流体流控制设备.pdf

一种包括至少一个阀的流体流控制设备，所述或每个阀由电动致动器(32)、用于控制该致动器(32)的控制装置(27)和提供用于该控制装置的信号的通信装置(28)进行控制，其中所述设备包括发电装置(5)以通过控制设备(1)中的流体流进行发电从而操作致动器(32)、控制装置(27)和通信装置(28)。该设备不需要外部电源，因为它本身可以产生其全部电力需要量。该设备(1)还可以无线接收指令以控制所述至少一个阀。

1.  一种流体流控制设备，包括至少一个阀，所述或每个阀由电动致动器(32)进行控制，用于控制该致动器(32)的控制装置(27)和提供用于该控制装置的信号的通信装置(28)，其中所述设备包括发电装置(5)以从通过控制设备(1)中的流体流进行发电从而操作致动器(32)、控制装置(27)和通信装置(28)。

2.  如权利要求1所述的流体流控制设备，其中所述设备(1)接收来自流体流供给管线(8)的流体。

3.  如权利要求1或2所述的流体流控制设备，其中所述通信装置(28)无线操作。

4.  如在先任意一项权利要求所述的流体流控制设备，其中所述流体流供给管线(8)为气动管路。

5.  如权利要求1至3中任意一项所述的流体流控制设备，其中所述流体流供给管线(8)为液压管路。

6.  如权利要求3至5中任意一项所述的流体流控制设备，其中所述通信装置(28)利用射频无线通信进行操作。

7.  如权利要求3至6中任意一项所述的流体流控制设备，其中所述通信装置(28)利用蓝牙(Bluetooth)标准无线操作。

8.  如权利要求3至6中任意一项所述的流体流控制设备，其中所述通信装置(28)利用ZigBee标准无线操作。

9.  如权利要求3至6中任意一项所述的流体流控制设备，其中所述通信装置(28)利用Wi-Fi标准无线操作。

10.  如在先任意一项权利要求所述的流体流控制设备，其中所述发电装置(5)利用来自流体流供给管线(8)的流体流进行发电。

11.  如权利要求1-9中任意一项所述的流体流控制设备，其中所述发电装置(5)利用来自所述或每个阀的排放装置(14)的流体流进行发电。

12.  如权利要求11所述的流体流控制设备，其中所述控制装置(27)包括初始电源，其提供电能以操作致动器(32)、控制装置(27)和通信装置(28)直到来自阀的排放装置(14)的流体流足以使发电装置(5)产生电能为止。

13.  如权利要求12所述的流体流控制设备，其中所述初始电源为预充电电池。

14.  如权利要求12所述的流体流控制设备，其中所述初始电源为压缩流体容器，所述压缩流体适于通过发电装置(5)排放从而在最初进行发电。

15.  如权利要求12-14中任意一项所述的流体流控制设备，其中初始电源是可再充电的。

16.  如在先任意一项权利要求所述的流体流控制设备，其中所述设备包括选择阀(12)，该选择阀具有两个输入(9，13)和一个输出(15)以驱动发电装置(5)，所述第一输入(9)接收来自流体流供给管线(8)的流体流并且所述第二输入(13)接收来自所述或每个阀的排放装置(14)的流体，所述选择阀(12)适于选择哪个输入(9，13)与发电装置(5)连通。

17.  如权利要求16所述的流体流控制设备，其中所述选择阀(12)由螺线管(29)驱动。

18.  如权利要求17所述的流体流控制设备，其中对所述选择阀(12)进行电子控制以选择在设备(1)中使用哪个流体流发电。

19.  如权利要求16-18中任意一项所述的流体流控制设备，其中所述选择阀(12)偏置，这样作为默认，所述流体流供给管线(8)与发电装置(5)连通。

20.  如权利要求17-19中任意一项所述的流体流控制设备，其中所述选择阀(12)的螺线管(29)由发电装置(5)供电。

21.  如在先任意一项权利要求所述的流体流控制设备，其中发电装置(5)包括连接至发电机(19)的涡轮(7)。

22.  如在先任意一项权利要求所述的流体流控制设备，其中发电装置(5)连接到蓄能器(6)上，使得该蓄能器(6)储存由发电装置(5)产生的电能。

23.  如权利要求22所述的流体流控制设备，其中所述蓄能器(6)为电容器。

24.  如权利要求22所述的流体流控制设备，其中所述蓄能器(6)为可再充电的电池。

25.  如权利要求22-24中任意一项所述的流体流控制设备，其中整流器(22)对来自发电装置(5)的电气输出在其进入蓄能器(5)之前进行整流。

26.  如在先任意一项权利要求所述的流体流控制设备，其中所述设备(1)控制水流。

27.  如权利要求1至25中任意一项所述的流体流控制设备，其中所述设备(1)控制气流。

流体流控制设备
本发明涉及一种流体流控制设备，并且更特别地涉及包括阀的阀岛，所述阀用于控制流体驱动的设备，例如驱动气缸。本发明适用于气动和液压控制阀，但是，为了方便起见，本说明书很大程度上参考前者。
目前在例如生产机器中常见的是所有驱动气缸由各自的方向控制阀控制，所述方向控制阀通常安装在同一个‘阀岛’上。所述阀岛中的阀通常由螺线管控制，所述螺线管接收电信号以驱动相关的阀。阀岛因此连接到供给压缩气体的气动管路，给螺线管提供电能的电线以及控制阀岛操作的电通信线上。这种阀岛具有紧凑的优点，但是每个阀岛需要电气、通信以及气动管路的连接。因此，具有若干个阀岛的生产机器需要相对复杂的用于其操作的供给管线网络，其很难安装并且对于最终用户来说是非常昂贵的。
近年来，阀岛已经构造为利用无线通信技术控制阀岛上螺线管的操作。因此，这些阀岛不需要通信线。但是，这些阀岛仍然需要气动和电力管线网络，因此，用于多个阀岛的支撑网络仍然是复杂的。
根据本发明，我们提供了一种流体流控制设备，包括至少一个阀，所述或每个阀由电动致动器进行控制，用于控制该致动器的控制装置和为该控制装置提供信号的通信装置，其中所述设备包括发电装置，其通过控制装置内的流体流产生电能以操作所述致动器、控制装置和通信装置。
该设备由于其本身产生全部的电力需要量从而不需要外部电源。这在如果该设备控制例如水流的情况下是尤为有利的，这是由于它不需要可能在水附近产生危险的外部电源。优选地，该设备接收来自流体流供给管线的流体。
优选地，所述通信装置无线操作。因此，所述控制设备需要的唯一外部供给管线是流体流管线。流体流供给管线可以是供给压缩气体的气动管路或供给液压流体的液压管路。由于只需要一个供给管线，这使控制设备便于安装。这种配置由于支撑供给网络的复杂性显著降低而变得尤为有利。
通信装置可以利用诸如工业蓝牙(Bluetooth)标准或ZigBee的射频标准进行无线操作。但是，该通信装置还可以利用Wi-Fi，红外线，光学和超声波标准进行操作。
优选地，发电装置利用来自流体流供给管线的流体流进行发电。
可选地，该发电装置利用来自所述或每个阀的排放装置的流体流进行发电。因此，所述控制设备使用了通常不会利用并且在气动系统的情况下排到大气中的流体。对于液压系统来说，排放流体通常不再使用并且只是简单返回到液压系统储存器中。这提高了控制设备的效率。
在发电装置利用来自阀排放装置的流体流发电的地方，所述控制设备可以包括初始电源，其提供电能以操作致动器、控制装置和通信装置直到来自阀排放装置的流体流足够使发电装置产生电能为止。初始电源可以是预充电电池。可选地，它可以是压缩流体的容器，所述压缩流体适于通过发电装置排出以在最初产生电能。初始电源可以是可充电的。
优选地，所述设备包括选择阀，其具有两个输入和连接到发电装置的一个输出，所述第一输入接收来自流体流供给管线的流体，所述第二输入接收来自所述或每个阀的排放装置的流体，所述选择阀适于选择哪个输入与发电装置连通。
优选地，所述选择阀由螺线管驱动。因此，所述选择阀可以进行电子控制以选择在设备中使用哪个流体发电。优选地，选择阀可以被偏置，这样作为默认，流体流供给管线与发电装置连通。
优选地，选择阀的螺线管由发电装置供电。因此，当向螺线管供给需用电能时，该螺线管驱动选择阀，该选择阀进行切换使排放的流体流导向发电装置。这是有利的，因为选择阀不需要复杂的控制装置，并且所述设备在来自流体流供给管线的流体已经产生足够的电能以操作致动器、控制装置、通信装置和选择阀螺线管时就利用排出的流体。
优选地，所述发电装置包括连接至发电机的涡轮。
优选地，所述发电装置连接到蓄能器，这样该蓄能器存储由发电装置产生的电能。该蓄能器可以为电容器或可充电电池。
整流器可以对来自发电装置的电气输出在其进入蓄能器之前进行整流。
下面参照附图仅以实例方式对本发明进行详细说明，其中：
图1显示了根据本发明的阀岛的透视图；和
图2是图1中所示阀岛的示意图。
图1显示了形式为阀岛1的流体流控制设备。阀岛1包括一系列在两个端板3、4之间互相连接的阀块2。每个阀块2容纳阀(未显示)和诸如螺线管的电动致动器(未显示)。阀块2中的阀控制来自气动供给管线(未显示)的流体流。在所述端板中的一个端板3上安装有发电装置5和蓄能器6。发电装置5包括已知类型的涡轮7，其利用通过阀岛1的流体流进行操作。发电装置5连接到储存所产生电能的蓄能器6上。
图2中显示了阀岛1的示意图，但是仅示出了一个阀块2。构成供给网络一部分的气动供给管线8给阀岛1提供了外部压缩空气供给。外部供给管线8在其进入阀岛1时分成支路以形成输入供给管线9和阀块供给管线10。所述支路可以被偏置以确保大多数空气导向阀块供给管线10，其通过连接至输入端口11的歧管(未显示)连接到阀岛1中的每个阀块2上。输入供给管线9连接到选择阀12上。从每个阀块2上的排出口14引出的排放供给管线13还连接到选择阀12上。
选择阀12是已知结构的两位三通滑阀，其控制从供给管线9、13到喷嘴15的流径。因此，选择阀12可以根据阀岛1的情况和操作选择输入流动路径9、13。所述选择阀12偏置，这样作为默认，涡轮15由来自输入供给管线9的流体驱动。选择阀12由螺线管29驱动。
离开选择阀12的流体流经喷嘴15，该喷嘴设计成能引导流体流向涡轮7。另外，喷嘴15的直径计算得出以确保允许流过该喷嘴并冲击涡轮7的空气量足以产生阀岛1的电力需要量。涡轮7包括具有弯曲叶片17的圆盘16，所述弯曲叶片从其轴线径向伸出并且从圆盘16上突起。主轴18由涡轮7的轴线纵向延伸并形成发电机19的电枢。发电机19为已知结构，并且在圆柱形外壳20内旋转的电枢18具有安装在其内表面上的永久磁铁21。
发电机19产生由整流器22进行整流的交流电。蓄能器6接收从整流器22输出的直流电(DC)。蓄能器6储存由发电机19产生的电能并且可以包括电容器或可充电电池。从所述蓄能器引出两根输出导线23、24。第一输出23给选择阀12的螺线管29供电，而第二输出24给控制装置27、通信装置28和最终每个阀块2供电。
通信装置28包括接收来自远程管理系统(未显示)的天线34，所述远程管理系统可以无线控制例如生产机器上的许多阀岛和其他系统。通信装置28使用任意适当的通信标准，例如工业Bluetooth或ZigBee从而与管理系统进行通信。该通信系统通过电线24接收来自蓄能器6的电能。
控制装置27连接到通信装置28上并且由此获得其电能。控制装置27包括印刷电路板，其对来自通信装置28的控制信号进行译码。控制装置27随后将合适的信号发送给每个阀块2上的每个螺线管32以实现希望的操作。控制装置27可以横跨遍及阀块2的阀岛1的长度。
阀块2包括主体30，其包括供给输入端口11、排出端口14、输出端口31和螺线管32。当控制装置27由螺线管32驱动并且通过电线(未显示)连接到其上时，该螺线管32接收来自控制装置27的电能。阀块2包括由螺线管32驱动的滑阀，所述螺线管控制输入端口11和输出端口31之间的流动。
当安装阀岛1时，每个阀块2的输出端口31适当地连接到由阀岛1控制的设备(未显示)上。阀岛1随后仅需要将被连接用于其操作的气动供给管线8。在图2中，阀岛显示为在没有电源的情况下处于其启动状态。选择阀12处于其默认位置，其中输入供给管线9显示为与喷嘴15连通。来自输入供给管线9的空气流因此在最初驱动涡轮7。当发电机19已经给蓄能器6供给足够的电能时，选择阀12的螺线管29接收驱动阀12所需要的电能。因此，当输入流体流产生了初始的电能需要量时，选择阀12切换为使发电装置5能够利用来自阀块2的排放空气以产生用于阀岛1的电力。这是有利的，因为当发电装置5产生了足够的电能时，阀岛1在不会对输入气动压力产生任何影响的情况下操作。
用于阀岛1的操作指令通过天线34由通信装置28无线接收。所述指令传送给控制装置27，该控制装置对该指令进行解码并且根据需要向阀块螺线管32供给电能以驱动该阀(未显示)。
如果例如来自阀块2的排气流量减少的话，则可用于驱动涡轮7的空气变少，因此产生的电能变少。当选择阀12的螺线管29未供给足够的电能时，阀12的偏置使其切换至默认位置，其中输入供给管线9与喷嘴15连通。来自输入供给管线9的空气流随后驱动涡轮7以确保通信装置28、控制装置27和阀块螺线管32具有不间断的电力供应。阀岛1由输入供给管线9连续驱动直到再次产生用于螺线管29的足够电能为止，从而切换选择阀12以接收来自排气管线13的空气。
偏置的选择阀12还确保了如果空气管线8关闭或流量减少的话，选择阀12默认至允许阀岛“重新启动”而无需用户干涉的位置。
在改进方案(未显示)中，省略了选择阀并且输入供给管线9永久连接到喷嘴15上。因此，发电装置5仅利用来自输入供给管线9的空气流。
在进一步的改进方案(未显示)中，输入供给管线9与选择阀12都被省略。气动供给管线8没有分支并且通过歧管(未显示)直接连接到输入端口11上。排放空气供给管线13直接连接到喷嘴25上使得该排放空气用于发电。在该改进方案中，初始电源(未显示)需要产生用于通信装置28和控制装置27的初始电能需要量，直到足够的空气流通过阀块2并排出到排放供给管线13中为止。因此，初始电源(未显示)只提供阀岛所需的电能以开始工作并且使空气流通过阀岛1，其后，来自排放供给管线13的空气流可用于驱动涡轮7和发电。初始电源可以是压缩流体容器，所述压缩流体适于通过涡轮7排放从而进行发电。阀岛1可以具有利用来自气动供给管线8的压缩空气使压缩流体容器再充满的装置。可选地，初始电源例如可以是电池，其向控制装置27和通信装置28直接供电直到通过排放供给管线13的空气流足以产生阀岛1的电力需要量为止。所述电池可以是可充电的并且因此可以接收来自蓄能器6的输出，所述蓄能器用于使电池在发电装置5通过排放的空气进行发电时重新充电。