DE10243412B4

DE10243412B4 - Hydraulic valve arrangement

Info

Publication number: DE10243412B4
Application number: DE2002143412
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dipl.-Ing. Wittig; Jens Dipl.-Ing. Schmidt; Hans-Jürgen Dipl.-Ing. Kern; Veit Dr.-Ing. Zöppig; Harald Dipl.-Ing. Kube; Ute Dipl.-Ing. Kucera; Mathias Dipl.-Ing. Eccarius
Original assignee: Technische Universitaet Ilmenau; Kern Technik GmbH and Co KG
Current assignee: Technische Universitaet Ilmenau; Kern Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2002-09-18
Filing date: 2002-09-18
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2022-09-19
Also published as: DE10243412A8; DE10243412A1

Abstract

Hydraulikventilanordnung (50), umfassend:
• einen elektromagnetischen Stellantrieb (53);
• ein längs einer Bewegungsachse (52) verschiebbares Stellglied (51);
• einen Wegsensor, der zwei parallel zur Bewegungsachse angeordnete Magnetfeldsensoren (2) und einen mit dem Stellglied gekoppelten Dauermagneten (54) umfasst;
• einen Sensorsteckverbinder (10) mit einem zweipoligen Betriebsspannungsanschluss (11), einem Schaltausgang (12) und einem Sensorausgang (13);
• eine Schaltungsanordnung (1) für den Wegsensor, mit
– einem Mikroprozessor (3), der in einem Messmodus von jedem Sensor (2) die Sensorspannung empfängt, diese zu einem die Stellung des Stellgliedes (51) repräsentierenden Ausgangssignal verknüpft sowie ein Sensorsignal an den Sensorausgang (13) und ein Schaltsignal an den Schaltausgang (12) liefert, und der in einem Programmiermodus über den Schaltausgang (12) ein Taktsignal und über den Sensorausgang (13) bidirektional digitale Daten mit einem externen Servicegerät (40) austauscht;
– einem Umschaltelement (23), welches das Spannungspotential am Sensorausgang (13) und/oder am Schaltausgang (12) überwacht und...Hydraulic valve assembly (50) comprising:
• an electromagnetic actuator (53);
• an actuator (51) displaceable along a movement axis (52);
A displacement sensor comprising two magnetic field sensors (2) arranged parallel to the movement axis and a permanent magnet (54) coupled to the actuator;
A sensor connector (10) having a two-pole operating voltage connection (11), a switching output (12) and a sensor output (13);
• a circuit arrangement (1) for the displacement sensor, with
A microprocessor (3) which receives the sensor voltage from each sensor (2) in a measuring mode, links it to an output signal representing the position of the actuator (51) and a sensor signal to the sensor output (13) and a switching signal to the switching output ( 12), and in a programming mode via the switching output (12) exchanges a clock signal and via the sensor output (13) bidirectionally digital data with an external service device (40);
- A switching element (23), which monitors the voltage potential at the sensor output (13) and / or the switching output (12) and ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hydraulikventilanordnung mit einem Wegsensor, in welcher ein herkömmliches magnetisch betätigtes Hydraulikventil (auch Hydraulikmagnet genannt) mit einer Schaltungsanordnung kombiniert ist. Der im Zusammenhang mit der Erfindung verwendete Wegsensor umfasst zwei parallel zu einer Bewegungsachse angeordnete Magnetfeldsensoren, deren Sensorspannungen zu einem Ausgangssignal verknüpft werden, wobei die zugeordnete Schaltungsanordnung einen zweipoligen Betriebsspannungsanschluss, einen Schaltausgang und einen Sensorausgang besitzt.The The present invention relates to a hydraulic valve arrangement with a displacement sensor in which a conventional solenoid-operated hydraulic valve (also called hydraulic magnet) combined with a circuit arrangement is. The displacement sensor used in connection with the invention comprises two magnetic field sensors arranged parallel to a movement axis, whose sensor voltages are linked to an output signal, the associated circuit arrangement having a two-pole operating voltage connection, has a switching output and a sensor output.

Zur Steuerung von hydraulischen Vorrichtungen werden häufig sogenannte Hydraulikventile eingesetzt, die von einem Elektromagneten angetrieben werden. Durch unterschiedliche Bestromung der Magnetspulen kann das längs einer Bewegungsachse verschiebbare Stellglied des Hydraulikventils in unterschiedliche Positionen gebracht werden, um die Durchflussmenge der Hydraulikflüssigkeit in gewünschter Weise zu beeinflussen. Um eine exakte Steuerung des Hydraulikventils zu ermöglichen, muss die jeweilige Ankerstellung des elektromagnetischen Stellantriebs überwacht werden, wozu Wegsensoren eingesetzt werden. Es ist bekannt, für solche Messzwecke Differenztransformatorwandler oder Differenzdrosselwandler einzusetzen. Diese sind jedoch nur begrenzt miniaturisierbar und aufgrund der notwendigen Messspulen in der Herstellung relativ teuer.to Control of hydraulic devices are often called Hydraulic valves used, which are driven by an electromagnet. By different energization of the magnetic coils can along a Movement axis displaceable actuator of the hydraulic valve in Different positions are brought to the flow rate the hydraulic fluid in the desired Way to influence. For precise control of the hydraulic valve to enable monitors the respective armature position of the electromagnetic actuator be used for which displacement sensors. It is known for such Measurement purpose Differential transformer converter or differential choke converter use. However, these are only limited miniaturized and due to the necessary measuring coils in the production relatively expensive.

Aus der DE 38 03 293 A1 ist ein magnetisch betätigter analoger elektrischer Wegaufnehmer für geradlinige Bewegungen bekannt. Dieser verwendet zwei Hall-Sensoren, deren Hall-Spannungen durch Differenzbildung zu einem analogen elektrischen Ausgangssignal verknüpft werden, welches repräsentativ für die Position eines Dauermagneten ist, welcher auf der Bewegungsachse parallel zu den beiden Hall-Sensoren verschoben wird.From the DE 38 03 293 A1 a magnetically actuated analogue electrical transducer is known for rectilinear movements. This uses two Hall sensors whose Hall voltages are subtracted to form an analog electrical output representative of the position of a permanent magnet which is displaced on the axis of motion parallel to the two Hall sensors.

Soweit der aus der DE 38 03 293 A1 bekannte Wegaufnehmer als Wegsensor beispielsweise an Pneumatik- oder Hydraulikzylindern verwendet werden soll, muss eine zusätzliche Schaltungsanordnung vorgesehen sein, die den Betrieb der Hall-Sensoren ermöglicht. In der Regel ist insbesondere bei kleinen Wegsensoren eine hohe Genauigkeit gefordert, sodass die Magnetfeldsensoren mit hoher mechanischer Präzision an der Messstrecke angebracht werden müssen. Außerdem besteht das besondere Problem, dass die Magnetfeldsensoren ein stark nichtlineares Ausgangssignal liefern, wodurch die Verarbeitung in nachfolgenden Steuersystemen erschwert wird. Generell ist es in diesem Zusammenhang bekannt, dass nichtlineare Sensoren kalibriert werden können, um die Genauigkeit zu verbessern und ein weitgehend lineares Ausgangssignal bereit zu stellen.As far as from the DE 38 03 293 A1 known displacement sensor is to be used as a displacement sensor, for example on pneumatic or hydraulic cylinders, an additional circuit arrangement must be provided, which allows the operation of the Hall sensors. In general, a high accuracy is required especially for small displacement sensors, so that the magnetic field sensors must be attached to the measuring section with high mechanical precision. In addition, there is a particular problem that the magnetic field sensors provide a highly nonlinear output signal, which complicates processing in subsequent control systems. In general, it is known in this context that non-linear sensors can be calibrated in order to improve the accuracy and to provide a substantially linear output signal.

Lemme beschreibt in „Anpassungsfähigkeit durch Programmierbarkeit" in Elektronik 10/1999, S. 76–82 einen Hallsensor, der mit einem Signalprozessor auf einem Chip vereinigt ist, um ein magnetfeldabhängiges, programmierbares Sensorelement bereitzustellen. Dazu wird ein Hall-Sensor mit einer Schaltungseinheit kombiniert. Durch Anlage eines Spannungspotentials kann die Schaltung in einen Programmierbetrieb umgeschaltet werden, um in dem integrierten Speicher Daten und Programmbefehle abzulegen.Lemme describes in "adaptability by Programmability "in Electronics 10/1999, pp. 76-82 a Hall sensor, which unites with a signal processor on a chip is to a magnetic field dependent, to provide a programmable sensor element. This is a Hall sensor combined with a circuit unit. By applying a voltage potential can the circuit be switched to a programming mode, to store data and program instructions in the integrated memory.

In der DE 197 11 215 C1 ist ein Verfahren zur Umschaltung zwischen verschiedenen Ausgangsignalarten einer Positionsmesseinrichtung beschrieben. Daraus ist es u.a. bekannt, Umschaltsignale über eine Versorgungsleitung der Positionsmesseinrichtung zu übertragen. Die zur Positionserfassung eingesetzten Hall-Elemente erfassen an mehreren Stellen die Magnetfeldänderung, die von einer bewegten, alternierend magnetisierten Maßstabteilung erzeugt werden.In the DE 197 11 215 C1 a method for switching between different output signal types of a position-measuring device is described. From this it is known inter alia to transmit switching signals via a supply line of the position measuring device. The Hall elements used for position detection detect at several points the magnetic field change, which are generated by a moving, alternately magnetized graduation scale.

Aus der DE 32 27 245 C2 ist ein Weggeber bekannt, der mittels eines Hall-Elementes die Stellung eines positionsgeregelten Elektromagneten erfasst. Der positionsgeregelte Elektromagnet dient der Betätigung eines Ventils. Zur Wegerfassung dient ein beweglicher Stabmagnet und eine stationär angeordnete Signalgebervorrichtung, die ein einzelnes Hall-Element umfasst.From the DE 32 27 245 C2 a displacement sensor is known which detects the position of a position-controlled electromagnet by means of a Hall element. The position-controlled solenoid is used to actuate a valve. For travel detection is a movable bar magnet and a stationary arranged signal transmitter device comprising a single Hall element.

Wenn eine den Magnetfeldsensoren zugeordnete Schaltungsanordnung neben der Bereitstellung des Messsignals auch die Kalibrierung der Sensoren ermöglichen soll, sind zusätzliche Bauelemente und zumindest weitere Anschlusspunkte erforderlich, über welche externe Programmierungs- und Steuerungssignale eingeprägt werden können. Dazu werden zusätzliche Steckverbinder oder dergleichen benötigt, durch welche die Baugröße der häufig miniaturisierten Geräte (z.B. Hydraulik magnete) teilweise erheblich vergrößert wird und durch welche die Gesamtkosten dieser Geräte ansteigen.If a magnetic field sensors associated circuitry adjacent the provision of the measurement signal and the calibration of the sensors enable should, are additional Components and at least further connection points required over which external programming and control signals are impressed can. This will be additional Connector or the like required by which the size of the miniaturized often equipment (For example, hydraulic magnets) is partially increased considerably and by which the total cost of these devices increases.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Hydraulikventilanordnung mit einer Schaltungsanordnung zum Betrieb eines mit zwei Magnetfeldsensoren ausgerüsteten Wegsensors bereitzustellen, die eine elektronische Kalibrierung und Linearisierung des Wegsensors ermöglicht, ohne dass dafür zusätzliche Anschlusselemente für eine Verbindung der Schaltungsanordnung mit einem externen Servicegerät benötigt werden.It is therefore an object of the present invention to provide a hydraulic valve arrangement with a circuit arrangement for operating a displacement sensor equipped with two magnetic field sensors, which enables electronic calibration and linearization of the displacement sensor without additional connection required for a connection of the circuit arrangement with an external service device.

Diese und weitere Aufgaben werden von der erfindungsgemäßen Hydraulikventilanordnung erfüllt, deren erfindungswesentliche Merkmale im angefügten Anspruch 1 angegeben sind.These and other objects are of the hydraulic valve assembly according to the invention Fulfills, whose features essential to the invention are specified in the appended claim 1.

Der Vorteil der Einbindung eines Mikroprozessors, welcher in einem Messmodus und einem Programmiermodus betrieben werden kann, besteht hauptsächlich darin, dass die Magnetfeldsensoren kalibriert werden können, ohne dass dafür zusätzliche Steckverbinder am Wegsensor erforderlich sind. Die Umschaltung zwischen den Betriebsmodi des Mikroprozessors wird dabei von einem Umschaltelement initiiert, welches das Spannungspotential am Sensorausgang und/oder am Schaltausgang überwacht und ein entsprechendes Umschaltsignal an den Mikroprozessor liefert. Dadurch wird es möglich, durch Einprägen eines Spannungssignals an einem dieser beiden Ausgänge den Mikroprozessor in den Programmiermodus zu versetzen, in welchem der Schaltausgang und der Sensorausgang zur Abwicklung einer bidirektionalen Datenkommunikation nutzbar gemacht werden.Of the Advantage of the integration of a microprocessor, which in a measuring mode and a programming mode, is mainly that the magnetic field sensors can be calibrated without requiring additional Connectors are required on the displacement sensor. Switching between The operating modes of the microprocessor is thereby of a switching element initiates the voltage potential at the sensor output and / or monitored at the switching output and provides a corresponding switching signal to the microprocessor. This will make it possible through inculcate a voltage signal at one of these two outputs the Microprocessor in the programming mode to put in which the switching output and the sensor output for the execution of a bidirectional Data communication can be harnessed.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird das Umschaltelement durch einen Spannungsteiler gebildet, der im Falle des Anliegens eines Umschaltpotentials ein Umschaltsignal generiert und an einen weiteren Analog/Digital-Wandlereingang des Mikroprozessors liefert. Der Mikroprozessor ist dabei so programmiert, dass er das Umschaltsignal an diesem Wandlereingang beispielsweise während einer Initialisierungsroutine erkennt und daraufhin den geforderten Betriebsmodus einnimmt.According to one advantageous embodiment is the switching element formed by a voltage divider, the Case of concern of a switching potential, a switching signal generated and to another analog / digital converter input of the microprocessor supplies. The microprocessor is programmed to do this Switching signal at this converter input, for example, during an initialization routine recognizes and then assumes the required operating mode.

Eine weitergebildete Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass vom Umschaltelement ein zweistufiges Umschaltsignal generiert werden kann, sodass der Programmiermodus in einen Kalibrierungsmodus und einen Kommunikationsmodus unterteilt wird, in denen der Mikroprozessor unterschiedliche Aufgaben erfüllt.A further developed embodiment is characterized by the fact that the switching element is a two-stage Switching signal can be generated, so the programming mode divided into a calibration mode and a communication mode is where the microprocessor performs different tasks.

Mit der Schaltungsanordnung in einer Hydraulikventilanordnung wird es möglich, Magnetfeldsensoren zur Erfassung der Position des Stellgliedes einzusetzen, wobei diese Sensoren kalibriert werden können und gleichzeitig eine Linearisierung des Ausgangssignals möglich ist, ohne dass dafür zusätzliche Steckeranschlüsse oder dergleichen an der Hydraulikventilanordnung erforderlich wären, sodass die gewünschte Baugröße eines mit der Schaltungsanordnung ausgerüsteten Hydraulikventils trotz verbesserter Sensortechnik beibehalten werden kann. With the circuit arrangement in a hydraulic valve arrangement will possible, Use magnetic field sensors to detect the position of the actuator, whereby these sensors can be calibrated and simultaneously Linearization of the output signal is possible without requiring additional plug connectors or the like would be required on the hydraulic valve assembly, so that the desired Size of one equipped with the circuit arrangement hydraulic valve despite improved Sensor technology can be maintained.

Als besonders vorteilhaft erweist sich die Verwendung von Hall-Sensoren als Magnetfeldsensoren. Im nachfolgenden wird die Erfindung daher auch in Bezug auf den Einsatz solcher Hall-Sensoren beschrieben. Es ist aber darauf hinzuweisen, dass auch andere Sensoren, wie z.B. magnetoresistive Sensoren verwendet werden können.When Particularly advantageous is the use of Hall sensors as magnetic field sensors. In the following, the invention therefore also described in relation to the use of such Hall sensors. It is but to point out that other sensors, such as magnetoresistive sensors can be used.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:Further Advantages, details and further developments result from the following description of preferred embodiments of the invention, with reference to the drawing. Show it:

1 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer Schaltungsanordnung für einen Wegsensor; 1 a block diagram of a preferred embodiment of a circuit arrangement for a displacement sensor;

2 ein vereinfachter Programmablaufplan der Arbeitsweise der Schaltungsanordnung; 2 a simplified flowchart of the operation of the circuit arrangement;

3 ein Blockschaltbild eines externen Servicegeräts, welches der Programmierung der in 1 dargestellten Schaltungsanordnung dient; 3 a block diagram of an external service device, which the programming of in 1 shown circuit arrangement is used;

4 eine vereinfachte Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Hydraulikventilanordnung mit zwei Hall-Sensoren. 4 a simplified sectional view of a hydraulic valve assembly according to the invention with two Hall sensors.

1 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung 1 zum Betrieb eines Wegsensors. Als Sensorelemente umfasst die Schaltungsanordnung zwei Hall-Sensoren 2, die ihre Hall-Spannungen an einen Mikroprozessor 3 bereitstellen. Der Mikroprozessor 3 empfängt die Hall-Spannungen an einem ersten Analog/Digital-Wandlereingang 4 und an einem zweiten Analog/Digital-Wandlereingang 5. Wenn wie im dargestellten Beispiel als Mikroprozessor ein PIC 16C717 verwendet wird, enthält die Schaltungsanordnung weiterhin einen Oszillator 6, der ein Taktsignal an den Mikroprozessor liefert. Bei anderen Ausführungsformen könnte die Taktgenerierung auch im Mikroprozessor integriert sein. Ebenso ist bei der dargestellten Ausführungsform ein separates Speicherelement 7 vorgesehen, in welchem Daten und Programmbefehle abgelegt werden können. Vorzugsweise wird als Speicherelement ein EEPROM verwendet, der mit dem Mikroprozessor 3 kommuniziert. 1 shows a simplified block diagram of a circuit arrangement 1 for operating a displacement sensor. As sensor elements, the circuit arrangement comprises two Hall sensors 2 applying their Hall voltages to a microprocessor 3 provide. The microprocessor 3 receives the Hall voltages at a first analog to digital converter input 4 and at a second analog to digital converter input 5 , When a PIC 16C717 is used as the microprocessor as in the illustrated example, the circuit arrangement further includes an oscillator 6 which provides a clock signal to the microprocessor. In other embodiments, the clock generation could also be integrated in the microprocessor. Likewise, in the illustrated embodiment, a separate storage element 7 provided in which data and program commands can be stored. Preferably, the memory element used is an EEPROM which is connected to the microprocessor 3 communicated.

Der Anschluss der Schaltungsanordnung erfolgt über einen Sensoranschluss 10, welcher beispielsweise als vierpoliger Steckverbinder ausgebildet ist. Der Steckverbinder 10 umfasst zwei Betriebsspannungsanschlüsse 11, über welche die Schaltungsanordnung mit der benötigten Betriebsspannung versorgt wird, beispielsweise 24 Volt Gleichspannung. Außerdem umfasst der Sensorsteckverbinder 10 einen Schaltausgang 12 zur Abgabe eines Schaltsignals und einen Sensorausgang 13, an welchem ein Sensorsignal bereitgestellt wird. Prinzipiell könnten als Verbindungselement auch ein Schraubanschluss, vier einzelne Kontaktstifte oder ähnliche Kontaktelemente verwendet werden.The connection of the circuit arrangement takes place via a sensor connection 10 , which is designed for example as a four-pin connector. The connector 10 includes two operating voltage connections 11 , via which the circuit arrangement is supplied with the required operating voltage, for example, 24 volts DC. In addition, the sensor connector includes 10 a switching output 12 for the delivery of a Switching signal and a sensor output 13 to which a sensor signal is provided. In principle, a screw connection, four individual contact pins or similar contact elements could be used as a connecting element.

Zweckmäßigerweise enthält die Schaltungsanordnung 1 einen Spannungsregler 15, der die benötigten Betriebsspannungen an den Mikroprozessor und die sonstigen Bauteile der Schaltungsanordnung in der gewünschten Qualität bereitstellt.Conveniently, the circuit arrangement contains 1 a voltage regulator 15 , which provides the required operating voltages to the microprocessor and the other components of the circuit in the desired quality.

Die gesamte Schaltungsanordnung 1 und insbesondere der Mikroprozessor 3 können in unterschiedlichen Betriebsmodi betrieben werden, deren Funktion und Arbeitsweise nachfolgend erläutert wird. Die an sich bekannte Funktion eines Wegsensors wird von der Schaltungsanordnung im Messmodus wahrgenommen. Die beiden Hall-Sensoren 2 sind dazu parallel zu einer Bewegungsachse angeordnet, auf welcher ein Dauermagnet bewegt wird, dessen Position auf der Bewegungsachse von den Hall-Sensoren erfasst werden soll (vgl. 4). Die in Abhängigkeit von der Position des Dauermagneten von den Hall-Sensoren 2 erzeugte Hall-Spannung wird als analoges Signal an die Analog/Digital-Wandlereingänge 4, 5 des Mikroprozessors 3 geliefert. Der Mikroprozessor 3 generiert aus den beiden Hall-Spannungen ein Ausgangssignal, beispielsweise indem die Differenz aus den Absolutwerten der beiden Hall-Spannungen gebildet wird. Dieses ermittelte Ausgangssignal wird gegebenenfalls vom Mikroprozessor in Abhängigkeit von der jeweiligen Programmierung weiter bearbeitet und an einem Kommunikationspin 17 abgegeben. Das Ausgangssignal durchläuft bei der dargestellten Ausführungsform nachfolgend einen RC-Filter 18 und einen Ausgangsverstärker 19, welcher dann das Sensorsignal am Sensorausgang 13 bereitstellt.The entire circuit arrangement 1 and in particular the microprocessor 3 can be operated in different operating modes whose function and operation is explained below. The known function of a displacement sensor is perceived by the circuit arrangement in the measuring mode. The two Hall sensors 2 are arranged parallel to a movement axis on which a permanent magnet is moved, the position of which is to be detected on the movement axis by the Hall sensors (cf. 4 ). The function of the position of the permanent magnet of the Hall sensors 2 Hall voltage generated as an analog signal to the analog / digital converter inputs 4 . 5 of the microprocessor 3 delivered. The microprocessor 3 generates an output signal from the two Hall voltages, for example by forming the difference between the absolute values of the two Hall voltages. This determined output signal is optionally further processed by the microprocessor depending on the respective programming and on a Kommunikationspin 17 issued. The output signal subsequently passes through an RC filter in the illustrated embodiment 18 and an output amplifier 19 , which then the sensor signal at the sensor output 13 provides.

In vielen Anwendungsfällen ist es wünschenswert, wenn neben dem quasi-kontinuierlichen Sensorsignal weiterhin ein Schalt signal generiert wird, sobald die ermittelte Wegposition einen vorbestimmten Schwellwert erreicht. In einfachen Fällen kann die vorbestimmte Position die Endlage des beweglichen Dauermagneten sein. Durch eine entsprechende Programmierung (siehe unten) kann der Schwellwert jedoch auch an einer beliebigen anderen Stelle der Bewegungsstrecke definiert werden. Das Schaltsignal wird ebenfalls vom Mikroprozessor 3 generiert und an einem Schaltpin 20 abgegeben. Durch einen nachfolgenden Operationsverstärker 21 und gegebenenfalls einen Schalttransistor 22 wird die Signalcharakteristik auf die gewünschten Werte eingestellt, sodass das Schaltsignal letztlich am Schaltausgang 12 zur Verfügung steht.In many applications, it is desirable if, in addition to the quasi-continuous sensor signal, a switching signal continues to be generated as soon as the determined path position reaches a predetermined threshold. In simple cases, the predetermined position may be the end position of the movable permanent magnet. By appropriate programming (see below), however, the threshold value can also be defined at any other point in the movement path. The switching signal is also from the microprocessor 3 generated and on a switching pin 20 issued. Through a subsequent operational amplifier 21 and optionally a switching transistor 22 the signal characteristic is set to the desired values, so that the switching signal ultimately at the switching output 12 is available.

Um die Nichtlinearitäten der Hall-Sensoren auszugleichen und gegebenenfalls Montageungenauigkeiten zu berücksichtigen, ist eine Kalibrierung des Wegsensors erforderlich. Dies kann durch Aufnahme der Kennlinie des Sensors und Generierung entsprechender Ausgleichswerte geschehen. In an sich bekannter Weise wird dazu eine so genannte Look-Up-Tabelle erzeugt, die im Speicherelement 7 abgelegt wird. Ebenso ist es gewünscht, die Sensorcharakteristik an die jeweiligen Anwendungsfälle anzupassen, indem die Sensorkennlinie durch externe Vorgaben beeinflusst werden kann. Um diese Funktionen zu realisieren kann der Mikroprozessor in einen Programmiermodus versetzt werden, der beispielsweise wiederum in einen Kalibrierungsmodus und einen Kommunikationsmodus unterteilt ist. Diese beiden Submodi unterscheiden sich nur hinsichtlich der Funktionen und Programmabläufe, die vom Mikroprozessor realisiert werden, wobei die generellen Funktionen dem Fachmann bekannt sind und hier nicht detailliert erläutert werden.In order to compensate for the non-linearities of the Hall sensors and possibly to take into account assembly inaccuracies, a calibration of the displacement sensor is required. This can be done by recording the characteristic of the sensor and generating corresponding compensation values. In a manner known per se, a so-called look-up table is generated in the memory element 7 is filed. Likewise, it is desired to adapt the sensor characteristic to the respective applications by the sensor characteristic can be influenced by external specifications. In order to realize these functions, the microprocessor may be placed in a programming mode, for example, again divided into a calibration mode and a communication mode. These two submodes differ only with regard to the functions and program sequences that are realized by the microprocessor, the general functions being known to the person skilled in the art and not explained in detail here.

Vorzugsweise wird der Mikroprozessor so programmiert, dass die folgenden Funktionen von der Sensorsoftware ausgeführt werden können:

• Kennlinienkorrektur
• Spannungskalibrierung
• Stützstelleninterpolation
• Definition von Schaltpunkten
• Korrektur des Messbereichs (Spreizung)
• Kommunikation mit einem Servicegerät.

Preferably, the microprocessor is programmed so that the following functions can be performed by the sensor software:

• Characteristic correction
• Voltage calibration
• interpolation interpolation
• Definition of switching points
• correction of the measuring range (spread)
• Communication with a service device.

Damit die Schaltungsanordnung den Programmiermodus auch im komplett montierten Zustand einnehmen kann, muss die Initialisierung des Programmiermodus und die Kommunikation mit einem externen Servicegerät über den zur Verfügung stehenden vierpoligen Sensoranschluss 10 ermöglicht werden. Dazu wird während einer Initialisierungsroutine ein Umschaltpotential von außen an dem Sensorausgang 13 eingeprägt. Das Umschaltpotential wird von einem Spannungsteiler 23 bearbeitet und als Umschaltsignal an einen Betriebsartwahleingang 24 des Mikroprozessors 3 gelegt, welcher im dargestellten Beispiel als dritter Analog/Digital-Wandlereingang ausgebildet ist.In order for the circuit arrangement to be able to adopt the programming mode even when fully assembled, the initialization of the programming mode and the communication with an external service device must take place via the available four-pole sensor connection 10 be enabled. For this purpose, during an initialization routine, a switching potential from the outside at the sensor output 13 imprinted. The switching potential is provided by a voltage divider 23 edited and as a switching signal to a mode selection input 24 of the microprocessor 3 placed, which is formed in the illustrated example as a third analog / digital converter input.

In 2 ist ein Programmablaufplan dargestellt, in welchem die wichtigsten Schritte angegeben sind, die vom Mikroprozessor 3 im jeweiligen Betriebsmodus ausgeführt werden. Das vorzugsweise durch eine entsprechende Software realisierte Verfahren startet im Schritt 30. Im Schritt 31 werden aus dem Speicherelement (EEPROM) die dort abgelegten Daten eingelesen, insbesondere die Look-Up-Tabelle. In gleicher Weise werden die Kalibrierwerte im Schritt 32 eingelesen. Während dieses Initialisierungsabschnittes prüft der Mikroprozessor, ob an die Schaltungsanordnung 1 über den Sensorsteckverbinder 10 ein Steuer- oder Servicegerät angeschlossen ist, was im Schritt 33 durch Abfrage des Spannungspotentials am Sensorausgang 13 realisiert wird. Für den Fall, dass kein Servicegerät angeschlossen ist, setzt der Mikroprozessor seine Arbeitsweise im Messmodus fort, welcher im Schritt 34 startet. Innerhalb des Messmodus werden beispielsweise im Schritt 35 die von den Hall-Sensoren gelieferten Werte eingelesen und im Schritt 36 das Sensorsignal über den Sensorausgang 13 an die nachgeordneten Schaltungseinheiten ausgegeben.In 2 a program flow chart is shown in which the most important steps are indicated by the microprocessor 3 be executed in the respective operating mode. The preferably implemented by an appropriate software method starts in step 30 , In step 31 are read from the memory element (EEPROM) stored there data, in particular the look-up table. In the same way, the calibration values in step 32 read. During this initialization section, the microprocessor checks to see if the circuitry 1 via the sensor connector 10 a control or service device is connected, which is in step 33 by polling the voltage potential at the sensor output 13 realized becomes. In the event that no service device is connected, the microprocessor continues its operation in the measurement mode, which in step 34 starts. Within the measuring mode, for example, in step 35 The values supplied by the Hall sensors are read in and in step 36 the sensor signal via the sensor output 13 output to the downstream circuit units.

Stellt der Mikroprozessor hingegen im Schritt 33 fest, dass ein Umschaltpotential am Sensorausgang 13 anliegt, tritt er in den Programmiermodus im Schritt 37 ein. Der Programmiermodus ist wiederum in mehrere Unterroutinen aufgeteilt, in denen beispielsweise im Schritt 38 neue Daten in das Speicherelement geschrieben werden oder im Schritt 39 für eine Kalibrierung die Hall-Sensoren ausgelesen werden und eine Spannungskalibrierung erfolgt.On the other hand, the microprocessor sets in step 33 determines that a switching potential at the sensor output 13 is present, it enters the programming mode in step 37 one. The programming mode is in turn divided into several subroutines, in which, for example, in step 38 new data is written to the memory element or in the step 39 for calibration, the Hall sensors are read out and a voltage calibration takes place.

Im Programmiermodus ist eine Kommunikation zwischen der Schaltungsanordnung 1 und einem Servicegerät 40 erforderlich, dessen Blockschaltbild in 3 dargestellt ist. Wie bereits erläutert wurde, wird zur Initialisierung des Programmiermodus ein Spannungspotential am Sensorausgang 13 angelegt, wobei der Sensorausgang 13 nachfolgend zur bidirektionalen Übertragung digitaler Daten verwendet wird, die dem Mikroprozessor 3 am Kommunikationspin 17 eingespeist werden. Damit eine sichere Datenkommunikation durchgeführt werden kann, ist zur Synchronisation ein Kommunikationstakt erforderlich, der zwischen der Schaltungsanordnung und dem Servicegerät über den Schaltausgang 12 ausgetauscht wird. Zur Kommunikation zwischen der Schaltungsanordnung 1 und dem Servicegerät 40 ist somit wiederum nur der vierpolige Sensoranschluss 10 erforderlich. Weitere Anschlussstifte werden nicht benötigt.In programming mode, there is communication between the circuitry 1 and a service device 40 required, whose block diagram in 3 is shown. As already explained, the initialization of the programming mode is a voltage potential at the sensor output 13 created, with the sensor output 13 subsequently used for bidirectional transmission of digital data to the microprocessor 3 at the communication pin 17 be fed. In order for secure data communication to be carried out, a communication clock is required for synchronization between the circuit arrangement and the service device via the switching output 12 is exchanged. For communication between the circuit arrangement 1 and the service device 40 is again only the four-pin sensor connection 10 required. Additional pins are not needed.

Im Servicegerät 40 wird ein weiterer Mikroprozessor 41 verwendet, wobei vorzugsweise ein PIC 16C876 eingesetzt wird. Über einen Synchronisierungspin 42 erhält der Mikroprozessor 41 des Servicegeräts das Taktsignal von der Schaltungsanordnung 1, wobei in diesem Fall die Schaltungsanordnung des Wegsensors als Master-Gerät arbeitet. Bei anderen Ausführungsformen könnte die Master-Funktion auch vom Servicegerät übernommen werden.In the service unit 40 becomes another microprocessor 41 used, preferably a PIC 16C876 is used. About a sync pin 42 receives the microprocessor 41 the service device, the clock signal from the circuitry 1 In this case, the circuit arrangement of the displacement sensor works as a master device. In other embodiments, the master function could also be taken over by the service device.

Von einem Modusblock 43 wird das benötigte Umschaltpotential an den Sensorausgang 13 geliefert, um zwischen den Betriebsmodi umzuschalten. Über eine serielle Schnittstelle 44 kann eine Anbindung an einen externen Personalcomputer 45 erfolgen. Vorzugsweise läuft auf diesem Personalcomputer 45 eine Software ab, die dem Bediener eine komfortable Bedienoberfläche bereit stellt, um über einfache Befehle die entsprechenden Funktionen des Servicegeräts 40 zu steuern und damit letztlich eine Programmierung der Schaltungsanordnung 1 vornehmen zu können.From a mode block 43 the required switching potential is applied to the sensor output 13 supplied to switch between the operating modes. Via a serial interface 44 can connect to an external personal computer 45 respectively. Preferably, this personal computer is running 45 a software that provides the operator with a comfortable user interface to simple commands the corresponding functions of the service device 40 to control and thus ultimately a programming of the circuit arrangement 1 to be able to make.

4 zeigt eine vereinfachte Schnittdarstellung einer Hydraulikventilanordnung 50, welche neben dem eigentlichen Hydraulikventil eine Schaltungsplatine enthält (nicht dargestellt), auf der die Schaltungsanordnung 1 für den Wegsensor realisiert ist. Das Hydraulikventil besitzt ein Stellglied 51, welches entlang einer Bewegungsachse 52 verschiebbar angeordnet ist. Um die Durchflussmenge von Hydraulikflüssigkeit zu steuern, wird das Stellglied 51 verschoben, wobei die Antriebskraft von einer Elektrospule 53 geliefert wird. Ein Dauermagnet 54 ist mechanisch mit dem Stellglied 51 gekoppelt, sodass der Dauermagnet ebenfalls entlang der Bewegungsachse 52 verschoben wird und seine Position repräsentativ für die Position des Stellgliedes ist. Die Position des Dauermagneten 54 wird von den beiden Hall-Sensoren 2 ermittelt, die ebenfals im Gehäuse der Hydraulikventilanordnung positioniert sind. Schließlich umfasst die Hydraulikventilanordnung den Sensoranschluss 10 mit den bereits beschriebenen Kontakten 11, 12, 13. 4 shows a simplified sectional view of a hydraulic valve assembly 50 , which in addition to the actual hydraulic valve includes a circuit board (not shown), on which the circuit arrangement 1 realized for the displacement sensor. The hydraulic valve has an actuator 51 which is along a movement axis 52 slidably arranged. To control the flow rate of hydraulic fluid, the actuator becomes 51 shifted, with the driving force of an electric coil 53 is delivered. A permanent magnet 54 is mechanical with the actuator 51 coupled so that the permanent magnet also along the axis of motion 52 is shifted and its position is representative of the position of the actuator. The position of the permanent magnet 54 is from the two Hall sensors 2 determined, which are also positioned in the housing of the hydraulic valve assembly. Finally, the hydraulic valve arrangement comprises the sensor connection 10 with the contacts already described 11 . 12 . 13 ,

Durch die oben erläuterte Schaltungsanordnung wird es erfindungsgemäß möglich, einen Wegsensor mit geringer Baugröße in das Hydraulikventil zu integrieren, wobei die geforderten Genauigkeiten und Linearitäten durch eine Kalibrierung des Wegsensors ermöglicht werden. Die Gesamtbaugröße des Hydraulikventils wird nicht durch zusätzliche Anschlusselemente vergrößert, da die Programmierung der Schaltung über denselben vierpoligen Sensoranschluss realisiert werden kann, der im Messmodus für das Auslesen der Sensorsignale benötigt wird.By the above explained Circuit arrangement, it is possible according to the invention, a displacement sensor with small size in the Hydraulic valve to integrate, with the required accuracies and linearities be made possible by calibration of the displacement sensor. The overall size of the hydraulic valve is not due to additional connection elements enlarged, there the programming of the circuit via the same four-pole sensor connection can be realized in the measuring mode for reading the sensor signals is needed.

11: Schaltungsanordnung für den Wegsensorcircuitry for the displacement sensor
22: Hall-SensorenHall sensors
33: Mikroprozessormicroprocessor
44: erster Analog/Digital-Wandlereingangfirst Analog / digital converter input
55: zweiter Analog/Digital-Wandlereingangsecond Analog / digital converter input
66: Oszillatoroscillator
77: Speicherelementstorage element
1010: Sensoranschlusssensor connection
1111: BetriebsspannungsanschlussOperating voltage connection
1212: Schaltausgangswitching output
1313: Sensorausgangsensor output
1515: Spannungsreglervoltage regulators
1717: Kommunikationspincommunication spin
1818: RC-FilterRC filter
1919: Ausgangsverstärkeroutput amplifier
2020: Schaltpinswitch pin
2121: Operationsverstärkeroperational amplifiers
2222: Schalttransistorswitching transistor
2323: Spannungsteilervoltage divider
2424: BetriebsartwahleingangMode selection input
4040: Servicegerätservice equipment
4141: Mikroprozessor des Servicegerätesmicroprocessor of the service device
4242: Synchronisierungspinsynchronization spin
4343: Modusblockmode block
4444: serielle Schnittstelleserial interface
4545: Personalcomputerpersonal computer
5050: HydraulikventilanordnungHydraulic valve arrangement
5151: Stellgliedactuator
5252: Bewegungsachsemotion axis
5353: Elektrospuleelectric coil
5454: Dauermagnetpermanent magnet

Claims

Hydraulic valve arrangement ( 50 ), comprising: an electromagnetic actuator ( 53 ); • one along a movement axis ( 52 ) displaceable actuator ( 51 ); A displacement sensor which has two magnetic field sensors arranged parallel to the axis of motion ( 2 ) and a permanent magnet coupled to the actuator ( 54 ); A sensor connector ( 10 ) with a two-pole operating voltage connection ( 11 ), a switching output ( 12 ) and a sensor output ( 13 ); A circuit arrangement ( 1 ) for the displacement sensor, with - a microprocessor ( 3 ), which in one measurement mode of each sensor ( 2 ) receives the sensor voltage, this to a position of the actuator ( 51 ) and a sensor signal to the sensor output ( 13 ) and a switching signal to the switching output ( 12 ) and in a programming mode via the switching output ( 12 ) a clock signal and via the sensor output ( 13 ) bidirectional digital data with an external service device ( 40 ) exchanges; A switching element ( 23 ), which determines the voltage potential at the sensor output ( 13 ) and / or at the switching output ( 12 ) and in the presence of an external service device ( 40 ) a switching signal to a mode selection input ( 24 ) of the microprocessor ( 3 ) which sets the microprocessor from measuring mode to programming mode; A memory element ( 7 ), in which configuration data and possibly program commands are stored.

Hydraulic valve arrangement according to claim 1, characterized in that the sensor voltages of the sensors ( 2 ) from a first or second analog / digital converter input ( 4 . 5 ) of the microprocessor, and that the switching element is a voltage divider ( 23 ), which transmits the switching signal to a third analogue / digital converter input ( 24 ) of the microprocessor ( 3 ).

Hydraulic valve arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the switching element ( 23 ) depending on the impressed switching potential, a two-stage switching signal to the mode selection input ( 24 ) of the microprocessor, whereby the microprocessor ( 3 ) is placed in either a calibration mode or a communication mode within the programming mode.

Hydraulic valve arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the magnetic field sensors Hall sensors or magnetoresistive Sensors are.