CN103062149A - 数字液压控制器的增压器及其使用方法 - Google Patents

数字液压控制器的增压器及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于一种数字液压控制器的增压器，在该数字液压控制器中使用至少一个数字阀（40）。所述增压器通过至少两个电压（21，22）连接至所述数字阀（40）的阀杆（42）的电磁线圈（41），并且一个电压（21）高于另一电压（22）。本发明还涉及一种使用与数字液压控制器相关的增压器的方法。

Description

数字液压控制器的增压器及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种用于数字液压控制器的增压器（booster）。更特别地，本发明涉及一种用于其中使用至少一个数字阀的数字液压控制器的增压器。更特别地，本发明还涉及一种使用与用于控制至少一个数字阀的数字液压控制器相关的增压器的方法。
背景技术
数字液压控制器使用在基于数字液压的系统中，其中至少部分组件基于构成数字阀组的数字阀。数字阀组是阀单元，在该阀单元中具有至少一个数字阀组，该数字阀组又包含与穿过数字阀组的流体流相关的并联连接的许多数字阀。此外，数字阀是旨在调整流体的容积流量（volume flow）的阀，该阀具有2至N个不同步长的分离调整模式，特别是2种不同的分离调整模式（开启/关闭），并且对于该阀，从控制系统取来的控制信号有利地被数字化，例如为二进制形式。有利的是，数字阀具有两种模式：完全开启或是完全关闭。当数字阀开启时，数字阀所允许的流体的整个容积流量穿过该阀，而当数字阀关闭时，根本没有流体穿过该阀。这种具有两种模式的数字可控数字阀也称为开/关阀和开/关数字阀。数字阀也可以具有多于两种模式，在这种情况下，以步进方式从一种模式至另一种模式驱动阀。数字阀可以具有三种位置：它使流体流到第一或第二方向，或者该阀不允许任何流体穿过。调整指令（控制信号）是数字性质，例如二进制。根据调整指令，通过开启数字阀组的特定阀组合来调整数字阀组的容积流量和由流动产生的压力，以便实现数字阀组的期望的开启以及流体的期望的容积流量。不同于模拟阀，并联连接的每一数字阀可以仅具有有限数量的调整模式，即数字阀仅具有特定的分离流量模式。在一种数字阀形式中，具有三种模式：开启/关闭/快速开启。然而，优选地，每一数字阀仅具有开/关模式；当开启时，阀使特定容积流量通过；当关闭时，阀完全阻止流体通过。数字阀组由具有两种模式（开/关）的多个数字阀组成。典型地，对于具有额定容积流量的两个接连（successive）的数字阀，流过在开启位置具有较大额定容积流量的阀的容积流量总是比具有较小额定容积流量的阀的体积流量大两倍。因而，二进制控制信号可被送至这样的数字阀组，在该数字阀组中，控制信号的幅度（magnitude）已被转换为二进制数。作为模拟阀和液压阀组之间的调整方法的差异的示意性比较，可以有以下说明：如果模拟阀由控制信号（调整指令）调整，该控制信号的幅度是12单位，则模拟阀杆移动与12控制单位相当的量，在这种情况下，该阀允许相应增长的容积流量通过。另外，当由5个并联连接至输入流的开/关数字阀组成的数字阀组通过12单位类似大小的控制信号（调整指令）控制时，其中数字阀1、2、3、4、5允许通过的容积流量的大小分别为1单位、2单位、4单位、8单位和16单位，该控制信号是二进制并且变为控制信号01100（0×24+1×23+1×22+0×21+0×20=12）（对应于阀5、阀4、阀3、阀2、阀1），从而阀3和阀4开启。因此，用于控制数字液压装置的控制器包括一组开/关阀，该组开/关阀并联连接并且在输入线和输入线之间延伸，并且例如对于压力控制，控制器具有两组阀，其中一组将供给线（feedline）连接至控制器的输出线，另一组将输出线连接至排出线（drain line）。
在德国专利申请102009026604中描述了用于制造纤维幅材的机器（尤其是造纸机或纸板机）的液压缸总成。这种现有技术中的总成包括具有缸壳（cylinder housing）和可放在缸壳内部的活塞的液压缸，该活塞将缸壳细分为汽缸盖侧的腔室和汽缸后端侧的腔室，并且至少一个数字液压控制器集成在该总成中。压力控制器与汽缸盖侧的腔室和汽缸后端侧的腔室相关联，并且控制工作流体向腔室供给或是从腔室排出以便调整液压缸的至少一个腔室中的工作流体的压力。这种现有技术的公布教导了对于使用数字控制器的液压控制的质量来说重要的是单个阀的切换速度，其意味着阀可以多快地开启或关闭。对于阀中的阀体的快速移动，也需要很大的力以将阀保持在受控状态。为此，提议使用增压器或放大器来提供使阀电磁致动以快速切换的线圈，这样可产生更强的磁场并且阀体可以快速移动。这种现有技术文献中的问题是：其并未给出如何为具有数字阀的液压缸总成提供这种在商业上不能得到的增压器或放大器的任何实际的示例。
申请人知晓一种尝试，其中增压器设有一个通道并且使用内部具有24V输入电压的特定线圈，但是这一尝试被证实不起作用。因此，在与常规自动系统有关的商业上可得到的数字阀中没有可用的实用方案。因此，现有技术并未解决数字阀的快速状态改变的问题。
发明内容
本发明的目的是开发一种适合于与液压缸总成相关（in connection with）使用的增压器或放大器。
另外，本发明的一个非限制性的目的是在不必重构数字阀的情况下实现能与现有技术的数字阀相关使用的增压器或放大器。
本发明的另一个非限制性的目的是提供一种明显提高数字阀状态的切换速度的增压器。
本发明的又一个特定目的是显著地改善具有数字阀的液压缸总成的运行。
鉴于以上内容，本发明的目的是提供一种用于数字液压控制器的增压器。
本发明以上及以后描述的目的由如下所述的增压器解决，该增压器通过至少两个电压连接至数字阀的阀杆的电磁线圈，并且一个电压高于另一个电压/另一些电压。
通过本发明，实现了适用于很好地与数字液压控制器的阀相关使用以快速切换阀状态的增压器或放大器。通过根据本发明的增压器，阀的开启从大约30ms显著地加速到大约6ms。通过增压器，数字控制器的控制信号被放大至适用于数字阀，尤其是适用于常规数字阀，而不必重构阀。
根据本发明的优选实施例，一个数字阀由两个半导体开关控制，一个开关提供具有较高电压的脉冲，一个开关连接用于涓流的低电压。
根据本发明，增压器还可以设置有多于两个的不同电压。
根据本发明的优选特征，增压器具有两个不同的预先生成的电压，这两个电压在板自身的外部。关于将阀状态从关断切换至开启，首先使用高电压，然后是低电压。
根据本发明的优选特征，增压器位于与阀相关的控制源（control source）附近。
根据本发明的优选特征，控制由3条线提供，其中一条线不用。
通过根据本发明的增压器，信号被放大并且高电压脉冲被添加，因此实现了数字阀的快速状态改变。
在数字阀的状态“1”下，由根据本发明的增压器提供的高电压完成阀的快速开启移动，并且在状态“0”下，高电压和低涓流电压之间的电压差促使快速释放。
使用与数字液压控制器相关的增压器的方法，其中，该增压器放大用于切换数字阀的状态的控制信号并且将至少两个电压提供给数字阀的阀杆的电磁线圈，其中，一个电压高于另一电压/另一些电压。
与根据本发明的增压器运行有关，采取以下步骤以提供数字阀状态的快速切换，且在使用与数字液压控制器相关的增压器的方法中采取如下步骤：
-将输入板信号控制为状态“1”；
-将比涓流电压高的电压连接至阀的线圈；
-保持高电压的连接状态一较短时间，其中线圈的电流快速增长；
-当电流已增长时，切断高电压，此后，低涓流电压保持阀起动（activate）；
-将输入信号控制为状态“0”；
-切断来自线圈的输入电压；
-阀线圈的能量储备迫使电流继续流动直至磁场的能量被释放；
-电流经由二极管和电流源（current supply）流动直至能量被释放；以及
-在释放完磁场后，弹簧按压阀杆至开始位置。
本发明提供了多种优点。系统被简化，这在功能特性、尤其是产品特性方面带来了成本削减。本发明提供了创建与数字阀技术有关的快速开/关功能的可能性。由于系统被简化，测试和使用也变得容易，所有这些因素降低了机器的生产成本以及提高了使用数字阀技术的机器的功能。即使发生故障，数字阀技术也被认为是安全的。另外，由于状态切换更快，所以相比现有技术控制阀，能更好地控制可能的故障。在本发明公开的这种方式中，能以与以后描述的不同实施例有关的方式使用数字阀执行快速状态切换，从而实现多种上述所追求的益处。
根据本发明的增压器以及使用增压器的方法非常有利地使用在用于纤维机的数字阀控制器中。在这些应用中利用了本发明的多种优点，例如，压光机、卷纸机（reel）和复卷机（winder）的压区加载。
与说明书和权利要求书有关，以下术语用于帮助这种解释：术语液体主要用于压力介质，但实际上是流体，该流体的特性特别包括流动性。这种流体可以是液体、气体、或例如液体和气体的混合、或例如固体成分部分的其它物质的混合。
附图说明
接下来，将参考所附附图对本发明进行更详细的解释，其中：
图1示意性地示出本发明的一个优选实施例的一个示例。
图2示意性地示出与本发明的一个优选实施例有关的数字阀布置的一个示例。
图3示意性地示出根据本发明的增压器盒（booster box）的一个优选实施例的一个示例。
具体实施方式
接下来，通过参考图1至图3示意性示出的示例来解释本发明的一些优选实施例和特征。可以理解的是，本发明并不限于这些示例，而是可以有多种改进。在附图中，除非另有描述，否则对这些示例中的各组件和部分使用相同的参考标记。
在图1中，示出了根据本发明的增压器30的一个示例。在该图中，示出了增压器板（booster card）10和电流源20。该电流源包括两个电压21和22。一个电压21高于代替涓流电压（trickle voltage）的另一低电压22。高电压21例如为20-90V，优选为30-50V，而低电压为2-24V，优选为8-12V。增压器也可以设置有多于两个的不同电压。增压器板10包括两个半导体开关11、12以及脉冲形成器13。控制信号经由控制信号连接件15传送。一个数字阀由两个半导体开关11、12控制，一个半导体开关为脉冲形成器13的脉冲提供高电压21，一个半导体开关连接用于涓流的低电压22。增压器30具有两个不同的预先生成的电压21、22，这些电压21、22在增压器板10自身的外部。关于将阀40（图2）的状态从关断切换到开启，首先使用高电压21，然后是低电压22。通过增压器30，信号15被放大并且高电压21脉冲被添加到脉冲形成器13中，从而实现数字阀40（图2）的快速状态改变。
在图2中，示出了与数字阀40相关的根据本发明的增压器30的一个示例。控制信号连接件15连接至增压器板10，该增压器板10经由电流源20的电压连接件21、22连接至数字阀40的电磁线圈41。电磁线圈41绕在数字阀40的阀杆42上。
在图3中，示出了用于数字液压控制器的数字阀组的增压器30的示意图。在本示例中，增压器30具有16个连接点51，用于使电压连接件21、22连接至阀杆42（图2）的电磁线圈41（图2）。增压器30利用电缆连接点52连接至低电流控制件。
关于根据本发明的一个示例的增压器30的运行，采取以下步骤以提供数字阀状态的快速切换，并且在使用与数字液压控制器相关的增压器的方法中，采取如下步骤：首先，将用于板信号的输入脉冲13的控制信号15控制为状态“1”，并且将高电压21而非低涓流电压22连接至阀40的线圈41。高电压21保持连接达一较短的时间，其中，线圈41的电流快速增长。当线圈41中的电流已经增长时，切断高电压21，此后，低涓流电压22保持阀40起动，从而保持阀杆42在打开位置。然后，将输入脉冲13的控制信号15控制为状态“0”并且切断来自线圈41的输入电压，且阀线圈41中的能量储备迫使电流继续流动直至磁场的能量被释放。电流经由半导体开关11、12和电流源20流动直至能量被释放。在释放磁场后，弹簧（未示出）按压阀杆42至初始位置。在数字阀的状态“1”下，由增压器30提供的高电压21实现阀40的快速开启移动，并且在状态“0”下，高电压21和低涓流电压22之间的电压差使得线圈41快速释放。
增压器30连同数字液压控制器的阀40使用，从而快速切换阀40的状态。借助于根据本发明的增压器30，阀的开启从大约30ms加速至大约6ms。通过增压器30，数字控制器的控制信号15被放大以适用于普通数字阀40，而不必重构阀。

Claims (12)

1.一种用于数字液压控制器的增压器，在所述数字液压控制器中使用至少一个数字阀（40），其特征在于，所述增压器通过至少两个电压（21，22）连接至所述数字阀（40）的阀杆（42）的电磁线圈（41），并且一个电压（21）高于另一个电压（22）/另一些电压。
2.根据权利要求1所述的增压器，其特征在于，所述增压器（30）包括增压器板（10）和电流源（20）。
3.根据权利要求2所述的增压器，其特征在于，所述增压器（30）的增压器板（10）包括至少两个半导体开关（11，12）、脉冲形成器（13）以及控制信号连接件（15）。
4.根据权利要求2所述的增压器，其特征在于，所述增压器（30）的电流源（20）包括连接至所述数字阀（40）的电磁线圈的所述至少两个电压（21，22）。
5.根据权利要求1所述的增压器，其特征在于，所述增压器（30）具有两个不同的预先生成的电压（21，22），这两个电压位于所述增压器板（10）的外部。
6.根据权利要求1所述的增压器，其特征在于，所述增压器（30）位于与所述数字阀（40）相关的控制源附近。
7.根据权利要求1所述的增压器，其特征在于，由用于所述数字阀的增压器（30）放大的控制信号是数字的，例如二进制。
8.根据权利要求1所述的增压器，其特征在于，所述数字阀中的每一数字阀的控制信号均是二进制的，从而所述信号表示0或1。
9.根据权利要求1所述的增压器，其特征在于，所述增压器设置在纤维幅材机中。
10.一种使用与用于控制至少一个数字阀（40）的数字液压控制器相关的增压器的方法，其特征在于，所述增压器放大用于切换所述数字阀（40）的状态的控制信号（15）并且将至少两个电压（21，22）提供给所述数字阀（40）的阀杆（42）的电磁线圈（41），其中，一个电压（21）高于另一电压（22）/另一些电压。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，首先执行将阀状态从关断高电压（21）切换至开启高电压（21），然后执行低电压（22）/多个低电压。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述方法中采取如下步骤：
-将所述数字阀（40）的控制信号（15）的输入信号控制为状态“1”；
-将高电压（21）连接至所述阀（40）的线圈（41）；
-将高电压（21）的连接保持一较短时间，其中所述线圈（41）的电流快速增长；
-当所述电流已增长时，切断所述高电压（21），此后，所述低电压（22）保持所述阀（40）起动；
-将输入信号（15）控制为状态“0”；
-切断来自所述线圈（41）的电压（22）；
-阀线圈（41）的能量储备迫使电流继续流动直至磁场的能量被释放；
-电流流经所述半导体开关（11，12）和所述电流源（20）流动直至能量被释放；以及
-将阀杆恢复至初始位置。
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