CN117480325A - 用于提供压缩空气和真空的气动控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于将流体供应到流体消耗设备的流体控制系统，包括阀模块，所述阀模块包括通道本体，流体切换阀、流体压力调节器和真空切换阀附接到所述通道本体，所述通道本体具有从流体输入端口延伸到所述流体压力调节器的输入端口的第一流体通道，并且具有从所述流体压力调节器的输出端口延伸到所述流体切换阀的输入端口的第二流体通道，并且具有从所述流体切换阀的输出端口延伸到流体消耗设备端口的第三流体通道，并且具有从真空输入端口延伸到所述真空切换阀的输入端口的第一真空通道，并且具有从所述真空切换阀的输出端口延伸到所述流体消耗设备端口的第二真空通道。

Description

用于提供压缩空气和真空的气动控制系统
技术领域
本发明涉及一种用于将流体供应给流体消耗设备的流体控制系统。
发明内容
根据本发明，流体控制系统包括阀模块，该阀模块包括通道本体，流体切换阀、流体压力调节器和真空切换阀附接到该通道本体，该通道本体具有从流体输入端口延伸到流体压力调节器的输入端口的第一流体通道，并且具有从流体压力调节器的输出端口延伸到流体切换阀的输入端口的第二流体通道，并且具有从流体切换阀的输出端口延伸到流体消耗设备端口的第三流体通道，并且具有从真空输入端口延伸到真空切换阀的输入端口的第一真空通道，并且具有从真空切换阀的输出端口延伸到流体消耗设备端口的第二真空通道。
阀模块的目的是将压缩空气和真空提供给流体消耗设备，其中，该流体消耗设备可为用来将工作力施加到工作物体的致动器。因此，阀模块一方面包括用于处理压缩空气的若干部件，特别是流体切换阀和流体压力调节器，并且另一方面包括用于处理真空的部件，特别是真空切换阀。用于处理压缩空气和用于处理真空的部件两者都间接地或直接地连接到流体消耗设备端口，该流体消耗设备端口用作用于与流体消耗设备的连接件(特别是用于与流体消耗设备连接的管道或管)的连接接口。为了确保阀模块的紧凑设计，连接阀模块的相应部件所必需的所有流体通道(包括用于压缩空气的通道和用于真空的通道)都实现为通道本体中的孔，因此不需要外部管或管道来连接像流体切换阀、流体压力调节器和真空切换阀那样的部件。此外，流体切换阀和流体压力调节器以及真空切换阀作为各自具有壳体的单独的功能单元提供，该壳体包括要连接到通道本体的流体接口，并且还包括允许相应的功能单元的电操作的电接口。
根据本发明的实施例，流体切换阀、流体压力调节器和真空切换阀设置在通道本体的上表面上，并且其中，流体消耗设备端口设置在横向于上表面定向的通道本体的端面上。通道本体的上表面可实现为具有用于相应的流体通道和真空通道的孔口的平坦表面。作为备选方案，上表面至少部分地成轮廓，并且适于流体切换阀和/或流体压力调节器和/或真空切换阀的相应的接口几何形状。流体消耗设备端口位于通道本体的端面或前面上，以确保流体消耗设备分别到阀模块的方便连接和从阀模块的方便断开。
根据本发明的另一个实施例，流体切换阀和流体压力调节器安装到通道本体的第一通道本体部分，第一通道本体部分具有第一通道本体接口并包括第三流体通道的第一部分，该第一部分延伸穿过第一通道本体部分并终止于第一通道本体接口的第一孔口处，并且其中，真空切换阀附接到通道本体的第二通道本体部分，第二通道本体部分具有第二通道本体接口并包括第三流体通道的第二部分，该第二部分延伸穿过第二通道本体部分并终止于第二通道本体接口的第二孔口处，第一通道本体接口和第二通道本体接口彼此密封地互连。
将通道本体分离成第一通道本体部分和第二通道本体部分允许阀模块的有利维护，因为用于处理压缩空气的部件可与用于处理真空的部件单独地更换。第一通道本体部分包括第一通道本体接口，第三流体通道的第一部分的孔口位于第一通道本体接口上。第二通道本体部分包括第二通道本体接口，第三流体通道的第二部分的孔口位于第二通道本体接口上。优选地，第一通道本体接口和第二通道本体接口实现为被按压在一起的平坦表面，以确保第三流体通道的两个部分之间的气密连接。优选地，孔口中的至少一个由密封件(特别是由O形环密封件)包围。
根据本发明的另一个实施例，压力传感器设置在通道本体上，并且电连接到传感器接口。优选地，压力传感器用于监测在流体消耗设备端口处的压力，并且将依赖于压力的电信号提供到传感器接口。传感器接口可为阀模块的一部分，并且用作连接装置，以将压力传感器与处理压力信号的处理装置连接。
根据本发明的另一个实施例，压力传感器位于在第一通道本体区段的顶部处的流体切换阀和流体压力调节器之间，并且在压力传感器和第三流体通道之间的第一通道本体区段中形成感测通道。压力传感器的这种布置允许第一通道本体部分的紧凑设计。此外，实现了流体切换阀和流体压力调节器之间的最大距离，这有益于避免由于源自流体切换阀的废热而在阀模块的操作期间可能发生的热影响。
根据本发明的另一个实施例，流体切换阀形成为3/2通电磁阀。
根据本发明的另一个实施例，真空切换阀形成为3/2通电磁阀。
根据本发明的另一个实施例，流体压力调节器配置为比例压力调节阀，该比例压力调节阀具有压电阀、压力传感器和用于基于来自压力传感器的传感器信号调节输出压力的电子控制器。压力调节器的任务是基于控制流体消耗设备的操作的机器控制器的信号精确输送预定量的压缩空气。压电阀、压力传感器和电子控制器形成闭环控制电路，以将请求量的压缩空气提供给流体消耗设备。由于使用压电阀，流体压力调节器允许压缩空气的流量的快速和低滞后调适。布置在流体压力调节器和流体消耗设备端口之间的流体切换阀用作流体消耗设备需要快速通风的情况下的切断阀，这种通风借助于真空回路和相关的真空阀来实现。
根据本发明的另一个实施例，多个阀模块设置在壳体中，并且安装到设置在壳体的内表面上的压力供应条(pressure supply bar)和真空供应条(vacuum supply bar)，压力供应条具有压力端口和多个流体出口，真空供应条具有真空端口和多个真空出口。阀模块中的每一个通过其流体输入端口连接到压力供应条的流体出口中的一个。此外，阀模块中的每一个可通过其真空输入端口联接到真空供应条的真空出口中的一个。这允许将阀模块舒适地组装到壳体和从壳体上舒适地拆卸，而不需要连接或断开单独的流体管或软管。压力供应条的压力端口将与压力源连接，该压力源可为压缩机或中央压缩空气供应装置。以同样的方式，真空供应条的真空端口将与本地真空供应装置或中心真空供应装置连接。优选地，压力供应条和真空供应条安装在壳体的内表面上，并且以允许阀模块容易地组装到壳体内和从壳体上容易地拆卸的方式定向。流体出口和真空出口可分别实现为压力供应条和真空供应条的平坦表面上的圆柱形孔。
根据本发明的另一个实施例，压力供应条的压力出口沿着第一直线以第一恒定间距布置，并且其中，真空供应条的真空出口沿着第二直线以第二恒定间距布置，并且其中，第一直线和第二直线彼此平行对准，并且其中，第一间距和第二间距相同。这允许阀模块以小的几何占用面积平行布置。特别地，第一恒定间距和第二恒定间距略大于阀模块的相应范围，这导致相邻布置的阀模块之间的窄间隙。例如，第一恒定间距为11mm，并且阀模块的范围为10mm，这导致相邻布置的阀模块之间的1mm的间隙。
根据本发明的另一个实施例，控制电路布置在壳体的后侧上，其中，阀模块中的每一个设置有接触板，其中，接触板电连接到流体切换阀和流体压力调节器以及真空切换阀，其中，控制电路被分配有多个连接器，所述多个连接器中的每一个被设计用于接触板的电接触，并且其中，控制电路被设计用于流体切换阀、流体压力调节器和真空切换阀的电控制。
控制电路包括印刷电路板、至少一个处理器和用于操作该处理器的电子外围设备，其中，处理器包括用于阀模块的相应控制的软件。特别地，控制电路提供流体切换阀、流体压力调节器和真空切换阀的操作以及针对相应部件的电供应装置所需的所有控制信号。信号和电供应装置被提供到接触板，该接触板是阀模块的一部分，并且用作针对阀模块的电部件的电连接(特别是线缆连接)的端子。根据优选实施例，接触板仅是阀模块的电气部件和控制电路之间的机电接口，并且不包括相应的接触插头之外的任何有源或无源电气或电子部件。
根据本发明的另一个实施例，控制电路包括用于连接到总线通信系统的总线接口。总线接口允许流体控制系统和机器控制器之间的数字总线通信，该机器控制器操作其中结合有流体消耗设备和流体控制系统的机器。这样的机器控制器可实现为数字控制器或可编程逻辑控制器(PLC)，其借助于总线通信系统与像流体控制系统那样的设备通信，总线通信系统特别地来自以下组：Ethercat、Devicenet、CAN、Profibus。
根据本发明的另一个实施例，流体压力调节器设置在流体切换阀和真空切换阀之间的通道本体上。优选地，真空切换阀位于最靠近消耗设备端口处，以确保流体消耗设备的快速通风。真空切换阀是常闭(NC)阀，并且仅在快速通风要求的情况下操作，并且因此大部分时间不消耗电能，这意味着真空切换阀也不影响提供到消耗设备端口的压缩空气的温度。与此相反，流体切换阀定期操作，并且因此产生至少一些废热，这些废热可影响提供到消耗设备端口的压缩空气的温度。然而，由于具有到消耗设备端口的最大距离的流体切换阀的布置以及在流体压力调节器、流体切换阀和消耗设备端口之间的流体连接的布置，确保压缩空气通过通道本体在流体切换阀和消耗设备端口之间行进长距离，并且因此可减少废热对压缩空气的影响。
根据本发明的另一个实施例，真空端口设置在邻近真空切换阀的通道本体的顶部上，并且构造成将真空单独地提供到真空切换阀。真空端口允许向相应的真空切换阀单独地供应真空，作为由真空供应条供应真空的备选方案。当连接到相应阀模块的流体消耗设备需要不能由真空供应条提供的特定的真空水平和/或高真空流量时，这可能是令人感兴趣的。优选地，真空端口配备有相应的连接器，该连接器允许用于与真空供应装置流体连通的管或软管的连接。
根据本发明的另一个实施例，流体过滤器与流体消耗设备端口相关联。流体过滤器确保保留可在流过阀模块的压缩空气中提供且不得进入流体消耗设备的颗粒以及保留可源自流体消耗设备且不得进入真空系统的颗粒。
附图说明
附图中示出了本发明的优选实施例：
图1示出了对流体控制系统的透视图，该流体控制系统包括壳体和安装在压力供应条和真空供应条上的若干阀模块，
图2示出了具有部分切割的通道板的阀模块的侧视图，以及
图3示出了阀模块的气动图。
具体实施方式
根据图1的流体控制系统1包括壳体30，该壳体30示出为处于拆卸状态，因此图1中仅表示了基板31，而没有示出用于基板31的盖。
流体控制系统1包括若干阀模块2，阀模块2各自为组件组，其可单独地处理、操作和测试，并且可由流体控制系统1的最终用户安装到壳体30中或从壳体30上拆卸。
流体控制系统1还包括控制电路40，该控制电路40借助于相应的支撑件45安装到基板31，并且包括印刷电路板46，该印刷电路板46配备有处理器，例如微控制器，以及另外的电子和电气部件(未示出)，以形成电子电路来控制阀模块2的功能。此外，印刷电路板46配备有布置成一排并用于与阀模块2的电连接的插头连接器48。另一个插头连接器49可用于将控制电路40连接到总线通信系统。
基板31的上表面32配备有压力供应条21，该压力供应条21沿着平行于基板31的宽度定向的延伸轴线28以矩形轮廓延伸。压力供应条21的左端区域55和右端区域56两者都被成形为矩形块。位于右端区域56处的压力端口22配备有弯头配件59，该弯头配件59与管60和流体联接器61连接，该流体联接器61允许压力供应条21借助于管或软管(未示出)与压力供应装置(未示出)连接。压力供应条21具有平坦表面62，该表面62配备有流体出口23，该流体出口23以恒定间距29沿着延伸轴线28布置。流体出口23中的每一个实现为垂直于平坦表面62定向并由O形环密封件63包围的孔。优选地，流体出口23中的每一个实现为螺纹孔，该螺纹孔允许组装螺纹件(未示出)，以用于在不使用该流体出口23时单独地密封相应的流体出口23。
此外，基板31的上表面32配备有真空供应条24，该真空供应条24沿着延伸轴线28以矩形轮廓延伸，并且平行于压力供应条21定向。真空供应条21的左端区域57和右端区域58都被成形为矩形块。位于右端区域58处的真空端口25配备有弯头配件64，该弯头配件64允许真空供应条24借助于管或软管(未示出)与真空供应装置(未示出)连接。真空供应条24具有平坦表面65，该表面65配备有真空出口26，该真空出口26以与流体出口23相同的恒定间距29沿着延伸轴线28布置。真空出口26中的每一个实现为垂直于平坦表面65定向并由O形环密封件66包围的孔。优选地，真空出口26中的每一个实现为螺纹孔，该螺纹孔允许组装螺纹件(未示出)，以用于在不使用该真空出口26时单独地密封相应的真空出口26。
为了允许对阀模块2的单独真空供应，阀模块中的每一个配备有位于通道本体3的上表面38上的供应端口77。根据图1，供应端口77中的一个配备有弯头配件67，而其它供应端口77用相应的螺纹件78封闭。
压力供应条21和真空供应条24用作针对相应的阀模块2的流体联接的接口，下面更详细地解释该阀模块2。
如图1中所示的阀模块2中的每一个具有相同的部件构造，因此阀模块2的以下解释对于根据图1的流体控制系统1的所有阀模块2都有效。
阀模块2包括通道本体3、流体切换阀4、流体压力调节器5、真空切换阀6和压力传感器14。流体切换阀4、流体压力调节器5、真空切换阀6和压力传感器14是机电流体部件，它们用电能操作，并且分别用于控制到流体消耗设备端口12和来自流体消耗设备端口12的流体流。如从图1可看到的，流体消耗设备端口12配备有软管联接器36，该软管联接器36允许连接柔性软管(未示出)，该柔性软管将与流体消耗设备(特别是致动器(未示出))连接。流体消耗设备端口12位于通道本体3的端面16上，该端面16也可称为前面，并且邻近基板31的前面33定位。即使壳体30的盖与基板31连接，这也允许容易地接近软管联接器36。
根据图1和图2，流体切换阀4借助于连接器83与接触板41连接。流体压力调节器5借助于连接线缆84与接触板41连接。真空切换阀6借助于连接线缆85与接触板41连接，并且压力传感器14借助于连接线缆86与接触板41连接。
如从图1和图2可看到的，通道本体3包括第一通道本体部分17和第二通道本体部分18。第一通道本体部分17主要用于处理压缩空气，并且因此流体切换阀4、流体压力调节器5和压力传感器14位于第一通道本体部分17的上面15上。第二通道本体部分18主要用于处理真空，并且因此真空切换阀6位于第二通道本体部分18的上面38上。然而，第二通道本体部分18还承载安装到流体消耗设备端口12的软管联接器36。
第一通道本体部分17包括第一流体通道7，该第一流体通道7从位于第一凹部51中的流体输入端口10延伸，该第一凹部51具有适合压力供应条21的轮廓的矩形轮廓。流体输入端口10实现为短管，该短管将被插入压力供应条21的流体出口23中的一个中。第一流体通道7与流体压力调节器5的输入端口70连接，并且因此允许压缩空气从压力供应条21供应到流体压力调节器5。第一通道本体部分17还包括从流体压力调节器5的输出端口71延伸到流体切换阀4的输入端口68的第二流体通道8。此外，第三流体通道9的第一部分19从流体切换阀4的输出端口69延伸到第一通道本体部分17的第一第二通道本体接口42。此外，第四流体通道13从第三流体通道9的第一部分19延伸到压力传感器14的输入端口74。
第三流体通道9的第二部分20在第二通道本体接口43和端面16之间穿过第二通道本体部分18。第二通道本体接口43位于第一通道本体部分17的第一通道本体接口42的对面。特别地，第一通道本体接口42和第二通道本体接口43两者都具有以气密方式彼此连接的平坦表面，使得由流体切换阀4提供的压缩空气可通过管道输送到流体消耗设备端口12。此外，第一真空通道80从位于第二凹部52中的真空输入端口11延伸到真空切换阀6的输入端口72，该第二凹部52具有适合真空供应条24的轮廓的矩形轮廓。真空输入端口11实现为短管，该短管将被插入真空供应条24的真空端口25中的一个中。此外，第二真空通道81从真空切换阀6的输出端口73延伸到流体消耗设备端口12。如从图2中的示意图可看到的，流体过滤器27布置在第二真空通道81中。
在部件流体切换阀4、流体压力调节器5、真空切换阀6和流体消耗设备端口12之间的流体连接由图3中的相应符号表示。

Claims (17)

1.一种用于将流体供应到流体消耗设备的流体控制系统，包括阀模块，所述阀模块包括通道本体，流体切换阀、流体压力调节器和真空切换阀附接到所述通道本体，所述通道本体具有从流体输入端口延伸到所述流体压力调节器的输入端口的第一流体通道，并且具有从所述流体压力调节器的输出端口延伸到所述流体切换阀的输入端口的第二流体通道，并且具有从所述流体切换阀的输出端口延伸到流体消耗设备端口的第三流体通道，并且具有从真空输入端口延伸到所述真空切换阀的输入端口的第一真空通道，并且具有从所述真空切换阀的输出端口延伸到所述流体消耗设备端口的第二真空通道。
2.根据权利要求1所述的流体控制系统，其中，所述流体切换阀、所述流体压力调节器和所述真空切换阀设置在所述通道本体的上表面上，并且其中，所述流体消耗设备端口设置在横向于所述上表面定向的所述通道本体的端面上。
3.根据权利要求1所述的流体控制系统，其中，所述流体切换阀和所述流体压力调节器安装到所述通道本体的第一通道本体部分，所述第一通道本体部分具有第一通道本体接口并包括所述第三流体通道的第一部分，所述第一部分延伸穿过所述第一通道本体部分并终止于所述第一通道本体接口的第一孔口处，并且其中，所述真空切换阀附接到所述通道本体的第二通道本体部分，所述第二通道本体部分具有第二通道本体接口并包括所述第三流体通道的第二部分，所述第二部分延伸穿过所述第二通道本体部分并终止于所述第二通道本体接口的第二孔口处，所述第一通道本体接口和所述第二通道本体接口彼此密封地互连。
4.根据权利要求1所述的流体控制系统，其中，压力传感器设置在所述通道本体上，并且电连接到传感器接口。
5.根据权利要求4所述的流体控制系统，其中，所述压力传感器位于在所述第一通道本体区段的所述顶部处的所述流体切换阀和所述流体压力调节器之间，并且其中，在所述压力传感器和所述第三流体通道之间的所述第一通道本体区段中形成感测通道。
6.根据权利要求1所述的流体控制系统，其中，所述流体切换阀形成为3/2通电磁阀。
7.根据权利要求1所述的流体控制系统，其中，所述真空切换阀形成为3/2通电磁阀。
8.根据权利要求1所述的流体控制系统，其中，所述流体压力调节器配置为比例压力调节阀，所述比例压力调节阀具有压电阀、压力传感器和用于基于来自所述压力传感器的传感器信号调节输出压力的电子控制器。
9.根据权利要求1所述的流体控制系统，其中，多个阀模块设置在壳体中并安装到设置在所述壳体的内表面上的压力供应条和真空供应条，所述压力供应条具有压力端口和多个流体出口，所述真空供应条具有真空端口和多个真空出口。
10.根据权利要求9所述的流体控制系统，其中，所述压力供应条的所述压力出口沿着第一直线以第一恒定间距布置，并且其中，所述真空供应条的所述真空出口沿着第二直线以第二恒定间距布置，并且其中，所述第一直线和所述第二直线彼此平行对准，并且其中，所述第一间距和所述第二间距相同。
11.根据权利要求9所述的流体控制系统，其中，所述通道本体中的所述流体输入端口连接到所述压力供应条中的所述压力出口，并且其中，所述通道本体中的所述真空输入端口连接到所述真空供应条中的所述真空出口。
12.根据权利要求9所述的流体控制系统，其中，控制电路布置在所述壳体的后侧上，其中，所述阀模块中的每一个设置有接触板，其中，所述接触板电连接到所述流体切换阀和所述流体压力调节器以及所述真空切换阀，其中，所述控制电路被分配有多个连接器，所述多个连接器中的每一个被设计用于接触板的电接触，并且其中，所述控制电路被设计用于所述流体切换阀、所述流体压力调节器和所述真空切换阀的电控制。
13.根据权利要求12所述的流体控制系统，其中，多个阀模块以所述第一间距彼此平行地安装在所述压力供应条和所述真空供应条上。
14.根据权利要求13所述的流体控制系统，其中，所述控制电路包括用于连接到总线通信系统的总线接口。
15.根据权利要求1所述的流体控制系统，其中，所述流体压力调节器设置在所述流体切换阀和所述真空切换阀之间的所述通道本体上。
16.根据权利要求2所述的流体控制系统，其中，真空端口设置在邻近所述真空切换阀的所述通道本体的所述顶部上，并且构造成将真空单独地提供到所述真空切换阀。
17.根据权利要求1所述的流体控制系统，其中，流体过滤器与所述流体消耗设备端口相关联。
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