CN103827511B - 具有双稳态流体阀的流体阀装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有双稳态流体阀（10b）的流体阀装置，以用于具有阀体（12）的至少一个流体管线（18），所述阀体可以移动至用于两个开关状态的两个位置，向供给管线（18）中的切换阀提供压力脉冲发生器（32），以便关于流体供给管线（18）和流体回流管线（20）在两个流动管线（22）之间切换，并且流体阀（10a）包括换向单元（24），换向单元（24）具有通过双稳态表面元件（26）而彼此分开的两个腔室（28a、28b），将两个腔室（28a、28b）连接至两个流动管线（22a、22b），并且将双稳态表面元件（26）操作地连接至阀体（12），以便致动阀体（12）。结果，提供双稳态流体阀，其可通过压力脉冲或者压力面以及其它没有能量需求的方式而换向。

Description

具有双稳态流体阀的流体阀装置
技术领域
本发明涉及具有双稳态流体阀的流体阀装置，以便用于具有可以移动进入两个开关状态的两个位置的切换阀的至少一个流体管线。
背景技术
为了换向或者中断流体体积流量，在大多数的液压系统中使用定向阀或者关闭阀。需要专用致动系统、电源以及控制电子产品以控制该阀。如果高致动频率需要快速开关阀，则必然产生高电损耗以控制阀。
发明内容
从这一点出发，本发明是基于提供一种双稳态流体阀的目的，所述双稳态流体阀可通过压力脉冲或者压力面(pressureflanks)以及其它没有能量需求的方式而换向。
本发明的另外的特征、可能的用途以及优点可由对图中示出的本发明的示例性实施例的下述描述和说明中得出。
上述目的是通过以下事实实现的：向供给管线中的切换阀提供压力脉冲发生器，以便关于流体供给管线和流体回流管线在两个流动管线之间切换，并且流体阀包括换向单元，换向单元具有通过双稳态表面元件而彼此分开的两个腔室，将两个腔室连接至两个流动管线并且将双稳态表面元件操作地连接至切换阀，以便致动切换阀。双稳态表面元件具有能够呈现彼此不同的两个形状的性能。需要力以便从一个形状改变成另一个形状。在目前的情况下，将双稳态表面元件从一侧或者从两侧加载压力。两侧之间的压力差足以使得从一个形状改变成另一个形状。
通过在流体供给管线中的压力脉冲发生器，压力脉冲经由连接至供给管线的两个流动管线中的一个传送至独立于阀位置的换向单元中两个腔室中的第一个。压力脉冲发生器可构造为独立压力脉冲发送器或者可通过连接的活塞泵来实现。由于第二腔室与无压回流管线连通，因此压力脉冲导致双稳态表面元件脱离第一位置进入第二位置，由此使切换阀移动进入第二位置，其中，两个流动管线于是相对于供给管线和回流管线换向，也就是说：预先连接至回流管线的流动管线现在与供给管线连通，并且反之亦然。例如，连接至流动管线的液压发动机可通过这种方式换向。为了使阀切换回到开始位置，通过压力脉冲发送器产生另外的压力脉冲，然后由于换向阀，另外的压力脉冲经由第二流动管线加载换向单元中的第二腔室，同时第一腔室与无压流动管线连通，进而双稳态表面元件复位至初始位置。
此处，有必要通过当前出口管线中的压力脉冲将双稳态表面元件推入其它稳态位置。此处，双稳态元件必须承受在稳态位置中建立的最大压力差而不换向。用于换向的压力脉冲必须超过在出口管线和入口管线之间操作期间发生的最大压力差。
进一步地，上述目的是通过以下事实实现的：为流体管线中切换阀提供压力脉冲发送器，并且流体阀包括具有两个腔室的换向阀，这两个腔室通过双稳态元件而彼此分隔开，一个腔室与流体管线直接连通，而另一个腔室经由压力改变构件连接至流体管线，并且双稳态表面元件操作地连接至切换阀以便致动切换阀。在此实施例中，因此，两个腔室连接至相同的流体管线，并且由于发生在流体管线中的压力面而产生阀的切换。因此，这个实施例特别适合于连接至活塞泵或者压电式泵。引起阀切换的两个腔室之间的压力差通过上升的压力面而产生，所述上升的压力面直接作用在一个腔室上，而不会以同样的方式经由压力改变构件作用在第二个腔室上。
根据第一优先的改进，压力改变构件是引起相关腔室上压力的时间延迟作用的节流阀。因此，通过上升的压力面引起切换，并且通过下降的压力面而致使切换回到开始位置，因为压力下降，就像压力上升一样，直接作用于一个腔室上并且仅以延迟的方式作用在第二个腔室上。因此，压力改变构件能够通过以下方式调节：通过改进的压力面曲线的切换直接由流体泵控制。在连接至活塞泵的情况下，脉冲压力曲线在泵出口侧处产生。通过泵出口压力的急剧压力上升或下降，双稳态表面元件来回切换，为此目的，产生压力差的节流阀是必须的。
根据第二优先的改进，流体阀连接至以脉冲方式操作的流体泵，并且换向单元的一个腔室直接连接至流体管线，而另一个腔室经由共振管连接至流体管线，将共振管调节至流体泵的频率。在此实施例中，在连接至流体泵(活塞泵或者压电式泵)的情况下，将流体阀首先保持在开始位置。如果泵短暂地停止，则共振管中的流体柱进一步振荡并加载连接至其及双稳态表面元件上的腔室，由此将流体阀切换至第二位置。
根据发明的一个有利改进，将双稳态表面元件构造成球形盖的形式。通过这种方式，使得结构简单、易于密封并且使可能的滞后中断的圆形装置是可能的。
附图说明
另外的优点、特征和细节通过可能参照附图的下述说明而得出，其中详细描述了至少一个示例性实施例。同样，相似和/或功能相同的部件设置以相同的附图标记。
在附图中：
图1示出了第一实施例中的流体阀的示意图。
图2示出了第二实施例中的流体阀的示意图。
图3示出了相对于根据图2的实施例的压力曲线图。
图4示出了第三实施例中的流体阀的示意图。
图5示出了相对于根据图4的实施例的压力曲线图。
具体实施方式
第一实施例(图1中示意性地示出)的流体阀10a基本上包括切换阀12，所述切换阀12具有使流体流换向的两个阀体部14a、14b，所述流体流从流体泵16起经由止回阀17和流体供给管线18流动并且再次经由流体回流管线20和另外的止回阀21回流。因此，经由两个流动管线22a、22b的流体流将在一个方向上或者与该方向相反的另一方向上产生。
流体阀10a包括换向单元24，换向单元24基本上包含两个腔室28a、28b，腔室28a、28b经由双稳态表面元件26以压力密封的方式而彼此分开，优选地，腔室28a、28b具有球形盖的形状。两个腔室28a、28b经由连接管线30a、30b连接至流动管线22a、22b。
将压力脉冲施加至流体供给管线18的压力脉冲发送器32设置在流体供给管线18内。作为对此的一种替换，如果流体泵的设计允许，则压力脉冲还可以直接通过流体泵产生。从图1中示出的位置行进，通过压力脉冲发送器32产生的压力脉冲通过流体供给管线18、切换阀12、流动管线22b、连接管线30b传送至腔室28b。由于另一个腔室28a不会遇到压力脉冲，因此表面元件26上的压力差上升，这导致所述表面元件26脱离图1中示出的位置进入第二稳态位置，在第二稳态位置中，表面元件26被折叠到右侧。通过固定至表面元件26和切换阀12的连杆34，切换阀12移动至第二位置，在第二位置中，流动路径因而被换向，也就是说，然后将流体供给管线18连接至流动管线22a，并且将流体回流管线20连接至流动管线22b。为了实现流体阀12的转向，经由流体供给管线18、切换阀12、流动管线22a、连接管线30a将压力脉冲再次从压力脉冲发送器传送至腔室28a。由于腔室28b不会遇到压力脉冲，因此切换阀12复位到图1中示出的位置。
图2中示意性示出了第二实施例的流体阀10b。相同的部件具有如图1的相同的附图标记。流体阀10b与以上描述的流体阀的不同之处在于，两个腔室28a、28b均连接至流体供给管线18，准确地讲，一个腔室28a通过连接管线30直接连接，其结果是：供给管线18中的压力改变直接作用在腔室28a中，并且另一个腔室28b通过节流阀36连接，其结果是：供给管线18中压力脉冲仅随着时间延迟到达腔室28b中。在此实施例中，切换阀12的切换发生在供给管线18中的每个压力面处。通过适当地调节压力改变元件，也可以通过流体泵基于改进的压力面发生切换。如果使用往复式活塞泵16，则这在图3示出为供给管线18的示例性压力曲线。如果，从图2中示出的位置开始，则由图3中40表示的下降压力面出现在供给管线18，压力下降直接作用在与供给管线18直接连接的腔室28a中。相反，通过节流阀36连接的腔室28b中的压力随着时间延迟下降，其结果是：在某些时刻建立的压力差导致表面元件26的弹开(snappingover)。结果，切换阀12经由连杆再次转移至第二位置。在相反的情况下，由图3中的42表示的上升的压力面导致腔室28a中压力直接上升，以及导致腔室28b中的压力时间延迟地上升，其结果是：表面元件迅速返回并使切换阀12再次移回到图2中示出的位置。
图4示意性地示出了第三实施例中流体阀10c。相同的部件具有如图1及图2中的相同的附图标记。如在图2的实施例中，在流体阀10c的情况下，一个腔室28a通过连接管线30连接至供给管线18，而另一个腔室28b通过共振管44连接至供给管线18，将共振管44设置至与流体泵16的脉冲频率对应的共振频率。在脉冲频率操作期间，流体阀首先保持在所示出的位置。然后，如果流体泵16暂时停止，则图5中通过线46示出的压力仍然保持较高，然而，共振管44继续振荡，其结果是：连接腔室28a中的压力继续振荡，如通由虚线48所示出的。由于直接连接的腔室28b中的压力同样保持较高，结果是两个腔室28a、28b中出现压力差，此压力差导致表面元件26的弹开。
如果与本发明相结合地提及流体，则每个基本上不可压缩流体是指优选地液压流体。
附图标记列表
10a、b、c流体阀
12切换阀
14a、b阀体部
16流体泵
18流体供给管线
20流体回流管线
22a、b流动管线
24换向单元
26表面元件
28a、b腔室
30a、b连接管线
32压力脉冲发送器
34连杆
36节流阀
40下降的压力面
42上升的压力面
44共振管
46压力曲线、泵
48压力曲线、共振管

Claims (8)

1.一种具有双稳态流体阀(10a)的流体阀装置，所述流体阀装置具有用于切换阀(12)的流体供给管线(18)和流体回流管线(20)，所述切换阀(12)可以移动至用于两个开关状态的两个位置，其特征在于：
向流体供给管线(18)中的切换阀提供压力脉冲发生器(32)，以便用于流体供给管线(18)和流体回流管线(20)在两个流动管线(22)之间切换，并且所述流体阀(10a)包括换向单元(24)，所述换向单元(24)具有通过双稳态表面元件(26)而彼此分开的两个腔室(28a、28b)，将所述两个腔室(28a、28b)连接至两个流动管线(22a、22b)，并且将所述双稳态表面元件(26)操作地连接至所述切换阀(12)，以便致动所述切换阀(12)。
2.一种具有双稳态流体阀(10b)的流体阀装置，所述流体阀装置具有用于切换阀(12)的至少一个流体供给管线(18)，所述切换阀(12)可以移动至用于两个开关状态的两个位置，其特征在于：
流体阀(10b)包括换向单元(24)，所述换向单元(24)具有通过双稳态表面元件(26)而彼此分开的两个腔室(28a、28b)，一个腔室(28a)直接与流体供给管线(18)连通，而另一个腔室(28b)经由压力改变构件连接至相同的流体供给管线(18)，并且所述双稳态表面元件(26)操作地连接至所述切换阀(12)，以便致动所述切换阀(12)。
3.根据权利要求1所述的流体阀装置，其特征在于，所述压力脉冲发生器由连接至所述流体阀装置的往复式流体泵(16)形成。
4.根据权利要求1或2所述的流体阀装置，其特征在于，所述双稳态表面元件(26)构造为球形盖的形式。
5.根据权利要求2所述的流体阀装置，其特征在于，所述压力改变构件是节流阀(36)。
6.根据权利要求1所述的流体阀装置，其特征在于，流体阀连接至以脉冲方式操作的流体泵(16)，并且一个腔室(28b)直接连接至流体供给管线，并且另一个腔室(28a)经由共振管(44)连接至所述流体供给管线(18)，将所述共振管(44)调节至所述流体泵(16)的频率。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的流体阀装置的用途，用于在流体泵(16)和液压发动机之间转换移动方向。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的流体阀装置的用途，用于结合压电式泵。
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