專利名稱：數(shù)字液壓控制器的增壓器及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于數(shù)字液壓控制器的增壓器(booster)。更特別地，本發(fā)明涉及 一種用于其中使用至少一個(gè)數(shù)字閥的數(shù)字液壓控制器的增壓器。更特別地，本發(fā)明還涉及 一種使用與用于控制至少一個(gè)數(shù)字閥的數(shù)字液壓控制器相關(guān)的增壓器的方法。
背景技術(shù)：
數(shù)字液壓控制器使用在基于數(shù)字液壓的系統(tǒng)中，其中至少部分組件基于構(gòu)成數(shù)字 閥組的數(shù)字閥。數(shù)字閥組是閥單元，在該閥單元中具有至少一個(gè)數(shù)字閥組，該數(shù)字閥組又包 含與穿過數(shù)字閥組的流體流相關(guān)的并聯(lián)連接的許多數(shù)字閥。此外，數(shù)字閥是旨在調(diào)整流體 的容積流量(volume flow)的閥，該閥具有2至N個(gè)不同步長(zhǎng)的分離調(diào)整模式，特別是2種 不同的分離調(diào)整模式(開啟/關(guān)閉)，并且對(duì)于該閥，從控制系統(tǒng)取來的控制信號(hào)有利地被數(shù) 字化，例如為二進(jìn)制形式。有利的是，數(shù)字閥具有兩種模式完全開啟或是完全關(guān)閉。當(dāng)數(shù)字 閥開啟時(shí)，數(shù)字閥所允許的流體的整個(gè)容積流量穿過該閥，而當(dāng)數(shù)字閥關(guān)閉時(shí)，根本沒有流 體穿過該閥。這種具有兩種模式的數(shù)字可控?cái)?shù)字閥也稱為開/關(guān)閥和開/關(guān)數(shù)字閥。數(shù)字 閥也可以具有多于兩種模式，在這種情況下，以步進(jìn)方式從一種模式至另一種模式驅(qū)動(dòng)閥。 數(shù)字閥可以具有三種位置它使流體流到第一或第二方向，或者該閥不允許任何流體穿過。 調(diào)整指令(控制信號(hào))是數(shù)字性質(zhì)，例如二進(jìn)制。根據(jù)調(diào)整指令，通過開啟數(shù)字閥組的特定閥 組合來調(diào)整數(shù)字閥組的容積流量和由流動(dòng)產(chǎn)生的壓力，以便實(shí)現(xiàn)數(shù)字閥組的期望的開啟以 及流體的期望的容積流量。不同于模擬閥，并聯(lián)連接的每一數(shù)字閥可以僅具有有限數(shù)量的 調(diào)整模式，即數(shù)字閥僅具有特定的分離流量模式。在一種數(shù)字閥形式中，具有三種模式開 啟/關(guān)閉/快速開啟。然而，優(yōu)選地，每一數(shù)字閥僅具有開/關(guān)模式；當(dāng)開啟時(shí)，閥使特定容 積流量通過；當(dāng)關(guān)閉時(shí)，閥完全阻止流體通過。數(shù)字閥組由具有兩種模式(開/關(guān))的多個(gè)數(shù) 字閥組成。典型地，對(duì)于具有額定容積流量的兩個(gè)接連(successive)的數(shù)字閥,流過在開啟 位置具有較大額定容積流量的閥的容積流量總是比具有較小額定容積流量的閥的體積流 量大兩倍。因而，二進(jìn)制控制信號(hào)可被送至這樣的數(shù)字閥組，在該數(shù)字閥組中，控制信號(hào)的 幅度(magnitude)已被轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)。作為模擬閥和液壓閥組之間的調(diào)整方法的差異的 示意性比較，可以有以下說明如果模擬閥由控制信號(hào)(調(diào)整指令)調(diào)整，該控制信號(hào)的幅度 是12單位，則模擬閥桿移動(dòng)與12控制單位相當(dāng)?shù)牧浚谶@種情況下，該閥允許相應(yīng)增長(zhǎng)的 容積流量通過。另外，當(dāng)由5個(gè)并聯(lián)連接至輸入流的開/關(guān)數(shù)字閥組成的數(shù)字閥組通過12 單位類似大小的控制信號(hào)(調(diào)整指令)控制時(shí)，其中數(shù)字閥1、2、3、4、5允許通過的容積流量 的大小分別為I單位、2單位、4單位、8單位和16單位，該控制信號(hào)是二進(jìn)制并且變?yōu)榭刂?信號(hào) 01100 (OX 24+1 X 23+1 X 22+0X 2J+0X2°=12)(對(duì)應(yīng)于閥 5、閥 4、閥 3、閥 2、閥 1)，從而 閥3和閥4開啟。因此，用于控制數(shù)字液壓裝置的控制器包括一組開/關(guān)閥，該組開/關(guān)閥 并聯(lián)連接并且在輸入線和輸入線之間延伸，并且例如對(duì)于壓力控制，控制器具有兩組閥，其 中一組將供給線(feedline)連接至控制器的輸出線,另一組將輸出線連接至排出線(drain line)。
在德國專利申請(qǐng)102009026604中描述了用于制造纖維幅材的機(jī)器(尤其是造紙 機(jī)或紙板機(jī))的液壓缸總成。這種現(xiàn)有技術(shù)中的總成包括具有缸殼(cylinder housing)和 可放在缸殼內(nèi)部的活塞的液壓缸，該活塞將缸殼細(xì)分為汽缸蓋側(cè)的腔室和汽缸后端側(cè)的腔 室，并且至少一個(gè)數(shù)字液壓控制器集成在該總成中。壓力控制器與汽缸蓋側(cè)的腔室和汽缸 后端側(cè)的腔室相關(guān)聯(lián)，并且控制工作流體向腔室供給或是從腔室排出以便調(diào)整液壓缸的至 少一個(gè)腔室中的工作流體的壓力。這種現(xiàn)有技術(shù)的公布教導(dǎo)了對(duì)于使用數(shù)字控制器的液壓 控制的質(zhì)量來說重要的是單個(gè)閥的切換速度，其意味著閥可以多快地開啟或關(guān)閉。對(duì)于閥 中的閥體的快速移動(dòng)，也需要很大的力以將閥保持在受控狀態(tài)。為此，提議使用增壓器或放 大器來提供使閥電磁致動(dòng)以快速切換的線圈，這樣可產(chǎn)生更強(qiáng)的磁場(chǎng)并且閥體可以快速移 動(dòng)。這種現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)中的問題是其并未給出如何為具有數(shù)字閥的液壓缸總成提供這種 在商業(yè)上不能得到的增壓器或放大器的任何實(shí)際的示例。
申請(qǐng)人知曉一種嘗試，其中增壓器設(shè)有一個(gè)通道并且使用內(nèi)部具有24V輸入電壓 的特定線圈，但是這一嘗試被證實(shí)不起作用。因此，在與常規(guī)自動(dòng)系統(tǒng)有關(guān)的商業(yè)上可得到 的數(shù)字閥中沒有可用的實(shí)用方案。因此，現(xiàn)有技術(shù)并未解決數(shù)字閥的快速狀態(tài)改變的問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是開發(fā)一種適合于與液壓缸總成相關(guān)(in connection with)使用 的增壓器或放大器。
另外，本發(fā)明的一個(gè)非限制性的目的是在不必重構(gòu)數(shù)字閥的情況下實(shí)現(xiàn)能與現(xiàn)有 技術(shù)的數(shù)字閥相關(guān)使用的增壓器或放大器。
本發(fā)明的另一個(gè)非限制性的目的是提供一種明顯提高數(shù)字閥狀態(tài)的切換速度的 增壓器。
本發(fā)明的又一個(gè)特定目的是顯著地改善具有數(shù)字閥的液壓缸總成的運(yùn)行。
鑒于以上內(nèi)容，本發(fā)明的目的是提供一種用于數(shù)字液壓控制器的增壓器。
本發(fā)明以上及以后描述的目的由如下所述的增壓器解決，該增壓器通過至少兩個(gè) 電壓連接至數(shù)字閥的閥桿的電磁線圈，并且一個(gè)電壓高于另一個(gè)電壓/另一些電壓。
通過本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)了適用于很好地與數(shù)字液壓控制器的閥相關(guān)使用以快速切換閥 狀態(tài)的增壓器或放大器。通過根據(jù)本發(fā)明的增壓器，閥的開啟從大約30ms顯著地加速到大 約6ms。通過增壓器，數(shù)字控制器的控制信號(hào)被放大至適用于數(shù)字閥，尤其是適用于常規(guī)數(shù) 字閥，而不必重構(gòu)閥。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，一個(gè)數(shù)字閥由兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)控制，一個(gè)開關(guān)提供具 有較高電壓的脈沖，一個(gè)開關(guān)連接用于涓流的低電壓。
根據(jù)本發(fā)明，增壓器還可以設(shè)置有多于兩個(gè)的不同電壓。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選特征，增壓器具有兩個(gè)不同的預(yù)先生成的電壓，這兩個(gè)電壓在 板自身的外部。關(guān)于將閥狀態(tài)從關(guān)斷切換至開啟，首先使用高電壓，然后是低電壓。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選特征，增壓器位于與閥相關(guān)的控制源(control source)附近。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選特征，控制由3條線提供，其中一條線不用。
通過根據(jù)本發(fā)明的增壓器，信號(hào)被放大并且高電壓脈沖被添加，因此實(shí)現(xiàn)了數(shù)字 閥的快速狀態(tài)改變。
在數(shù)字閥的狀態(tài)“I”下，由根據(jù)本發(fā)明的增壓器提供的高電壓完成閥的快速開啟 移動(dòng)，并且在狀態(tài)“O”下，高電壓和低涓流電壓之間的電壓差促使快速釋放。
使用與數(shù)字液壓控制器相關(guān)的增壓器的方法，其中，該增壓器放大用于切換數(shù)字 閥的狀態(tài)的控制信號(hào)并且將至少兩個(gè)電壓提供給數(shù)字閥的閥桿的電磁線圈，其中，一個(gè)電壓高于另一電壓/另一些電壓。
與根據(jù)本發(fā)明的增壓器運(yùn)行有關(guān)，采取以下步驟以提供數(shù)字閥狀態(tài)的快速切換， 且在使用與數(shù)字液壓控制器相關(guān)的增壓器的方法中采取如下步驟
-將輸入板信號(hào)控制為狀態(tài)“I”；
-將比涓流電壓高的電壓連接至閥的線圈；
-保持高電壓的連接狀態(tài)一較短時(shí)間，其中線圈的電流快速增長(zhǎng)；
-當(dāng)電流已增長(zhǎng)時(shí),切斷高電壓,此后,低涓流電壓保持閥起動(dòng)(activate)；
-將輸入信號(hào)控制為狀態(tài)“O”；
-切斷來自線圈的輸入電壓；
-閥線圈的能量?jī)?chǔ)備迫使電流繼續(xù)流動(dòng)直至磁場(chǎng)的能量被釋放；
-電流經(jīng)由二極管和電流源(currentsupply)流動(dòng)直至能量被釋放；以及
-在釋放完磁場(chǎng)后，彈簧按壓閥桿至開始位置。
本發(fā)明提供了多種優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)被簡(jiǎn)化，這在功能特性、尤其是產(chǎn)品特性方面帶來了 成本削減。本發(fā)明提供了創(chuàng)建與數(shù)字閥技術(shù)有關(guān)的快速開/關(guān)功能的可能性。由于系統(tǒng)被 簡(jiǎn)化，測(cè)試和使用也變得容易，所有這些因素降低了機(jī)器的生產(chǎn)成本以及提高了使用數(shù)字 閥技術(shù)的機(jī)器的功能。即使發(fā)生故障，數(shù)字閥技術(shù)也被認(rèn)為是安全的。另外，由于狀態(tài)切換 更快，所以相比現(xiàn)有技術(shù)控制閥，能更好地控制可能的故障。在本發(fā)明公開的這種方式中， 能以與以后描述的不同實(shí)施例有關(guān)的方式使用數(shù)字閥執(zhí)行快速狀態(tài)切換，從而實(shí)現(xiàn)多種上 述所追求的益處。
根據(jù)本發(fā)明的增壓器以及使用增壓器的方法非常有利地使用在用于纖維機(jī)的數(shù) 字閥控制器中。在這些應(yīng)用中利用了本發(fā)明的多種優(yōu)點(diǎn)，例如，壓光機(jī)、卷紙機(jī)(reel)和復(fù) 卷機(jī)(winder)的壓區(qū)加載。
與說明書和權(quán)利要求書有關(guān)，以下術(shù)語用于幫助這種解釋術(shù)語液體主要用于壓 力介質(zhì)，但實(shí)際上是流體，該流體的特性特別包括流動(dòng)性。這種流體可以是液體、氣體、或例 如液體和氣體的混合、或例如固體成分部分的其它物質(zhì)的混合。


接下來，將參考所附附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的解釋，其中
圖1示意性地示出本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的一個(gè)示例。
圖2示意性地示出與本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例有關(guān)的數(shù)字閥布置的一個(gè)示例。
圖3示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的增壓器盒(booster box)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的一 個(gè)示例。
具體實(shí)施方式
接下來，通過參考圖1至圖3示意性示出的示例來解釋本發(fā)明的一些優(yōu)選實(shí)施例和特征?？梢岳斫獾氖?，本發(fā)明并不限于這些示例，而是可以有多種改進(jìn)。在附圖中，除非 另有描述，否則對(duì)這些示例中的各組件和部分使用相同的參考標(biāo)記。
在圖1中，示出了根據(jù)本發(fā)明的增壓器30的一個(gè)示例。在該圖中，示出了增壓器板 (booster card)10和電流源20。該電流源包括兩個(gè)電壓21和22。一個(gè)電壓21高于代替 涓流電壓(trickle voltage)的另一低電壓22。高電壓21例如為20-90V，優(yōu)選為30-50V, 而低電壓為2-24V，優(yōu)選為8-12V。增壓器也可以設(shè)置有多于兩個(gè)的不同電壓。增壓器板10 包括兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)11、12以及脈沖形成器13。控制信號(hào)經(jīng)由控制信號(hào)連接件15傳送。 一個(gè)數(shù)字閥由兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)11、12控制，一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)為脈沖形成器13的脈沖提供高 電壓21，一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)連接用于涓流的低電壓22。增壓器30具有兩個(gè)不同的預(yù)先生成 的電壓21、22，這些電壓21、22在增壓器板10自身的外部。關(guān)于將閥40 (圖2)的狀態(tài)從 關(guān)斷切換到開啟，首先使用高電壓21，然后是低電壓22。通過增壓器30，信號(hào)15被放大并 且高電壓21脈沖被添加到脈沖形成器13中，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字閥40 (圖2)的快速狀態(tài)改變。
在圖2中，示出了與數(shù)字閥40相關(guān)的根據(jù)本發(fā)明的增壓器30的一個(gè)示例。控制 信號(hào)連接件15連接至增壓器板10，該增壓器板10經(jīng)由電流源20的電壓連接件21、22連接 至數(shù)字閥40的電磁線圈41。電磁線圈41繞在數(shù)字閥40的閥桿42上。
在圖3中，示出了用于數(shù)字液壓控制器的數(shù)字閥組的增壓器30的示意圖。在本示 例中，增壓器30具有16個(gè)連接點(diǎn)51，用于使電壓連接件21、22連接至閥桿42 (圖2)的電 磁線圈41 (圖2)。增壓器30利用電纜連接點(diǎn)52連接至低電流控制件。
關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例的增壓器30的運(yùn)行，采取以下步驟以提供數(shù)字閥狀 態(tài)的快速切換，并且在使用與數(shù)字液壓控制器相關(guān)的增壓器的方法中，采取如下步驟首 先，將用于板信號(hào)的輸入脈沖13的控制信號(hào)15控制為狀態(tài)“1”，并且將高電壓21而非低涓 流電壓22連接至閥40的線圈41。高電壓21保持連接達(dá)一較短的時(shí)間，其中，線圈41的 電流快速增長(zhǎng)。當(dāng)線圈41中的電流已經(jīng)增長(zhǎng)時(shí)，切斷高電壓21，此后，低涓流電壓22保持 閥40起動(dòng)，從而保持閥桿42在打開位置。然后，將輸入脈沖13的控制信號(hào)15控制為狀態(tài) “O”并且切斷來自線圈41的輸入電壓，且閥線圈41中的能量?jī)?chǔ)備迫使電流繼續(xù)流動(dòng)直至磁 場(chǎng)的能量被釋放。電流經(jīng)由半導(dǎo)體開關(guān)11、12和電流源20流動(dòng)直至能量被釋放。在釋放 磁場(chǎng)后，彈簧(未示出)按壓閥桿42至初始位置。在數(shù)字閥的狀態(tài)“I”下，由增壓器30提供 的高電壓21實(shí)現(xiàn)閥40的快速開啟移動(dòng)，并且在狀態(tài)“O”下，高電壓21和低涓流電壓22之 間的電壓差使得線圈41快速釋放。
增壓器30連同數(shù)字液壓控制器的閥40使用，從而快速切換閥40的狀態(tài)。借助于 根據(jù)本發(fā)明的增壓器30，閥的開啟從大約30ms加速至大約6ms。通過增壓器30，數(shù)字控制 器的控制信號(hào)15被放大以適用于普通數(shù)字閥40，而不必重構(gòu)閥。
權(quán)利要求
1.一種用于數(shù)字液壓控制器的增壓器，在所述數(shù)字液壓控制器中使用至少一個(gè)數(shù)字閥 (40)，其特征在于，所述增壓器通過至少兩個(gè)電壓(21，22)連接至所述數(shù)字閥(40)的閥桿(42)的電磁線圈(41)，并且一個(gè)電壓(21)高于另一個(gè)電壓(22)/另一些電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓器，其特征在于，所述增壓器(30)包括增壓器板(10)和電流源(20)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的增壓器，其特征在于，所述增壓器(30)的增壓器板(10)包括至少兩個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)(11，12)、脈沖形成器(13)以及控制信號(hào)連接件(15)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的增壓器，其特征在于，所述增壓器(30)的電流源(20)包括連接至所述數(shù)字閥(40 )的電磁線圈的所述至少兩個(gè)電壓(21，22 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓器，其特征在于，所述增壓器(30)具有兩個(gè)不同的預(yù)先生成的電壓(21，22 )，這兩個(gè)電壓位于所述增壓器板(10 )的外部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓器，其特征在于，所述增壓器(30)位于與所述數(shù)字閥(40)相關(guān)的控制源附近。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓器，其特征在于，由用于所述數(shù)字閥的增壓器(30)放大的控制信號(hào)是數(shù)字的，例如二進(jìn)制。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓器，其特征在于，所述數(shù)字閥中的每一數(shù)字閥的控制信號(hào)均是二進(jìn)制的，從而所述信號(hào)表示O或I。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓器，其特征在于，所述增壓器設(shè)置在纖維幅材機(jī)中。
10.一種使用與用于控制至少一個(gè)數(shù)字閥(40)的數(shù)字液壓控制器相關(guān)的增壓器的方法，其特征在于，所述增壓器放大用于切換所述數(shù)字閥(40)的狀態(tài)的控制信號(hào)(15)并且將至少兩個(gè)電壓(21，22 )提供給所述數(shù)字閥(40 )的閥桿(42 )的電磁線圈(41 )，其中，一個(gè)電壓(21)高于另一電壓(22) /另一些電壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，首先執(zhí)行將閥狀態(tài)從關(guān)斷高電壓(21) 切換至開啟高電壓(21)，然后執(zhí)行低電壓(22)/多個(gè)低電壓。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在所述方法中采取如下步驟-將所述數(shù)字閥(40)的控制信號(hào)(15)的輸入信號(hào)控制為狀態(tài)“I”；-將高電壓(21)連接至所述閥(40)的線圈(41)；-將高電壓(21)的連接保持一較短時(shí)間，其中所述線圈(41)的電流快速增長(zhǎng)；-當(dāng)所述電流已增長(zhǎng)時(shí)，切斷所述高電壓(21)，此后，所述低電壓(22)保持所述閥(40) 起動(dòng)；-將輸入信號(hào)(15)控制為狀態(tài)“O” ；-切斷來自所述線圈(41)的電壓(22)；-閥線圈(41)的能量?jī)?chǔ)備迫使電流繼續(xù)流動(dòng)直至磁場(chǎng)的能量被釋放；-電流流經(jīng)所述半導(dǎo)體開關(guān)(11，12)和所述電流源(20)流動(dòng)直至能量被釋放；以及-將閥桿恢復(fù)至初始位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于一種數(shù)字液壓控制器的增壓器，在該數(shù)字液壓控制器中使用至少一個(gè)數(shù)字閥(40)。所述增壓器通過至少兩個(gè)電壓(21，22)連接至所述數(shù)字閥(40)的閥桿(42)的電磁線圈(41)，并且一個(gè)電壓(21)高于另一電壓(22)。本發(fā)明還涉及一種使用與數(shù)字液壓控制器相關(guān)的增壓器的方法。
文檔編號(hào)F15B13/042GK103062149SQ20121039079
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月21日
發(fā)明者尤哈尼·托帕里, 埃羅·索米 申請(qǐng)人:美卓造紙機(jī)械公司