ITPR20070024A1 - Distributore idraulico con trasduttore di corsa - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo: DISTRIBUTORE IDRAULICO CON TRASDUTTORE DI CORSA

Il presente trovato si riferisce al campo dei distributori per il controllo idraulico di veicoli mobili ed in particolare a distributori dotati di un sistema di rilevazione della posizione del cursore o trasduttore di corsa.

I trasduttori di corsa possono leggere la posizione del cursore tramite componenti elettronici integrati in grado di rilevare la presenza di un campo magnetico; all'interno del trasduttore opportuni circuiti elettronici di condizionamento del segnale generano ai contatti di uscita l'informazione sulla posizione del cursore.

I componenti elettronici integrati per rilevare la presenza di un campo magnetico possono fornire l'informazione in diversi modi:

Con uscita continua, ovvero proporzionale al campo magnetico rilevato;

Con uscita discreta, ovvero con solo due valori di uscita: un primo valore , se viene rilevato un campo magnetico di intensità inferiore ad una soglia prefissata; un secondo valore se il campo magnetico rilevato è superiore alla soglia prefissata.

I componenti elettronici integrati con uscita continua vengono utilizzati nelle applicazioni in cui è necessario avere informazioni puntuali sulla posizione del cursore.

I componenti elettronici integrati con uscita discreta sono invece utilizzati nelle applicazioni in cui è sufficiente avere informazioni limitate sullo stato del distributore; in particolare gli stati rilevanti del distributore possono essere sintetizzati in: "fluido indirizzato a cilindro avanti", "fluido indirizzato a cilindro indietro" e "fluido non indirizzato al cilindro/cilindro fermo".

II brevetto US 6152172 costituisce un esempio di distributore con un sistema di rilevazione della posizione del cursore dotato di un componente elettronico integrato, in particolare un sensore ad effetto hall, che produce in uscita un segnale proporzionale alla posizione del cursore stesso. I sistemi di rilevazione della posizione del cursore, come quello illustrato nel brevetto US 6152172, vengono solitamente montati su veicoli mobili e possono pertanto essere sottoposti a inversioni di polarità, corto-circuiti, picchi di corrente ed alimentazione, con conseguenti rischi per la loro salvaguardia ed integrità .

Un primo scopo della presente invenzione è quindi quello di fornire un trasduttore di corsa con sistema di protezione e alimentazione integrato.

Un secondo svantaggio della soluzione illustrata nel brevetto US 6152172 è costituito dal fatto che, nel caso di danneggiamento del sensore a effetto hall responsabile della rilevazione del campo magnetico, la lettura della posizione del cursore all'interno del distributore è compromessa.

Un secondo scopo della presente invenzione è quindi quello di fornire un trasduttore di corsa semplice ma altamente affidabile grazie all'utilizzo di doppi componenti elettronici per la rilevazione del campo magnetico e quindi in grado di fornire un doppio segnale di uscita. Un ulteriore svantaggio dell'arte nota è che l'applicazione dei sistemi di rilevazione della posizione del cursore al distributore comporta spesso la necessità di apportare modifiche ai componenti del distributore stesso.

Altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un trasduttore di corsa che possa essere applicato a qualunque tipologia di distributore senza apportare modifiche ai componenti esistenti e che sia in grado di fornire diverse tipologie di uscita.

Differentemente da quanto avviene per i trasduttori di corsa dell'arte nota, il trasduttore di corsa oggetto della presente invenzione consente inoltre, senza apportare alcuna modifica all'architettura costruttiva, di fornire diverse tipologie di segnali in uscita (es. uscita continua in tensione o in forma digitale, uscita discreta) a seconda dei componenti elettronici integrati montati al suo interno.

Detti scopi e vantaggi sono tutti raggiunti dal trasduttore di corsa oggetto del presente trovato, che si caratterizza per quanto previsto nelle sotto riportate rivendicazioni.

Questa ed altre caratteristiche risulteranno maggiormente evidenziate dalla descrizione seguente di alcune forme di realizzazione illustrate, a puro titolo esemplificativo e non limitativo nelle unite tavole di disegno in cui:

Fig 1 illustra una sezione del trasduttore di corsa oggetto del presente trovato;

Fig 2a illustra una sezione del trasduttore di corsa oggetto del presente trovato con cursore azionato a sinistra;

Fig 2b illustra una sezione del trasduttore di corsa oggetto del presente trovato con cursore in posizione neutra;

Fig 2c illustra una sezione del trasduttore di corsa oggetto del presente trovato con cursore azionato a destra;

Fig. 3 illustra una vista assonometrica del corpo sensore montato nel trasduttore di corsa oggetto del presente trovato;

Fig. 4 illustra lo schema del circuito elettronico contenuto nel corpo sensore montato nel trasduttore di corsa oggetto del presente trovato;

Fig. 5 illustra i segnali generati in uscita dai componenti elettronici integrati del trasduttore di corsa, nella configurazione in cui i componenti elettronici integrati siano della tipologia a uscita discreta;

Fig. 6 illustra il segnale generato in uscita dai componenti elettronici integrati del trasduttore di corsa, nella configurazione in cui i componenti elettronici integrati siano della tipologia a uscita continua.

Con riferimento alla fig.l viene di seguito illustrata l'architettura costruttiva del trasduttore di corsa oggetto del presente trovato.

Il distributore è composto da un corpo 1 all'interno del quale è ottenuto un foro 2; all'interno di tale foro è ospitato un cursore 3 che, a seguito dell 'azionamento, può scorrere assialmente indirizzando il flusso del fluido idraulico alle diverse utenze.

L'azionamento del cursore 3 può avvenire meccanicamente (ad esempio tramite una leva collegata ad una delle estremità del cursore, non illustrata) o elettricamente (ad esempio per azione di un solenoide, non illustrato).

L'assieme del trasduttore di corsa T è costituito da una flangia 4, un perno 5, un magnete permanente 6 e un corpo sensore 8.

La flangia 4 viene fissata al corpo del distributore 1 in corrispondenza dell'apertura del foro che alloggia il cursore 3; il corpo del sensore 8 è alloggiato nella parte superiore della flangia 4.

Il perno 5 è a sua volta alloggiato all'interno della flangia cava 4 ed è solidale al movimento del cursore 3 grazie ad un'estremità filettata che viene avvitata al cursore stesso.

Il magnete permanente 6 viene interposto tra l'estremità del cursore 3 ed il perno 5; tale magnete è di forma tubolare e presenta l'asse magnetico perpendicolare alla direzione di traslazione del cursore 3.

Il cappellotto 10 è fissato alla flangia 4 e alloggia al suo interno il sistema costituito da molla 11, boccola 12 e 13; tale sistema è fissato al perno 5 tramite il bullone 14.

Il sistema costituito da cappellotto 10, molla 11, boccole 12 e 13, bullone 14 viene solitamente indicato con il termine "versione".

Il montaggio del magnete permanente 6 può essere effettuato senza apportare modifiche ai componenti che costituiscono la versione; ciò comporta un notevole vantaggio in quanto consente di applicare il sensore a qualunque distributore si desideri, indipendentemente dalla versione che esso monta e senza la necessità di creare componenti appositi.

Il corpo sensore 8 è montato sulla flangia 4 ed in particolare è mantenuto ad essa solidale tramite l'uso di viti 9. Il fatto che il corpo sensore 8 sia montato sulla flangia 4 tramite l'uso di due sole viti ne garantisce un facile smontaggio ed una rapida sostituzione in caso di danneggiamento.

Nella posizione neutra POSO illustrata in fig.2b il magnete permanente 6 e il corpo sensore 8 sono allineati.

Quando il cursore 3 viene azionato a destra, come illustrato in fig.2c, ne consegue uno spostamento a destra in POS2 del magnete permanente 6 rispetto al corpo sensore 8.

Quando il cursore 3 viene azionato a sinistra, come illustrato in fig.2a, ne consegue uno spostamento a sinistra in POSI del magnete permanente 6 rispetto al corpo sensore 8.

Sia nel caso di azionamento a destra che a sinistra al cessare della forza di azionamento la molla 11 si espande riportando il magnete permanente 6 in linea con il corpo sensore 8.

Con riferimento alla fig.3 viene di seguito illustrata l'architettura del corpo del sensore 8.

Il corpo del sensore 8 è composto da un alloggiamento 14 sul quale sono ricavate due asole 15A e 15B; in fase di fissaggio del corpo sensore 8 alla flangia 4 le due asole 15A e 15B consentono di spostare il corpo sensore 8 fino a rilevare la posizione mediana del magnete permanente 6, detta anche zero meccanico. Una volta che tale condizione di allineamento è stata raggiunta il corpo sensore 8 viene fissato alla flangia 4 tramite le viti 9.

All'interno dell'alloggiamento 14 del corpo sensore 8 sono situati due componenti elettronici integrati SI ed S2 in grado di rilevare la posizione del magnete permanente 6 con due segnali, uno opposto all'altro; la posizione di zero meccanico si verifica quando i due segnali in uscita da SI ed S2 sono equivalenti.

La mutua distanza fra i componenti elettronici integrati SI ed S2 è inferiore alla distanza fra le estremità del magnete permanente 6 di cui viene rilevata la posizione.

Tali componenti elettronici integrati SI ed S2 sono collegati, mediante i cavi A (tensione continua Vcc = 8 - 32V) e B (tensione di massa), ad una sorgente di alimentazione.

Il componente integrato SI è collegato in uscita al cavo Cl, mentre il componente integrato S2 è collegato in uscita al cavo C2: nel caso in cui SI ed S2 siano della tipologia a uscita discreta imporranno rispettivamente ai cavi Cl e C2 una tensione Vcc, continua, o di massa, nel caso in cui SI ed S2 siano della tipologia a uscita continua imporranno ai cavi Cl e C2 una tensione proporzionale allo spostamento del magnete permanente 6.

I cavi A, B, Cl e C2 sono isolati mediante guaina ed intubati in un tubo di plastica 16.

In fig. 5 è rappresentato graficamente il segnale in uscita dai componenti integrati SI ed S2 nella configurazione in cui entrambi sono della tipologia a uscita discreta:

Magnete permanente 6 in posizione neutra (corsa P0min-P0max in fig.5a e 5b): i componenti elettronici integrati SI ed S2 sono al di sopra del magnete permanente 6 e sono entrambi in grado di rilevare un campo magnetico superiore alla soglia prefissata; ad entrambi i cavi Cl e C2 viene pertanto imposta la tensione Vcc.

Magnete permanente 6 in posizione di azionamento a sinistra (corsa P1min-P0min in fig. 5a e 5b): solo il componente elettronico integrato S2 è posto al di sopra del magnete permanente 6 e solo esso è in grado di rilevare un campo magnetico superiore alla soglia prefissata. Pertanto il componente integrato S2 impone al cavo C2 la tensione Vcc, mentre il componente integrato SI impone al cavo CI il potenziale di massa.

Magnete permanente 6 in posizione di azionamento a destra (corsa P0max-P2max in fig.5a e 5b): solo il componente elettronico integrato SI è posto al di sopra del magnete permanente 6 e solo esso è in grado di rilevare un campo magnetico superiore alla soglia prefissata. Pertanto il componente elettronico integrato SI impone al cavo CI la tensione Vcc mentre il componente integrato S2 impone al cavo C2 il potenziale di massa.

Nella configurazione con SI ed S2 ad uscita discreta il trasduttore di corsa T è in grado di sostenere passaggi di corrente tipici di solenoide o piccolo motore.

In figura 6 è invece esemplificato l'andamento del segnale fornito in uscita dai componenti elettronici integrati SI ed S2 nella configurazione in cui entrambi sono della tipologia a uscita continua.

In tale configurazione i due componenti elettronici integrati SI ed S2 forniscono in uscita due segnali opposti, entrambi proporzionali alla posizione del magnete permanente 6 e quindi del cursore 3; la ridondanza del segnale in uscita garantisce una maggior certezza del funzionamento del trasduttore in quanto, anche nel caso in cui uno dei due componenti integrati fosse danneggiato, la rilevazione della posizione del magnete permanente 6 non sarebbe compromessa.

In questa configurazione il trasduttore di corsa T può essere configurato per fornire diverse tipologie di uscita:

Uscita in tensione in un range da 0.5 a 4.5 V Uscita in tensione in un range da 25% a 75% della tensione di alimentazione

Uscita in forma digitale mediante protocollo CAN-bus Con riferimento alla figura 4 viene infine illustrato lo schema del circuito elettronico contenuto all'interno del corpo sensore 8.

Oltre ai componenti integrati SI ed S2 precedentemente descritti tale circuito integra al proprio interno anche un amplificatore Al, un diodo DI che lo protegge dalle inversioni di polarità ed un varistore VI per la protezione dai picchi di tensione.

In conclusione, il distributore idraulico è dotato di un trasduttore di corsa T in grado di rilevare la posizione del cursore 3 leggendo il campo magnetico generato da un magnete permanente 6 solidale al cursore 3 tramite il corpo sensore 8.

Detto magnete 6, è interposto tra l'estremità del cursore 3 ed il perno 5, è di forma tubolare ed ha asse magnetico perpendicolare alla direzione di traslazione del cursore 3.

Detto corpo sensore 8 comprende al suo interno due componenti elettronici integrati SI ed S2 tali da rilevare il movimento del magnete permanente 6 con due segnali uno opposto all'altro: quando i due segnali in uscita da SI ed S2 sono equivalenti il magnete 6 e di conseguenza il cursore 3 si trovano nella posizione di zero meccanico.

A seconda della tipologia di componenti elettronici integrati SI ed S2 montati nel corpo sensore 8, il trasduttore T fornisce diverse tipologie di uscita:

- un'uscita discreta che fornisce informazioni sui tre stati della valvola "posizione centrale", "azionata a destra", "azionata a sinistra"

- un'uscita continua, variabile proporzionalmente all'intera corsa del magnete permanente (6)

Il doppio segnale in uscita dai componenti elettronici integrati SI ed S2 permette una facile rilevazione della posizione mediana del magnete permanente 6, ovvero della posizione in cui i due segnali in uscita da SI ed S2 sono equivalenti, e permette inoltre la verifica dell'integrità del sensore.

Il trasduttore di corsa T montato sul distributore idraulico ha integrato al suo interno un sistema di alimentazione e di protezione.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. Distributore idraulico, comprendente almeno un corpo (1) all'interno del quale un foro (2) ospita un cursore (3) scorrevole assialmente e dotato di un trasduttore di corsa (T) comprendente mezzi (6, 8) atti a rilevare la posizione di detto cursore (3) leggendo il campo magnetico generato da un magnete permanente (6) ad esso solidale tramite un corpo sensore (8), caratterizzato dal fatto che il corpo sensore (8) comprende al suo interno un sistema di alimentazione e protezione integrato e due componenti elettronici integrati (SI) ed (S2) tali da rilevare il movimento del magnete permanente (6) con due segnali uno opposto all'altro; detti componenti elettronici integrati (SI) e (S2) sono della tipologia ad uscita discreta o della tipologia ad uscita lineare 2. Distributore idraulico, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto magnete permanente (6) è di forma tubolare con asse magnetico perpendicolare alla direzione di traslazione del cursore (3). 3. Distributore idraulico, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il magnete permanente (6) è interposto tra l'estremità del cursore (3) e quella di un perno (5) solidale con al movimento del cursore (3) per mezzo di una estremità filettata avvitata sul cursore (3) stesso; sulla estremità opposta di detto perno (5) agisce una molla (11) atta a riportare il magnete permanente (6) in linea con il sensore (8). 4. Distributore idraulico, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti componenti elettronici (SI) ed (S2) integrati, se della tipologia ad uscita discreta, forniscono in uscita un segnale di tensione discreta atta a fornire informazioni sui tre stati del distributore idraulico "posizione centrale", "azionata a destra", "azionata a sinistra". 5. Distributore idraulico, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti componenti elettronici (SI) ed (S2) integrati, se della tipologia ad uscita continua, forniscono in uscita un segnale di tensione continua, variabile proporzionalmente all'intera corsa del magnete permanente (6). 6. Distributore idraulico, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il doppio segnale in uscita dai componenti elettronici integrati (SI) ed (S2) permette la verifica dell'integrità del sensore 7. Distributore idraulico, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che, quando i due segnali in uscita dai componenti elettronici integrati (SI) ed (S2) sono equivalenti, il magnete permanente (6) e di conseguenza il cursore (3) sono nella condizione di zero meccanico 8. Distributore idraulico, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il corpo sensore (8) ha integrato al suo interno un sistema di alimentazione e di protezione, dotato di un diodo (DI) che permette di salvaguardare il trasduttore (T) dalle inversioni di polarità e di un varistore (VI) che permette di salvaguardare il trasduttore (T) dai picchi di corrente ed alimentazione. 9. Distributore idraulico, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il corpo sensore (8) è provvisto di asole (15a, 15b) che ne consentono il montaggio con due sole viti (9) sulla flangia cava (4), fissata al corpo distributore (1) in corrispondenza dell'apertura del foro (2) e ne consentono la regolazione della posizione fino alla rilevazione della posizione mediana del magnete permanente (6), detta anche zero meccanico. 10. Distributore idraulico, secondo la rivendicazione 1 e 4, caratterizzato dal fatto che il trasduttore di corsa (T) permette di sostenere passaggi di corrente tipici di solenoide o piccolo motore 11. Distributore idraulico, secondo la rivendicazione 1 e 5, caratterizzato dal fatto che il trasduttore di corsa (T) permette di fornire un'uscita in tensione in un range 0.5-4.5V o un'uscita in tensione in un range 25%-75% della tensione di alimentazione o un'uscita digitale mediante protocollo CAN-bus.