CN116734031A - 气动控制的阀单元，阀设备和用于运行阀单元的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种气动控制的阀单元，其具有用于控制要配量的流体的流体流的主阀。阀单元具有在阀腔中可移动的活塞，活塞抵抗复位装置地工作并且活塞与主阀的阀封闭体连接，以便打开和关闭主阀。活塞在阀腔之内对压力腔限界，使得能够通过对压力腔加载压力抵抗复位装置地调节活塞，设有位置传感器，位置传感器设计用于检测活塞在阀腔中的位置。从压力腔起始，压力管路分别通向压力流体接口和排气接口，在压力管路中设有通风阀并且在另一个压力管路中设有排气阀，并且设有控制单元，控制单元设计用于基于活塞的位置来切换通风阀和排气阀，以便调整在压力腔中的压力，用于移动活塞。此外，提出具有至少一个阀单元的阀设备和用于运行阀单元的方法。

Description

气动控制的阀单元，阀设备和用于运行阀单元的方法
技术领域
本发明涉及一种气动控制的阀单元，一种具有阀单元的阀设备和一种用于运行阀单元的方法。
背景技术
已知的是，借助于通风阀和排气阀切换气动控制的阀单元。为了打开要切换的阀，通风阀用压力空气供应阀腔，由此在阀腔中的压力升高并且活塞移动，所述活塞与要切换的阀的关闭元件耦联。阀腔中的压力在此升高至所连接的压力空气网的系统压力。为了关闭要切换的阀，打开排气阀，使得压力空气可以从阀腔中逸出并且阀腔中的压力降低至环境压力，由此活塞被复位。
在此不利的是，消耗大量压力空气，这不利地影响阀单元的能效。
发明内容
因此，本发明的目的是，提出一种阀单元以及具有阀单元的阀设备，其可以特别有效地运行。此外，提出一种用于特别有效地运行阀单元的方法。
根据本发明，所述目的通过气动控制的阀单元实现，所述阀单元具有用于控制要配量的流体的流体流的主阀并且具有在阀腔中可移动地支承的活塞，所述活塞抵抗复位装置地工作并且所述活塞与主阀的阀封闭体连接，以便打开和关闭主阀。活塞在阀腔之内对压力腔限界，使得能够通过对压力腔加载压力抵抗复位装置地调节活塞。此外，设有位置传感器，所述位置传感器设计为，用于检测活塞在阀腔中的位置。从压力腔起始，压力管路分别通向压力流体接口和排气接口，并且在压力管路中设置有通风阀并且在另一个压力管路中设置有排气阀。此外，设有控制单元，所述控制单元设计为，用于基于活塞的由位置传感器检测的位置来切换通风阀和排气阀，以便调整在压力腔中的压力，用于移动活塞。
根据本发明的阀单元具有优点，即特别有能效的运行是可行的，其中比传统的气动运行的阀单元消耗更少的压力空气。
控制单元设计为，用于基于活塞的由位置传感器检测的位置切换通风阀和排气阀，通过该方式，一旦活塞已达到最终位置，通风阀和排气阀可以关闭，所述最终位置对应于主阀的打开状态或关闭状态。也就是说，在主阀打开时压力腔中的压力不升高至所连接的压力空气网的系统压力，由此降低压力空气消耗。同样，压力腔中的压力在主阀关闭时不降低至环境压力。由此，在随后打开主阀时消耗相应更少的压力空气，以便将活塞移动到其打开位置中。
根据本发明，通风阀和排气阀也可以集成到唯一的阀中，所述唯一的阀将通风阀和排气阀的功能组合。
在阀腔中可以设置有压力传感器。压力传感器可实现由控制单元更精确地切换通风阀和排气阀。例如，控制单元可以设计为，用于在活塞还未处于最终位置中时已经切换通风阀或排气阀，然而测量出的压力足以将活塞抵抗复位装置的力地进一步移动至最终位置中。以这种方式能进一步降低压力空气消耗。此外，压力传感器的测量值可以用于，使位置传感器的测量值经受可信性检查。
根据一个实施方式，通风阀和/或排气阀是电磁阀。由此能特别快地切换通风阀或排气阀。
例如，阀单元具有用于读取数据的电子接口，所述数据包含活塞的位置和/或压力腔中的压力。由此存在如下可行性，由唯一的控制单元控制多个阀单元，所述唯一的控制单元可以经由接口读取所需的数据。替选地，可以读取数据为了其他目的。例如，能将数据传送至阀设备的压力空气控制装置。
阀单元可以具有与阀腔分离的、用于安置电子部件的腔。这可实现阀单元的模块式构造。
根据本发明，所述目的还通过具有根据本发明的阀单元的阀设备实现，其中设备包括压力空气供应装置，所述压力空气供应装置连接于至少一个阀单元的压力空气接口，并且所述阀设备具有压力空气控制单元，其设计为，用于基于活塞的位置和/或在压力腔中存在的压力来调节由压力空气供应装置提供的系统压力。
根据本发明的阀设备具有优点，即能将系统压力匹配于阀单元的要求。尤其，当在压力腔中存在的压力持续地低于系统压力时，系统压力能降低。较低的系统压力同样引起能量节约，因为压力空气必须被较小程度地压缩。
根据本发明的阀设备的另一优点是，压力供应装置仅要求必要的负荷。
活塞的位置与压力空气消耗组合地尤其可实现对阀单元的压力空气需求的推断。
压力空气控制单元例如与阀单元的接口电连接，用于读取数据。以这种方式，能将关于活塞的位置和/或压力腔中的压力情况的数据简单地传送至压力空气控制单元。尤其，压力空气控制单元连续地监控压力腔中的压力。
所述目的还根据本发明通过用于运行根据本发明的阀单元的方法实现。在一个方法步骤中，控制单元控制通风阀和/或排气阀，以便将活塞从打开位置中移动到关闭位置中或相反地移动，其中主阀在所述打开位置中打开，主阀在所述关闭位置中关闭。活塞的位置由位置传感器检测。一旦活塞处于打开位置或关闭位置中，通风阀或排气阀就关闭。
如已经结合阀单元所阐述，由此降低了在运行阀单元时的压力空气消耗。具体来说，在主阀打开时，压力不会升高到系统压力，并且当主阀关闭时，压力不会降低到环境压力。
如果活塞的位置偏离打开位置或关闭位置，而压力腔中的压力是大致恒定的，则可以短时间地重新打开通风阀或排气阀。由此可再调整活塞位置。
近似恒定意味着，压力仅由于泄漏而略微变化，而不由于打开阀而变化。
附图说明
本发明的其他优点和特征从随后的描述中和从所参照的附图中得出。在附图中示出：
图1示出具有多个根据本发明的阀单元的根据本发明的阀设备；
图2示出图1中的根据本发明的阀单元中的一个阀单元；以及
图3示出用于图解说明在操作阀单元时在压力腔中的压力曲线分布的图表。
具体实施方式
图1示出具有多个阀单元12的阀设备10。在实施例中，示出四个阀单元12，当然数量不受到限制。
阀单元12是气动控制的阀单元。
阀设备10具有压力空气供应装置14。
压力空气供应装置14包括压缩机16、压力空气调节装置18和压力空气储存器20，其在图1中示意地示出。
此外，压力空气供应装置14包括压力空气控制单元22，其设计为，用于调节由压力空气供应装置14提供的系统压力。
阀单元12分别具有压力流体接口24和排气接口25。
压力空气供应装置14连接于阀单元12的压力流体接口24，以便用压力空气来供应阀单元。
在实施例中，阀单元12的压力流体接口24经由压力管路26与压力空气储存器20流体连接。
图2示出图1中示出的阀单元12。
阀单元12包括在图中示意地示出的主阀28，主阀用于控制要配量的流体的流体流。
阀单元12具有阀腔30和在阀腔30中可移动地支承的活塞32。
活塞32抵抗复位装置34地工作，所述复位装置在实施例中是弹簧。
活塞32在阀腔30之内对压力腔36限界，使得能够通过对压力腔36加载压力抵抗复位装置34地调整活塞32。
在实施例中示出的阀单元12是常闭的阀单元12。替选地，也可考虑常开的阀单元12。
活塞32与主阀28的未示出的封闭体连接，以便打开和关闭主阀28。
除了阀腔30以外，阀单元12具有与阀腔30分离的、用于安置电子部件的腔38。
从压力腔36起始，压力管路40、42分别通向压力流体接口24和排气接口25。
在实施例中，压力管路40、42从压力腔36起始具有共同的部段。然而，压力管路40、42也可以完全地彼此分离。
在通向压力流体接口24的压力管路40中设置有通风阀46。
在通向排气接口25的另外的压力管路42中设置有排气阀48。
通风阀46和排气阀48是用于控制主阀28的预控制阀。
通风阀46和排气阀48是电磁阀。
通风阀46和/或排气阀48例如是二位二通阀或三位三通阀。
阀单元12还包括位置传感器50，所述位置传感器设计为，用于检测活塞32在阀腔30中的位置。
位置传感器50例如安置在腔38中。
为了可以检测活塞32的位置，与活塞32连接的推杆52从阀腔30中伸出到腔38中，使得位置传感器50可以检测推杆52的运动或位置。
位置传感器50例如是霍尔传感器。
阀单元12还包括压力传感器54，其至少部段地设置在阀腔30中，以便检测阀腔30中的压力。
此外，设有控制单元56，其设计为，用于基于活塞32的由位置传感器50检测的位置切换通风阀46和排气阀48，以便调整压力腔36中的压力用于移动活塞32。
为了该目的，控制单元56经由控制线路58与通风阀46和排气阀48连接。
在实施例中，每个阀单元12具有自己的控制单元56，控制单元安置在腔38中。
然而也可考虑的是，中央控制单元设置在腔38之外，所述中央控制单元可以设计用于控制多个阀单元12。
阀单元12还具有用于读取数据的电子接口60，所述数据包含活塞32的位置和/或压力腔36中的压力。
接口60尤其经由信号线路62与控制单元56连接，使得在接口60处可以读取在控制单元56中存在的数据。
尤其，控制单元56设计为，用于将位置传感器50的和压力传感器54的输出信号提供给接口60。
接口60设置在腔38的壳体64处，这由于与电子部件，尤其与控制单元56接近而是有利的。
如在图1中可见，压力空气控制单元22与阀单元12的接口60电连接，用于读取数据。
压力空气控制单元22尤其设计为，用于基于活塞32的位置和/或在压力腔36中存在的压力调节由压力空气供应装置14提供的系统压力。
根据活塞32的位置和/或压力室中的压力，压力空气控制单元22可以确定，什么空气压力是必需的，以便完全地打开主阀28。
下面，描述用于运行阀设备10以及阀单元12的方法。
在阀设备10中连续地借助于压力空气供应装置14产生压力空气。尤其，将空气由压缩机18压缩并且在压力空气储存器20中提供。
常规的压力空气供应装置14的系统压力通常大约是8bar。
通过阀单元12的压力流体接口24经由压力管路26与压力空气存储器20流体连接的方式，在压力流体接口24上接入系统压力。
当主阀28应当从关闭状态达到打开状态中时，控制单元56控制通风阀46，使得通风阀46打开。
在通风阀46的打开状态中，压力空气流入压力腔36中，由此提高压力腔36中的压力并且活塞32抵抗复位装置34地从关闭位置运动到其打开位置中。
例如，活塞32从大约3bar的压力起始，运动到打开位置中。
在压力例如为5.5bar至6bar的情况下，活塞32位于打开位置中。
准确值尤其与复位装置的刚度相关。
活塞32的位置在此尤其连续地由位置传感器50检测。
一旦活塞32在打开位置中，则通风阀46关闭。
通过及早关闭通风阀46，压力腔36中的压力保持在5.5bar至6bar的水平，即低于8bar的系统压力。
压力空气供应装置14由此必须再产生较少的压力空气。
控制单元56可以对于活塞32的位置附加地考虑在切换排气阀46时由压力传感器54测量出的值。一旦压力腔36中的压力为5.5bar，例如控制单元56可以切换排气阀46，即使活塞32还没有完全地位于其打开位置中。然而，通过在压力腔36中的形成的压力，活塞32也可以在关闭排气阀46之后运动至打开位置中。由此可以进一步降低压力空气消耗。
为了关闭主阀28，关闭通风阀46并且打开排气阀48。
通过打开排气阀48，压力腔36中的压力降低，使得活塞32能由复位装置34运动到其关闭位置中。
在此也由位置传感器50检测，尤其连续地检测活塞32的位置。
一旦活塞32处于关闭位置中，则排气阀48关闭。
通过及早地关闭排气阀48，压力腔36中的压力保持在大约3bar的水平，即高于0bar的环境压力。
在随后打开主阀28时，由此附加地降低压力空气消耗。
由此与常规的系统相比能明显降低压力空气的消耗。
即使在关闭主阀28的情况下，控制单元56可以考虑由压力传感器54测量的值，并且排气阀48例如在3bar的压力下关闭。
如果活塞32的位置应当偏离打开位置或关闭位置，而压力腔36中的压力是近似恒定的，那么通风阀46或排气阀48短时间打开。由此能再调整活塞32的位置。
图3图解说明与压力腔36中的压力相关的主阀28的打开状态。
在竖轴上记录主阀28的打开状态，其中主阀28在值为0时关闭和在值为1时完全打开。
在纵轴线上记录压力腔36中的压力。
在值为P1的情况下，在大约3bar的实施例中，活塞32从关闭位置中移出并且主阀28开始打开。
在值为P2的情况下，在5.5bar至6bar之间的实施例中，活塞32处于其打开位置中进而主阀28完全打开。
值P3对应于大约8bar的系统压力。
压力腔36中的压力根据本发明在值P1和P2之间移动并且始终保持低于系统压力P3。
系统压力P3能通过压力空气控制单元22调节。
尤其，压力空气控制单元22设计为，用于基于在压力腔36中存在的压力来调节由压力空气供应装置14提供的系统压力。
更准确地说，压力空气控制单元22设计为，当在系统压力和压力P2之间的差相对大时，例如大于0.5bar时，用于降低系统压力，其中在压力P2的情况下活塞32处于其打开位置中。
相应地，当在系统压力和压力P2之间的差相对小，例如小于0.5bar时，压力空气控制单元22也可以提高系统压力。
尤其，压力空气控制单元22设计为，用于与阀单元12的所需的负荷相关地调节系统压力。
以这种方式，系统压力能匹配于在压力腔36中存在的压力情况。更准确地说避免了提供不必要的高的系统压力。

Claims (9)

1.一种气动控制的阀单元(12)，其具有用于控制要配量的流体的流体流的主阀(28)，
具有在阀腔(30)中可移动地支承的活塞(32)，所述活塞抵抗复位装置(34)地工作并且所述活塞与所述主阀(28)的阀封闭体连接，以便打开和关闭所述主阀(28)，
其中所述活塞(32)在所述阀腔(30)之内对压力腔(36)限界，使得能够通过对所述压力腔(36)加载压力抵抗所述复位装置(34)地调节所述活塞(32)，
其中设有位置传感器(50)，所述位置传感器设计为，用于检测所述活塞(32)在所述阀腔(30)中的位置，
其中从所述压力腔(36)起始，压力管路(40、42)分别通向压力流体接口(24)和排气接口(25)，并且在压力管路(40)中设置有通风阀(46)并且在另一个压力管路(42)中设置有排气阀(48)，并且
其中设有控制单元(56)，所述控制单元设计为，用于基于所述活塞(32)的由所述位置传感器(50)检测的位置来切换所述通风阀(46)和所述排气阀(48)，以便调整在所述压力腔(36)中的压力，用于移动所述活塞(32)。
2.根据权利要求1所述的阀单元(12)，
其特征在于，
在所述阀腔(30)中设置有压力传感器(54)。
3.根据上述权利要求中任一项所述的阀单元(12)，
其特征在于，
所述通风阀(46)和/或所述排气阀(48)是电磁阀。
4.根据上述权利要求中任一项所述的阀单元(12)，
其特征在于，
所述阀单元(12)具有用于读取数据的电子接口(60)，所述数据包含所述活塞(32)的位置和/或在所述压力腔(36)中的压力。
5.根据上述权利要求中任一项所述的阀单元(12)，
其特征在于，
所述阀单元(12)具有与所述阀腔(30)分离的、用于安置电子部件的腔(38)。
6.一种阀设备(10)，其具有至少一个根据上述权利要求中任一项所述的阀单元(12)，其中所述阀设备(10)包括压力空气供应装置(14)，所述压力空气供应装置连接于至少一个阀单元(12)的压力流体接口(24)，并且所述阀设备具有压力空气控制单元(22)，所述压力空气控制单元设计为，用于基于所述活塞(32)的位置和/或在所述压力腔(36)中存在的压力来调节由所述压力空气供应装置(14)提供的系统压力。
7.根据权利要求6所述的阀设备(10)，具有根据权利要求4所述的阀单元(12)，
其特征在于，
所述压力空气控制单元(22)与所述阀单元(12)的接口(60)电连接，用于读取数据。
8.一种用于运行根据权利要求1至5中任一项所述的阀单元(12)的方法，包括以下步骤：
-所述控制单元(56)操控所述通风阀(46)和/或所述排气阀(48)，以便将所述活塞(32)从打开位置移动到关闭位置中或相反地移动，其中所述主阀(28)在所述打开位置中打开，所述主阀(28)在所述关闭位置中关闭；
-所述活塞(32)的位置由所述位置传感器(50)检测，以及
-一旦所述活塞(32)处于所述打开位置中或所述关闭位置中，则所述通风阀(46)或所述排气阀(48)关闭。
9.根据权利要求8所述的方法，
其特征在于，
当所述活塞(32)的位置偏离打开位置或关闭位置时，所述通风阀(46)或所述排气阀(48)短时间地重新打开，而在所述压力腔(36)中的压力是近似恒定的。
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