-
Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung für eine hydraulische Verdrängereinheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Eine hydraulische Verdrängereinheit weist unterschiedliche Betriebszustände auf, die über Prozess- und Zustandsgrößen, wie beispielsweise eine Temperatur, ein Druck, eine Drehzahl einer Triebwelle oder einen Druckmittelvolumenstrom der Verdrängereinheit charakterisierbar sind. Zur Erfassung dieser Größen weist die Verdrängereinheit mehrere, als Sensoranordnung bezeichnete, Sensoren auf.
-
Die Offenlegungsschrift
DE 10 2005 059 564 A1 zeigt eine hydraulische Verdrängereinheit mit einer Fülle von vereinzelten Sensoren, die über die Verdrängereinheit verteilt angeordnet sind. Zur Kontaktierung der einzelnen Sensoren ist dabei ein aufwendiger Kabelbaum vorgesehen, wobei für jeden Sensor ein Kabelbaumstrang notwendig ist.
-
Nachteilig an dieser Lösung ist, dass die verteilt angeordneten Sensoren anfällig für mechanische Beschädigung sind. Zudem ist die Verbindung zur Steuereinheit über den Kabelbaum kostenintensiv und bei Varianten der Verdrängereinheit aufwendig zu handhaben. So benötigt jede Variante einen eigenen Kabelbaum, was einen hohen Konstruktions-, Fertigungs- und Logistikaufwand darstellt. Bei unterschiedlichen Varianten der Verdrängereinheit ist zudem für jede Variante eine individuelle mechanische Bearbeitung der Verdrängereinheit selbst notwendig. Der Aufwand ist dabei umso höher, je größer die Anzahl der Sensoren ist. Für jede Variante der Verdrängereinheit müssen zudem individuelle Schutzvorrichtungen, beispielsweise Schutzbleche, konstruiert, gefertigt und montiert werden.
-
Die Patentschrift
US 6,547,531 B1 zeigt eine hydraulische Verdrängereinheit, mit der die genannten Aufwände reduzierbar sind. Dabei sind mehrere Sensoren zu einer Sensoranordnung räumlich kompakt zusammengefasst angeordnet. Die Sensoranordnung nimmt dabei einen sehr kleinen räumlichen Abschnitt an und in der Verdrängereinheit ein und ist zu seinem mechanischen Schutz von einem Steuerblock umgeben.
-
Unklar bleibt, wie die Vielzahl der Sensoren der Sensoranordnung kontaktiert ist. Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine kompakte Sensoranordnung zu schaffen, die vorrichtungstechnisch einfach kontaktierbar ist.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Sensoranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der Sensoranordnung sind in den Patentansprüchen 2 bis 13 beschrieben.
-
Eine Sensoranordnung für eine hydraulische Verdrängereinheit weist mehrere Sensoren auf, die zumindest abschnittsweise gemeinsam in einem Sensorgehäuse angeordnet sind. Erfindungsgemäß sind dabei diese Sensoren über einen gemeinsamen Stecker kontaktierbar.
-
Die kompakte räumliche Anordnung in dem gemeinsamen Gehäuse erhöht die Robustheit der Sensoranordnung. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist, dass im Schadensfall eines oder mehrerer Sensoren die Zugänglichkeit zu den Sensoren erleichtert ist. Zudem wird eine einheitliche elektrische und elektronische Schnittstelle über den gemeinsamen Stecker bereitgestellt. Durch diesen erfindungsgemäß integrativen Ansatz kann ein herkömmlicher Kabelbaum zur Versorgung vereinzelt angeordneter Sensoren entfallen, was zu einer deutlichen Verringerung von Fertigungsund Montagekosten führt. Ebenso sind auf diese Weise aufwendige mechanische Schutzkonstruktionen für vereinzelte Sensoren und Kabelbaumstränge obsolet. Die Zusammenfassung der Sensoren im gemeinsamen Sensorgehäuse macht es zudem überflüssig, jeden Sensor einzeln einzuhäusen. Es können somit ungehäuste Sensoren verwendet werden, die direkt ins Sensorgehäuse montiert, zum Beispiel geschraubt, gesteckt oder gepresst werden können und die kostengünstig sind. Auf diese Weise ist eine Kostenersparnis im Vergleich zu aktuell verwendeten, kostenintensiven Standardsensoren mit Schutzgehäuse gegeben. Auch ist aufgrund der gemeinsamen Anordnung im Sensorgehäuse nur eine EMV-Schutzmaßnahme für die Sensoren notwendig, wodurch Kosten reduziert sind. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die kompakte Zusammenfassung der Sensoren im Sensorgehäuse eine Variantenanzahl im Vergleich zu Lösungen mit vereinzelten Sensoren deutlich reduzierbar ist. Auch kann eine Mehrfunktionalität durch zusätzliche Sensoren im Sensorgehäuse gegenüber dem heutigen Stand der Technik angeboten werden.
-
In einer bevorzugten Weiterbildung ist der Stecker am Sensorgehäuse angeordnet, insbesondere befestigt. Dadurch ist eine besonders robuste und kompakte Sensoranordnung geschaffen.
-
In einer besonders bevorzugten und vorteilhaften Weiterbildung weist die Sensoranordnung unabhängig von der Art und Anzahl der Sensoren ein fixes Lochbild auf. Dadurch ergibt sich ein standardisiertes Anschlussbild, beziehungsweise eine einheitliche mechanische Schnittstelle hin zur Verdrängereinheit, die einfach auf andere Baureihen beziehungsweise Nenngrößen der Verdrängereinheit übertragbar ist. Durch diese einheitliche Schnittstelle sind Varianten in der Fertigung und damit auch Kosten der Fertigung reduziert und die Sensoranordnung kann universell eingesetzt werden.
-
Besonders kompakt erweist sich das Sensorgehäuse, wenn es für eine Anordnung am Gehäuse der Verdrängereinheit vorgesehen ist.
-
Vorteilhafter Weise sind die Sensoren der Sensoranordnung über den Stecker bestrombar und/oder sie sind über diesen mit einer Steuereinrichtung signalverbindbar. Auf diese Weise übernimmt der Stecker zwei Aufgaben.
-
Besonders bevorzugt weist die Sensoranordnung wenigstens einen Drucksensor und/oder einen Temperatursensor und/oder einen Drehzahlsensor und/oder einen Schwenkwinkelsensor und/oder einen Beschleunigungssensor und/oder einen Lagesensor auf.
-
Dabei ist vorzugsweise über den wenigstens einen Drucksensor ein Arbeitsdruck oder ein Gehäusedruck oder in Speisedruck oder ein Saugdruck oder ein Stelldruck der Verdrängereinheit bestimmbar. Über den wenigstens einen Temperatursensor ist dabei vorzugsweise eine Kreislauftemperatur oder eine Lecköltemperatur oder eine Öleingangstemperatur oder eine Lagertemperatur oder eine Gehäusetemperatur bestimmbar.
-
Es ist möglich, die Sensoren auf einer Leiterplatte angeordnet im Sensorgehäuse vorzusehen. Alternativ dazu ist es auch denkbar, die Sensoren auf einem anderen Substrat in SMD- oder als Mechatronik-Chip in MEMS-Bauweise oder in bedrahteter Bauweise oder in MID-Technologie (MID ist die Abkürzung für Molded Interconnect Devices, zu Deutsch: spritzgegossene Schaltungsträger) anzuordnen.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Sensoranordnung eine Speichereinheit auf, über die Sensordaten speicherbar sind.
-
Um die Sensordaten zu verarbeiten oder aufbereiten zu können, kann eine vorteilhafte Weiterbildung der Sensoranordnung eine Prozessoreinheit aufweisen. Über die Aufbereitung, insbesondere Vorauswertung der Sensordaten kann eine standardisierte Kommunikation mit einer übergeordneten Steuerelektronik erfolgen.
-
In einer bevorzugten Weiterbildung hat die Sensoranordnung eine Steuereinheit, in der die Speicher- und die Prozessoreinheit zusammengefasst sind, wobei über die Steuereinheit wenigstens ein Aktor der Verdrängereinheit ansteuerbar ist.
-
Die Steuereinheit ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass in ihr Auswertealgorithmen, insbesondere ein Condition-Monitoring oder eine Eigenkalibrierung ausführbar sind.
-
Vorzugsweise weist die Steuereinheit auch eine Endstufe oder Verstärkereinheit zur Erzeugung eines endgültigen Stellsignals auf, das an einen Aktor der Verdrängereinheit sendbar ist.
-
Eine Kommunikation mit einer Steuerelektronik erfolgt vorteilhafterweise über den einen Stecker, beispielsweise über ein CAN-Protokoll oder ein Ethernet/EtherCAT Protokoll.
-
Besonders vorteilhaft ist die Sensoranordnung weitergebildet, wenn auch die Steuereinheit oder die Speichereinheit und/oder die Prozessoreinheit zumindest abschnittsweise innerhalb des Sensorgehäuses angeordnet sind. Durch diese zusätzliche Integration ins Sensorgehäuse kann die Sensoranordnung zu einer On Board Elektronik OBE erweitert sein, die zusätzliche Steuerungs- und Regelungsaufgaben für die Verdrängereinheit übernehmen kann.
-
Über eine Integration von beispielsweise Beschleunigungssensoren sind Zusatzfunktionen wie beispielsweise das Condition-Monitoring oder eine Diagnosefunktion in der Sensoranordnung implementiert bereitstellbar.
-
Die Steuereinheit ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass in ihr Plausibilitätsprüfungen ausführbar sind.
-
Das Anwendungsgebiet der Sensoranordnung erstreckt sich über hydraulische Verdrängereinheiten, insbesondere Axialkolbenmaschinen in Schrägscheiben- oder Schrägachsenbauweise. Die Verdrängereinheiten können verstellbar oder konstant ausgebildet sein und finden ihre Anwendung insbesondere in mobilen Arbeitsmaschinen oder industriellen Anwendungen.
-
Eine Verdrängereinheit hat eine Sensoranordnung, die nach wenigstens einem Aspekt der vorangegangenen Beschreibung ausgestaltet ist. Sie weist daher mehrere Sensoren auf, die zumindest abschnittsweise gemeinsam in einem Sensorgehäuse angeordnet und über einen gemeinsamen Stecker kontaktierbar sind.
-
Vorzugsweise ist die Verdrängereinheit eine Axialkolbenmaschine in Schrägachsen- oder Schrägscheibenbauweise.
-
Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung anhand von drei Figuren näher erläutert.
-
Es zeigen
-
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung in einer perspektivischen Ansicht,
-
2 das Ausführungsbeispiel gemäß 1 mit entferntem Gehäusedeckel in einer perspektivischen Ansicht und
-
3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung in einer perspektivischen Ansicht.
-
Gemäß 1 hat eine Sensoranordnung 1 ein Sensorgehäuse 6 etwa rechteckigen Querschnitts, das ein unteres Gehäuseteil 2 und einen Gehäusedeckel 4 aufweist. Letztgenannter hat eine ans Gehäuseteil 2 angepasste, rechteckige Grundform, wobei er das Gehäuseteil 2 lateral übergreift. Das Sensorgehäuse 6 ist mit seiner Gehäuseunterseite 8, die am Gehäuseteil 2 angeordnet ist, an ein Gehäuse einer Verdrängereinheit (nicht dargestellt) ansetzbar oder befestigbar.
-
Aus der Gehäuseunterseite 8 des Sensorgehäuses 6 treten Signalleitungen 14, 16 und 18 aus und durchdringen bei montierter Sensoranordnung 1 das Gehäuse der Verdrängereinheit.
-
Das Sensorgehäuse 6 hat eine Gehäuseoberseite 10, an der ein Stecker 12 angeordnet ist. Dieser weist an einer dem Betrachter zugewandten Seite eine Öffnung mit Kontaktelementen 20 auf, über die Sensoren (vergleiche 2) der Sensoranordnung 1 kontaktierbar sind.
-
Das Innenleben der Sensoranordnung 1 zeigt 2. Hierzu ist von der Sensoranordnung 1 der Gehäusedeckel 4 mitsamt dem Stecker 12 abgehoben und beiseite gelegt (nicht dargestellt). Das Gehäuseteil 2 weist einen im Wesentlichen zylindrischen Innenraum auf, der von einer Oberseite 24 des Gehäuseteils 2 aus in Richtung der Gehäuseunterseite 8 vertieft und von einem Gehäuseboden 26 begrenzt ist. Am Gehäuseboden 26 sind mehrere Sensoren angeordnet. Diese sind: Drucksensoren 28, 30, ein Drehzahlsensor 32, ein Temperatursensor 34 und ein Schwenkwinkelsensor 36. Letztgenannter ist mit einem in 1 nicht dargestellten Schwenkarm 37 gekoppelt, der an der Gehäuseunterseite 8 gemäß 1 angesetzt ist, und der mit einem das Verdrängungsvolumen indizierenden Bauteil der als Axialkolbenmaschine ausgeführten Verdrängereinheit, beispielsweise mit deren Schwenkwiege, koppelbar ist.
-
Die Sensoren 28, 30, 32, 34 und 36 sind somit in das robuste Sensorgehäuse 6 integriert, wodurch sie räumlich kompakt angeordnet sind, sowie auf vorrichtungstechnisch einfache Weise gegen Beschädigung von außen geschützt und elektromagnetisch störungsfrei (EMV) untergebracht sind. Der Schutz gegen mechanische Beschädigung erfolgt dabei durch eine entsprechende Dimensionierung des Sensorgehäuses 6.
-
Im Vergleich zur aus dem Stand der Technik bekannten, verteilten Anordnung von Sensoren, die einen aufwendigen Kabelbaum zur Kontaktierung erfordert, erfolgt die Kontaktierung der Sensoren 30 bis 36 und ein Austausch von Sensordaten mit einer Steuereinheit über den einfachen Stecker 12 gemäß 1.
-
3 zeigt eine Sensoranordnung 101, die sich vom Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 in der Form ihres Gehäusedeckels 104 und der Anordnung des Steckers 12 unterscheidet. Dementsprechend sind über die Ausführungsbeispiele hinweg gleichbleibende Komponenten oder Bauteile in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
-
Der Gehäusedeckel 104 hat eine Gehäuseoberseite 110 mit einer etwa parallel zur Gehäuseunterseite 8 angeordneten ersten Stufe 138 und einer dazu parallel verlaufenden, erhöhten zweiten Stufe 140. Beide Stufen 138, 140 sind über eine Seitenfläche 142 miteinander verbunden. Die Seitenfläche 142 ist dabei jeweils etwa in rechtem Winkel von den Stufen 138, 140 abgewinkelt. An der vertikalen Seitenfläche 142 ist der Stecker 12 in einer dem ersten Ausführungsbeispiel entgegen gesetzten Richtung angeordnet. Seine Öffnung mit den Kontaktelementen 20 (vergleiche 1) ist dabei vom Betrachter abgewandt.
-
Aufgrund des durch die zweite Stufe 140 des Gehäusedeckels 104 größeren Innenraums der Sensoranordnung 101 ergibt sich im Inneren des Sensorgehäuses 106 mehr Raum zur Anordnung von Sensoren oder gegebenenfalls Steuereinheiten, so dass eine variablere Sensoranordnung 101 geschaffen ist.
-
Offenbart ist eine Sensoranordnung für eine hydraulische Verdrängereinheit, insbesondere einer Axialkolbenmaschine, die mehrere Sensoren aufweist, die zumindest abschnittsweise gemeinsam in einem Sensorgehäuse angeordnet sind. Dabei sind die Sensoren über einen gemeinsamen Stecker kontaktierbar.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102005059564 A1 [0003]
- US 6547531 B1 [0005]
