阀设备和具有阀设备的真空处理设备的制作方法

本发明涉及一种用于真空应用的阀设备和具有这样的阀设备的真空处理设备。

背景技术：

1、真空处理设备用于借助于真空来抓握和搬运物体。这样的真空处理设备被用于若干应用领域中，通常包括用于利用抽吸来抓握物体的一个或多个吸握装置、以及给吸握装置供应真空的真空产生装置。吸握装置特别是可以被保持在操纵器上，例如，机器人上，并且可以通过它来移动。

2、为了控制吸握装置的真空源、因此控制抓握处理，一般提供根据需要在真空产生装置和吸握装置之间建立或阻挡流体连接的阀设备。已知的阀设备通常被气动地致动，特别是借助于压缩空气。然而，这样的压缩空气控制处理使得有必要维护相对成本密集的且能量密集的压缩空气供应网络。另外，压缩空气供应不总是可行的，或者花费巨大努力才能得以实现——例如，在移动真空处理设备(例如，无人驾驶运输系统、摆渡车、电池供电系统)的情况下。

3、已知的真空处理设备中的进一步的改进潜力源于以下事实，即，吸握装置通常不是被传感器单独地监视；相反，只有被它们全部都共享的真空回路被传感器单独监视。这具有以下缺点，即，例如，不可能明确地识别吸握装置中的哪个具有故障——例如，泄漏。

技术实现思路

1、本发明是基于克服现有技术的缺点的目的。具体地说，本发明的目的是提供这样一种阀设备，该阀设备具有紧凑的设计，能够实现真空源的可靠的、快速的且能量高效的控制，并且在操作上也是可靠的。

2、该目的根据本发明、通过具有权利要求1的特征的阀设备来实现。阀设备是针对真空应用设计的，特别是针对施加或断开真空设计的。在这个方面，阀设备特别是可以是用于施加或断开真空的切换阀，更特别地是用于控制真空源的控制阀。

3、阀设备包括阀壳体，阀壳体界定阀室。具体地说，阀壳体包围形成阀室的内部阀空间。阀室包括真空供应开口。真空供应开口与用于连接外部真空源(特别是真空产生装置)的真空连接部流体地连接。具体地说，流动通道——优选地在阀壳体中——可以被设在真空供应开口和真空连接部之间。真空连接部可以被设计为例如插头套管，或者可以包括拧入螺纹。

4、阀室还包括抽吸开口。抽吸开口与用于连接吸握装置的抽吸连接部流体地连接。具体地说，流动通道——优选地在阀壳体中——可以被设在抽吸开口和抽吸连接部之间。抽吸连接部可以被设计为例如与吸握装置的抽吸元件(例如，弹性体抽吸元件)直接连接。还可设想使抽吸连接部被设计为连接到吸握装置的真空分配器线路。抽吸连接部可以被设计为例如插头套管，或者可以包括拧入螺纹。此外，抽吸连接部可以具有保护过滤器，特别是压入保护过滤器。

5、阀室还包括用于使阀室通风的通风开口。通风开口优选地与阀设备的周围环境流体地连接，以使得周围空气可以流到阀室中用于通风。

6、阀设备还包括阀体，阀体被布置在阀室中，并且可以被沿着抽吸位置和通风位置之间的切换轴线移置。阀体是以这样的方式设计，即，在抽吸位置上，它关闭通风开口，即，密封它，特别是断开真空供应开口和抽吸开口之间的流体连接。在这个方面，在抽吸位置上，阀室以及抽吸开口和抽吸连接部可以被抽真空。

7、阀体被设计为使得它在通风位置上关闭(即，密封)真空供应开口，特别是断开通风开口和抽吸开口之间的流体连接。在这个方面，阀室可以经由通风开口通风；特别是，可以降低阀室中的真空度——优选地通过周围空气通过通风开口流入。

8、阀设备特别是可以具有第一阀座和第二阀座，第一阀座上的阀体处于抽吸位置，第二阀座上的阀体处于通风位置。第一阀座和/或第二阀座可以被设计为例如板式阀座、平面阀座或球形阀座等。

9、阀设备还包括致动器，致动器用于驱动阀体沿着切换轴线在抽吸位置和通风位置之间进行移位移动。

10、致动器包括连接到阀体的衔铁，特别是磁衔铁，所述衔铁可以被沿着切换轴线移置。特别是，衔铁包括可磁极化的并且优选地铁磁的材料。然而，衔铁还可以由多个部件组成。衔铁可以与阀体一体设计，特别是整体设计。衔铁优选地被引导在阀壳体中和/或致动器中的运转的套筒中。

11、致动器还包括电磁线圈，电磁线圈用于驱动衔铁以及阀体沿着切换轴线进行移位移动。特别是，衔铁以及阀体可以通过使电磁线圈通电而被沿着切换轴线进行移位。

12、致动器被设计为双稳态的。特别是，致动器包括衔铁固定在相应端部位置上的装置。如下面详细地说明的，致动器可以包括例如弹簧装置和/或一个或多个永磁体。

13、阀设备还包括摆动式止回阀，摆动式止回阀用于打开和关闭真空供应开口。摆动式止回阀被设计和布置为使得它可以处于关闭位置和打开位置，在关闭位置上，真空供应开口被摆动式止回阀覆盖，在打开位置上，真空供应开口至少在部分中打开。特别是，从关闭位置开始，摆动式止回阀可以在打开位置的方向上摆动打开和/或远离阀室。摆动式止回阀被设计和布置为使得它可以通过向真空连接部施加真空、特别是通过连接到其的从真空供应开口到真空连接部的空气流动来被转移到打开位置上——特别是，它可以在远离阀室的方向上摆动打开。

14、所提出的具有摆动式止回阀的阀设备使得能够可靠地且操作上安全地运作。特别是，安全功能可以通过摆动式止回阀来实现，因为即使在断电或真空连接部处的真空减少(例如，由于真空产生装置中的缺陷或断电)的情况下，也可以保持阀室中的以及连接到阀设备的吸握装置中的真空。该安全功能还受到作为双稳态致动器的致动器的设计的支持，使得阀体保持固定在其两个端部位置上——抽吸位置和通风位置——而无需为了这个目的使线圈通电。这样，即使在断电的情况下，阀体也可以牢固地保持在对应的切换位置上。所提出的具有可电控的致动器的实施例还使得能够特别快地且能量高效地切换阀设备，特别是不需要附加的压缩空气供应。因为致动器被设计为双稳态的，所以只有为了抽吸位置和通风位置之间的切换，线圈才需要被通电。致动器因此可以被设计为相对紧凑的；线圈可能承受较高的过电流，而不会过热，因为切换期间的通电是短暂的。

15、摆动式止回阀特别是可以被布置在阀壳体中。在这个方面，摆动式止回阀可以被保护不受环境影响，这有利于阀设备的可靠的功能。摆动式止回阀优选地被布置在阀室的外部。特别是，摆动式止回阀可以被布置在真空供应开口和真空连接部之间的流体连接部(例如，流动通道)中。例如，可设想摆动式止回阀被布置在界定阀室的壁的外侧，特别是以这样的方式，即，由于真空被施加于真空连接部，摆动式止回阀可以至少在部分中通过流动压力被升离壁。摆动式止回阀可以由弹性体形成。摆动式止回阀也可以被设计为球止回阀。

16、阀壳体可以被设计为一体件，特别是被设计为单件。阀壳体还可以具有多部件设计。在有利的发展的背景下，阀设备可以具有内壳体和外壳体，内壳体界定阀室，外壳体提供真空连接部和抽吸连接部。特别是，外壳体可以朝向外部束缚、优选地包围内壳体。可设想例如内壳体和阀室是插入到外壳体中的插装阀的部件。外壳体可以例如是注射成型的部件。

17、在具有内壳体的阀设备的实施例中，摆动式止回阀于是可以被布置在例如内壳体的外壁上——特别是，以这样的方式，即，摆动式止回阀可以至少部分地通过流动压力、特别是在远离阀室的方向上被升离外壁——通过真空被施加于真空连接部。外壳体可以可选地形成用于摆动式止回阀的止位件。

18、在有利的发展的背景下，致动器特别是可以被布置在阀壳体中，以使得衔铁通过通风开口穿到阀室中。这样的实施例可以便利于密封，因为密封衔铁不需要附加的密封环。这样，衔铁移动期间的摩擦力也可以减小，这使所需的切换力减小。致动器因此可以被制成特别小的尺寸，这进一步缩小阀设备的总尺寸。特别是，可以与切换轴线同轴地布置通风开口。

19、与此相关地，如果衔铁在通风开口的区域中径向逐渐缩小，特别是以这样的方式，即，在衔铁和阀壳体的——例如，内壳体的——界定通风开口的——壁部分之间形成排气间隙，所述排气间隙围绕切换轴线径向地——特别是，完全地——环绕衔铁，则也可以是有利的。在这个方面，通风开口可以被设计为使得周围空气可以围绕衔铁流到阀室中。这样的实施例使得可以将相对高的空气体积供应到阀室，尽管安装空间很小，这有利于快速地切换(特别是，用于放下被吸握装置握住的物体)、同时结构紧凑。

20、此外，如果通风开口与围绕切换轴线包围衔铁的大气通风连接部流体地连接，则可以是有利的。通风连接部可以有利地沿着切换轴线布置在阀室和线圈之间。

21、在有利的发展的背景下，通风连接部可以包括径向包围切换轴线、特别是衔铁的过滤器，特别是集成过滤器。过滤器优选地可以被设计为滤筒的形式。特别是，可以与切换轴线同轴地布置滤筒和衔铁。

22、优选地，过滤器和/或滤筒包括外围过滤器表面和轴向过滤器开口(筒开口)，轴向过滤器开口与通风开口连通，特别是利用流体连接与通风开口连通。衔铁于是可以穿到筒开口中。在有利的发展的背景下，阀壳体可以在过滤器的区域中具有凹槽，以使得周围空气可以沿着过滤器围绕切换轴线的大部分圆周流过外围过滤器表面，优选地沿着过滤器围绕切换轴线的整个圆周流过外围过滤器表面。这样，大的空气通过表面被形成有相对较小的安装空间。

23、如果真空供应开口和通风开口彼此相对地布置在阀室中，则阀开口的特别有利的布置可能会出现。通风开口和真空供应开口优选地与切换轴线同轴地布置。这使得可以简单地线性地引导阀体。此外，如果真空供应开口和抽吸开口彼此正交地偏移地布置，则可以是有利的。

24、在有利的发展的背景下，致动器的双稳态设计可以通过提供弹簧装置和永磁体来实现。具体地说，致动器可以包括弹簧装置和永磁体，弹簧装置沿着切换轴线承载在衔铁上，永磁体抵抗弹簧装置的力将致动器保持在抽吸位置上或通风位置上。这样的实施例使得即使在断电的情况下，阀设备也可以保持处于安全的阀状态(保持在抽吸位置或通风位置上)。优选地，弹簧装置被设计为承载在衔铁上、阀体的通风位置的方向上。永磁体于是可以被设计为抵抗弹簧装置的力使衔铁停在抽吸位置上。永磁体优选地以这样的方式设计和布置，即，在抽吸位置上施加于衔铁上的磁保持力大于弹簧装置施加的弹簧力和由真空被施加于真空供应开口而导致的抽吸力的总和。

25、永磁体可以有利地用铁皮包裹和/或被布置在线圈的线圈内部。这样，可以改进磁力的效果和当力被施加于衔铁时的机械稳定性。另外，线圈的内部的布置使得可以特别紧凑地设计致动器。

26、此外，如果弹簧装置和永磁体、特别是线圈被布置在阀室的外部，则可以是有利的。阀室在这个方面可以被设计得特别小，这使死体积减小，因此使切换时间缩短(因为需要抽空或通风的体积更小)。

27、在可替代的有利的实施例的背景下，为了实现致动器的双稳态设计，致动器可以包括第一永磁体和第二永磁体，第一永磁体将衔铁保持在抽吸位置上，第二永磁体将衔铁保持在通风位置上。在这样的实施例中，弹簧装置于是可以可选地被省略。

28、在进一步的可替代的有利的实施例的背景下，为了实现致动器的双稳态设计，致动器可以包括永磁体和用于传导永磁体的磁通量的一个或多个通量传导结构(特别是磁支架)。特别是，所述至少一个通量传导结构可以被设计为以这样的方式指导永磁体的磁场，即，在衔铁的一个或两个终点位置(抽吸位置和/或通风位置)上，保持衔铁不端部位置移位的磁保持力被施加于衔铁上。永磁体优选地可以沿着切换轴线、相对于衔铁的纵向延伸、居中地布置。永磁体还可以围绕切换轴线包围衔铁。在总体方面的背景下，阀设备还可以包括传感器装置。传感器装置优选地被布置在阀壳体中——例如，被布置在外壳体中。传感器装置特别是可以被设计为检测阀室中普遍存在的压力。阀室于是可以具有与传感器装置流体地连接的传感器开口。

29、此外，阀设备可以具有特别是与传感器装置一起工作的阀控制装置，特别是控制电路板。阀控制装置特别是被配置为控制致动器、特别是线圈——特别是根据传感器装置的信号来控制致动器。阀控制装置，特别是控制电路板，优选地被布置在阀壳体中。

30、阀设备还可以包括与传感器装置和/或阀控制装置一起工作的评估装置。评估装置特别是可以被设计为根据阀室中的由传感器装置检测的压力产生表示连接在抽吸连接部处的吸握装置的抽吸状态的信号。例如，可设想评估装置被配置为：将阀室中的由传感器装置检测的压力与被存储在或者可以被存储在评估装置中的压力阈值进行比较，并且根据阀室中的压力是降至压力阈值以下、还是超过压力阈值，产生对应的信号。例如，当在阀室中普遍存在的绝对压力小于压力阈值(足够的真空)时，可以产生指示物体被吸握装置牢固地握住的信号，然后，如果绝对压力大于压力阈值(真空太低)时，产生指示物体不再被吸握装置吸住或者不再被吸握装置可靠地吸住的信号。这样，状态监视是可能的。

31、另外或可替代地，评估装置可以被配置为根据传感器装置提供的传感器信号来产生评估信号，所述信号使传感器装置控制致动器，特别是线圈。例如，可设想评估装置被配置为：对传感器装置提供的表示阀室中的压力的传感器信号进行分析，确定在阀室中普遍存在的压力是降至压力阈值以下、还是超过压力阈值，压力阈值被存储在或者可以被存储在评估装置中。例如，如果在阀室中普遍存在的(绝对)压力大于压力阈值(真空太低)，则可以产生使阀控制装置以阀体被转移到通风位置上的这样的方式控制致动器的评估信号。

32、另外，可设想除了上述传感器装置之外，阀设备还包括用于检测阀设备——例如，线圈上的温度传感器、电压传感器、电流传感器、和/或衔铁位置传感器(例如，触觉传感器或霍尔传感器)——的处理和/或状态数据的进一步的传感器。评估装置于是可以被设计为：对传感器装置和/或进一步的传感器中的一个或多个确定的数据进行评估，并且例如，从其确定污染或磨损状态(例如，通过检测阀设备在一段时间段期间改变的切换时间)。

33、阀设备还可以包括一个或多个状态显示器——例如，为光显示器(例如，led或屏幕)的形式。状态显示器可以例如被设计为向操作者显示各种状态或处理信息——例如，阀的接通状态、错误状态、阀的切换状态、在吸握装置上被握住的工件的抽吸状态、和/或阀室中的当前的真空值。

34、阀设备还可以包括通信接口。通信接口可以被配置为：将传感器装置、阀控制装置和/或评估装置提供的信息、特别是阀设备的处理和状态信息发送给外部评估或控制单元，和/或从外部评估或控制单元接收信息，例如，控制信号或对于压力阈值的设置值。通信接口可以被设计用于无线通信(例如，经由nfc接口)和/或有线通信。

35、以上目的还通过包括真空产生装置和一个或多个抓握器装置的真空处理设备来实现。抓握器装置中的每个都包括吸握装置和上述阀设备。阀设备被分配给每个吸握装置。每个吸握装置与分配给其的阀设备的抽吸连接部流体地连接。每个阀设备与共享的真空产生装置流体地连接。特别是，真空产生装置经由对应的流体线路与对应的阀设备的真空连接部流体地连接。

36、与此相关地，已经发现如果阀设备被布置为与真空产生装置相比更靠近分配给其的吸握装置，则是特别有利的。这样，可以使阀设备和吸握装置之间的死体积减小，这对切换时间具有正面的影响(在切换期间必须抽吸或者通风的体积减少)。

37、每个阀设备还经由——特别是，对应的——通信连接连接到真空产生装置——特别是，用于交换数据。例如，真空产生装置可以经由对应的阀设备的上述通信接口进行通信。

38、吸握装置可以例如是单个抽吸装置、真空抓握器或抽吸蜘蛛。

39、在有利的发展的背景下，真空产生装置可以具有主控制装置。主控制装置特别是可以被配置为对阀设备的处理和/或状态数据进行处理、特别是进行评估。与此相关地，如果对应的阀设备的阀控制装置被配置为将分配给其的阀设备的处理和/或状态数据发送给真空产生装置的主控制装置，特别是直接地发送给真空产生装置的主控制装置，则可以是有利的。另外或可替代地，主控制装置可以被配置为将用于使一个阀设备或多个阀设备致动的控制信号发送给阀设备的对应的阀控制单元。控制信号特别是可以是用于控制致动器、因此用于切换阀设备的信号。在这样的实施例中，共享的真空产生装置因此可以监视阀设备的状态，并且如果必要——例如，在危险的情形下——单独地使阀设备致动。这样的主控制装置还具有以下优点，即，状态数据可以被集中地读取和处理，以使得故障可以被集中地评估。