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Die
Erfindung betrifft eine Proportionalverstärker-Steckereinheit mit einem
Gehäuse
zur stell Ansteuerung und Versorgung von magnetbetätigten Hydraulikventilen.
Das Gehäuse
weist einen Aufsteckbereich auf das Hydraulikventil – genauer
zum Aufstecken auf den Stecksockel eines Magneten des Hydraulikventils – und eine
Kabelzuführung
für einen Versorgungseingang
und einen Sollwerteingang der Proportionalverstärker-Steckereinheit auf.
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Aus
dem Datenblatt der Firma Rexroth RD 30116 von März 2007 ist eine derartige
Proportionalverstärker-Steckereinheit
bekannt. 6 zeigt eine schematische, teilweise
geöffnete
Draufsicht auf die bekannte Proportionalverstärker-Steckereinheit 30 mit
einem Gehäuse 2.
Dieses Gehäuse 2 weist
auf seiner hier nicht gezeigten Unterseite einen Aufsteckbereich
auf das Hydraulikventil auf. Die hier schematisch dargestellte,
teilweise geöffnete
Draufsicht hat einerseits eine Kabelzuführung 4 mit einem fest
montierten vieradrigen Zuleitungskabel 18, das mit Hilfe
einer Klemmverschraubung 33 zugentlastet in dem Gehäuse 2 fixiert
ist.
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Über interne
Anschlussklemmen 14, 15, 16 und 17 sind
die passgenau zugeschnittenen Kabeladern 23 bis 26 als
interne Verdrahtung 13 mit einzelnen internen Anschlussklemmen 14 bis 17 auf
einer Schaltungsplatine 32 fixiert. Dabei bilden die Kabeladern 23 und 24 an
den internen Anschlussklemmen 14 und 15 den Versorgungseingang 5 auf
der Platine 32 und die Kabeladern 25 und 26 auf
den internen Anschlussklemmen 16 und 17 bildenden
Sollwerteingang 6. Da in der Anlagentechnik eine Vielzahl
von Hydraulikventilen über
eine derartige Proportionalverstärker-Steckereinheit 30 anzuschließen sind,
ist das Anklemmen und maßgerechte
Anpassendes Zuleitungskabels 18 mit einem erheblichen Arbeitsaufwand
verbunden, zumal die Länge
des Zuleitungskabels 18 je nach Anwendungsfall unterschiedlich
anzupassen ist.
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Hinzu
kommt, dass die Schaltungsplatine 32 gegenüber dem
Gehäuse 2 je
nach Anwendungsfall bis zu 270° in
Stufen von 90° in
unterschiedlicher Drehausrichtung zu montieren ist, so dass das
Gehäuse
in entsprechender Ausrichtung auf das Hydraulikventil aufsteckbar
ist. Dies erlaubt es, die Richtung festzulegen, in welcher das Zuleitungskabel 18 von
dem Hydraulikventil abgehen soll. Dementsprechend sind jeweils unterschiedliche
Längen
für die
interne Verdrahtung 13 bzw. für die Kabeladern 23 bis 26 vorzusehen,
was einen erheblichen Arbeits- und Montageaufwand erfordert. Da
vor Ort die Proportionalverstärker-Steckereinheiten
zu montieren sind, besteht zusätzlich
die Gefahr einer Fehlbelegung der Anschlussklemmen bzw. der Zuordnung
der Kabeladern 23 bis 26 zu den internen Anschlussklemmen 14 bis 17.
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Die
bekannte Proportionalverstärker-Steckereinheit
ist zudem nur bis zu einer Umgebungstemperatur von 50°C ausgelegt,
was den Einsatzbereich einschränkt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, Nachteile im Stand der Technik zu überwinden
und eine Proportionalverstärker-Steckereinheit zu
schaffen, die z. B. einen erweiterten Temperaturbereich zulässt, und
die z. B. zuverlässig
und schnell auf dem Hydraulikventil variabel montierbar ist, wobei
grundsätzlich
die Gefahr von Fehlanschlüssen
in der Proportionalverstärker-Steckereinheit auszuschließen ist.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche jeweils
gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß wird eine
Proportionalverstärker-Steckereinheit
mit einem Gehäuse
zur Versorgung und Ansteuerung von magnetbetätigten Hydraulikventilen geschaffen.
Das Gehäuse
weist einen Aufsteckbereich auf das Hydraulikventil und eine Kabelzuführung für einen
Versorgungseingang und einen Sollwerteingang der Proportionalverstärker-Steckereinheit
auf. Ferner weist das Gehäuse
für die
Kabelzuführung
ein Außengewinde
und einen mehrpoligen Stecker mit Steckelementen auf. Die Steckelemente
sind über
eine interne Verdrahtung mit internen Anschlusseinrichtungen, z.
B. Klemmen oder Lötpunkten
auf einer Leiterplatte verbunden. Der Querschnitt der internen Verdrahtung
ist für
einen maximalen Strom IM von IM =
1 A vorzugsweise für
einen maximalen Strom IM von IM =
2 A ausgelegt. Insbesondere kann der Querschnitt der internen Verdrahtung
zumindest für
einzelne Adern, insbesondere für
die Adern einer Stromversorgung Querschnitte von größer 0,5
mm2 pro Kabelader vorzugsweise 0,75 mm2 aufweisen. Derartige Aderquerschnitte stützen die
Wärmeabfuhr
von einer internen Elektronik über
die interne Verdrahtung, so dass die Proportionalverstärker-Steckereinheit
bei Umgebungstemperaturen von über
60°C, z.
B. bis 70°C
eingesetzt werden kann.
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Diese
Proportionalverstärker-Steckereinheit hat
den Vorteil, dass ein fehlerhaftes Anklemmen eines Zuleitungskabels,
das bisher vor Ort zu montieren war, praktisch ausgeschlossen ist,
da die interne Verdrahtung in Form von Zuleitungen von dem mehrpoligen
Stecker mit Steckelementen durch eine interne Verdrahtung zu den
einzelnen internen-Anschlussklemmen vorgefertigt und durch entsprechende
Kodierungsmaßnahmen
im Stecker praktisch ausgeschlossen sind. Da die interne Verdrahtung
den Magnetspulenstrom zumindest im Bereich des Versorgungseingangs
sicherstellen muss, sind entsprechend große Querschnitte für die interne
Verdrahtung vorgesehen.
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Zudem
ist erfindungsgemäß ein Zuleitungskabel
für eine
Proportionalverstärker-Steckereinheit angegeben,
welches über
eine Steckbuchse als passendes Gegenstück zum mehrpoligen Stecker
einer Proportionalverstärker-Steckereinheit
verfügt,
und welches für
Versorgungsströme
von zumindest 1 A, vorzugsweise 2 A oder 2,5 A ausgelegt ist. Dazu
werden insbesondere Adernquerschnitte von größer 0,5 mm2 pro
Ader, vorzugsweise größer gleich
0,75 mm2 verwendet.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung weist die Proportionalverstärker-Steckereinheit ein Zuleitungskabel
auf, das an einem ersten Ende in eine mehrpolige Steckbuchse mit Überwurfmutter und
Innengewinde zum Fixierender Steckbuchse auf dem Außengewinde
der Kabelzuführung
der Proportionalverstärker-Steckereinheit übergeht.
An einem zweiten Ende kann dieses Zuleitungskabel einen mehrpoligen
Stecker mit Außengewinde
oder einen Adapter zu anderen Steckersystemen aufweisen. Dieses
hat den Vorteil, dass genormte Zuleitungska bel, wie sie beispielsweise
für SAC-Sensorkabel üblich sind,
mit unterschiedlichen Längen
eingesetzt werden können
und die Längen
der Zuleitungskabel nicht vor Ort anzupassen sind.
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Die
für Sensorsignalübertragungen
ausgelegten SAC-Sensorkabel sind jedoch in ihrem Querschnitt zu
gering, um einen Magnetspulenstrom IM von
IM = 1 A mit geringem Spannungsverlust zu
leiten. Damit Magnetspulenströme
IM von IM = 1 A
durch die interne Verdrahtung und das Zuleitungskabel fließen können werden
Leiterquerschnitte von größer 0,5
mm2 pro Kabelader, vorzugsweise von größer gleich
0,75 mm2 pro Kabelader vorgesehen.
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Außerdem ist
es vorgesehen derartige Querschnitte vorzugsweise für die interne
Verdrahtung einzusetzen, da die internen Verdrahtungskabel über entsprechend
groß ausgelegte
Anschlussklemmen mit der Elektronik vorzugsweise auf einer Leiterplatte elektrisch
und thermisch in Verbindung stehen und somit die interne Verdrahtung
die Wärmeabfuhr
für die
Elektronik derart stützen
kann, dass auf zusätzliche
Kühlelemente
verzichtet werden kann. Auch die für die Flexibilität der Proportionalverstärker-Steckereinheit
vorgesehene Verlängerung
der internen Verdrahtung unterstützt
die Wärmeabfuhr
der Verlustwärme
der internen Elektronik über
das Gehäuse und/oder über die
Steckerstifte und den vorzugsweise vorgesehenen M12 Stecker an die
Umgebung.
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Dazu
ist es vorgesehen, dass der mehrpoligen Stecker des Gehäuses und
der mehrpoligen Stecker des Zuleitungskabels ein metrisches Außengewinde
aufweisen, wobei die Überwurfmutter
der Steckbuchse des Zuleitungskabels ebenfalls ein metrisches Innengewinde
besitzt. Dabei hat sich herausgestellt, dass ein metrisches Gewinde
M12 ausreicht, um die erforderlichen Quer schnitte für die Steckelemente
der mehrpoligen Stecker bzw. der mehrpoligen Steckbuchsen zu realisieren.
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Vorzugsweise
weist die Proportionalverstärker-Steckereinheit
eine proportionale Sollwert-Stromkennlinie für Sollwerte zwischen 0 und 100%
auf. Diese Kennlinie bildet eine ansteigende Rampe im Einschaltvorgang
und eine abfallende Rampe im Abschaltvorgang.
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Außerdem ist
es vorgesehen, dass die Proportionalverstärker-Steckereinheit eine Versorgungsspannungsumschaltung
von 12 auf 24 V und umgekehrt aufweist und für maximale Betriebsspannungen bis
35 V ausgelegt ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung weist die Proportionalverstärker-Steckereinheit in dem
Gehäuse
eine Schaltungsplatine auf, die um eine zentrale Hochachse zwischen
0° und 360° in Stufen
von 90° umsteckbar
ist. Um dieses jedoch zu gewährleisten,
ohne die interne Verdrahtung ändern zu
müssen,
sind die Längen
der Kabeladern zwischen den Steckelementen des Steckers und den
internen Anschlussklemmen entsprechend vorgesehen, damit derartige
Verdrehungen der Schaltungsplatine gegenüber dem Steckergehäuse möglich werden.
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Vorzugsweise
kann damit die Kabelzuführung
mit Gehäuse
relativ zur Achse des magnetbetätigten
Hydraulikventils zwischen 0° und
360° in
Stufen von 90° umgesetzt
werden.
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Die
Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
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1 zeigt mit den 1A bis 1C schematische
Ansichten einer Proportionalverstärker-Steckereinheit gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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2 zeigt mit den 2A bis 2D Anbaumöglichkeiten
der Proportionalverstärker-Steckereinheit
gemäß 1 an ein magnetbetätigtes Hydraulikventil;
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3 zeigt
eine schematische, teilweise aufgeschnittene Ansicht eines Zuleitungskabels
mit mehrpoliger Steckbuchse;
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4 zeigt
einen prinzipiellen Schaltungsaufbau der Proportionalverstärker-Steckereinheit
gemäß 1;
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5 zeigt
eine schematische Kennlinie für eine
proportional ansteigende Rampenfunktion im Einschaltvorgang eines
magnetbetätigten
Hydraulikventils;
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6 zeigt
eine schematische Draufsicht auf eine Proportionalverstärker-Steckereinheit
gemäß dem Stand
der Technik.
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1 zeigt mit den 1A bis 1C schematische
Ansichten einer Proportionalverstärker-Steckereinheit 1 gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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Dazu
zeigt Figur 1A eine Seitenansicht der Proportionalverstärker-Steckereinheit 1 in
einem Gehäuse 2.
Das Gehäuse 2 weist
einen Aufsteckbereich 3 auf ein magnetbetätigtes Hydraulikventil
und eine Kabelzuführung 4 für einen
Versorgungseingang 5 zwischen Steckelementen 9 und 12 und
einen Sollwerteingang 6 zwischen Steckelementen 11 und 10 eines
mehrpo ligen Steckers 8 auf. Der mehrpolige Stecker 8 ragt
aus dem Gehäuse 2 mit
einem Außengewinde 7 heraus,
und weist zusätzlich
zu den Steckelementen 9 bis 12 einen Kodierungsvorsprung 34 im Bereich
der Innenwandung 35 eines Steckergehäuses 36 auf. Dabei
bildet das Steckergehäuse 36 eine einstückige Einheit
mit dem Gehäuse 2 der
Proportionalverstärker-Steckereinheit 1.
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1B zeigt
eine teilweise aufgeschnittene und abgedeckte Draufsicht auf die
Proportionalverstärker-Steckereinheit 1 mit
dem Gehäuse 2.
In dieser Ausführungsform
geht das Gehäuse 2 als
Kunststoffgehäuse
einstückig
in das Steckergehäuse 36 über, auf
dem ein metrisches Außengewinde 7 angeordnet
ist, über
das eine Überwurfmutter 21 einer
in 1C schematisch im Querschnitt gezeigten mehrpoligen
Steckerbuchse 20 aufgeschraubt werden kann. Diese Steckerbuchse 20 kann
mit ihrer Überwurfmutter 21 und
mit ihren Steckbuchsenelementen 37 und 38 auf
die Steckelemente 9 und 10 geschoben und anschließend durch
Verschrauben fixiert werden.
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In
dem Gehäuse 2 wird
in der 1B eine schematische Draufsicht
auf eine Schaltungsplatine 32 gezeigt, die interne Anschlussklemmen 14 bis 17 aufweist,
welche über
eine interne Verdrahtung 13 mit den Steckelementen 9 und 10 des
Steckers 8 elektrisch in Verbindung stehen. Die Längen der
einzelnen Kabeladern 23 bis 26 sind überlang
gewählt, um
das Gehäuse 2 gegenüber der
Schaltungsplatine 32 unterschiedlich auszurichten, ohne
dass die interne Verdrahtung umzuklemmen ist. Damit wird gleichzeitig
eine gegenüber
dem Stand der Technik verbesserte Sicherheit gegen Fehlbelegungen
der Anschlussklemmen erreicht, da ein Umklemmen bei einer relativen
Verdrehung zwischen 0° und
360° des Gehäuses 2 stufenweise
um 90° gegenüber der
Platine 32 nicht erforderlich ist.
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2 zeigt mit den 2A bis 2D Anbaumöglichkeiten
der Proportionalverstärker-Steckereinheit 1 an
ein magnetbetätigtes
Hydraulikventil. Das magnetische Hydraulikventil ist hier nicht
gezeigt, lediglich die Lage der Hauptachse 31 des hydraulischen
Magnetventils ist mit einer Doppelpunktgestrichelten Linie zu sehen,
wobei der in 1A gezeigte Anschlussbereich 3 zu
diesem Magnetventil relativ zur Schaltungsplatine nicht verändert ist.
Das heißt,
die Schaltungsplatine bleibt entsprechend der Achse 31 des
Hydraulikventils immer in gleicher Richtung ausgerichtet. Das bedeutet
auch, dass beim Einsetzen des Gehäuses 2 unter stufenweiser Änderung
des Winkels des Steckers 8 gegenüber der Achse 31 des
Hydraulikventils die internen Anschlussklemmen 14 bis 17 ihre
Ausrichtung und Position beibehalten, während die interne Verdrahtung 13 entsprechend
anzupassen wäre.
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Aufgrund
der wie oben bereits erwähnten Überlänge der
internen Verdrahtung 13 ist es jedoch möglich, die feste Zuordnung
zwischen Steckerelementen (9, 10) und Anschlussklemmen
(14, bis 17) beizubehalten, da lediglich der Verlauf
der Kabeladern 23 bis 26 bei, gleich bleibender Überlänge an die
unterschiedlichen Ausrichtungen des Gehäuses 2 anzupassen
sind.
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3 zeigt
eine schematische, teilweise aufgeschnittene Ansicht eines Zuleitungskabels 18 mit mehrpoliger
Steckbuchse 20. Diese Steckbuchse 20 ist an einem
ersten Ende 19 eines Zuleitungskabels 18 mit den
Kabeladern 23 bis 26 angeordnet. Jeder Kabelader
ist ein Steckbuchsenelement 37 bzw. 38 zugeordnet,
wobei auf der Steckbuchse 20 eine verschiebliche Überwurfmutter 21 angeordnet
ist, die wie bereits in1C gezeigt auf ein Außengewinde des
dort gezeigten Steckers der Proportionalverstärker-Steckereinheit aufschraubbar
ist. Das zweite Ende des Zuleitungskabels 18 ist hier nicht
gezeigt, aber wird entweder mit einem entsprechenden metrischen
Stecker mit Außengewinde
abgeschlossen oder es weist einen Adapter zu anderen Steckernormen
auf.
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4 zeigt
einen prinzipiellen Schaltungsaufbau der Proportionalverstärker-Steckereinheit 1 gemäß 1. Auf der linken Seite des Schaltungsdiagramms
ist der Bereich der Kabelzuführung 4 mit
einer gestrichelten Linie gekennzeichnet und auf der rechten Seite
des Blockschaltbilds ist der Aufsteckbereich 3 der Proportionalverstärker-Steckereinheit, der
auf das Hydraulikventil zur Versorgung des Steuermagneten 40 über die
Anschlüsse 41 und 42 aufgesteckt
ist, angeordnet. Die Anschlüsse 41 und 42 stehen
mit einer Stromendstufe 47 in Verbindung, wobei dem Gleichstrom
für den
Steuermagneten 40 eine Ditherfrequenz überlagert wird, die von einer Frequenzbereichskorrektur 46 vorgegeben
werden kann.
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Die
Stromendstufe 47 folgt mit der Stromeinspeisung an den
Steuermagneten 40 einer Kennlinie wie sie 5 zeigt,
wobei eine Steuerspannung U vorgegeben wird, und eine in diesem
Fall Anstiegsrampe 28 für
die Stromkennlinie 27. Je nach gefordertem Nennstrom und
entsprechender Rampenzeiteinstellung mit Hilfe von Rampenzeitpotentiometern 45 kann
eine ansteigende Rampe 28 oder eine abfallende Rampe 29 und
die Zeit des Anstiegs bzw. Abstieg mit Hilfe der zwei Rampenzeitpotentiometer 45 eingestellt
werden. Diese Rampenfunktion, wie sie Block 49 zeigt, gibt
Sollwerte vor, die mit einem Sollwertabschwächer 44 noch korrigiert
werden können und
zusätzlich
durch ein Nullpunktpotentiometer 43 einstellbar sind. Selbst
dann, wenn an dem Sollwerteingang 6 praktisch eine Sprungfunktion
in dem Sollwerteingabeblock 39 eingegeben wird, kann diese mit
Hilfe der Rampenfunktionen des Blockes 49 sowohl im Einschaltbereich
als auch im Abschaltbereich lirearisiert werden. Darüber hinaus
liefert die Kabelzuführung
eine Gleichspannung als Betriebsspannung, die über einen DC/DC-Wandler des Blockes 48 zur
internen Spannungsanpassung abgeglichen werden kann.
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5 zeigt
eine schematische Kennlinie 27 für eine proportional ansteigende
Rampenfunktion 28 im Einschaltvorgang eines magnetbetätigten Hydraulikventils.
Dabei ist es möglich
den Einstellbereich für den
maximalen Strom bis auf 110% des Nennstroms zu steigern. Üblicherweise
werden jedoch die Ströme mit
Hilfe des Sollwertes über
eine Sollwertspannung so gesteuert, dass sie möglichst den Nennstrom mit 100%
in der Stromendstufe nicht überschreiten.
Dabei können
Rampenzeiten von 60 Millisekunden bis 5 Sekunden mit Hilfe der in 4 gezeigten
Rampenzeitpotentiometer 45 eingestellt werden.
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6 zeigt
eine schematische Draufsicht auf eine Proportionalverstärker-Steckereinheit 30 gemäß dem Stand
der Technik, die bereits eingangs erörtert wurde.
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- 1
- Proportionalverstärker-Steckereinheit
(Erfindung)
- 2
- Gehäuse
- 3
- Aufsteckbereich
- 4
- Kabelzuführung
- 5
- Versorgungsspannungseingang
- 6
- Sollwerteingang
- 7
- Außengewinde
- 8
- mehrpoliger
Stecker
- 9
- Steckelement
- 10
- Steckelement
- 11
- Steckelement
- 12
- Steckelement
- 13
- interne
Verdrahtung
- 14
- interne
Anschlussklemme
- 15
- interne
Anschlussklemme
- 16
- interne
Anschlussklemme
- 17
- interne
Anschlussklemme
- 18
- Zuleitungskabel
- 19
- erstes
Ende des Zuleitungskabels
- 20
- mehrpolige
Steckbuchse
- 21
- Überwurfmutter
- 22
- Innengewinde
- 23
- Kabelader
- 24
- Kabelader
- 25
- Kabelader
- 26
- Kabelader
- 27
- Sollwert-Stromkennlinie
- 28
- ansteigenden
Rampe
- 29
- abfallende
Rampe
- 30
- Proportionalverstärker-Steckereinheit
(Stand der Technik)
- 31
- Achse
des Hydraulikventils
- 32
- Schaltungsplatine
- 33
- Klemmverschraubung
- 34
- Kodierungsvorsprung
- 35
- Innenwandung
- 36
- Steckergehäuse
- 37
- Steckbuchsenelement
- 38
- Steckbuchsenelement
- 39
- Sollwerteingabeblock
- 40
- Steuermagnet
- 41
- Anschluss
- 42
- Anschluss
- 43
- Nullpunktpotentiometer
- 44
- Sollwertabschwächer
- 45
- Rampenzeitpotentiometer
- 46
- Frequenzbereichskorrektur
für die
Ditherfrequenz
- 47
- Stromendstufe
- 48
- interner
Spannungsanpassungsblock
- 49
- Block
mit Rampenfunktion
- IS
- Stromsollwert