CN108291563A - 流体控制装置及用于操作流体控制装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有阀布置(4)的流体控制装置，包括用于将工作流体提供至流体消耗物(3)的供应端口(40)的空气供应阀(5)，以及用于从流体消耗物(3)的供应端口(40)排放工作流体的空气出口阀(6)，以及控制器件(9)，其中控制器件(9)电连接到空气供应阀(5)和空气出口阀(6)，且构造成用于控制空气供应阀(5)和空气出口阀(6)，且还包括用于处理传感器信号的传感器输入(11)，且连接到传感器(12)，该传感器(12)构造成用于确定流体消耗物(3)的功能状态以及用于提供传感器信号至控制器件(9)，其中控制器件(9)构造成用于实施阀诊断过程，使得用于空气供应阀(5)的第一控制信号(66)和用于空气出口阀(6)的第二控制信号(67)分别在区间下限与区间上限之间改变，同时保持由传感器(12)提供的传感器信号的可预先限定的传感器信号水平(68)，并且控制器件(9)构造成用于记录用于第一控制信号(66)和第二控制信号(67)的值对(69到77)。

Description

流体控制装置及用于操作流体控制装置的方法
技术领域
本发明涉及一种具有阀布置的流体控制装置，包括用于提供工作流体至流体消耗物的供应端口的空气供应阀，以及用于从流体消耗物的供应端口排出工作流体的空气出口阀，以及控制器件，其中控制器件电连接到空气供应阀和空气出口阀，且构造成用于控制空气供应阀和空气出口阀，且包括用于处理传感器信号的传感器输入，且连接到传感器，该传感器构造成用于确定流体消耗物的功能状态且用于将传感器信号提供至控制器件。
背景技术
文件EP 1 717 500 A1公开了一种压电弯曲器促动器，其具有弯曲器促动器元件以及附接到其上的具有柔性载体的柔性电路板，其中电导体结构在其上运行，其中柔性电路板的导体结构的一部分在可由压电激活(activation)偏转的弯曲器促动器元件的工作区段的区域中构造成使得其直接地形成至少一个传感器。还可用作用于流体阀的促动器装置的压电弯曲器促动器利用控制装置控制，该控制装置提供电控制电压至压电弯曲器促动器。该控制电压可基于在其中产生映射(map)的先前的校准来提供，描述了在控制电压与压电弯曲器促动器的偏转之间的关系。
发明内容
本发明的目的在于提供一种流体控制装置和一种用于操作流体控制装置的方法，其允许在进行的操作中的校准。
该目的针对开头以权利要求1的特征引用的类型的流体控制装置来实现。提供了控制器件构造成用于实施阀诊断过程，使得用于空气供应阀的第一控制信号和用于空气出口阀的第二控制信号分别在区间下限与区间上限之间变化，同时保持由传感器提供的传感器信号的可预先限定的传感器信号水平，且控制器件构造成用于记录用于第一控制信号和第二控制信号的值对。
作为优选，控制器件配备有微处理器，其提供成用于运行储存在存储器装置中的可预先限定的程序序列。在此类程序序列的运行中，控制器件构造成提供用于空气供应阀和用于空气出口阀的独立控制信号，以便在流体地连接到空气供应阀和空气出口阀两者的流体消耗物的供应端口处提供可预先限定的工作压力水平，且因此允许用于流体消耗物的功能的开环控制或闭环控制。因为流体控制装置的开环控制行为或闭环控制行为可由于空气供应阀和/或空气出口阀的老化和磨损的现象而非期望地改变，故控制器件构造成在规则或不规则的时间间隔或在出现可预先限定的操作状态之后(特别是在重新使用之后)执行用于流体控制装置的阀诊断过程，以便允许取决于其流体行为来适应用于空气供应阀和出口阀的控制信号。
为此，控制器件可用于相应的阀，特别是同时地，第一控制信号用于空气供应阀，且第二控制信号用于空气出口阀。此外，控制器件构造成通过在可预先限定的优选狭窄地限制的传感器信号区间内的两个控制信号的适当影响来保持用于由传感器提供的传感器信号的可预先限定的传感器信号水平。为了取决于相应的控制信号获得尽可能多的关于空气供应阀和出口阀的流体行为的知识，提供了用于空气供应阀的第一控制信号和用于空气出口阀的第二控制信号在相应的控制信号区间的区间下限与区间上限之间改变。通过用于空气供应阀和出口阀的控制信号的该改变，不同流体流出现在空气供应阀与空气出口阀之间，其中提供了恒定流体压力存在于供应端口处，独立于在空气供应阀与空气出口阀之间的相应实际流体流。通过该措施，如果在供应端口处应保持恒定的压力水平，则可确定空气供应阀的哪个开度(opening degree)与空气出口阀的哪个开度关联。在供应端口处的压力水平直接地或间接地使用传感器确定。在基于在供应端口处的恒定流体压力确定的该阀诊断过程期间确定的值对记录在控制器件中，具体是储存在存储器中，且然后可针对空气供应阀和/或空气出口阀的有利控制取得，以便补偿老化和/或磨损。
本发明的有利改进是从属权利要求的主题。
如果传感器构造为用于检测流体消耗物构件沿优选直线的移动路径的位置的位置传感器，则是适合的。作为优选，流体消耗物包括壳体，可动流体消耗物构件可收纳在壳体上或中。例如，流体消耗物构件可旋转移动或可平移移动地收纳在壳体上，且取决于设在流体消耗物的供应端口处的流体压力来采用沿移动路径的位置。特别优选的是，提供了弹簧器件分配到流体消耗物构件，且在没有供应端口处的对应流体压力的情况下，使流体消耗物构件移动到可预先限定的静止位置中。因此，可从借助于传感器建立的流体消耗物构件的位置作出关于供应端口处存在的流体压力的结论。
在本发明的一种有利改进中，提供了传感器构造为分配给流体消耗物的供应端口的压力传感器。借助于传感器，因此可直接地确定供应端口处的流体压力。
在本发明的另一个实施例中，提供了流体控制装置包括流体消耗物，其构造成先导控制的流体阀，且具有连接到空气供应阀和空气出口阀的供应端口。因此，空气供应阀和空气出口阀用作用于流体消耗物的阀位置的流体影响的先导控制阀。作为优选，供应端口处的流体压力作用于收纳在阀壳体中且借助于联接杆连接到阀体的促动器活塞，这继而又提供成用于影响形成在阀壳体中的流体通道的自由截面。取决于促动器活塞沿优选直线的移动路径的位置，阀体打开流体通道的自由截面的一部分，或整个流体通道，或完全阻挡其。特别有利的是如果柔性膜片布置在供应端口与促动器活塞之间，该膜片提供成使在供应端口处可由空气供应阀使用的工作流体与流过流体通道的流体分开。
作为优选，提供了流体消耗物包括可移动地收纳在阀壳体中的阀部件，以用于影响形成在阀壳体中的流体通道的自由截面，该通道具有用于形成在阀部件上的弹性密封器件的紧密接触的阀座，且控制器件构造成用于执行阀诊断过程，使得形成在阀部件上的弹性密封器件的紧密接触在阀诊断过程的执行期间得到保持。利用控制器件的该实施例，有利的是，阀诊断过程可在不明显影响构造为流体阀的流体消耗物的行为的情况下执行。相反，在执行过程时，使用了密封器件的弹性性质，其中阀部件由供应端口的适合的加压(pressurisation)从静止位置带到诊断位置中，在该诊断位置中，流体压力的略微升高和略微降低二者都导致阀部件的可测量的位置变化，而不会有损密封器件在阀座上的紧密接触。
有利的是，如果空气供应阀和空气出口阀分别具有形成为用于阀体的促动器的压电促动器。压电促动器优选地形成为压电弯曲机，其取决于电控制电压采用可调整的曲率，且以可自由移动的端部区域作用于阀体，以便使其在释放位置与阻挡位置之间关于阀座移动。此空气供应阀或空气出口阀通过紧凑结构和高开关速度而出众，但经受某些老化和磨损现象，这至少对于某些时期可由控制器件来补偿。
本发明的目的还通过一种用于操作如权利要求7中给出的流体控制装置的方法来实现。该方法包括以下步骤：将第一可变控制信号提供至空气供应阀来用于将工作流体流供应至流体消耗物的供应端口，以及提供第二可变控制信号至空气出口阀来用于从流体消耗物的供应端口排放工作流体流，其中第一控制信号和第二控制信号形成值对，且如果借助于来自分配给流体消耗物的传感器的传感器信号检测到的流体消耗物的功能位置位于可预先限定的位置区间内，则储存值对，其中两个控制信号分别在区间下限与区间上限之间改变。因此，在执行方法中，提供了空气供应阀和空气出口阀两者通过提供第一控制信号和第二控制信号来控制，使得在流体消耗物的供应端口处提供的工作压力导致流体消耗物的可预先限定的功能位置。作为优选，空气供应阀和空气出口阀两者是比例阀，以便工作流体到供应端口的入流和工作流体从供应端口的出流可自由设置在一定极限内，且供应端口处的工作压力由流入和流出的工作流体之间的平衡得到。可预先限定的工作压力可利用空气供应阀的多个不同位置和空气出口阀的对应多个不同位置来设置，其中导致期望的工作压力的两个阀的每个可能位置储存为值对。
在该方法的另一实施例中，提供了对于阀诊断过程的执行，流体消耗物通过设置在分配的供应端口处的工作流体的供应与排放之间的流体平衡来从静止位置带到诊断位置，且用于空气供应阀和空气出口阀的可变控制信号是取决于传感器信号的控制在相应区间极限的内闭环。作为优选，诊断位置选择成使得流体消耗物可由闭环控制来操作，以便供应端口处的工作流体的增加和减少导致由传感器测得的传感器信号的可测量的变化，且因此可储存用于空气供应阀和空气出口阀的控制信号的期望的多个值对。
在本方法的另一实施例中，提供了流体消耗物构造为先导控制的流体阀，其具有阀部件、阀座和弹性密封器件，其中阀部件由在阀诊断过程的执行期间提供的工作流体从在其中阀部件紧密位于阀座上且在其中高表面压力存在于密封器件与阀座之间的静止位置被带到在其中中等表面压力存在于密封器件与阀座之间且在其中阀部件仍紧密位于阀座上的诊断位置，且传感器信号是取决于阀部件关于阀座的位置的位置信号。
在本方法的另一实施例中，提供了校准函数从值对计算，且用于流体控制装置的操作。作为优选，值对用于确定用于空气供应阀和/或空气出口阀的控制曲线，借助于其，用于两个阀中的至少一个的控制行为可在流体控制装置的常规操作期间受影响。利用阀诊断过程，例如，可至少部分地补偿空气供应阀和/或空气出口阀的老化和磨损现象。
附图说明
附图中绘出了本发明的有利实施例。它们示出了：
图1为具有空气供应阀和空气出口阀、以及构造为先导控制的流体阀的流体消耗物的流体控制装置的高度图解的截面图，以及
图2为图解示图以绘出在阀诊断过程期间确定的值对。
具体实施方式
图1中所示的流体控制装置1提供成用于流体消耗物2的流体控制，其仅举例来说是流体先导控制的流体阀3。
流体控制装置1包括阀布置4，其具有空气供应阀5以用于将工作流体从流体源31提供至流体消耗物2的供应端口40，且具有空气出口阀6以用于从流体消耗物2的供应端口40排放工作流体。仅举例来说，如下文更详细所述，空气供应阀5和空气出口阀6两者构造为压电阀。
流体控制装置1包括仅图解绘出的控制器件9，其例如包括微处理器和分配的存储器装置10，其中微处理器构造成用于使用还储存在存储器装置10中的值来处理储存在存储器装置10中的程序。如下文更详细所述，存储器装置10还构造成储存控制信号的值对。
控制器件9电连接到空气供应阀5和空气出口阀6，且提供相应的控制信号以用于控制空气供应阀5和空气出口阀6。此外，传感器输入11分配给控制器件9，其提供成用于传感器12的传感器引线14的电连接。构造成用于确定流体阀3的阀部件41的功能位置的传感器12例如是霍尔效应传感器，其构造成检测布置在阀部件41上的永磁体16的通量密度。在阀部件41的移动引起传感器12与永磁体16之间的距离变化时，可由传感器12检测到的通量密度变化，由此变化出现在传感器信号中，其由传感器12从确定的通量密度生成，且其经由传感器线提供至控制器件9。
举例来说，提供了空气供应阀5和空气出口阀6相同地构造，以便空气供应阀5的结构和功能的以下描述还相应地适用于空气出口阀6。空气供应阀5包括例如形成为箱的阀壳体20，其具有入口端口21、出口端口22、在入口端口21与出口端口22之间延伸的流体通道23、以及在流体通道23中且例如形成在出口端口22的区域中的阀座24。举例来说，在垂直于图1的图平面定向的且未示出的截平面中，流体通道23具有矩形截面，且用于收纳压电弯曲机25，其构成用于空气供应阀5的促动器。压电弯曲机25自身形成为平台，且延伸超过入口端口21和出口端口22。在面对阀座24的端部区域处，压电弯曲机25设有密封元件30，其例如可由橡胶弹性材料制成，且构造成用于在阀座24上的分散紧密接触。仅举例来说，空气供应阀5和空气出口阀6两者形成为常闭阀(normally closed valve)，在其中在没有用于相应的压电弯曲机25的足够高的控制电压的情况下，提供了相应阀座24上的密封元件20的紧密接触。此外，压电弯曲机25借助于弹簧28,29挤压抵靠叶片状支承物26,27。在压电弯曲机25处足够高的控制电压存在时，压电弯曲机25的弯曲发生，在图1的图平面中行进，使得密封元件30从阀座24升高，且因此打开了在入口端口21与出口端口22之间的流体连接。取决于用于压电弯曲机25的控制电压，发生压电弯曲机25的较小或较大的弯曲，以便在阀座24与密封元件30之间的距离可较小或较大，且因此使得流体通道23的较小或较大的截面可用于流体流。作为优选，提供了压电弯曲机25可由控制器件9的控制信号带到多个不同的弯曲位置中，以便空气供应阀5和类似地空气出口阀6具有多个开启位置，且可按比例阀的方式操作。
举例来说，提供了空气供应阀5的入口端口21连接到流体源31，同时空气出口阀6的入口端口21流体地联接到流体槽32，其例如可形成为***。此外，空气供应阀5的出口端口22和空气出口阀6的出口端口22连接到用作流体消耗物的流体阀3的供应端口40。
流体阀3包括阀部件42，其收纳在阀壳体41中以便例如沿移动路径43线性地移动，且其例如形成为与定向成与移动路径43平行的纵轴线44旋转对称。举例来说，阀部件42包括杆状基体49，板状工作活塞46形成在其端部上。此外，圆形外周的环形套环47设在基体45上，且承载用作密封器件48的环形密封盘。为了允许阀部件42在阀壳体41中的可动布置，提供了阀壳体41具有阀凹口49，其包括促动部分50以收纳工作活塞46以及工作区段51以收纳具有密封器件48的套环47。仅举例来说，提供了在促动部分50与工作区段51之间且在背对工作活塞46的端部区域处，阀凹口49分别具有引导部分52,53，其在内表面上分别承载紧密位于基体45的圆柱形外表面56上的密封环54,55，因此确保了在促动部分50与工作区段51之间以及在工作区段51与弹簧部分57之间的流体分离。例如，弹簧部分57形成为圆柱形的盲孔，在其中收纳有复位弹簧58，其构造成将复位力施加在阀部件42上。使用复位弹簧58，阀部件42的密封器件48挤压抵靠设在阀壳体41中的阀座59，且例如形成为圆锥形环。仅举例来说，流体阀3因此是常闭阀，其中在图1中所示的闭合位置或静止位置中，中断在阀凹口49的入口端口60与出口端口61之间的流体连通连接。然而，如果加压促动部分50，这可通过在供应端口40处提供加压工作流体来实现，该流体压力作用于柔性密封膜片62，其沿其边缘紧密固定在阀壳体41上，且因此在背对复位弹簧58的工作活塞46的工作面63上。该力效果可使复位弹簧58弹性地变形，由此阀部件42可沿移动路径43移动，由此密封器件48可从阀座59升高，且因此开启在阀凹口49的入口端口60与出口端口61之间的流体连通连接。
在静止位置中，弹性密封器件49取决于复位弹簧58的复位力压缩，以便确保在阀座59上的密封器件49的期望的紧密接触。
为了执行阀诊断过程，将轻微的力施加到阀部件42，这可通过在供应端口40处提供低工作压力来达成。这引起阀部件42沿移动路径43从图1中所示的静止位置略微位移到诊断位置，其中该位移选择成使得由于密封器件48的弹性复位变形，故在阀凹口49的入口端口60与出口端口61之间的流体连通连接不会开启。在供应端口40处的低工作压力可由空气供应阀5和空气出口阀6的各种开启位置提供。例如，提供了为了执行阀诊断过程，控制器件9基于来自传感器12的信号来执行用于阀部件42的位置闭环控制，其中阀部件42保持在诊断位置中，且其中用于空气供应阀5和空气出口阀6的开启位置在尽可能较宽的区间内改变。对于空气供应阀5的各个开启位置，找出空气出口阀6的对应开启位置，且到达相应的开启位置所需的相应控制信号储存在存储器装置10中作为值对。
从在图2中仅图解绘出的用于空气供应阀5的控制信号水平66和用于空气出口阀6的控制信号水平67的储存值对69到77，通过适合的计算，控制器件9可确定用于控制空气供应阀5和出口阀6的补偿值，利用其，则相应的阀5,6可在流体阀3的正常操作期间受控制。该补偿值用于至少部分地补偿空气供应阀5和空气出口阀6处的老化和磨损现象，以便流体阀3的操作可在较长周期内被确保，而没有关于阀功能的限制。
在图2中所示的视图中，绘出了三条不同曲线66,67,68。曲线66和67分别绘出了在横坐标轴(水平轴)上示出的用于空气供应阀5和空气出口阀6的两个压电弯曲机25载有的控制信号的电压水平U[V]与纵坐标(垂直轴线)上的空气供应阀5-Z[%]和/或空气出口阀6-A[%]的百分比开启(opening)之间的关联。曲线68示出阀部件42关于阀壳体41的移动，其中由于两个阀5,6的闭环控制，故曲线68形成为较大距离上的直线。值对69到77中的各个均包括用于空气供应阀5的百分比开启值和用于空气入口阀的百分比开启值，以及从这些开启值得到的阀部件42的位置。首先，尽管在低控制信号水平66,67和所得的低百分比开启值下，不存在阀部件42的移动，在一定的控制信号水平66,67下，阀部件41的移动开始，这在控制信号水平66,67提高时，导致了到达诊断位置78。从此时起，在阀诊断过程的执行期间，控制器件9调节控制信号水平66,67，使得诊断位置78保持，且控制信号水平66,67发生进一步提高，直到找到另一值对69到77。图2中所示的值对69到77仅为示例性的；多个其它值对可位于独立的值对69到77之间。
在达到用于两个值5,6中的至少一个的最大开启值之后，阀诊断结束，且控制器件9现在计算用于在正常操作中控制阀5,6补偿值，其中补偿值从值对69到77和任何其它值对计算。

Claims (10)

1.一种具有阀布置(4)的流体控制装置，包括用于将工作流体提供至流体消耗物(3)的供应端口(40)的空气供应阀(5)，以及用于从所述流体消耗物(3)的供应端口(40)排放工作流体的空气出口阀(6)，以及控制器件(9)，其中所述控制器件(9)电连接到所述空气供应阀(5)和所述空气出口阀(6)，且构造成用于控制所述空气供应阀(5)和所述空气出口阀(6)，且还包括用于处理传感器信号的传感器输入(11)，且连接到传感器(12)，所述传感器(12)构造成用于确定所述流体消耗物(3)的功能状态以及用于提供传感器信号至所述控制器件(9)，其中所述控制器件(9)构造成用于实施阀诊断过程，使得用于所述空气供应阀(5)的第一控制信号(66)和用于所述空气出口阀(6)的第二控制信号(67)分别在区间下限与区间上限之间改变，同时保持由所述传感器(12)提供的传感器信号的可预先限定的传感器信号水平(68)，以及所述控制器件(9)构造成用于记录用于所述第一控制信号(66)和所述第二控制信号(67)的值对(69到77)。
2.根据权利要求1所述的流体控制装置，其特征在于，所述传感器(12)构造为用于检测流体消耗物构件(42)沿优选直线的移动路径(43)的位置的位置传感器。
3.根据权利要求1所述的流体控制装置，其特征在于，所述传感器(12)构造为分配给所述流体消耗物(3)的供应端口(40)的压力传感器。
4.根据权利要求1、2或3所述的流体控制装置，其特征在于，所述流体控制装置带有流体消耗物(3)，其构造为先导控制的流体阀且具有连接到所述空气供应阀(5)和所述空气出口阀(6)的供应端口(40)。
5.根据权利要求4所述的流体控制装置，其特征在于，所述流体消耗物(3)包括可动地收纳在阀壳体(41)中来影响形成在所述阀壳体(41)中的流体通道(49)的自由截面的阀部件(42)，该流体通道(49)具有用于形成在所述阀部件(42)上的弹性密封器件(48)的紧密接触的阀座(59)，以及在于所述控制器件(9)构造成用于执行阀诊断过程，使得形成在所述阀部件(42)上的所述弹性密封器件(48)的紧密接触在所述阀诊断过程的执行期间得到保持。
6.根据前述权利要求中任一项所述的流体控制装置，其特征在于，所述空气供应装置(5)和所述空气出口阀(6)分别具有形成为用于阀体(30)的促动器的压电促动器(25)。
7.一种用于操作流体控制装置的方法，具有以下步骤：将第一可变控制信号(66)提供至空气供应阀(5)以用于将工作流体流供应至流体消耗物(3)的供应端口(40)，以及将第二可变控制信号(67)提供至空气出口阀(6)以用于将工作流体流从所述流体消耗物(3)的供应端口(40)排放，其中所述第一控制信号(66)和所述第二控制信号(67)形成值对(69到77)，且如果借助于来自分配给所述流体消耗物(3)的传感器(12)的传感器信号检测到的所述流体消耗物(3)的功能位置位于可预先限定的位置区间内，则储存所述值对(69到77)，其中所述两个控制信号(66,67)分别在区间下限与区间上限之间变化。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对于所述阀诊断过程的执行，所述流体消耗物(3)通过设置在到所述分配的供应端口(40)的工作流体的供应与排放之间的流体平衡来从静止位置带到诊断位置，以及用于所述空气供应阀(5)和所述空气出口阀(6)的可变控制信号(66,67)是取决于所述传感器信号(68)的控制在所述相应区间极限内的闭环。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述流体消耗物(3)构造为先导控制的流体阀，其具有阀部件(41)、阀座(59)和弹性密封器件(48)，其中所述阀部件(41)由在所述阀诊断过程的执行期间提供的所述工作流体从在其中所述阀部件(41)仍紧密位于所述阀座(59)上且在其中高表面压力存在于所述密封器件(48)与所述阀座(59)之间的所述静止位置带到在其中中等表面压力存在于所述密封器件(48)与所述阀座(59)之间且在其中所述阀部件(41)仍紧密位于所述阀座(59)上的所述诊断位置中，并且所述传感器信号是取决于所述阀部件(41)关于所述阀座(59)的位置的位置信号。
10.根据权利要求7、8或9所述的方法，其特征在于，校准函数从所述值对计算且用于所述流体控制装置(1)的操作。
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