Befestigungsmutter an dem Cartridgeventil befestigt und weisen mehrere Stifte zum direkten Anbringen der Spule an der Leiterplatte auf. Alternative Geometrien für das leiterplattenverbindende elektrische Anhängsel werden ohne Einschränkung in Betracht gezogen. Bei der vorliegenden Erfindung liefern diese Stifte eine elektrische Verbindung zu der in dem Spulengehäuse enthaltenen Drahtspule und sorgen auch für die Anbringung. Diese Stifte werden wahlweise an die Leiterplatte gelötet, um sowohl die benötigten elektrischen als auch mechanischen Verbindungen zu der Leiterplatte leicht und mit minimalen Kosten herzustellen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine Perspektivansicht eines Verteilers mit einer direkt an einer Leiterplatte der vorliegenden Erfindung angebrachten Magnetspule;

2 ist eine Perspektivansicht der Magnetspule der vorliegenden Erfindung und

3 ist eine Perspektivansicht einer Leiterplatte mit befestigten Magnetspulen der vorliegenden Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine Hydraulikeinheit 10 mit einem Verteilerblock 12 gezeigt, der mit der Hydraulikeinheit 10 in Fluidverbindung steht und mehrere herkömmliche Hydraulikcartridgeventile aufnimmt. Die Hydraulikeinheit 10 enthält mehrere Magnetspulen 14, die wahlweise durch Befestigungsmuttern 16 an den Hydraulikcartridgeventilen befestigt sind. Die Hydraulikeinheit 10 enthält weiterhin eine an den Magnetspulen 14 befestigte Leiterplatte 18. Der Fachmann versteht, daß die Magnetspulen mit anderen Mitteln als Muttern angebracht werden können, wie etwa einer Anbringung an einer montierten Leiterplatte, oder alternativ durch eine Druckplatte, die mehrere Magnetspulen an ihren jeweiligen Ventilschäften befestigt.
Der Verteilerblock 12, der üblicherweise aus Aluminium oder anderen Metallen besteht, enthält mehrere Hydraulikcartridgeventile, die zum Steuern des Flusses des darin fließenden Hydraulikfluids verwendet werden. Der Hydraulikverteiler kann auch Cartridgeventile 13, die nicht vom Magnetspulentyp sind, und Cartridge ventile vom Magnetspulentyp mit dem herkömmlichen Design 15 enthalten. Solche Ventile mit dem herkömmlichen Design würden mit Drähten 17 vom Standarddesign mit der Steuerschaltung verbunden sein.
Die Magnetspule 14, wie in 2 gezeigt, besteht aus einem Gehäuse 20, daß eine nicht gezeigte Drahtspule kapselt. Die Magnetspule 14 enthält weiterhin ein Durchgangsloch 22 zum Aufnehmen des Hydraulikcartridgeventils, um die Magnetspule 14 an dem Cartridgeventil zu befestigen. Genauer gesagt ist die Magnetspule 14 über einem nicht gezeigten Ventilschaft des Hydraulikcartridgeventils befestigt, der sich so von dem Verteiler 12 aus erstreckt, daß das Hydraulikcartridgeventil das Durchgangsloch 22 der Magnetspule 14 in Eingriff nimmt. Die Befestigungsmutter 16 wird dann an dem Ventilschaft festgeschraubt, um die Magnetspule 14 an dem Cartridgeventil zu befestigen. Die Magnetspule 14 enthält außerdem mehrere Stifte 24, die mit der Drahtspule der Magnetspule 14 verbunden sind und sowohl eine elektrische als auch eine mechanische Verbindung der Magnetspule 14 mit der Leiterplatte 18 gestatten. Als solche verwendet die Magnetspule 14 Stifte 24 zum direkten Anbringen an der Leiterplatte 18. Da Magnetspulen 14 in der Regel mit einer Drahtspule hergestellt werden, die eine festgelegte Anzahl an Wicklungen umfaßt, die zum Betätigen mit einer spezifischen Spannung erforderlich sind, gestattet die vorliegende Erfindung die Verwendung von mehreren Magnetspulen 14, die entweder in einer seriellen oder parallelen Konfiguration in die Leiterplatte 18 gesteckt oder wahlweise an sie angelötet sind. Beispielsweise können zwei Magnetspulen 14, die für Betrieb bei 12 V ausgelegt sind, in Reihe geschaltet werden, um ein System zu berücksichtigen, das für den Betrieb bei 24 V ausgelegt ist. Spulen werden wahlweise individuell betrieben, wenn die Verteileranforderungen dies diktieren.
Die Leiterplatte 18 ist eine herkömmliche Leiterplatte, die dafür ausgelegt ist, die Stifte 24 der Magnetspule 14 aufzunehmen. Die Leiterplatte 18 kann auch über einen elektrischen Verbinder 23 mit einer entfernten Steuereinheit verbunden sein. Alternativ kann die Leiterplatte weiterhin einen elektronischen Controller oder eine Mikrocontrollerschaltung 22 enthalten. Diese Controllerschaltung kann wahlweise so ausgelegt sein, daß sie Befehle über ein CAN-(Controller Area Network)-Netz empfängt und überträgt, wodurch der gewünschte Steuerzustand für jede Magnetspule gesteuert wird. Die Leiterplatte 18 enthält weiterhin Leiterplattenbahnen 20, die die Stifte 24 der Spulen 14 mit Erddrähten verbinden, und wahlweise mit Steuerdrähten der angebrachten Mikrocontrollerschaltung. Als solches steuert ein elektronisches Steuersystem, das über die Leiterplatte 18 wirkt, die Magnetspule 14, wodurch das Hydraulikcartridgeventil gesteuert wird. In der Praxis ist eine Magnetspule 14 an einer Leiterplatte 18 befestigt, um beim Steuern eines Hydraulikcartridgeventils verwendet zu werden, das im Verteiler 12 einer Hydraulikeinheit 10 untergebracht ist. Ein mit der Leiterplatte 18 verbundenes computerisiertes Steuersystem sendet Steuersignale durch die Leiterplatte 18, um die Magnetspule 14 zu bestromen, wodurch das Cartridgeventil in eine geöffnete oder geschlossene Position oder zu einem gewünschten Punkt dazwischen verschoben wird.
Der Fachmann versteht, daß zusätzliche elektrische und Meßkomponenten wahlweise an der Leiterplatte 18 angebracht sein können. Beispielsweise sind ein Drucksensor, ein Druckschalter, ein Temperatursensor, ein Transistor, ein Impulsbreitenmodulationsverstärker und andere Komponenten möglich.
Weiterhin erkennt der Fachmann außerdem, daß die vorliegende Erfindung mit „starren" Leiterplatten verwendet werden kann, wie etwa Platten, die aus FR4- Material bestehen. Auf die gleiche Weise funktioniert die vorliegende Erfindung auch mit flexiblen Leiterplatten unterschiedlicher Arten.
Es ist deshalb ersichtlich, daß diese Erfindung durch die Verwendung einer direkt an einer Leiterplatte angebrachten Magnetspule gestattet, daß Hydraulikcartridgeventile von einem computerisierten oder anderen elektrischen Controller gesteuert werden, ohne daß volumige Kabel und Festverdrahtung nötig wären.

Claims

Hydraulikeinheit, die folgendes umfaßt: einen Verteiler in Fluidverbindung mit der Hydraulikeinheit; mehrere Hydraulikcartridgeventile, die beweglich in dem Verteiler aufgenommen sind; eine Leiterplatte und Magnetspulen, die an der Leiterplatte befestigt sind und operativ mit den Cartridgeventilen verbunden sind, damit die Cartridgeventile von den Magnetspulen gesteuert werden können.
Hydraulikeinheit nach Anspruch 1, die weiterhin einen Computer in elektronischer Verbindung mit der Leiterplatte umfaßt, wobei der Computer den Betrieb der Magnetspule steuert.
Hydraulikeinheit nach Anspruch 2, wobei ein Computer über ein CAN (Controller Area Network) mit der Leiterplatte verbunden ist.
Hydraulikeinheit nach Anspruch 1, wobei die Magnetspulen mehrere Stifte zum direkten Anbringen der Spulen an der Leiterplatte aufweisen.
Hydraulikeinheit nach Anspruch 1, die weiterhin Befestigungsmuttern zum Befestigen der Magnetspulen an den Cartridgeventilen umfaßt.
Hydraulikcartridgeventil, das beweglich in einem Verteiler aufgenommen ist, der mit einer Hydraulikeinheit in Fluidverbindung steht, umfassend: eine Magnetspule, die an dem Cartridgeventil befestigt ist und mit diesem operativ verbunden ist; und eine Leiterplatte, die an der Magnetspule befestigt ist und mit dieser in elektronischer Verbindung steht.
Einrichtung nach Anspruch 6, die weiterhin einen Computer umfaßt, der mit der Leiterplatte in elektronischer Verbindung steht, wobei der Computer den Betrieb der Magnetspule steuert.
Einrichtung nach Anspruch 7, wobei der Computer über eine CAN-Schaltung mit der Leiterplatte verbunden ist.
Einrichtung nach Anspruch 6, wobei die Magnetspule mehrere Stifte zum direkten Anbringen der Spule an der Leiterplatte aufweist.
Einrichtung nach Anspruch 6, die weiterhin eine Befestigungsmutter zum Befestigen der Magnetspule an dem Cartridgeventil umfaßt.
Magnetspule zum Steuern eines Hydraulikcartridgeventils, umfassend: ein Gehäuse zum Aufnehmen einer Drahtspule; mehrere mit der Drahtspule verbundene Stifte zum Befestigen der Magnetspule an einer Leiterplatte; Mittel zum Befestigen der Magnetspule an dem Hydraulikcartridgeventil.
Hydraulikeinheit nach Anspruch 1, wobei die Leiterplatte mindestens einen elektrischen Verbinder enthält.
Hydraulikeinheit nach Anspruch 1, wobei die Leiterplatte mindestens einen Mikrocontroller enthält.
Hydraulikeinheit nach Anspruch 13, wobei der Mikrocontroller operativ mit mindestens einer externen Einrichtung durch eine elektronische Netzverbindung verbunden ist.
Hydraulikeinheit nach Anspruch 14, wobei das Netz ein CAN ist.
Hydraulikeinheit nach Anspruch 1, weiterhin mit einer CAN-Schaltung.
Hydraulikeinheit nach Anspruch 1, wobei ein Drucksensor mit der Leiterplatte verbunden ist.
Hydraulikeinheit nach Anspruch 1, wobei ein Druckschalter mit der Leiterplatte verbunden ist.
Hydraulikeinheit nach Anspruch 1, wobei ein Temperatursensor mit der Leiterplatte verbunden ist.
Hydraulikeinheit nach Anspruch 1, wobei ein Transistor mit der Leiterplatte verbunden ist.