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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisch betätigtes Ventil, das insbesondere als Rückschlagventil ausgebildet und insbesondere für den Betrieb von hydraulischen Arbeitsmaschinen (Pumpen oder Motoren) vorgesehen ist, die nach dem DDU-Prinzip arbeiten, wobei das Ventil eine integral ausgebildete Ansteuereinrichtung aufweist.
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Die erfindungsgemäßen Ventile werden insbesondere als Rückschlagventile für die Ansteuerung von solchen hydraulischen Arbeitsmaschinen verwendet, wie sie in der
WO 1990003519 A1 , der
WO 2004025122 A1 oder auch der
EP 1537333 B1 beschrieben sind. Die Rückschlagventile sind bevorzugt als Sitzventile ausgeführt, können aber auch als druckausgeglichene oder nicht druckausgeglichene Schieber- oder Sitzschieberventile ausgebildet sein, die nicht zwingend als Rückschlagventil arbeiten. Diese Druckschriften offenbaren Hydromaschinen in Axial- oder Radialkolbenbauweise, die im Prinzip als Motor oder als Pumpe betrieben werden können, wobei das Förder- bzw. Schluckvolumen über die Ventilsteuerung stufenlos verstellbar ist. Diese bekannte Hydromaschine ist beispielsweise als Axialkolbenmaschine ausgeführt, wobei eine Vielzahl von in einem Zylinder angeordneten Kolben an einer drehbar gelagerten Taumelscheibe abgestützt ist. Jeder Kolben begrenzt mit dem zugeordneten Zylinderraum einen Arbeitsraum, der über ein niederdruckseitiges Ventil und ein hochdruckseitiges Ventil mit einem Druckmittelzulauf oder einem Druckmittelablauf verbindbar ist.
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Bei der bekannten Lösung sind die Ventile als elektrisch entsperrbare bzw. sperrbare Rückschlagventile ausgeführt, die über die Pumpensteuerung so ansteuerbar sind, dass der jeweilige Arbeitsraum im „Voll-Leistungsbetrieb”, im „Partiell-Leistungsbetrieb” oder im „Leerlauf” betrieben werden kann. Dadurch kann das Förder- bzw. Schluckvolumen stufenlos von einem Maximalwert auf 0 verstellt werden. Über eine entsprechende elektronische Ansteuereinheit wird die Hydromaschine nach einem Regelalgorithmus betrieben, um einen möglichst pulsationsarmen Summen-Fördervolumenstrom (Pumpe) oder Summen-Schluckvolumenstrom (Motor) zu erzielen. Die Volumenstromverstellung erfolgt häufig nach einer Phasenanschnittssteuerung, sie kann jedoch auch nach einer Phasenabschnitts- oder Phasenausschnittssteuerung durchgeführt werden.
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Hydromaschinen mit einem über die Ventilsteuerung veränderbaren Schluck-/Fördervolumen nennt man auch Digital-Displacement-Units (DDU). Dabei sind grundsätzlich alle Verdrängerprinzipien anwendbar.
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Bei diesen bekannten Hydromaschinen erfolgt die Betätigung der elektromagnetischen Rückschlagventile durch geeignete Ansteuerung ihrer Spulen, so dass der Anker eine entsprechende Bewegung ausführt. Die Ansteuerung der Spulen erfolgt nach Vorgabe von Signalen aus der elektronischen Ansteuereinheit, die in Übereinstimmung mit dem jeweiligen Regelalgorithmus aufbereitet sind, wobei die Signale aus dieser elektronischen Ansteuereinheit dann für jedes Rückschlagventil einzeln von einer eigenen, für jedes Ventil separat vorgesehenen elektronischen Ansteuereinrichtung so aufbereitet bzw. verstärkt werden, dass sie für den Betrieb (Ein/Ausschalten) der Spule geeignet sind. Die letztgenannte elektronische Ansteuereinrichtung ist daher in unmittelbarer Nähe der Spule angeordnet und bildet zweckmäßig mit ihrem Rückschlagventil eine einstückige bzw. integrale Baueinheit.
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Bei den bekannten Rückschlagventilen dieser Art ist die mit dem Ventil eine Baueinheit bildende elektronische Ansteuereinrichtung auf einer gedruckten Leiterplatte (printed circuit board ”PCB”) ausgebildet. Auf dieser gedruckten Leiterplatte sind die erforderlichen Bauteile in bekannter Weise aufgelötet oder in SMD-Technik mit dieser verbunden.
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DDU-Hydromaschinen und damit auch ihre Rückschlagventile sind sowohl durch die genannte Arbeitsweise als auch durch ihre typische Arbeitsumgebung negativen Umwelteinflüssen ausgesetzt, wie insbesondere starken Vibrationen, Verschmutzungen und großen Temperaturschwankungen. Durch die integrale Verbindung der Leiterplatte mit dem jeweiligen Rückschlagventil ist letztlich auch ihre empfindliche Elektronik den gleichen Umwelteinflüssen ausgesetzt. In der Praxis ergeben sich daher bislang nicht unerhebliche Probleme mit der Zuverlässigkeit der Ansteuerelektronik der Ventile.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein elektromagnetisch betätigtes Ventil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und seine Ansteuerelektronik so weiterzubilden, dass die Zuverlässigkeit wesentlich verbessert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Maßnahme gelöst.
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Die Erfindung sieht somit vor, für die Ansteuerelektronik eine Leiterplatte zu verwenden, die in Hybrid-Technologie hergestellt ist. Derartige in Hybrid-Technologie hergestellte Leiterplatten sind wesentlich robuster gegenüber Umwelteinflüssen jeder Art, wie insbesondere gegenüber starken Vibrationen, Verschmutzungen und großen Temperaturschwankungen. Durch diese vorteilhaften Eigenschaften einer Hybrid-Leiterlatte wird auch die Zuverlässigkeit des damit betätigten, einstückig mit der Leiterplatte verbundenen Ventils entsprechend erhöht.
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Ein weiterer Vorteil der Verwendung einer in Hybrid-Technologie hergestellten Leiterplatte liegt schließlich darin, dass bei ausreichender Stückzahl Kostenvorteile gegenüber einer herkömmlichen Leiterplatte entstehen, so dass die Produktionskosten für das komplette Ventil entsprechend verringert werden können. Die vorliegende Erfindung bietet sich daher insbesondere auch für die Massenfertigung an.
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Die Zuverlässigkeit der Elektronik und damit des Ventils kann gemäß Anspruch 2 noch dadurch gesteigert werden, dass als Basismaterial der Hybrid-Leiterplatte Keramikmaterial verwendet wird.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematisierte Darstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils; und
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2A und 2B eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventils, wobei 2B eine Draufsicht der in 2A gezeigten Schnittansicht ist.
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Im Folgenden wird zunächst anhand von 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung näher erläutert. Diese Figur zeigt ein Rückschlagventil 2, wie es typischerweise für eine hydraulische DDU-Maschine verwendet wird; Die Spule des Ventils 2 betätigt einen Anker, der seinerseits im Ventil eine entsprechende Bewegung hervorruft. Die Spule ist elektrisch mit einer Hybrid-Leiterplatte 1 verbunden, die einstückig an dem Ventil 2 befestigt ist, so dass sie mit diesem eine integrale Einheit bildet. Die Hybrid-Leiterplatte 1 empfängt über eine (nicht gezeigte) Ansteuereinheit der DDU-Maschine Steuersignale, die sie nach geeigneter Aufbereitung bzw. Verstärkung durch die in ihr befindlichen elektronischen Bauteile an die Spule anlegt.
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Die erfindungsgemäß in Hybrid-Technologie hergestellte Leiterplatte 1 ist sehr robust gegenüber Umwelteinflüssen jeder Art, wie insbesondere gegenüber starken Vibrationen, Verschmutzungen und großen Temperaturschwankungen, so dass sich das gesamte Ventil 2 durch entsprechend hohe Zuverlässigkeit auszeichnet. Die wesentlichen Vorteile der Hybrid-Technologie sind z. B. in der Website www.aft-microwave.com erläutert, auf die vollinhaltlich Bezug genommen wird.
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Bei der in den 2A und 2B gezeigten zweiten Ausführungsform sitzt auf der Hybrid-Leiterplatte 1 auf ihrer dem Ventil 2 abgewandten Seite eine elektrische Steckervorrichtung 3, die den Anschluss eines Kabels zur Verbindung mit der vorstehend erwähnten Ansteuereinheit der DDU-Maschine gestattet.
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Bei beiden Ausführungsformen der Erfindung kann für die Hybrid-Leiterplatte 1 Keramikmaterial verwendet werden, so dass sich die Zuverlässigkeit ggf. noch steigern lässt. Weiterhin ist es ggf. von Vorteil, die Hybrid-Leiterplatte 1 als Dickschicht-Hybridschaltung auszubilden.
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Die Erfindung ist nicht auf das in den Ausführungsformen gezeigte Rückschlagventil für DDU-Maschinen beschränkt, sondern kann allgemein bei allen Magnetventilen angewandt werden, die starken Umwelteinflüssen ausgesetzt sind. Beispielsweise kann es sich bei den erfindungsgemäßen Rückschlagventilen um Sitzventile handeln; die Erfindung ist aber auch für die Ansteuerung von druckausgeglichenen oder nicht druckausgeglichenen Schieber- oder Sitzschieberventilen geeignet, die nicht unbedingt als Rückschlagventile arbeiten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hybrid-Leiterplatte
- 2
- Ventil
- 3
- Steckervorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 1990003519 A1 [0002]
- WO 2004025122 A1 [0002]
- EP 1537333 B1 [0002]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- www.aft-microwave.com [0017]
