DE102022113397A1 - Controlling a volume flow of a fluid using a valve arrangement - Google Patents

Controlling a volume flow of a fluid using a valve arrangement Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System mit einer Ventilanordnung und einer Recheneinheit, sowie ein Verfahren zur Steuerung eines Volumenstroms eines Fluids, eine Robotereinheit und ein Computerprogramm. Die Ventilanordnung zur Steuerung eines Volumenstroms eines Fluids umfasst ein Ventil mit proportionalen Verhalten, aufweisend einen durch ein Stellglied veränderbaren Öffnungsquerschnitt, einem parallel zu dem Ventil mit proportionalen Verhalten angeordnetes erstes Schaltventil, aufweisend eine offene und sperrende Schaltstellung, sowie mit einer Recheneinheit zur Ansteuerung der Ventilanordnung. Das Ventil mit proportionalen Verhalten und das erste Schaltventil weisen jeweils einen Fluideingang und einen Fluidausgang auf, die fluidleitend zueinander in Verbindung stehen. Es ist vorgesehen, dass mittels der Recheneinheit zur Laufzeit automatisiert der Volumenstrom durch das Ventil mit proportionalen Verhalten ermittelt wird und beim Erreichen einer vorbestimmten Schaltschwelle für den maximal zu schaltenden Volumenstrom durch die Recheneinheit das erste Schaltventil in die offene Schaltstellung geschaltet wird, sodass der Volumenstrom dem maximal zu schaltenden Volumenstrom des ersten Schaltventils entspricht und der Öffnungsquerschnitt des Ventils mit proportionalem Verhalten minimiert wird, so dass der Volumenstrom durch das Ventil mit proportionalem Verhalten einem vorgegeben Soll-Wert für das Ventil mit proportionalem Verhalten entspricht.The present invention relates to a system with a valve arrangement and a computing unit, as well as a method for controlling a volume flow of a fluid, a robot unit and a computer program. The valve arrangement for controlling a volume flow of a fluid comprises a valve with proportional behavior, having an opening cross section that can be changed by an actuator, a first switching valve arranged parallel to the valve with proportional behavior, having an open and blocking switching position, and with a computing unit for controlling the valve arrangement . The valve with proportional behavior and the first switching valve each have a fluid inlet and a fluid outlet, which are connected to one another in a fluid-conducting manner. It is envisaged that the volume flow through the valve with proportional behavior is automatically determined by means of the computing unit during runtime and when a predetermined switching threshold for the maximum volume flow to be switched is reached by the computing unit, the first switching valve is switched into the open switching position, so that the volume flow is maximum volume flow of the first switching valve to be switched corresponds and the opening cross section of the valve with proportional behavior is minimized, so that the volume flow through the valve with proportional behavior corresponds to a predetermined target value for the valve with proportional behavior.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System mit einer Ventilanordnung und ein Verfahren zur Steuerung eines Volumenstromes eines Fluids. Ferner betrifft die Erfindung eine Robotereinheit und ein Computerprogramm.The present invention relates to a system with a valve arrangement and a method for controlling a volume flow of a fluid. The invention further relates to a robot unit and a computer program.

Zur Ansteuerung verschiedener Roboteranwendungen in der Industrie und Fertigung, werden Fluide über spezielle Ventile an die Antriebe der Roboteranwendungen bereitgestellt. Insbesondere werden über diese Ventile die Volumenströme von Fluiden zur Versorgung der Antriebe der Roboteranwendungen bereitgestellt. Die Ventile können einen spezifischen Volumenstrom des Fluids bauartbedingt bereitstellen, welcher sich auf die Bewegung bzw. die Bewegungsgeschwindigkeit als auch die Beschleunigung der Antriebe auswirkt bzw. die Geschwindigkeit und die Beschleunigung begrenzt. Die sich damit einstellende bauartbedingte Begrenzung des Fluids durch die Ventile ist dann von Nachteil, wenn bspw. Achsen von Roboteranwendungen verfahren werden sollen, die aufgrund der Größe oder Masse ein größeres Drehmoment zur Bewegung benötigen. Damit ein größeres Drehmoment über den Antrieb der Roboteranwendung bereitgestellt werden kann, ist vorgesehen, den Volumenstrom durch die Ventile zu steigern.To control various robot applications in industry and manufacturing, fluids are provided to the drives of the robot applications via special valves. In particular, the volume flows of fluids for supplying the drives of the robot applications are provided via these valves. Due to their design, the valves can provide a specific volume flow of fluid, which affects the movement or the speed of movement as well as the acceleration of the drives or limits the speed and acceleration. The resulting design-related limitation of the fluid through the valves is a disadvantage if, for example, axes of robot applications are to be moved that require a larger torque for movement due to their size or mass. So that a greater torque can be provided via the drive of the robot application, it is planned to increase the volume flow through the valves.

Für die Regelung von Fluiddurchflüssen bzw. einem Volumenstrom sind im Stand der Technik Proportionalventile bekannt. Hierbei ist die am Proportionalventil angelegte Steuerspannung proportional zum erzeugten Durchfluss des Fluids [NL (Normliter) / min] durch das Proportionalventil. Bekannte Proportionalventile zur Regelung des Fluiddurchflusses zeichnen sich dadurch aus, dass sie eine gute bis sehr gute Regelperformance bei geringem maximalem Durchfluss aufweisen oder im umgekehrten Sinne einen hohen Durchfluss bei geringer Regelperformance (geringe Genauigkeit und Dynamik) bereitstellen können. Bei der Verwendung von Proportionalventilen mit hohem Durchfluss geht somit die Genauigkeit der Ansteuerung der Antriebe verloren, was insbesondere für Roboteranwendungen von Nachteil ist, die eine genaue Bewegung und Positionierung erfordern und ermöglichen sollen. Darüber hinaus ist die Möglichkeit gegeben, mehrere Proportionalventile parallel zu schalten, um bei guter Regelperformance einen hohen Durchfluss zu realisieren. Dies führt aber zu einer technisch aufwendigeren Verschaltung und Installation, insbesondere bei Roboteranwendungen, bei denen der Installationsplatz begrenzt ist und zusätzlich zu einer Erhöhung der Kosten für Installation und Wartung führen kann.Proportional valves are known in the prior art for regulating fluid flows or a volume flow. Here, the control voltage applied to the proportional valve is proportional to the flow rate of the fluid [NL (standard liter) / min] generated through the proportional valve. Known proportional valves for regulating the fluid flow are characterized by the fact that they have good to very good control performance with a low maximum flow or, conversely, can provide a high flow with low control performance (low accuracy and dynamics). When using proportional valves with high flow, the accuracy of the control of the drives is lost, which is particularly disadvantageous for robot applications that require and should enable precise movement and positioning. It is also possible to connect several proportional valves in parallel in order to achieve a high flow rate with good control performance. However, this leads to a technically more complex connection and installation, especially in robot applications where the installation space is limited and can also lead to an increase in the costs for installation and maintenance.

Weiterhin sind im Stand der Technik Schnellschaltventile bekannt. Mit Hilfe von Schnellschaltventilen und entsprechender Ansteuerung, kann ein hoher Fluiddurchfluss oder Volumenstrom über das Schnellschaltventil geregelt bereitgestellt werden. Eine Regelung mit einem Schnellschaltventil zum Bereitstellen eines erhöhten Fluiddurchflusses ist dahingehend nachteilig, dass mittels Schnellschaltventilen die für Roboteranwendungen notwendige Genauigkeit nicht bereitgestellt werden kann und auf der anderen Seite die Anzahl der Schaltspiele eines Schnellschaltventils begrenzt ist. Roboteranwendungen stellen präzise und schnelle Bewegungen bereit, was eine hohe Anzahl an Bewegungen und Richtungsänderungen bedarf, wodurch die Lebensdauer der Schnellschaltventile durch die hohe Anzahl an Schaltspielen stark reduziert wird und somit zu hohen Kosten für Installation und Wartung bzw. zu hohen Prozessausfallzeiten führt.Furthermore, quick-switching valves are known in the prior art. With the help of quick-switching valves and appropriate control, a high fluid flow or volume flow can be provided in a controlled manner via the quick-switching valve. A control system with a quick-switching valve to provide an increased fluid flow is disadvantageous in that the accuracy required for robot applications cannot be provided using quick-switching valves and, on the other hand, the number of switching cycles of a quick-switching valve is limited. Robotic applications provide precise and fast movements, which require a large number of movements and changes of direction, which greatly reduces the service life of the quick-switching valves due to the high number of switching cycles and thus leads to high installation and maintenance costs or high process downtime.

Es besteht daher der Bedarf an einem System mit einer Ventilanordnung zum Betrieb in einer Roboteranwendung, welche die Roboteranwendung mit Fluid versorgt und die o.g. Nachteile wenigstens teilweise überwindet. Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein System mit einer Ventilanordnung und einer Recheneinheit zur Steuerung eines Volumenstroms eines Fluids bereitzustellen sowie ein entsprechendes Verfahren, eine Robotereinheit und ein Computerprogramm.There is therefore a need for a system with a valve arrangement for operation in a robot application, which supplies the robot application with fluid and at least partially overcomes the above-mentioned disadvantages. The present invention is therefore based on the object of providing a system with a valve arrangement and a computing unit for controlling a volume flow of a fluid, as well as a corresponding method, a robot unit and a computer program.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1, insbesondere durch ein System mit einer Ventilanordnung zur Steuerung eines Volumenstroms eines Fluids gelöst, sowie durch die nebengeordneten beiliegenden Patentansprüche, insbesondere durch ein Verfahren zur Steuerung eines Volumenstroms eines Fluids, eine Robotereinheit und ein Computerprogramm.The object is achieved by the features of patent claim 1, in particular by a system with a valve arrangement for controlling a volume flow of a fluid, as well as by the accompanying accompanying patent claims, in particular by a method for controlling a volume flow of a fluid, a robot unit and a computer program.

Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein System mit einer Ventilanordnung. Die Ventilanordnung ist zur Steuerung eines Volumenstroms eines Fluids vorgesehen. Die Ventilanordnung umfasst ein Ventil mit einem proportionalen Verhalten. Das Ventil mit proportionalem Verhalten weist ein durch ein Stellglied veränderbaren Öffnungsquerschnitt auf. Ferner weist die Ventilanordnung einen parallel zu dem Ventil mit proportionalen Verhalten angeordnetes erstes Schaltventil auf. Das erste Schaltventil weist eine offene und sperrende Schaltstellung auf. Ferner ist eine Recheneinheit in dem System zur Ansteuerung der Ventilanordnung vorgesehen. Das Ventil mit proportionalen Verhalten und das erste Schaltventil weisen jeweils einen Fluideingang und einen Fluidausgang auf, die fluidleitend zueinander in Verbindung stehen. Mittels der Recheneinheit kann zur Laufzeit automatisiert der Volumenstrom durch das Ventil mit proportionalen Verhalten ermittelt werden. Es ist möglich, das Ermitteln ohne Volumenstromsensor auszuführen. Mittels der Recheneinheit und der Kenntnis des Volumenstrom-Sollwertes (z.B. in Form eines gespeicherten Datensatzes, der auf der Recheneinheit zur Verfügung steht oder verfügbar gemacht wird) und der Ventilcharakteristik ist es möglich, den Volumenstrom automatisch zu bestimmen. Beim Erreichen einer vorbestimmten Schaltschwelle für den maximal zu schaltenden Volumenstrom wird durch die Recheneinheit das erste Schaltventil in die offene Schaltstellung geschaltet, sodass der Volumenstrom dem maximal zu schaltenden Volumenstrom des ersten Schaltventils entspricht. Zudem wird der Öffnungsquerschnitt des Ventils mit proportionalem Verhalten minimiert, so dass der Volumenstrom durch das Ventil mit proportionalem Verhalten einem vorgegebenen Sollwert für das Ventil mit proportionalem Verhalten entspricht.According to a first aspect, the present invention relates to a system with a valve arrangement. The valve arrangement is intended to control a volume flow of a fluid. The valve arrangement includes a valve with a proportional behavior. The valve with proportional behavior has an opening cross section that can be changed by an actuator. Furthermore, the valve arrangement has a first switching valve arranged parallel to the valve with proportional behavior. The first switching valve has an open and blocking switching position. Furthermore, a computing unit is provided in the system for controlling the valve arrangement. The valve with proportional behavior and the first switching valve each have a fluid inlet and a fluid outlet, which are connected to one another in a fluid-conducting manner. Using the computing unit, the volume flow through the valve with proportional behavior can be automatically determined during runtime. It is possible to carry out the determination without a volume flow sensor. By means of the computing unit and the knowledge of the volume flow setpoint (e.g. in the form of a stored data set that is available or made available on the computing unit) and the valve characteristics, it is possible to automatically determine the volume flow. When a predetermined switching threshold for the maximum volume flow to be switched is reached, the computing unit switches the first switching valve into the open switching position, so that the volume flow corresponds to the maximum volume flow of the first switching valve to be switched. In addition, the opening cross section of the valve with proportional behavior is minimized, so that the volume flow through the valve with proportional behavior corresponds to a predetermined setpoint for the valve with proportional behavior.

Die Erfinder hatten die Idee, dass über eine ansteuerbare Ventilanordnung mit dem Ventil mit einem proportionalen Verhalten und einem ersten Schnellschaltventil bei Erreichen eines gewünschten Öffnungsquerschnittes des Ventils mit proportionalem Verhalten eine Umschaltung auf das erste Schnellschaltventil erfolgt. Über das erste Schnellschaltventil kann der entsprechend gewünschte Durchfluss, welcher dem gewünschten Öffnungsquerschnitt des Ventils mit proportionalem Verhalten entspricht, bereitgestellt werden. Somit kann ein hoher Durchfluss bei gleichzeitig guter Regeldynamik erzielt werden.The inventors had the idea that a switchover to the first quick-switching valve takes place via a controllable valve arrangement with the valve with a proportional behavior and a first quick-switching valve when a desired opening cross section of the valve with proportional behavior is reached. The corresponding desired flow, which corresponds to the desired opening cross section of the valve with proportional behavior, can be provided via the first quick-switching valve. This means that a high flow rate can be achieved with good control dynamics at the same time.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Ventil mit einem proportionalen Verhalten ein Stetigventil, das mit Hilfe eines Proportionalmagneten nicht nur diskrete Schaltstellungen zulässt, sondern einen stetigen Übergang der Ventilöffnung. Mit Hilfe des Ventils mit proportionalem Verhalten können veränderliche Volumenströme erzielt werden. Für das Ventil mit proportionalen Verhalten kann in einer Ausführungsform ein Proportionalventil vorgesehen sein.In the sense of the present invention, a valve with a proportional behavior is a continuous valve that, with the help of a proportional magnet, not only allows discrete switching positions, but also a constant transition of the valve opening. With the help of the valve with proportional behavior, variable volume flows can be achieved. In one embodiment, a proportional valve can be provided for the valve with proportional behavior.

Ferner ist im Sinne der vorliegenden Erfindung unter dem „automatisierten Ermitteln“ des Volumenstroms zur Laufzeit zu verstehen, dass der Volumenstrom über geeignete Mittel eingelesen oder erfasst wird. Das Ermitteln des Volumenstroms kann als ein Einlesen eines Wertes ausgebildet sein, der manuell auf einer Benutzeroberfläche von einem Anwender eingegeben wird. Alternativ oder kumulativ kann das Ermitteln des Volumenstroms über einem manuell eingegebenen Wert für den Volumenstrom erfolgen. Alternativ oder kumulativ kann das Ermitteln des Volumenstroms aus anderen Werten oder Parametern berechnet werden. Alternativ oder kumulativ kann der ermittelte Wert mittels der Recheneinheit und einer konfigurierbaren Schaltschwelle abgeglichen werden. Das Ergebnis des Abgleichs löst den erfindungsgemäßen Umschaltvorgang zwischen dem Schaltventil und dem Ventil mit proportionalen Verhalten aus. Der Wert für den Volumenstrom kann auch aus der Speichereinheit der Recheneinheit ausgelesen werden. Der Wert für den Volumenstrom ist einstellbar bzw. konfigurierbar.Furthermore, for the purposes of the present invention, the “automated determination” of the volume flow during runtime is understood to mean that the volume flow is read or recorded using suitable means. Determining the volume flow can be designed as reading in a value that is entered manually by a user on a user interface. Alternatively or cumulatively, the volume flow can be determined using a manually entered value for the volume flow. Alternatively or cumulatively, the determination of the volume flow can be calculated from other values or parameters. Alternatively or cumulatively, the determined value can be compared using the computing unit and a configurable switching threshold. The result of the adjustment triggers the switching process according to the invention between the switching valve and the valve with proportional behavior. The value for the volume flow can also be read from the memory unit of the computing unit. The value for the volume flow is adjustable or configurable.

Ein Schaltventil im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Ventil mit einem binären Schaltverhalten, welches ohne eine Zwischenstellung einzunehmen, von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung wechselt (bspw. geschlossen - offen oder umgekehrt).A switching valve in the sense of the present invention is a valve with a binary switching behavior, which changes from a first switching position to a second switching position (e.g. closed - open or vice versa) without assuming an intermediate position.

Durch die erfindungsgemäße Idee kann in vorteilhafter Weise mittels der Parallelschaltung eines Ventils mit proportionalen Verhalten mit einem Schnellschaltventil, die beide über eine Recheneinheit angesteuert werden, eine exakte Regelung mit einem beliebigen Durchfluss. Insbesondere ergibt sich ein maximaler Durchfluss durch die Summe der maximalen Durchflüsse der verwendeten Ventile. Weiterhin vorteilhaft ist, dass innerhalb dieses Bereiches ein beliebiger Durchfluss eingeregelt werden kann.Thanks to the idea according to the invention, precise control with any flow rate can advantageously be achieved by connecting a valve with proportional behavior in parallel with a quick-switching valve, both of which are controlled via a computing unit. In particular, a maximum flow results from the sum of the maximum flows of the valves used. It is also advantageous that any flow rate can be adjusted within this range.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist unter einer Recheneinheit eine digitale Einheit zu verstehen, die eine CPU, Speicher und entsprechende Mittel zur Kommunikation mit anderen Komponenten oder einem Nutzer aufweist, um ein Programm zu empfangen, zu speichern und/oder zu berechnen und entsprechende Signale zur Ansteuerung der Ventile basierend auf dem ausgeführten Programm bereitzustellen. Die Recheneinheit kann bspw. als ein Computer, Mikrocontroller, FPGA, Raspberry Pi, SPS, usw. zentral oder dezentral bereitgestellt werden.For the purposes of the present invention, a computing unit is to be understood as a digital unit that has a CPU, memory and corresponding means for communication with other components or a user in order to receive, store and/or calculate a program and to provide corresponding signals To provide control of the valves based on the program being executed. The computing unit can, for example, be provided centrally or decentrally as a computer, microcontroller, FPGA, Raspberry Pi, PLC, etc.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Ventilanordnung wenigstens ein weiteres Schaltventil auf, welches parallel zum ersten Schaltventil angeordnet ist. In vorteilhafter Weise kann durch die weitere parallele Zuschaltung eines weiteren Schaltventils, der Volumendurchfluss des ersten Schaltventils um die Durchflussmenge des Weiteren hinzugeschalteten Schaltventils vergrößert werden. Somit kann einem Antrieb zur Bewegung und Drehmomentbeaufschlagung mittels des höheren Durchflusses schneller ein erhöhter Druck bereitgestellt werden. Somit kann mittels der Erfindung der von einer anzutreibenden Anwendung benötigte Druck schneller aufgebaut werden. In vorteilhafter Weise kann eine beliebige Anzahl an Schaltventile vorgesehen werden.According to one embodiment, the valve arrangement has at least one further switching valve, which is arranged parallel to the first switching valve. Advantageously, by connecting another switching valve in parallel, the volume flow of the first switching valve can be increased by the flow rate of the additional switching valve that is switched on. Thus, increased pressure can be provided more quickly to a drive for movement and torque application by means of the higher flow. The invention can therefore be used to build up the pressure required by an application to be driven more quickly. Any number of switching valves can advantageously be provided.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der maximal zu schaltende Volumenstrom des Ventils mit proportionalen Verhalten größer als der maximal zu schaltende Volumenstrom des ersten Schaltventils. Hierdurch kann die zu erreichende Schaltschwelle beliebig konfiguriert werden. Insbesondere kann die Schaltschwelle vorgegeben durch die Recheneinheit konfigurierbar sein. Zudem wird sichergestellt, dass das Schaltventil den von dem Ventil mit proportionalen Verhalten bereitgestellten Durchfluss bereitstellen kann.According to a further embodiment, the maximum volume flow of the valve with proportional behavior to be switched is greater than the maximum volume flow of the first switching valve to be switched. This means that the switching threshold to be achieved can be configured as desired. Esp Specially, the switching threshold can be configured by the computing unit. It also ensures that the switching valve can provide the flow provided by the valve with proportional behavior.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die vorbestimmte Schaltschwelle als eine Hysterese ausgebildet. Durch die Verwendung einer Hysterese kann einem Schaltprellen vorgebeugt werden.According to a further embodiment, the predetermined switching threshold is designed as a hysteresis. By using hysteresis, switching bounce can be prevented.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Ventil mit proportionalen Verhalten als ein stetiges (z.B. in magnettechnischer oder piezotechnischer Ausführung) oder unstetiges Ventil (z.B. Schaltventil) ausgebildet.According to a further embodiment, the valve with proportional behavior is designed as a continuous (e.g. in a magnetic or piezotechnical version) or discontinuous valve (e.g. switching valve).

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Ventil mit proportionalen Verhalten eine magnetische Schaltung, insbesondere eine Piezo-Schaltung auf. Mit einer elektromagnetischen Ausgestaltung, kann das Ventil mit proportionalem Verhalten beliebige Zwischenstellungen zwischen „offen“ und „geschlossen“ annehmen. Elektromagnetisch gesteuerte Ventile weisen einen Elektromagneten auf, der gegen eine Feder drückt. Es ist vorgesehen, dass das Ventil im stromlosen Zustand sperrt ist. Dem aktiven Elektromagneten wirkt dann eine Feder als passive Kraft entgegen. Das Ventil mit proportionalen Verhalten, insbesondere das elektromagnetische Ventil, kann für pneumatische und hydraulische Anwendungen ausgebildet sein.According to a further embodiment, the valve with proportional behavior has a magnetic circuit, in particular a piezo circuit. With an electromagnetic design, the valve can assume any intermediate position between “open” and “closed” with proportional behavior. Electromagnetically controlled valves have an electromagnet that presses against a spring. It is intended that the valve is blocked in the de-energized state. A spring then acts as a passive force against the active electromagnet. The valve with proportional behavior, in particular the electromagnetic valve, can be designed for pneumatic and hydraulic applications.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der zu schaltenden Volumenstrom des Ventils mit proportionalem Verhalten in einem Bereich von 0-200 NL/min (Normliter/Minute) einstellbar. Insbesondere in einem Bereich von 50-200 NL/min einstellbar ist und der maximal zu schaltende Volumenstrom des Schaltventils liegt in einem Bereich von 0-200 NL, bevorzugt beträgt der maximal zu schaltende Volumenstrom 50 NL/min. In vorteilhafter Weise können somit wesentlich schnellere und exakt geregelte Verfahrgeschwindigkeiten in großen Gelenken bzw. Achsen mit hohem Gewicht erreicht werden.According to a further embodiment, the volume flow of the valve to be switched can be set with proportional behavior in a range of 0-200 NL/min (standard liters/minute). In particular, it can be set in a range of 50-200 NL/min and the maximum volume flow of the switching valve to be switched is in a range of 0-200 NL, preferably the maximum volume flow to be switched is 50 NL/min. Advantageously, significantly faster and precisely controlled travel speeds can be achieved in large joints or axes with a high weight.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Stellglied des Ventils mit proportionalem Verhalten manuell einstellbar. Der Durchfluss über das Ventil kann manuell konfiguriert und vorgegeben werden.According to a further embodiment, the actuator of the valve with proportional behavior can be adjusted manually. The flow through the valve can be configured and specified manually.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist das Stellglied des Ventils mit proportionalem Verhalten durch die Recheneinheit einstellbar. Somit kann die Schaltschwelle präzise vorgegeben werden.According to an alternative embodiment, the actuator of the valve with proportional behavior can be adjusted by the computing unit. This means that the switching threshold can be specified precisely.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform, kann das erste Schaltventil als ein Schnellschaltventil ausgebildet sein. In vorteilhafter Weise kann somit eine schnelle Zuschaltung des Durchflusses über das Schaltventil erfolgen. In einer weiteren Ausführungsform kann das Schnellschaltventil eine Schaltgeschwindigkeit von 1-2ms aufweisen.According to a further embodiment, the first switching valve can be designed as a quick-switching valve. Advantageously, the flow can be switched on quickly via the switching valve. In a further embodiment, the quick-switching valve can have a switching speed of 1-2ms.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das erste Schaltventil durch die Recheneinheit geschaltet. Hiermit kann eine zeitlich präzise Schaltung erfolgen.According to a further embodiment, the first switching valve is switched by the computing unit. This allows switching to be carried out with precise timing.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Drosseleinheit in der Ventilanordnung vorgesehen, die in Reihe zu dem ersten Schaltventil und parallel zum Ventil mit proportionalem Verhalten geschaltet ist. Die Drosseleinheit kann als Drosselventil ausgebildet sein. Das Drosselventil kann manuell eingestellt werden, womit der das Drosselventil passierende Volumenstrom minimiert wird. Über die Drosseleinheit kann in vorteilhafter Weise der maximale Volumenstrom dahingehend eingestellt werden, dass dieser kleiner als der Volumenstrom des Ventils mit proportionalem Verhalten ist.According to a further embodiment, a throttle unit is provided in the valve arrangement, which is connected in series to the first switching valve and in parallel to the valve with proportional behavior. The throttle unit can be designed as a throttle valve. The throttle valve can be adjusted manually, which minimizes the volume flow passing through the throttle valve. The maximum volume flow can advantageously be set via the throttle unit so that it is smaller than the volume flow of the valve with proportional behavior.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Minimieren des Öffnungsquerschnittes des Ventils mit proportionalem Verhalten und das Schalten des ersten Schaltventils durch die Recheneinheit in synchronisierter Weise. Durch die Schaltung über die Recheneinheit kann der Zeitpunkt zur Umschaltung zwischen dem Ventil mit proportionalen Verhalten auf das erste Schaltventil synchron gewählt werden. Die Umschaltung erfolgt zeitgleich. Somit kann über das erste Schaltventil, nach der Umschaltung, dieses den Durchfluss und somit die Grundlast für einen Antrieb bereitstellen und über das Ventil mit proportionalem Verhalten kann eine präzise Einregelung erfolgen bzw. der Durchfluss weiter erhöht werden.According to a further embodiment, the opening cross section of the valve is minimized with proportional behavior and the first switching valve is switched by the computing unit in a synchronized manner. By switching via the computing unit, the time for switching between the valve with proportional behavior and the first switching valve can be selected synchronously. The switchover takes place at the same time. This means that the first switching valve, after switching, can provide the flow and thus the base load for a drive, and the valve with proportional behavior can be used for precise adjustment or the flow can be further increased.

Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Volumenstroms eines Fluids durch ein System mit einer Ventilanordnung wie vorstehend beschrieben. Das Verfahren zur Steuerung eines Volumenstroms eines Fluids umfasst folgende Verfahrensschritte. In einem ersten Schritt erfolgt ein Ermitteln des momentanen Volumenstroms durch das Ventil mit proportionalen Verhalten. In einem weiteren Schritt erfolgt ein Vergleichen des ermittelten Volumenstroms mit einer vorbestimmten Schaltschwelle für einen maximal zu schaltenden Volumenstrom durch das Ventil mit proportionalen Verhalten. In einem weiteren Schritt erfolgt ein Erzeugen von Schaltsignalen (z.B. als erstes Steuersignal) zum Schalten des ersten Schaltventils in die offene Schaltstellung, sodass der Volumenstrom dem maximal zu schaltenden Volumenstrom des ersten Schaltventils entspricht. In einem weiteren Schritt erfolgt ein Erzeugen von Öffnungsquerschnittsignalen (z.B. als zweites Steuersignal) zum Minimieren des Öffnungsquerschnittes des Ventils mit proportionalen Verhalten, so dass der Volumenstrom durch das Proportionalventil einem vorgegebenen Soll-Wert für das Ventil mit proportionalem Verhalten entspricht. Die Schaltsignale und die Öffnungsquerschnittsignale können digitale Signale sein, die zur Instruktion der jeweiligen Bauteile dienen, die jeweilige Aufgabe auszuführen. Die Schaltsignale können zur Ausführung an das Schaltventil und/oder die Öffnungsquerschnittsignale können zur Ausführung an das Ventil mit proportionalem Verhalten weitergeleitet werden (mittels einer bereitgestellten Netzwerkverbindung).According to a second aspect, the invention relates to a method for controlling a volume flow of a fluid through a system with a valve arrangement as described above. The method for controlling a volume flow of a fluid includes the following method steps. In a first step, the current volume flow through the valve is determined with proportional behavior. In a further step, the determined volume flow is compared with a predetermined switching threshold for a maximum volume flow to be switched through the valve with proportional behavior. In a further step, switching signals (eg as a first control signal) are generated for switching the first switching valve into the open switching position, so that the volume flow corresponds to the maximum volume flow of the first switching valve to be switched. In a further step, opening cross-section signals are generated (e.g. as a second step Control signal) to minimize the opening cross section of the valve with proportional behavior, so that the volume flow through the proportional valve corresponds to a predetermined target value for the valve with proportional behavior. The switching signals and the opening cross-section signals can be digital signals that are used to instruct the respective components to carry out the respective task. The switching signals may be forwarded to the switching valve for execution and/or the opening cross-section signals may be forwarded to the proportional behavior valve for execution (using a provided network connection).

Bei dem Schaltsignal und dem Öffnungsquerschnittsignal kann es sich um unterschiedliche Steuersignale handeln, die dazu dienen die Bauteile (z.B. Ventile) entsprechen anzusteuern.The switching signal and the opening cross-section signal can be different control signals that serve to control the components (e.g. valves) accordingly.

Gemäß einer Ausführungsform gemäß dem zweiten Aspekt weist die Ventilanordnung wenigstens ein weiteres Schaltventil auf, welches parallel zum ersten Schaltventil angeordnet ist und ein Schalten des ersten Schaltventils zusätzlich das Schalten des Weiteren Schaltventils umfasst.According to an embodiment according to the second aspect, the valve arrangement has at least one further switching valve, which is arranged parallel to the first switching valve and switching the first switching valve additionally includes switching the further switching valve.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform gemäß dem zweiten Aspekt erfolgt das Ausführen des Verfahrensschrittes c) und des Verfahrensschrittes d) synchronisiert. Vorzugsweise erfolgt insbesondere die Ausführung der jeweiligen Steuersignale, und insbesondere das Schalten und das Minimieren synchron und/oder parallel und/oder zeitlich aufeinander abgestimmt.According to a further embodiment according to the second aspect, the execution of method step c) and method step d) takes place synchronously. In particular, the execution of the respective control signals, and in particular the switching and minimization, preferably takes place synchronously and/or in parallel and/or coordinated with one another in time.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform gemäß dem zweiten Aspekt kann zur Erhöhung des Volumenstromes, der Öffnungsquerschnitt des Ventils mit proportionalem Verhalten nach dem Schalten des Schaltventils gesteuert erhöht werden.According to a further embodiment according to the second aspect, in order to increase the volume flow, the opening cross section of the valve can be increased in a controlled manner with proportional behavior after the switching valve has been switched.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Robotereinheit. Die Robotereinheit weist wenigstens einer Achse auf und umfasst einen pneumatischen Antrieb der über ein System mit einer Ventilanordnung, wie vorstehend beschrieben, angesprochen wird.According to a further aspect, the invention relates to a robot unit. The robot unit has at least one axis and includes a pneumatic drive which is addressed via a system with a valve arrangement, as described above.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Computerprogramm. Die vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen des Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung können auch als ein Computerprogramm ausgebildet sein, wobei eine Recheneinheit (bspw. ein Computer, Mikrokontroller, FPGA, SPS usw.) zur Durchführung des oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens veranlasst wird, wenn das Computerprogramm auf einer Recheneinheit bzw. auf einem Prozessor der Recheneinheit ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann als Signal per Download bereitgestellt oder in einer Speichereinheit der Rechnereinheit oder des Roboters mit darin enthaltenem computerlesbarem Programmcode gespeichert werden, um einen Ventilanordnung zur Ausführung von Anweisungen gemäß dem oben genannten Verfahren zu veranlassen. Dabei kann das Computerprogramm auch auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert sein. Eine alternative Aufgabenlösung sieht ein Speichermedium vor, das zur Speicherung des vorstehend beschriebenen, Verfahrens (als Programmcode) bestimmt ist und von einem Computer oder einem Prozessor des Computers lesbar ist.According to a further aspect, the invention relates to a computer program. The inventive embodiments of the method according to the second aspect of the invention described above can also be designed as a computer program, whereby a computing unit (e.g. a computer, microcontroller, FPGA, PLC, etc.) is caused to carry out the inventive method described above, if the computer program is executed on a computing unit or on a processor of the computing unit. The computer program may be provided as a signal via download or stored in a memory unit of the computing unit or robot with computer-readable program code contained therein to cause a valve assembly to execute instructions in accordance with the above method. The computer program can also be stored on a machine-readable storage medium. An alternative solution to the task provides for a storage medium that is intended for storing the method described above (as program code) and can be read by a computer or a processor of the computer.

Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserung oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen. Insbesondere können Merkmale der Verfahrensansprüche durch entsprechende Komponenten der Ventilanordnung umgesetzt und/oder ausgeführt werden, wonach diese deren Funktionalität ergänzen bzw. erweitern. Somit wird der Fachmann auch Aspekte der Verfahrensansprüche für die Ventilanordnung heranziehen.The above configurations and further developments can be combined with one another in any way, if it makes sense. Further possible refinements, further developments and implementations of the invention also include combinations of features of the invention described previously or below with regard to the exemplary embodiments that are not explicitly mentioned. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the present invention. In particular, features of the method claims can be implemented and/or carried out by corresponding components of the valve arrangement, after which they supplement or expand their functionality. The person skilled in the art will therefore also use aspects of the method claims for the valve arrangement.

Kurze Beschreibung der FigurenShort description of the characters

In der folgenden detaillierten Figurenbeschreibung werden nicht einschränkend zu verstehende Ausführungsbeispiele mit deren Merkmalen und weiteren Vorteilen anhand der Zeichnung besprochen. In dieser zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Systems mit einer Ventilanordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
  • 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
  • 3 eine schematische Darstellung des Schaltverhaltens einer Ventilanordnung;
  • 4 eine weitere schematische Darstellung des Schaltverhaltens einer Ventilanordnung;
  • 5 eine schematische Darstellung einer Robotereinheit gemäß einer Ausführungsform; und
  • 6 eine weitere schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems.
In the following detailed description of the figures, non-restrictive exemplary embodiments with their features and further advantages are discussed with reference to the drawing. In this show:
  • 1 a schematic representation of a system with a valve arrangement according to a preferred embodiment;
  • 2 a flowchart of a method according to a preferred embodiment;
  • 3 a schematic representation of the switching behavior of a valve arrangement;
  • 4 a further schematic representation of the switching behavior of a valve arrangement;
  • 5 a schematic representation of a robot unit according to an embodiment; and
  • 6 a further schematic representation of an embodiment of a system according to the invention.

Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.The accompanying drawings are intended to provide further understanding of the embodiments of the convey invention. They illustrate embodiments and, in connection with the description, serve to explain principles and concepts of the invention. Other embodiments and many of the advantages mentioned arise with regard to the drawings. The elements of the drawings are not necessarily shown to scale to one another.

In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche, und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts anderes ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen zu versehen.In the figures of the drawing, identical, functionally identical and identically acting elements, features and components - unless otherwise stated - are each provided with the same reference numerals.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems mit einer Ventilanordnung 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 1 bezeichnet Bezugszeichen 10 die Ventilanordnung. Die Ventilanordnung 10 ist zur Steuerung eines Volumenstromes eines Fluids ausgebildet. Der Volumenstrom des Fluids kann einen pneumatischen Volumenstrom oder einen hydraulischen Volumenstrom umfassen. Die Ventilanordnung 10 umfasst ein Ventil mit einem proportionalen Verhalten 11. Somit ist der durch das Ventil 11 geschaltete Volumenstrom proportional zur Steuergröße. Das Ventil mit proportionalen Verhalten 11 kann insbesondere als ein Proportionalventil ausgebildet sein. Das Proportionalventil 11 weist einen durch ein Stellglied 12 veränderbaren Öffnungsquerschnitt auf. Das Stellglied 12 und somit der veränderbare Öffnungsquerschnitt werden wird über die Steuergröße in seiner Stellung verändert. Das Proportionalventil 11 kann als ein stetiges oder unstetiges Ventil ausgebildet sein. Das Proportionalventil 11 bzw. das Stellglied 12 kann manuell durch einen Benutzer konfiguriert und somit der Öffnungsquerschnitt festgelegt werden. Alternativ und bevorzugt wird das Stellglied 12 über eine Recheneinheit 20 angesprochen und der Öffnungsquerschnitt somit automatisiert konfiguriert bzw. gesteuert. Zur Einstellung des Proportionalventils 11 kann eine magnetische Schaltung, insbesondere Piezo-Schaltung vorgesehen sein. 1 shows a schematic representation of a system according to the invention with a valve arrangement 10 according to a preferred embodiment of the present invention. In 1 Reference number 10 denotes the valve arrangement. The valve arrangement 10 is designed to control a volume flow of a fluid. The volume flow of the fluid can include a pneumatic volume flow or a hydraulic volume flow. The valve arrangement 10 includes a valve with a proportional behavior 11. The volume flow switched by the valve 11 is therefore proportional to the control variable. The valve with proportional behavior 11 can in particular be designed as a proportional valve. The proportional valve 11 has an opening cross section that can be changed by an actuator 12. The position of the actuator 12 and thus the variable opening cross section is changed via the control variable. The proportional valve 11 can be designed as a continuous or discontinuous valve. The proportional valve 11 or the actuator 12 can be configured manually by a user and the opening cross section can thus be determined. Alternatively and preferably, the actuator 12 is addressed via a computing unit 20 and the opening cross section is thus configured or controlled automatically. A magnetic circuit, in particular a piezo circuit, can be provided to adjust the proportional valve 11.

Die Ventilanordnung 10 umfasst ferner ein in Parallelschaltung zum Proportionalventil 11 geschaltetes erstes Schaltventil 13. Das Proportionalventil 11 und das erste Schaltventil 13 weisen jeweils einen Fluideingang und einen Fluidausgang auf, die fluidleitend zueinander in Verbindung stehen. Insbesondere ist das Schaltventil 13 über den ersten Knotenpunkt K1 und über den zweiten Knotenpunkt K2 mit dem Proportionalventil 11 parallelgeschaltet und fluidleitend verbunden. Der erste Knotenpunkt K1 ist mit dem Fluideingang und der zweite Knotenpunkt K2 ist der Fluidausgang der Ventilanordnung 10 verbunden. Über den Knotenpunkt K1 kann eine Verbindung zu einer Fluidquelle (nicht dargestellt) bereitgestellt werden, über den ein Fluid bezogen werden kann. Über den Knotenpunkt K2 kann eine Verbindung zu einem Aktuator und/oder eine Robotereinheit 200 (vgl. 5) hergestellt werden, über die der Aktuator und/oder die Roboteranwendung mit Fluid durch die Ventilanordnung 10 beaufschlagt wird. Das Schaltventil 13 ist als ein 2/2-Wege-Ventil ausgebildet, das ein binäres Schaltverhalten ohne eine Zwischenstellung aufweist. Mittels eines Steuersignals kann das Schaltventil von einer Schaltstellung in die andere Schaltstellung geschaltet werden, bspw. von dem geschlossenen Zustand in den offenen Zustand oder umgekehrt. In einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Schaltventil 13 als ein Schnellschaltventil ausgebildet sein. Mit dem Schnellschaltventil können Schaltzeiten in einem Bereich von 1-5ms, vorzugsweise von 1-2ms erzielt werden, die ein schnelles Umschalten des Durchflusses bzw. des Volumenstromes zwischen dem Proportionalventils und dem Schnellschaltventil ermöglichen. Somit können nach Bedarf effizient und schnell benötigte Volumenströme einer Robotereinheit 200 bereitgestellt werden.The valve arrangement 10 further comprises a first switching valve 13 connected in parallel with the proportional valve 11. The proportional valve 11 and the first switching valve 13 each have a fluid inlet and a fluid outlet, which are connected to one another in a fluid-conducting manner. In particular, the switching valve 13 is connected in parallel to the proportional valve 11 via the first node K1 and via the second node K2 and is connected in a fluid-conducting manner. The first node K1 is connected to the fluid inlet and the second node K2 is the fluid outlet of the valve arrangement 10. A connection to a fluid source (not shown) via which a fluid can be obtained can be provided via the node K1. A connection to an actuator and/or a robot unit 200 (cf. 5 ) are produced, via which the actuator and / or the robot application is supplied with fluid through the valve arrangement 10. The switching valve 13 is designed as a 2/2-way valve that has a binary switching behavior without an intermediate position. By means of a control signal, the switching valve can be switched from one switching position to the other switching position, for example from the closed state to the open state or vice versa. In an advantageous embodiment, the switching valve 13 can be designed as a quick-switching valve. With the quick-switching valve, switching times in a range of 1-5ms, preferably 1-2ms, can be achieved, which enable the flow or volume flow to be switched quickly between the proportional valve and the quick-switching valve. The required volume flows of a robot unit 200 can thus be provided efficiently and quickly as required.

Ferner weist das System mit der Ventilanordnung 10 die Recheneinheit 20 zur Steuerung der Ventilanordnung 10 auf. Insbesondere können in das Proportionalventil 11 über das Stellglied 12 und das Schaltventil 13 über die Recheneinheit 20 geschaltet werden. Die Recheneinheit 20 ist eine Einheit mit einer CPU, einem Speicher und entsprechender Mittel zur Kommunikation mit anderen Komponenten oder einem Nutzer, um ein Programm zu empfangen, zu speichern und zu berechnen und entsprechende Signale zur Ansteuerung der Ventile basierend auf dem ausgeführten Programm bereitzustellen. Die Recheneinheit kann bspw. als ein Computer, Mikrocontroller, FPGA, Raspberry Pi, SPS, usw. zentral oder dezentral bereitgestellt werden. Es kann vorgesehen sein, dass die Recheneinheit 20 als eine Komponente in einer Robotereinheit 10 integriert ist oder stationär entfernt über ein Kommunikationsmedium mit der Robotereinheit 10 verbunden ist. Die Recheneinheit 20 kann Mittel umfassen, um Anweisungen von einem Nutzer zur Ausführung zu empfangen. Insbesondere können die Anweisungen Konfigurationsparameter für das Schalten des Proportionalventils 11 und/oder des Schaltventils 13 umfassen. Ferner können die Anweisungen in einem Speicher der Recheneinheit 20 gespeichert und durch den Nutzer konfigurierbar und/oder abrufbar sein. Die Recheneinheit 20 kann ein PWM - Signal zur Ansteuerung des Schaltventils 13 bereitstellen.Furthermore, the system with the valve arrangement 10 has the computing unit 20 for controlling the valve arrangement 10. In particular, the proportional valve 11 can be switched via the actuator 12 and the switching valve 13 can be switched via the computing unit 20. The computing unit 20 is a unit with a CPU, a memory and corresponding means for communicating with other components or a user in order to receive, store and calculate a program and to provide corresponding signals for controlling the valves based on the executed program. The computing unit can, for example, be provided centrally or decentrally as a computer, microcontroller, FPGA, Raspberry Pi, PLC, etc. It can be provided that the computing unit 20 is integrated as a component in a robot unit 10 or is remotely connected to the robot unit 10 via a communication medium. The computing unit 20 may include means for receiving instructions from a user for execution. In particular, the instructions may include configuration parameters for switching the proportional valve 11 and/or the switching valve 13. Furthermore, the instructions can be stored in a memory of the computing unit 20 and can be configured and/or accessed by the user. The computing unit 20 can provide a PWM signal for controlling the switching valve 13.

Die Recheneinheit 20 des erfindungsgemäßen Systems ist dazu ausgebildet, während der Laufzeit automatisiert den Volumenstrom durch das Proportionalventil 11 zu ermitteln. Das Ermitteln umfasst hierbei, dass ein konfigurierter und/oder aus einem Speicher ausgelesener und somit vorgegebener Wert für den Volumenstrom vorliegt und beim Erreichen dieses Wertes, der einer Schaltschwelle für den maximal zu schaltenden Volumenstrom entspricht und die Recheneinheit 20 Steuersignale für die Ventilanordnung 10 zur Ansteuerung dieser erzeugt. Die Schaltschwelle kann als eine Hysterese ausgebildet sein. Ein Schaltprellen des Proportionalventils 11 wird verhindert.The computing unit 20 of the system according to the invention is designed to automatically control the volume flow through the Pro during runtime proportional valve 11 to determine. The determination here includes that a configured and/or read from a memory and thus predetermined value for the volume flow is present and when this value is reached, which corresponds to a switching threshold for the maximum volume flow to be switched and the computing unit 20 provides control signals for the valve arrangement 10 for activation this generates. The switching threshold can be designed as a hysteresis. Switching bounce of the proportional valve 11 is prevented.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Recheneinheit 20 dafür vorgesehen, das Verändern (z.B. Minimieren) des Öffnungsquerschnittes des Proportionalventils 11 und das Schalten des ersten Schaltventils 13 in synchronisierter Weise vorzunehmen. Somit kann gewährleistet werden, dass ein durch die Ventilanordnung 10 angesprochene(r) Aktuator/Robotereinheit 200 permanent mit dem notwendigen Volumenstrom versorgt wird.In a preferred embodiment, the computing unit 20 is intended to change (e.g. minimize) the opening cross section of the proportional valve 11 and to switch the first switching valve 13 in a synchronized manner. It can thus be ensured that an actuator/robot unit 200 addressed by the valve arrangement 10 is permanently supplied with the necessary volume flow.

Insbesondere erzeugt die Recheneinheit 20 Steuersignale zur Ansteuerung des Stellgliedes 12 des Proportionalventils 11 und des ersten Schaltventils 13. Die Steuersignale können als Schaltsignale für das Schaltventil und als Öffnungsquerschnittsignale für das Ventil mit proportionalem Verhalten ausgebildet sein. Insbesondere wird ein erstes Steuersignal an das erste Schaltventil 13 bereitgestellt. Das erste Schaltventil 13 wechselt dadurch die Schaltstellung in die offene Schaltstellung, sodass der Volumenstrom dem maximal zu schaltenden Volumenstrom des ersten Schaltventils 13 entspricht. Ferner wird durch das zweite Steuersignal (z.B. in From des Öffnungsquerschnittsignals) der Öffnungsquerschnitt des Proportionalventils 11 über das Stellglied 12 derart minimiert, so dass der Volumenstrom durch das Proportionalventil 11 einem vorgegebenen Soll-Wert für das Proportionalventil 11 entspricht. Der Soll-Wert kann von einem Nutzer konfiguriert vorgegeben werden. Es ist vorgesehen, dass der maximal zu schaltende Volumenstrom des Proportionalventils 11 größer als der maximal zu schaltende Volumenstrom des ersten Schaltventils 13 ist.In particular, the computing unit 20 generates control signals for controlling the actuator 12 of the proportional valve 11 and the first switching valve 13. The control signals can be designed as switching signals for the switching valve and as opening cross-section signals for the valve with proportional behavior. In particular, a first control signal is provided to the first switching valve 13. The first switching valve 13 thereby changes the switching position to the open switching position, so that the volume flow corresponds to the maximum volume flow of the first switching valve 13 to be switched. Furthermore, the opening cross section of the proportional valve 11 is minimized via the actuator 12 by the second control signal (e.g. in the form of the opening cross section signal) in such a way that the volume flow through the proportional valve 11 corresponds to a predetermined target value for the proportional valve 11. The target value can be configured by a user. It is envisaged that the maximum volume flow of the proportional valve 11 to be switched is greater than the maximum volume flow of the first switching valve 13 to be switched.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Systems kann die Ventilanordnung 10 wenigstens ein weiteres Schaltventil 13_1 vorsehen. Je nach Bedarf und Ausgestaltung der Robotereinheit 200 können weitere Schaltventile 13_x vorgesehen sein. Das weitere Schaltventil 13_1 sollte baugleich zu dem ersten Schaltventil 13 ausgebildet sein. Das weitere Schaltventil 13_1 wird parallel zum ersten Schaltventil 13 geschaltet und über die Recheneinheit 20 angesteuert. Das weitere Schaltventil 13_1 bzw. weitere Schaltventile 13_x können als Schnellschaltventile ausgeführt werden.In an advantageous embodiment of the system, the valve arrangement 10 can provide at least one further switching valve 13_1. Depending on the needs and design of the robot unit 200, additional switching valves 13_x can be provided. The further switching valve 13_1 should be designed to be identical to the first switching valve 13. The further switching valve 13_1 is connected in parallel to the first switching valve 13 and controlled via the computing unit 20. The further switching valve 13_1 or further switching valves 13_x can be designed as quick-switching valves.

In einer weiteren Ausführungsform ist der zu schaltende Volumenstrom des Proportionalventils 11 in einem Bereich von 0-200 NL/min, insbesondere in einem Bereich von 50-200 NL/min, vorzugsweise auf 50NL/min einstellbar und der maximal zu schaltende Volumenstrom des Schaltventils 13 in einem Bereich von 0-50 NL/min einstellbar. In einer Ausgestaltung der Robotereinheit 200 kann vorgesehen sein, über eine entsprechende Parallelschaltung von Schaltventilen 13 einen Volumenstrom von ca. 2000 NL/min bereitzustellen.In a further embodiment, the volume flow of the proportional valve 11 to be switched can be set in a range of 0-200 NL/min, in particular in a range of 50-200 NL/min, preferably to 50NL/min, and the maximum volume flow of the switching valve 13 to be switched adjustable in a range of 0-50 NL/min. In one embodiment of the robot unit 200, provision can be made to provide a volume flow of approximately 2000 NL/min via a corresponding parallel connection of switching valves 13.

In einer weiteren Ausführungsform kann eine Drosseleinheit (nicht dargestellt) vorgesehen sein. Die Drosseleinheit ist in Reihe zu dem ersten Schaltventil 13 zwischen dem Schaltventil 13 und dem Knotenpunkt K2 geschaltet. Über die Drosseleinheit kann der maximale Volumenstrom derart eingestellt werden, so dass dieser Volumenstrom kleiner als der Volumenstrom des Proportionalventils 11 ist. Bei weiteren parallel geschalteten Schnellschaltventilen 13_x können weitere Drosseleinheiten in Reihe geschaltet vorgesehen werden. Die Drosseleinheit(en) ist manuell einstellbar.In a further embodiment, a throttle unit (not shown) can be provided. The throttle unit is connected in series with the first switching valve 13 between the switching valve 13 and the node K2. The maximum volume flow can be adjusted via the throttle unit in such a way that this volume flow is smaller than the volume flow of the proportional valve 11. With additional quick-switching valves 13_x connected in parallel, additional throttle units can be provided connected in series. The throttle unit(s) can be adjusted manually.

2 zeigt ein Ablaufdiagramms eines Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Das Verfahren 100 umfasst bei der dargestellten Ausführungsform mehrere Verfahrensschritte. In einem ersten Verfahrensschritt a) erfolgt ein ermitteln des momentanen Volumenstroms durch das Ventil mit proportionalen Verhalten 11, insbesondere des Proportionalventils 11. Das Ermitteln kann das Auswerten des konfigurierten bzw. aus dem Speicher der Recheneinheit 20 ausgelesenen Wertes für den momentanen Volumenstrom umfassen. Der Volumenstrom mit dem die Ventilanordnung 10 zu einem momentanen Zeitpunkt beaufschlagt ist, ist über die Recheneinheit 20 bekannt. 2 shows a flowchart of a method according to a preferred embodiment. In the illustrated embodiment, the method 100 includes several method steps. In a first method step a), the current volume flow is determined by the valve with proportional behavior 11, in particular the proportional valve 11. The determination can include evaluating the configured value for the current volume flow or read out from the memory of the computing unit 20. The volume flow with which the valve arrangement 10 is subjected to a current point in time is known via the computing unit 20.

In einem weiteren Verfahrensschritt b) wird der ermittelten Volumenstrom mit einer vorbestimmten Schaltschwelle, bspw. einer Hysterese für einen maximal zu schaltenden Volumenstrom durch das Ventil mit proportionalen Verhalten 11 verglichen.In a further method step b), the determined volume flow is compared with a predetermined switching threshold, for example a hysteresis for a maximum volume flow to be switched through the valve with proportional behavior 11.

In einem weiteren Verfahrensschritt c) wird das erste Schaltventil 13 in die offene Schaltstellung geschaltet, sodass der Volumenstrom dem maximal zu schaltenden Volumenstrom des ersten Schaltventils 13 entspricht. Dies kann über ein erstes Steuersignal instruiert werden.In a further method step c), the first switching valve 13 is switched to the open switching position, so that the volume flow corresponds to the maximum volume flow of the first switching valve 13 to be switched. This can be instructed via a first control signal.

In einem weiteren Verfahrensschritt d) wird der Öffnungsquerschnittes des Proportionalventils 11 minimiert, so dass der Volumenstrom durch das Proportionalventil 11 einem vorgegebenen Soll-Wert für das Proportionalventil 11 entspricht. Dies kann über ein zweites Steuersignal instruiert werden.In a further method step d), the opening cross section of the proportional valve 11 is minimized so that the volume flow through the proportional valve 11 corresponds to a predetermined target value for the proportional valve 11. This can be instructed via a second control signal.

Der Fachmann ist sich bewusst, dass die Reihenfolge der Verfahrensschritte, insbesondere wie sie in der dargestellten Ausführungsform beschrieben ist, wo es sinnvoll ist, auch geändert und/oder getauscht werden kann. Dies ist insbesondere für die Verfahrensschritte c) und d) möglich, da diese parallel durch die Recheneinheit verarbeitet und eine synchrone Ansteuerung des Proportionalventils 11 über das Stellglied 12 und des Schaltventils 13 erfolgt.The person skilled in the art is aware that the sequence of the method steps, in particular as described in the illustrated embodiment, can also be changed and/or swapped where it makes sense. This is possible in particular for method steps c) and d), since these are processed in parallel by the computing unit and the proportional valve 11 is controlled synchronously via the actuator 12 and the switching valve 13.

3 zeigt eine schematische Darstellung des Schaltverhaltens einer Ventilanordnung 10. Insbesondere ist das Schaltverhalten das Ansteuerungskonzept für die Ventilanordnung 10 mit einem Proportionalventil 11 und einem Schaltventil 13 dargestellt. Für kleine Volumenstromanforderungen Vd regelt das Proportionalventil 11 den Volumenstrom des Fluids und somit den Durchfluss schnell und genau. Ab einem vorbestimmten Umschaltpunkt Vu11 übernimmt das Schaltventil 11, insbesondere ein Schnellschaltventil 11 diesen „großen“ Volumenstrom Vu11= V13 und das Proportionalventil 11 wird über die Ansteuerung des Stellgliedes 12 mittels einem Steuersignal der Recheneinheit 20 geschlossen. Über die Recheneinheit 20 wird das Schaltventil 13 geschaltet und der Volumenstrom durch das Schaltventil 13 entspricht Vu11= V13. Bei weiter steigender Volumenstromanforderung Vd übernimmt dann wieder das Proportionalventil 11 die genaue Regelung des „kleinen“ Volumenstroms V11. Der gesamte Volumenstrom VSum ergibt sich in der 3 als Summe aus den Volumenströmen aller Ventile und somit aus der Summe von V11 + V13. 3 shows a schematic representation of the switching behavior of a valve arrangement 10. In particular, the switching behavior of the control concept for the valve arrangement 10 with a proportional valve 11 and a switching valve 13 is shown. For small volume flow requirements V d , the proportional valve 11 regulates the volume flow of the fluid and thus the flow quickly and precisely. From a predetermined switching point Vu 11, the switching valve 11, in particular a quick-switching valve 11, takes over this “large” volume flow Vu 11 = V 13 and the proportional valve 11 is closed by controlling the actuator 12 using a control signal from the computing unit 20. The switching valve 13 is switched via the computing unit 20 and the volume flow through the switching valve 13 corresponds to Vu 11 = V 13 . If the volume flow requirement V d continues to increase, the proportional valve 11 then takes over the precise control of the “small” volume flow V 11 . The total volume flow V Sum results in the 3 as the sum of the volume flows of all valves and thus the sum of V 11 + V 13 .

Die Schaltschwelle bzw. die Konfiguration der Ventile zueinander wird dahingehend abgestimmt, das Vu11= V13 ist und somit ein synchroner Übergang zwischen Proportionalventil 11 und dem Schnellschaltventil 13 erfolgt. Der synchronisierte Übergang wird mittels dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung umgesetzt. Das Verfahren wird auf der Recheneinheit 20 ausgeführt, dessen Parameter für die Schaltschwelle während der Laufzeit durch einen Nutzer konfiguriert bzw. angepasst werden können. Der maximale Volumenstrom des Proportionalventils 11 ist dabei größer als der schaltbare Volumenstrom des Schnellschaltventils 13 Vmax11 > V13. Somit kann die Schaltschwelle Vu11mittels der Recheneinheit 20 durch einen Nutzer zwischen einem Wert von 0 und Vmax11 eingestellt werden: 0 < Vu11< Vmax11. Die Schaltschwelle wird mit einer Hysterese ausgebildet, um Schaltprellen zu verhindern. Ferner können zu dem Schnellschaltventil 13 weitere Schnellschaltventile 13_x parallel angeordnet werden, wodurch sich der gesamte Volumenstrom VSum weiter erhöht.The switching threshold or the configuration of the valves relative to one another is coordinated so that Vu 11 = V 13 and thus a synchronous transition between the proportional valve 11 and the quick-switching valve 13 takes place. The synchronized transition is implemented using the method according to the present invention. The method is carried out on the computing unit 20, whose parameters for the switching threshold can be configured or adjusted by a user during runtime. The maximum volume flow of the proportional valve 11 is greater than the switchable volume flow of the quick-switching valve 13 Vmax 11 > V 13 . Thus, the switching threshold Vu 11 can be set by a user between a value of 0 and Vmax 11 using the computing unit 20: 0 <Vu 11 <Vmax 11 . The switching threshold is designed with a hysteresis to prevent switching bounces. Furthermore, additional quick-switching valves 13_x can be arranged in parallel with the quick-switching valve 13, which further increases the total volume flow V Sum .

4 zeigt eine weitere schematische Darstellung des Schaltverhaltens einer Ventilanordnung 10. In 4 werden Messungen an einer Ventilanordnung 10 auf einem Prüfstand mit einem Proportionalventil 11 mit einer Piezo-Schaltung (VEAE Piezoventile) und Schnellschaltventilen 13 durchgeführt. Es wurden für den Prüfstand von Festo entwickelte MHJ1 Schnellschaltventile verwendet. 4 shows a further schematic representation of the switching behavior of a valve arrangement 10. In 4 Measurements are carried out on a valve arrangement 10 on a test stand with a proportional valve 11 with a piezo circuit (VEAE piezo valves) and quick-switching valves 13. MHJ1 quick-switching valves developed by Festo for the test bench were used.

Der maximale Durchfluss der Piezoventile Vmaxprop liegt bei ca. 60 NL/min und die der Schnellschaltventile 13 bei ca. 50 NL/min. Es wird ein Volumenstrom von 0 bis 105 NL/min als normierter Sollwert Vnormd als Rampe vorgegeben (4, oberes Diagramm). Das Ausgangssignal VSum der in der Ventilanordnung 10 Piezo-Proportionalventil 11 und Schnellschaltventil 13 - Kombination folgt dem Sollwert (vgl. 4, mittleres Diagramm). Das Ausgangssignal VSum setzt sich aus dem Volumenstrom des Proportionalventils 11 (Vprop) und im oberen Bereich zusätzlich aus dem des Schnellschaltventils 13 (Vswitch) zusammen (vgl. 4, unteres Diagramm). In vorteilhafter Weise hat sich der Durchflussbereich des Proportionalventils 11 beinahe verdoppelt. Bei dem Umschaltpunkt der beiden Ventile ist eine leichte Störung erkennbar, welche durch ein zu hartes Umschalten hervorgerufen wird. Diese leichte Störung kann durch weitere vorzusehende regelungstechnische Maßnahmen abgeschwächt werden. Zudem kann durch entsprechende Parametrisierung der Recheneinheit 20, bei den bekannten Schaltzeiten über eine entsprechende Synchronisation der Ausgänge, die Schaltzeitpunkte beider Ventile 11, 13 synchronisiert werden.The maximum flow of the piezo valves Vmax prop is approx. 60 NL/min and that of the quick-switching valves 13 is approx. 50 NL/min. A volume flow of 0 to 105 NL/min is specified as a standardized setpoint Vnorm d as a ramp ( 4 , top diagram). The output signal V Sum of the piezo proportional valve 11 and quick-switching valve 13 combination in the valve arrangement 10 follows the setpoint (cf. 4 , middle diagram). The output signal V Sum is composed of the volume flow of the proportional valve 11 (Vprop) and, in the upper area, also of that of the quick-switching valve 13 (Vswitch) (cf. 4 , bottom diagram). Advantageously, the flow range of the proportional valve 11 has almost doubled. At the switching point of the two valves, a slight disturbance can be seen, which is caused by switching too hard. This slight disturbance can be mitigated by further control measures to be taken. In addition, by appropriate parameterization of the computing unit 20, with the known switching times via appropriate synchronization of the outputs, the switching times of both valves 11, 13 can be synchronized.

5 zeigt eine schematische Darstellung einer Robotereinheit 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Robotereinheit 200 kann als ein Industrieroboter ausgebildet werden, der wenigstens eine Achse mit einem Antrieb umfasst. In der dargestellten Ausführungsform weist die Robotereinheit 200 drei Achsen auf, die jeweils über einen Antrieb angetrieben werden. Weiterhin können noch Antriebe für den Roboterkopf und/oder das Werkzeug vorgesehen sein. Die Robotereinheit 200 wird über eine Recheneinheit 20 angesteuert. Die Recheneinheit 20 kann zentral und/oder dezentral platziert werden. Die Recheneinheit 20 kommuniziert über ein im Stand der Technik bekanntes Kommunikationsmedium. Ferner können Ein- und Ausgabemittel (nicht dargestellt) vorgesehen sein, über die die Recheneinheit 20 von einem Nutzer konfiguriert werden kann bzw. über die Informationen über die Robotereinheit 200 und/oder die Recheneinheit 20 und der ausgeführten Software bereitgestellt werden. Weiterhin weist die Robotereinheit 200 vorzugsweise für jede anzutreibende Achse bzw. jeden Antrieb eine Ventilanordnung 10 und Recheneinheit 20 auf. Über die Ventilanordnung 10 kann jede Achse der Robotereinheit 200 mit dem für die auszuführende Operation mit dem notwendigen Volumenstrom eines Fluids versorgt werden. Die vorliegende Erfindung kann in der Robotik, insbesondere bei der Regelung großer Schwenkantriebe eingesetzt werden. Somit können wesentlich schnellere und exakt geregelte Verfahrgeschwindigkeiten in den großen Gelenken, vor allem in dem sog. Schultergelenk der Robotereinheit 200 vereinfacht umgesetzt werden. Ferner ist durch die Parallelschaltung von Schnellschaltventilen, die eine einfachere Anschaltung aufweisen und über einen Ausgang an der Recheneinheit 20 geschaltet werden können, die Komplexität bei gleichzeitig steigenden Gesamtvolumenstrom geringer, als im Stand der Technik bekannter Lösungen. Eine Lösung mit mehreren parallel geschalteten Proportionalventilen ist nicht nur wirtschaftlich von Nachteil, sondern bedingt auch eine aufwendigere Verschaltung mit erhöhtem zeitlichem Aufwand für Installation und Wartung. Mittels der vorteilhaften Kombination aus einem Proportionalventil und wenigstens einem Schnellschaltventil, die über eine entsprechende Recheneinheit 20 mit der geeigneten Ansteuerungs- und Regelstrategie angesteuert werden, können hohe Volumenströme exakt eingeregelt werden. Insbesondere kann mit der vorliegenden Erfindung die Verwendung der Piezotechnologie eingesetzt und der Durchfluss nach Bedarf erweitert werden. 5 shows a schematic representation of a robot unit 200 according to an embodiment of the present invention. The robot unit 200 can be designed as an industrial robot that includes at least one axis with a drive. In the illustrated embodiment, the robot unit 200 has three axes, each of which is driven via a drive. Drives for the robot head and/or the tool can also be provided. The robot unit 200 is controlled via a computing unit 20. The computing unit 20 can be placed centrally and/or decentrally. The computing unit 20 communicates via a communication medium known in the art. Furthermore, input and output means (not shown) can be provided, via which the computing unit 20 can be configured by a user or via which information about the robot unit 200 and/or the computing unit 20 and the software being executed is provided. Furthermore, the robot unit 200 preferably has a valve arrangement 10 and computing unit 20 for each axis or drive to be driven. Via the valve arrangement 10, each axis of the robot unit 200 can be supplied with the volume flow of fluid required for the operation to be carried out. The one before The invention can be used in robotics, especially in the control of large swivel drives. This means that significantly faster and precisely controlled travel speeds can be implemented in a simplified manner in the large joints, especially in the so-called shoulder joint of the robot unit 200. Furthermore, due to the parallel connection of quick-switching valves, which have a simpler connection and can be switched via an output on the computing unit 20, the complexity is lower while the total volume flow increases at the same time than solutions known in the prior art. A solution with several proportional valves connected in parallel is not only economically disadvantageous, but also requires more complex wiring with increased time required for installation and maintenance. By means of the advantageous combination of a proportional valve and at least one quick-switching valve, which are controlled via a corresponding computing unit 20 with the appropriate control and control strategy, high volume flows can be precisely regulated. In particular, the present invention can employ the use of piezo technology and expand the flow as needed.

6 zeigt eine weitere schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Systems mit einer Ventilanordnung 10. In der dargestellten Ausführungsform sind vier Ventilanordnungen 10 in einer Brückenschaltung verschaltet. Zwei Ventilanordnungen 10_x1, 10_x3 der vier Ventilanordnungen 10 sind mit dem Versorgungsdruck ps verbunden und die weiteren zwei Ventilanordnungen 10_x2, 10_x4 der Ventilanordnungen 10 weisen eine Verbindung zum Umgebungsdruck po auf. Für das Verfahren eines Aktuators oder einer Achse der Robotereinheit 200 werden immer zwei sich gegenüberliegende Ventilanordnungen 10 geschaltet, so dass eine Fluidverbindung von dem Versorgungsdruck ps über eine erste Ventilanordnung 10_x1 zu einer ersten Kammer eines Aktuators/Achse bereitgestellt wird und von einer zweiten Kammer des Aktuators/Achse über eine zweite Ventilanordnung 10_x2 zu dem Umgebungsdruck po. Um eine Änderung der Bewegungsrichtung des Aktuators/Achse zu erzielen, werden die Ventilanordnungen 10_x3, 10_x4 über die Recheneinheit 40 angesteuert. Für jede Kammer des Aktuators oder einer Achse werden zwei Ventilanordnungen 10 zum jeweiligen be- und entlüften vorgesehen. Durch die zusätzlich parallele Erweiterung des Proportionalventils 10 mit einem Schnellschaltventil 13 kann mehr Massenstrom bereitgestellt werden, was zu einer schnelleren Bewegung/Rotation und somit der Geschwindigkeit des Aktuators/Achse führt. 6 shows a further schematic representation of an embodiment of a system with a valve arrangement 10. In the illustrated embodiment, four valve arrangements 10 are connected in a bridge circuit. Two valve arrangements 10_x1, 10_x3 of the four valve arrangements 10 are connected to the supply pressure p s and the other two valve arrangements 10_x2, 10_x4 of the valve arrangements 10 have a connection to the ambient pressure po. For the movement of an actuator or an axis of the robot unit 200, two opposing valve arrangements 10 are always switched, so that a fluid connection from the supply pressure p s via a first valve arrangement 10_x1 to a first chamber of an actuator/axis is provided and from a second chamber of the Actuator/axis via a second valve arrangement 10_x2 to the ambient pressure po. In order to achieve a change in the direction of movement of the actuator/axis, the valve arrangements 10_x3, 10_x4 are controlled via the computing unit 40. For each chamber of the actuator or an axle, two valve arrangements 10 are provided for respective ventilation and ventilation. By additionally extending the proportional valve 10 in parallel with a quick-switching valve 13, more mass flow can be provided, which leads to faster movement/rotation and thus the speed of the actuator/axis.

BEZUGSZEICHENREFERENCE MARKS

1010
VentilanordnungValve arrangement
10_x-x10_x-x
VentilanordnungenValve arrangements
1111
Ventil mit proportionalen VerhaltenValve with proportional behavior
1212
Stelllgliedactuator
1313
erstes Schaltventilfirst switching valve
13_x13_x
weiteres Schaltventilanother switching valve
K1, K2K1, K2
Knotenpunktjunction
2020
RecheneinheitComputing unit
100100
VerfahrenProceedings
a,b,c,da,b,c,d
VerfahrensschritteProcedural steps
Vv
VolumenstromVolume flow
VSumVSum
gesamter Volumenstromtotal volume flow
Vu11Vu11
Umschaltpunktswitching point
V11V11
Volumenstrom Ventil mit prop. V.Volume flow valve with prop. v.
V13V13
Volumenstrom SchaltventilVolume flow switching valve
VdVd
VolumenstromanforderungVolume flow requirement
200200
RobotereinheitRobotic unit
210210
Achseaxis

Claims (16)

System mit einer Ventilanordnung (10) zur Steuerung eines Volumenstroms eines Fluids, mit einem Ventil mit proportionalen Verhalten (11), aufweisend einen durch ein Stellglied (12) veränderbaren Öffnungsquerschnitt, einem parallel zu dem Ventil mit proportionalen Verhalten (11) angeordnetes erstes Schaltventil (13), aufweisend eine offene und sperrende Schaltstellung, sowie mit einer Recheneinheit (20) zur Ansteuerung der Ventilanordnung (10); wobei das Ventil mit proportionalen Verhalten (11) und das erste Schaltventil (13) jeweils einen Fluideingang und einen Fluidausgang aufweisen, die fluidleitend zueinander in Verbindung stehen; und wobei mittels der Recheneinheit (20) zur Laufzeit automatisiert der Volumenstrom durch das Ventil mit proportionalen Verhalten (11) ermittelt wird und beim Erreichen einer vorbestimmten Schaltschwelle für den maximal zu schaltenden Volumenstrom durch die Recheneinheit (20): a) das erste Schaltventil (13) in die offene Schaltstellung geschaltet wird, sodass der Volumenstrom dem maximal zu schaltenden Volumenstrom des ersten Schaltventils (13) entspricht; und b) der Öffnungsquerschnitt des Ventils mit proportionalem Verhalten (11) minimiert wird, so dass der Volumenstrom durch das Ventil mit proportionalem Verhalten (11) einem vorgegeben Soll-Wert für das Ventil mit proportionalem Verhalten entspricht.System with a valve arrangement (10) for controlling a volume flow of a fluid, with a valve with proportional behavior (11), having an opening cross section that can be changed by an actuator (12), a first switching valve (11) arranged parallel to the valve with proportional behavior (11). 13), having an open and blocking switching position, and with a computing unit (20) for controlling the valve arrangement (10); wherein the valve with proportional behavior (11) and the first switching valve (13) each have a fluid inlet and a fluid outlet, which are connected to one another in a fluid-conducting manner; and wherein the volume flow through the valve with proportional behavior (11) is automatically determined by means of the computing unit (20) during runtime and when a predetermined switching threshold for the maximum volume flow to be switched is reached by the computing unit (20): a) the first switching valve (13) is switched to the open switching position, so that the volume flow corresponds to the maximum volume flow of the first switching valve (13) to be switched; and b) the opening cross section of the valve with proportional behavior (11) is minimized so that the volume flow through the valve with proportional behavior (11) corresponds to a predetermined target value for the valve with proportional behavior. System nach dem unmittelbar vorherigen Anspruch, wobei die Ventilanordnung (10) wenigstens ein weiteres Schaltventil (13-x) aufweist, welches parallel zum ersten Schaltventil (13) angeordnet ist.System according to the immediately preceding claim, wherein the valve arrangement (10) has at least one further switching valve (13-x) which is arranged parallel to the first switching valve (13). System gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der maximal zu schaltende Volumenstrom des Ventils mit proportionalen Verhalten (11) größer als der maximal zu schaltende Volumenstrom des ersten Schaltventils (13) ist.System according to one of the preceding claims, wherein the maximum volume flow to be switched of the valve with proportional behavior (11) is greater than the maximum volume flow to be switched of the first switching valve (13). System gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die vorbestimmte Schaltschwelle als eine Hysterese ausgebildet ist.System according to one of the preceding claims, wherein the predetermined switching threshold is designed as a hysteresis. System gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Ventil mit proportionalen Verhalten (11) als ein stetiges oder unstetiges Ventil ausgebildet ist, und/oder das Schaltventil (13) als ein Schnellschaltventil ausgebildet ist.System according to one of the preceding claims, wherein the valve with proportional behavior (11) is designed as a continuous or discontinuous valve, and / or the switching valve (13) is designed as a quick-switching valve. System gemäß dem unmittelbar vorhergehenden Anspruch, wobei das Ventil mit proportionalen Verhalten (11) eine magnetische Schaltung, insbesondere Piezo-Schaltung aufweist.System according to the immediately preceding claim, wherein the valve with proportional behavior (11) has a magnetic circuit, in particular a piezo circuit. System gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der zu schaltenden Volumenstrom des Ventils mit proportionalem Verhalten (11) in einem Bereich von 0-200 NL/min, insbesondere in einem Bereich von 50-200 NL/min einstellbar ist und der maximal zu schaltende Volumenstrom des Schaltventils (13) in einem Bereich von 0-200 NL liegt, bevorzugt 50 NL/min beträgt.System according to one of the preceding claims, wherein the volume flow of the valve with proportional behavior (11) to be switched is adjustable in a range of 0-200 NL/min, in particular in a range of 50-200 NL/min, and the maximum volume flow to be switched of the switching valve (13) is in a range of 0-200 NL, preferably 50 NL/min. System gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Stellglied des Ventils mit proportionalem Verhalten (11) manuell und/oder durch die Recheneinheit (20) einstellbar ist.System according to one of the preceding claims, wherein the actuator of the valve with proportional behavior (11) can be adjusted manually and/or by the computing unit (20). System gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste Schaltventil (13) durch die Recheneinheit (20) geschaltet wird.System according to one of the preceding claims, wherein the first switching valve (13) is switched by the computing unit (20). System gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Minimieren des Öffnungsquerschnittes des Ventils mit proportionalem Verhalten (11) und das Schalten des ersten Schaltventils (13) durch die Recheneinheit (20) in synchronisierter Weise erfolgt.System according to one of the preceding claims, wherein the minimization of the opening cross section of the valve with proportional behavior (11) and the switching of the first switching valve (13) by the computing unit (20) takes place in a synchronized manner. Verfahren (100) zur Steuerung eines Volumenstroms eines Fluids durch ein System gemäß einem der vorangehenden Ansprüche mit einer Ventilanordnung (10) und einer Recheneinheit (20), mit den folgenden Verfahrensschritten: a) Ermitteln des momentanen Volumenstroms durch das Ventil mit proportionalen Verhalten (11); b) Vergleichen des ermittelten Volumenstroms mit einer vorbestimmten Schaltschwelle für einen maximal zu schaltenden Volumenstrom durch das Ventil mit proportionalen Verhalten (11); c) Erzeugen von Schaltsignalen zum Schalten des ersten Schaltventils (13) in die offene Schaltstellung, sodass der Volumenstrom dem maximal zu schaltenden Volumenstrom des ersten Schaltventils (13) entspricht; und d) Erzeugen von Öffnungsquerschnittsignalen zum Minimieren des Öffnungsquerschnittes des Ventils mit proportionalen Verhalten (11), so dass der Volumenstrom durch das Ventil mit proportionalen Verhalten (11) einem vorgegebenen Soll-Wert für das Ventil mit proportionalem Verhalten (11) entspricht.Method (100) for controlling a volume flow of a fluid through a system according to one of the preceding claims with a valve arrangement (10) and a computing unit (20), with the following method steps: a) Determining the instantaneous volume flow through the valve with proportional behavior (11); b) comparing the determined volume flow with a predetermined switching threshold for a maximum volume flow to be switched through the valve with proportional behavior (11); c) generating switching signals for switching the first switching valve (13) into the open switching position, so that the volume flow corresponds to the maximum volume flow of the first switching valve (13) to be switched; and d) Generating opening cross-section signals to minimize the opening cross-section of the valve with proportional behavior (11), so that the volume flow through the valve with proportional behavior (11) corresponds to a predetermined target value for the valve with proportional behavior (11). Verfahren gemäß dem unmittelbar vorherigen Verfahrensanspruch, wobei die Ventilanordnung (10) wenigstens ein weiteres Schaltventil (13-x) aufweist, welches parallel zum ersten Schaltventil (13) angeordnet ist und ein Schalten des ersten Schaltventils (13) zusätzlich das Schalten des weiteren Schaltventils (13-x) umfasst.Method according to the immediately preceding method claim, wherein the valve arrangement (10) has at least one further switching valve (13-x), which is arranged parallel to the first switching valve (13) and switching the first switching valve (13) additionally involves switching the further switching valve ( 13-x) includes. Verfahren gemäß einem der vorherigen Verfahrensansprüche, wobei das Ausführen des Schrittes c) und Schrittes d) synchronisiert erfolgt.Method according to one of the preceding method claims, wherein the execution of step c) and step d) takes place synchronously. Verfahren gemäß einem der vorherigen Verfahrensansprüche, wobei zur Erhöhung des Volumenstromes, in einem weiteren Verfahrensschritt, der Öffnungsquerschnitt des Ventils mit proportionalem Verhalten (11) nach dem Schalten des Schaltventils (13) gesteuert erhöht werden kann.Method according to one of the preceding method claims, wherein in order to increase the volume flow, in a further method step, the opening cross section of the valve with proportional behavior (11) can be increased in a controlled manner after the switching valve (13) has been switched. Robotereinheit (200) mit wenigstens einer Achse (210) umfassend einen pneumatischen Antrieb, der über ein System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 angesprochen wird.Robot unit (200) with at least one axis (210) comprising a pneumatic drive which has a system according to one of Claims 1 until 10 is addressed. Computerprogramm, wobei das Computerprogramm in eine Speichereinheit (21) einer Recheneinheit (20) ladbar ist und Programmcodeabschnitte enthält, um die Recheneinheit (20) zu veranlassen, das Verfahren zur Steuerung eines Volumenstroms gemäß einem der Verfahrensansprüche auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Recheneinheit (20) ausgeführt wird.Computer program, wherein the computer program can be loaded into a storage unit (21) of a computing unit (20) and contains program code sections in order to cause the computing unit (20) to carry out the method for controlling a volume flow according to one of the method claims when the computer program is in the computing unit ( 20) is executed.
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