CN101368582B

CN101368582B - 阀组件

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Publication number: CN101368582B
Application number: CN200810213246.1A
Authority: CN
Inventors: G·诺尔; J·阿布特; W·拉姆勒; M·科克
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2007-08-16
Filing date: 2008-08-15
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2028-08-15
Also published as: EP2025949A3; DE102007038611A1; US8266902B2; EP2025949A2; US20090045361A1; CN101368582A; EP2025949B1

Abstract

本发明涉及一种阀组件，其具有用于流体的供给端口(24)和至少一个尤其为气动阀的流体动力阀(38)，其能够由阀组件(13a)的控制接口(36)所控制，用于通过动力端口(20a和21a)基于供给的流体而控制流体动力工具(12a)。阀组件(13a)包括集成在其壳体(26)中的至少一个开关输出端(52a)，其用于输出用于切换开关装置(49a)以影响工具(12a)尤其为不促动工具(12a)的开关信号。

Description

阀组件

技术领域

本发明涉及流体动力，更具体地涉及气动阀组件，其包括用于供给流体的供给端口和至少一个流体动力阀，该流体动力阀尤其为气动阀，该阀可以通过阀组件的控制接口来控制，以用于通过动力端口基于供给的流体来控制流体动力工具。

背景技术

例如，该工具可以是气压缸，其通过阀组件气动地控制。例如，阀组件是伺服阀，特别地是比例阀，其用作气动驱动器的控制。例如，气动驱动器是由阀组件控制的气压动力缸。例如，阀组件从用于开关阀组件的阀的主控制器接收控制信号。例如，欧洲专利公开EP1586777A1公开了这种阀组件。另外，这种阀组件还具有在阀组件上的传感器，例如压力传感器。

如果需要另外的开关装置，例如用于夹紧的夹紧装置或制动器或者工具的动力分接装置的制动器，用于例如在失效的情况下中断流体连接的阀等等，则有必要在这种装置和主控制器之间放置额外的导管。另外，主控制装置有必要产生用于切换安全阀或夹紧装置的单独的开关指令。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供开关装置的简单连接，以用于进一步影响由最初提到的类型的阀组件所控制的工具。

为了在最初提到的类型的阀组件的情况下实现该目的，阀组件具有集成在其壳体中的用于输出开关信号的至少一个开关输出端，该开关信号用于切换用于影响工具尤其为用于使该工具不被促动的开关装置。

使用集成的开关输出端，根据本发明的阀组件可优选地直接控制连接的装置，例如处在关闭状态和打开状态之间的开关阀。

根据本发明的思想，开关信号，优选地是安全开关信号，由阀组件直接产生并且使得在一个或多个开关输出端处可用。然而，阀组件可以例如还在控制接口处从主控制器接收开关信号。通过控制接口，阀组件另外地接收传统的信号，例如阀设置信号，其用于改变在阀组件上的阀的阀部件的设置。

例如，该至少一个开关输出端是有线的、光学的或电气的开关输出端。该至少一个开关输出端还可以是无线接口，例如光学接口或无线电接口的构件。

阀组件例如优选地以根据由控制装置所生成的至少一个传感器信号和/或控制信号的方式自身产生开关输出。例如，控制装置可以是包括在阀组件或主外部控制装置中的本地控制装置。传感器信号可以由与阀组件连接的外部传感器生成，例如在工具上的位置传感器。

然而，本发明的优选的设计是，在阀组件上提供传感器装置以用于产生传感器信号。该传感器装置以根据例如阀组件或连接工具的运行状态的方式产生传感器信号。传感器装置可优选地包括响应于在动力端口处或在供给端口处获得压力的一个或多个压力传感器。此外，可使用合适的流速传感器来实现对动力端口和/或供给端口的流速的测量。然而，传感器装置可包括响应于在阀组件上的阀的阀部件的位置的位置传感器、温度传感器、电压传感器或安培传感器。明显的是，根据需求，在阀组件中可存在另外的传感器装置。

至少一个开关输出优选为可以参数化的。因此能够将传感器值的极限值、打开和关闭的次数、制动值、例如电压误差的误差等等设置为参数。参数化可经由控制接口或经由特别提供以用于参数化的单独的参数化连接而进行。

例如，开关装置可包括在阀组件和工具之间连接的阀装置。阀装置优选地构成所谓的失效安全回路。可影响和例如中断来自和/或到达工具的流体流。因此可例如将工具关闭。然而，开关装置还可以是作用于工具的促动器部件的制动器和/或夹紧装置，其直接地或间接地作用于促动器部件。例如，开关装置可经由作用力分接(force tapping)或与促动器部件结合的输出点而与促动器部件间接地协作。夹紧装置可在失效的情况下将促动部件暂停在其正处在的位置。

用于阀组件的阀的控制的本地控制装置优选地设置在阀组件上。此外，也可构成控制装置的构件的调节装置有利于阀的调节。因此，例如位置调节装置或力调节装置是有利的。然后，例如在控制接口处可获得的输入信号是阀设置信号。

然而，调节装置还可适用于阀的控制，如比例阀，压力调节阀，特别是差压阀。压力的调节以高度动态的方式进行。在这种形式的运行中，阀组件将例如经由控制接口接收压力目标值。明显的是，调节装置优选地能够例如经由上述的参数化接口或控制接口而在不同的调节模式上切换。

控制装置或调节装置优选地设计为用于控制至少一个开关输出端。因此，控制装置例如可在失效的情况下在开关输出端处输出控制信号，该开关装置具有开关输出端以用于使工具不被促动。例如，可控制上述的失效安全阀装置以关断阀组件和工具之间的流体连接。

在阀组件上的阀优选地是开关阀和/或连续阀和/或调节阀。特别优选的是，在阀组件上具有5/3方向阀。5/3方向阀满足了另外必须的3/3压力调节阀的功能。优选地，方向阀的中间位置是关闭位置。

控制接口和至少一个开关输出端优选地结合在一起，以便在阀上的开关输出端可以通过控制接口来操作。因此，例如控制接口处的主控制器可传递用于不促动或促动工具的开关信号。该信号由控制接口直接地进一步传递到至少一个开关输出端。因此存在工具的控制的简化。可以容易地进行管线的布置，更具体地，在主控制装置和开关装置之间不必布设单独的布线。

控制接口最好采用总线接口的形式，例如现场总线接口。

阀组件优选地具有串联接口，该串联接口用于与另外的阀组件或另外的装置相串联，尤其与阀组件通过总线相连接。例如控制接口可成回路连通到总线接口。

有利的是，阀组件具有传递装置，其用于传递阀组件、例如工具的与阀组件连接的装置、或开关装置的诊断数据和/或装置数据。因此，例如该传递装置可报告开关装置的开关状态。

开关输出端可有利地具有数字开关输出端和/或模拟开关输出端。有利的是，开关输出端处的开关状态例如通过控制接口而进一步报告主控制器。

此外，根据本发明的阀组件不仅设计为用于输出开关信号，而且还用于检测输入信号，为此提供了集成在阀组件的壳体中的至少一个报告输入端。报告输入端可适用于检测数字数据和/或模拟数据。通过该报告输入端，能够例如使位置传感器或其它传感器将信号报告到阀组件，这些传感器尤其布置在工具上。报告输入端和开关输出端优选地例如直接地经由电线连接或间接地例如经由阀组件的控制装置或调节装置而彼此联接。开关输出端以根据在报告输入端处存在的至少一个输入信号的方式产生开关信号。

阀组件优选地是可以单独地操作的类型的独立的阀组件。然而根据可选的设计，阀组件可以采用用于阀组的组件的形式，该阀组包括成排布置的若干个阀组件和输入/输出组件等等。

附图说明

在下文中，将参考附图对本发明的工作实例进行说明。

图1是带有气动线性驱动器和用于对其进行控制的气动阀组件的流体动力装置的图示。

图2显示了根据图1的装置的透视图。

图3显示了用于控制工具的两个互相串联的阀组件。

图4是作为控制气压动力缸的阀组的构件的阀组件的图示。

对于下文的工作实例的描述，相同的或相似的构件通过相同的参考标号或者通过带有标记a和b的参考标号来标示。

具体实施方式

流体动力装置10a包括气动驱动器11a和流体动力工具12a。驱动器11a是线性驱动器。驱动器11a通过阀组件13a而供给有在目前的情况下为压缩空气的流体，以便布置在驱动器11a的内部的促动器部件35a在终端支座16和终端支座17之间往复地移动在驱动器11a的壳体14的外部上导向的承载件15。

对于承载件15朝着终端支座17的向前运动V，阀组件13a在装置流体端口18a处为驱动器11a供给流体，同时压缩空气可从布置在终端支座17处的装置流体端口19a(在输出端处)离开。在相反方向上，即在相反运动R的情况下，阀组件13a为装置流体端口19a供给压缩空气，而压缩空气则可经由在出口流端处的装置流体端口18a排出。

装置流体端口18a和19a能够通过流体管线22a和23a与阀组件13a的阀组件动力端口20a和21a连接，并且为了装置10a的运行而连接。流体管线22a和23a是能够插入到流体端口18a和21a内的柔性管道，并且优选地由它们自动锁定在适当位置。

能够经由供给端口24为阀组件13a供给压缩空气。从工具12a返回到阀组件13a的压缩空气可经由废气装置25例如消声器而排出。废气装置25优选地构成阀组件13a的构件并且布置在其壳体26上。

在壳体26上存在另外的端口27和28，用于将阀组件13a与另外的装置例如控制装置和传感器装置相连接。

例如，端口27是控制接口36的构件。控制接口36包括用于连接对阀组件13a进行控制或调节的控制装置29的总线接口37。

端口28是用于串联阀组件13a与另外的阀组件(例如阀组件13a′)(见图3)的串联接口41的构件。例如，串联接口41是总线接口，例如是现场总线接口。例如将控制接口36的引线成回路地连通到串联接口41。

然而，如果例如测位装置31具有总线接口，则还可使通向用于测定承载件15的相应位置的位置传感器装置31的连接管线30与串联接口41连接。

阀组件13a的显示装置32用于显示运行状态(例如失效状态)、正确的动力供给电压等等。

由于作为套管和插头的端口27和28的构造，容易地确保装置10的正确的电气布线。

从流体动力和气动特征的观点来看，在装置11a和13a之间的柔性管道或流体连接的可靠运行的和正确的布置可以由有利的和可选的措施获得。例如，装置流体端口18a和阀组件动力端口20a具有作为第一机械编号(codification)的相同的释放环33。流体端口19a和21的释放环34在机械上不同于释放环33，从而构成第二机械编号。例如，在流体端口19a和21a的情况下，释放环33比释放环34更加向前突出超过流体端口18a和20a的流体连接体。此外，例如流体管线22a和23a，优选地还有流体端口18a，20a，以及相应的流体端口19a和21a，具有不同颜色的编号或波纹，以便提供关于流体管线和流体端口的清晰的颜色关联。

阀组件13a包括能够经由控制接口36控制的阀38。通过控制接口36，阀组件13a接收用于阀38的阀部件(未示出)的位置信号。然而，这些位置信号没有从控制接口36直接传递到阀38，而是传递到阀组件13a的控制装置39。

此外，控制装置39包括构成调节阀72的调节组件40。处理器71执行调节组件40的程序代码。调节组件40基于通过控制接口36接收的阀设置信号而调节阀38的相应位置。阀38是5/3方向阀。例如，基于阀组件13a在控制接口36或者参数化接口42处接收的合适的控制参数，调节组件40能够在位置调节和压力调节以及比例调节之间切换。

例如，对于压力调节，控制装置39评估从传感器装置46的压力传感器43，44和45接收的传感器信号47。压力传感器43和44分配给动力端口20a和21a。压力传感器45响应于供给端口24处的供给压力。作为可选特征，传感器43，44和45可具有分配给它们的压力检测装置48，该压力检测装置48例如为控制装置39准备例如关于信号水平的传感器信号47或者使信号平滑或者进行某些类似的操作。

然而，阀组件13a不仅气动地控制工具12a，而且还切换用于使工具12a不被促动的开关装置49a。开关装置49a包括阀装置51的开关阀50。开关阀50置于流体管线22a和23a上，并且可以打开或关闭通过流体管线的压缩空气流。阀组件13a通过开关输出端52a或开关输出装置53切换开关阀50。开关输出端52a集成在阀组件13a的壳体中。阀组件13a在阀上具有开关输出端52a。经由管线54a或者还可选地经由无线接口54b，阀组件13a传递用于将开关阀50切换到其关闭或者打开位置的开关信号54。例如在失效的情况下，阀组件13a将两个开关阀50切换到其关闭状态以便锁定该工具12a。因此阀装置51构成失效安全装置。

阀组件13a通过控制接口36报告开关阀50的相应位置，该控制接口36在该程度上作为用于传递开关装置49a的至少一个开关状态的传递装置79。

阀组件13a以根据例如压力传感器信号47的方式产生开关信号54。当在动力端口20a和21a中的一个端口处存在非预期的压降，或者在供给端口24处存在压力损失等等的情况下，阀组件13a将产生用于将开关阀50切换到其关闭位置的开关信号54，以便使工具12a关闭。

此外，阀组件13a具有温度监测装置。温度传感器55监测阀组件13a的温度，例如阀38的温度或阀组件13a的当前供给61的温度。温度传感器55产生温度传感器信号56，该信号在输入接口57处由开关输出装置53接收。当超过例如能够在参数化接口42处设置的温度极限值时，开关输出装置53将开关阀50切换到关闭位置。

例如，位置传感器31也可与输入接口57连接，该连接由虚线连接线73所指示。位置传感器31产生位置传感器信号58。开关输出装置53以根据传感器信号58的方式切换该开关阀50。当例如超过极限位置，例如促动器部件35a太靠近终端支座16和17或超过预定的速度等等时，开关输出装置53将开关阀50切换到其关闭位置。

此外，可能的是，例如电压传感器59和安培传感器60用于监测阀组件13a的动力供给61；以及开关输出装置53用于基于由传感器60和61供给的传感器信号74和75产生开关信号54，例如在安培值或电压下降的情况下，使开关阀50在电压或安培值下降的情况下关闭。

阀组件13a的位置传感器62对阀38的阀部件的相应位置进行定位，并且根据该位置产生位置传感器信号63。调节组件40基于位置传感器信号63调节阀部件的位置。

位置传感器62还将位置传感器信号63传递到开关输出装置53。当例如阀部件堵塞或在其运动中由于障碍物而阻滞时，可基于位置传感器信号63而了解该情况。开关输出装置53评估位置传感器信号63并且可因此例如识别阀38的故障状态，在故障状态的情况下，开关输出装置53将经由至少一个开关输出端52使开关阀50切换到关闭状态。开关输出端52a是数字开关输出端。开关阀50可以与单个的开关输出端52a并联。

开关输出端52a还可由开关输出装置53和/或调节组件40控制。如果例如调节组件40在阀38的调节中检测到故障状态，即流体端口20a，21a或24等等中的一个端口处的压力的下降，则调节组件40可经由管线64控制开关输出装置53以用于切换开关装置49a，例如用于将开关阀50切换到关闭设置或者打开设置。此外，经由控制接口36控制开关输出装置53也是可行的，该控制接口36优选地是总线接口。

为此提供了管线65。在上述两种设计的情况下，可以预想的是，开关输出端52a可从控制装置39或通过控制接口36而被直接控制，即以便不必存在开关输出装置53。

然而，开关输出装置53还可经由报告输入端66，例如数字报告输入端或模拟报告输入端来操纵。例如位置传感器70可例如与报告输入端66连接并使促动器部件35a的端部位置信号化。当例如促动器部件35a撞击端部支座17时，这将由位置传感器70报告到报告输入端66，该位置传感器70例如是感应传感器。阀组件13a接着例如将开关阀50切换到关闭位置。

此外，报告输入端66与控制接口36连接，以便可以经由控制接口36将由报告输入端66检测的输入信号例如直接传递到主控制装置29，该报告输入端66可以是数字报告输入端或模拟报告输入端。

优选的数字开关输出端91能够经由控制接口36而被直接控制以用于切换开关装置，例如开关装置49。因此例如主开关装置29可经由控制接口36直接促动开关输出端91，并且例如产生用于切换开关阀50(未示出)的信号。

显示装置76，例如声学的显示装置和/或光学的显示装置，例如LED阵列77，用于指示输出端52a的相应的开关状态。

此外，在阀组件13a的情况下存在广泛的诊断和参数化的可能性。因此，例如将阀38的特性保留在装置数据存储器67中，例如额定流量、阀类型、阀组件13a的序列号等等。此外，甚至能够将连接的工具12a的特性存储在装置存储器67，例如活塞直径等等。阀组件13a通过控制接口36与这些装置通信，该控制接口36因此构成用于传递诊断数据和/或装置数据的传递装置78。

阀组件13a通过控制接口36或未示出的诊断连接来传送附加的诊断信息，例如关于在连接的工具12a中和/或在阀38中的堵塞、过高的温度、过高的流量等等。

阀组件13a能够经由参数化接口42而被参数化。例如参数化装置68可连接到参数化接口42，以便为阀组件13a将极限值、连接次数、关闭次数等等参数化。

阀组件13a能够与另外的组件特别是另外的阀组件串联。例如，图3中描绘的流体动力装置10a′就显示了这种串联系统。例如，工具12a和12a′是多轴系统的构件，该系统能够从控制装置29以集成的方式而被控制。阀组件13a经由串联线路69与另外的阀组件13a′连接，阀组件13a′操纵例如流体动力线性驱动器的工具12a′。例如，将串联线路69插入到端口28中。串联线路69例如是总线。

本发明的原理也可以应用于组状阀组件。例如，它可包括图4所示的阀组80和用于控制另外的构件的操纵组件81，即输入/输出组件82和阀组件83和根据本发明的阀组件13b′。操纵组件81经由内部总线84控制组件82，83和13a，上述组件经由内部总线84彼此通信。例如阀组件83具有用于总线84的控制接口(未示出)系统。

流体动力装置10b的阀组件13b通过其动力端口20a和20b控制工具12b，例如气动驱动器11b。流体管线22b和23b从工具12b的装置流体端口18b和19b通向阀组件13b。通过其动力端口20b和21b的流体促动，阀组件13b操作以气压缸的形式设计的驱动器11b的促动部件35b，例如活塞。活塞杆87布置在活塞杆或者相应的促动器部件35b上并且用于分接动力并且在驱动器11b的壳体14b的前部突出。

活塞杆87可通过夹紧装置85而被夹紧从而停留在其位置。这是一个优点，尤其在失效状态中或当驱动器11b未被促动时。

可以设想的是，可采用输入/输出组件82以控制传导装置85。然而，在阀组件13b的情况下选择了更简单的设计。线路86从阀组件13b的一个开关输出端52b延伸到夹紧装置85，其构成开关装置49b。响应于经由入口总线84接收的指令，阀组件13b例如可将夹紧装置85切换到夹紧位置或释放位置。此外，来自阀组件13b的内部传感器信号，例如供给端口(未示出)处的过大压力的突然出现等等，可导致该切换动作。

Claims

1. 一种流体动力阀组件(13a和13b)，其包括：

用于流体的供给端口(24)；和

至少一个气动流体动力阀(38)，其能够通过所述阀组件(13a和13b)的控制接口(36)而被控制，以用于利用动力端口(20a,21a,20b和21b)基于所供给的流体来控制流体动力工具(12a,12a'和12b)，其特征在于，所述阀组件(13a和13b)具有集成在所述流体动力阀组件的壳体(26)中的用于输出开关信号(54)的至少一个开关输出端(52a,91和52b)，所述开关信号(54)控制开关装置(49a和49b)以使所述流体动力工具(12a，12a'和12b)不被促动。

2. 根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述阀组件以根据至少一个传感器信号(47,56,58,63,74和75)或者由控制装置(39)产生的控制信号的方式产生所述开关信号(54)。

3. 根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述阀组件包括传感器装置(46)，其用于以根据所述阀组件(13a和13b)或所述流体动力工具(12a,12a'和12b)的至少一个运行状态的方式产生传感器信号(47,56,58,63,74和75)。

4. 根据权利要求3所述的阀组件，其特征在于，所述传感器装置(46)包括响应于在动力端口(20a和21a)处或在所述供给端口(24)处存在的压力的至少一个压力传感器(43至45)，和/或响应于所述气动流体动力阀(38)的阀部件的位置的位置传感器(62)，和/或温度传感器(55)，和/或电压传感器(59)，和/或至少一个安培传感器(60)。

5. 根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述至少一个开关输出端(52a,91和52b)能够被参数化。

6. 根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述开关装置(49a和49b)包括放置于所述阀组件(13a和13b)和所述流体动力工具(12a,12a'和12b)之间的阀装置(51)。

7. 根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述开关装置包括作用于所述流体动力工具(12a,12a'和12b)的促动器部件(35a和35b)的制动装置和/或夹紧装置。

8. 根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述阀组件还具有控制所述气动流体动力阀(38)的控制装置和/或用于调节所述阀(38)的调节装置(72)。

9. 根据权利要求8所述的阀组件，其特征在于，所述调节装置(72)适合于控制所述气动流体动力阀(38)。

10. 根据权利要求8所述的阀组件，其特征在于，所述控制装置(39)或所述调节装置(72)适合于控制所述至少一个开关输出端(52a,91和52b)。

11. 根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述阀组件还包括开关阀，和/或连续阀，和/或调节阀，和/或5/3方向阀(38)。

12. 根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述控制接口(36)和所述至少一个开关输出(52a,91和52b)被连接，并且所述至少一个开关输出端(52a,91和52b)能够由所述控制接口(36)直接操作。

13. 根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述控制接口(36)包括现场总线接口。

14. 根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述阀组件还包括用于与另外的阀组件(13a和13b)串联的串联接口(41)。

15. 根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述阀组件还包括用于传递与所述阀组件(13a和13b)相关和/或与连接至所述阀组件(13a和13b)的装置相关的诊断数据和/或装置数据的传递装置(78)。

16. 根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述阀组件还包括用于传递所述开关装置(49a和49b)的至少一个开关状态的传递装置(79)。

17. 根据权利要求16所述的阀组件，其特征在于，所述阀组件适合于经由所述控制接口(36)输出指示所述至少一个开关输出端(52a,91和52b)的相应状态的至少一个开关输出端状态信号(88)。

18. 根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述至少一个开关输出端(52a,91和52b)包括数字开关输出端和/或模拟开关输出端(52a,91和52b)。

19. 根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述阀组件还包括集成在所述阀组件的壳体(26)中的用于接收至少一个输入信号的至少一个报告输入端(66)。

20. 根据权利要求19所述的阀组件，其特征在于，所述至少一个报告输入端(66)与所述控制接口(36)连接，并且所述输入信号通过所述至少一个报告输入端(66)传递到所述控制接口(36)。

21. 根据权利要求19所述的阀组件，其特征在于，所述至少一个报告输入端(66)和所述至少一个开关输出端(52a,91和52b)被联接，并且所述至少一个开关输出端(52a,91和52b)以根据所述至少一个报告输入端(66)的至少一个输入信号的方式产生所述开关信号(54)。

22. 根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述至少一个开关输出端(52a,91和52b)包括有线输出端和/或无线接口(54b)。

23. 根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述阀组件的壳体(26)设计为用于结合在阀组(80)中，所述阀组(80)具有成排布置的若干个阀组件(13b和83)。

24. 一种流体动力装置，其包括如权利要求1所述的至少一个阀组件(13a和13b)，并且具有与所述阀组件(13a和13b)连接的开关装置(49a和49b)。