DE4201464C2 - Vorrichtung zur Dämpfung eines in einem Zylinder verschiebbaren Kolbens in wenigstens einem seiner Endlagenbereiche - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dämpfung eines in einem Zylinder verschiebbaren Kolbens in wenigstens einem seiner Endlagenbereiche nach der Gattung des Anspruches 1.

Eine derartige Endlagen-Dämpfungsvorrichtung ist beispiels­ weise aus der DE-A-37 08 989 bekannt. Dort ist beabstandet von der Endlage des Kolbens ein Zylinderschalter am Zylinder angeordnet. Erreicht der sich zur Endlage hin bewegende Kol­ ben die Position dieses Zylinderschalters, so wird der Aus­ laßquerschnitt der sich durch die Kolbenbewegung verklei­ nernden Zylinderkammer sprunghaft verringert, so daß sich die Kolbengeschwindigkeit zur Erzielung eines sanften End­ anschlags ebenfalls verringert. Die bekannte Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß bei der Verringerung des Auslaß­ querschnitts ein Kompromiß gefunden werden muß. Ist die Querschnittsverringerung zu stark, so wird zwar ein sanfter Anschlag erreicht, jedoch entsteht bei der Querschnittsum­ schaltung ein starker Ruck, der bei vielen Anwendungen un­ erwünscht ist, da er neben einer Geräuschentwicklung auch noch Erschütterungen der Vorrichtung mit sich bringt. Ist die Querschnittsverringerung dagegen gering, so entsteht zwar nur ein geringer Ruck, andererseits fährt der Kolben dann mit immer noch zu großer Geschwindigkeit in seine End­ lage.

Aus der deutschen Zeitschrift Ö + P, 30 (1986) Nr. 6, S. 458-461, ist eine Positionsregeleinrichtung für den Kolben eines Stellzylinders bekannt, der zur Erfassung der Ist-Position Wegeaufnehmer besitzt. Den besonderen Anfor­ derungen einer Dämpfungsvorrichtung trägt die bekannte Anord­ nung indes nicht Rechnung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Däm­ pfungsvorrichtung zu schaffen, die unabhängig von veränder­ baren Einflüssen gleiche reproduzierbare Abbremsvorgänge nach einer vorgebbaren Funktion gestattet.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht insbe­ sondere darin, daß eine echte Geschwindigkeits-Abregelung in den Endlagenbereichen möglich ist, wobei nur dort Positions- Sensorstrecken erforderlich sind, was im Vergleich zur bekann­ ten Positionsregelung zu wesentlich geringeren Sensorkosten führt. Durch die Regelung wird die Geschwindigkeit entlang der gesamten Sensorstrecken bis auf einen Minimalwert herab­ geregelt, wobei äußere Einflüsse praktisch keine Rolle mehr spielen, da die Regelvorrichtung flexibel auf geänderte Ein­ flüsse reagieren kann. Dennoch wird gewährleistet, daß die Endposition in jedem Falle sicher erreicht wird, selbst dann, wenn die Geschwindigkeit aufgrund geänderter Parameter zu früh herabgeregelt worden sein sollte. Hierdurch können hohe Kolbengeschwindigkeiten und geringe Einstellzeiten bei hohem Bedienungskomfort erreicht werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im An­ spruch 1 angegebenen Vorrichtung möglich.

Die vorgebbare Funktion zur Verringerung des Drosselquer­ schnitts bzw. zur Ansteuerung der Mittel zur Verringerung des Auslaßquerschnitts ist vorzugsweise eine stetige Funk­ tion, sie kann selbstverständlich in Einzelfällen auch eine Treppenfunktion oder dergleichen sein. Hierbei können lineare und nichtlineare Funktionen je nach Erfordernis verwendet werden.

Das Proportionalventil ist zweckmäßigerweise mit einem Tauchankerantrieb als elektromechanischer Umformer versehen, so daß das den Drosselquerschnitt vorgebende Steuersignal direkt dem Proportionalventil über dessen Tauchankerantrieb zugeführt werden kann und einen entsprechenden Drossel­ querschnitt erzeugt.

Das Proportionalventil ist zweckmäßigerweise als Schieber­ ventil ausgebildet, insbesondere als 5/3-Proportional-Wege­ ventil, das über Verbindungsleitungen mit den beiden End­ bereichen des doppeltwirkenden Zylinders einerseits sowie mit einer Druckquelle andererseits verbunden ist, die alter­ nativ mit einem der beiden Endbereiche verbindbar ist, während der andere Endbereich mit dem gedrosselten Auslaß verbunden ist.

Die Steuereinrichtung weist zweckmäßigerweise eine externe oder interne Programmiereinheit auf, um den Sollwertverlauf und die Regeleigenschaften an die Bedürfnisse anpassen zu können. Hierdurch kann beispielsweise auch eine Steuerkenn­ linie vorgegeben werden.

Die Sensormittel und die Steuereinrichtung können in vor­ teilhafter Weise als integrierte Anordnung am Zylinder an­ geordnet sein. Hierdurch wird eine kompakte Einheit erzielt, die durch interne Verdrahtung sehr robust und störungsunan­ fällig ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dar­ gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem doppelt­ wirkenden Zylinder und zwei Positions-Sensorstrec­ ken entlang den beiden Endbereichen und

Fig. 2 als zweites Ausführungsbeispiel eine integrierte Ausführung, bei der Zylinder, Sensorstrecken und Steuereinrichtung in einer kompakten Einheit zu­ sammengefaßt sind.

Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten ersten Aus­ führungsbeispiel ist ein Kolben 10 in einem doppeltwirken­ den Zylinder 11 verschiebbar angeordnet. Eine mit dem Kol­ ben 10 verbundene Kolbenstange 12 ist daher dichtend durch eine Stirnseite des Zylinders 11 durchgeführt. Von beiden Enden des Zylinders 11 aus verlaufen Druckleitungen 13, 14 zu einem 5/3-Proportional-Wegeventil 15, das zur Einstellung eines einem analogen elektrischen Eingangssignal entsprechen­ den öffnungsquerschnitt am Ventilausgang einen Tauchanker­ antrieb 16 als elektromechanischen Umformer aufweist. In der dargestellten Neutralstellung sind die beiden Druckleitun­ gen 13, 14 mit Entlüftungsleitungen 17 verbunden. Eine pneu­ matische oder hydraulische Druckquelle 18 ist vom Zylinder 11 getrennt.

Der Schieberweg des Ventils wird mit Hilfe einer elektro­ nischen Steuereinrichtung 27 eingestellt bzw. geregelt. In der einen Stellrichtung erfolgt eine Verschiebung des Kol­ bens durch Druckbeaufschlagung der einen Kolbenseite in der einen Richtung und in der anderen Stellrichtung durch Druckbeaufschlagung der anderen Kolbenseite in die andere Richtung. Ein derartiges Proportional-Wegeventil wird bei­ spielsweise von der Anmelderin unter der Bezeichnung MPYE- 5-1/8 vertrieben.

Die elektronische Steuereinrichtung 27 ist beispielsweise als Microcontroller ausgebildet und enthält die Steuer- bzw. Regelfunktionen für das Proportional-Wegeventil 15 in Ab­ hängigkeit der Signale von zwei Sensorstrecken 25, 26 und in Abhängigkeit von externen Steuersignalen S. Die Einstellung der Parameter kann beispielsweise über Potentiometer über äußere Einstellvorrichtungen erfolgen. Selbstverständlich ist die elektronische Steuereinrichtung 27 auch über ver­ schiedene Programme und Programmänderungen in ihrem Be­ triebsverhalten einstellbar. Verschiedene Betriebsverhalten können beispielsweise auch über verschiedene Magnetkarten oder dergleichen eingestellt werden.

Die beiden Sensorstrecken 25, 26 erstrecken sich jeweils über die Endbereiche des Zylinders 11, in denen der Kolben 10 vor Erreichen der Endstellung abgebremst werden soll.

Im folgenden wird die Wirkungsweise des in Fig. 1 darge­ stellten ersten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Für eine überlagerte Steuerung über eine speicherprogrammierte Steuerung oder eine Steuerzentrale stellt sich die Steuer­ einrichtung 19 wie ein 5/3-Wegeventil dar. Sie wird mit drei verschiedenen Eingangssignalen S angesteuert, die die fol­ genden Steuerbefehle zur Ausführung bringen sollen: Zylinder vor, Zylinder zurück, Mittelstellung. Zunächst wird der Kolben 10 im Normalbetrieb in eine definierte Anfangsposi­ tion gebracht. Dies erfolgt durch eine Referenzbewegung in eine der beiden Endlagen, die durch Ansprechen der Sensor­ strecke 25 bzw. 26 erkannt wird. Bei einer Bewegung des Kol­ bens 10 wird der Kolben sehr schnell auf die gewünschte Ver­ stellgeschwindigkeit gebracht und erreicht nach einer be­ stimmten Zeit die Sensorstrecke 26 bzw. 25.

Der Istwert der Position des Kolbens 10 in den beiden End­ bereichen ist jeweils der Steuereinrichtung 27 zugeführt, in der ein interner Sollwertverlauf der Geschwindigkeit v1 bzw. v2 in Abhängigkeit der Position des Kolbens 10 in den Endbereichen vorgegeben ist. Über einen laufenden Soll-Ist­ wert-Vergleich wird dann die Geschwindigkeit des Zylinders an den gewünschten Verlauf durch einen Regelvorgang ange­ paßt. Obwohl die Einstellung der Parameter über Potentio­ meter oder dergleichen möglich wäre, erfolgt die Anpassung eines gewünschten Geschwindigkeitsverlaufs bzw. Sollwertver­ laufs über ein externes Eingabegerät 28, das an die Steuer­ einrichtung 27 angeschlossen ist. Hierbei kann es sich um ein Programmiergerät, einen PC oder dergleichen handeln, wo­ bei aus den Daten des Pneumatikantriebs (z. B. Geometrie, Druck usw.) die zur Regelung notwendigen Parameter errech­ net und über eine serielle Schnittstelle an das Steuergerät übertragen werden.

Bei den Sensorstrecken 25, 26 kann es sich jeweils um eine Reihe von magnetempfindlichen Sensoren handeln, die auf einen Dauermagneten am Kolben ansprechen. Dieser Dauer­ magnet kann beispielsweise als Ringmagnet ausgebildet sein. Andere bekannte Sensorstrecken zur Weg- oder Positionser­ fassung können ebenfalls verwendet werden.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel sind wiederum gleiche oder gleichwirkende Bauteile mit den­ selben Bezugszeichen versehen und nicht nochmals beschrieben.

Im Unterschied zum zweiten Ausführungsbeispiel sind hier die beiden Sensorstrecken 25 und 26 sowie die elektronische Steuereinrichtung 27 in einer kompakten Baueinheit 29 zu­ sammengefaßt, die ein Gehäuse sein kann, und am Zylinder 11 angebracht. Hierdurch wird aus dem Zylinder 11 und der Bau­ einheit 29 ein einheitliches, kompaktes Bauelement gebildet. An ein Anschlußelement 30 dieser Baueinheit 29 sind die ex­ terne Steuerleitung für die externen Steuersignale S, das externe Eingabegerät 28 sowie der Tauchankerantrieb 16 für das Propotional-Wegeventil 15 angeschlossen. Ein Dauermag­ net 31 am Kolben 10 ist schematisch dargestellt.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Dämpfung eines in einem Zylinder ver­ schiebbaren Kolbens in wenigstens einem seiner Endlagenbe­ reiche, mit an einer elektronischen Steuereinrichtung ange­ schlossenen Sensormitteln zur Erfassung wenigstens einer Po­ sition des Kolbens in mindestens einem Endlagenbereich und mit durch die elektronische Steuereinrichtung steuerbaren als Proportionalventil ausgebildeten Mitteln zur Verringe­ rung des Auslaßquerschnittes der auslaßseitigen Zylinder­ kammer bei Erreichen des Endlagenbereiches, dadurch gekenn­ zeichnet, daß einer oder beide Endbereiche des Zylinders (11) mit einer Positions-Sensorstrecke (25, 26) zur Erfassung der jeweiligen Kolbenposition als Istwert-Signal versehen sind, daß die elektronische Steuereinrichtung (27) Mittel zur geregelten Veränderung des Auslaßquerschnittes bis zu einem vorgebbaren minimalen Grenzwert und damit der Abbremsung des Kolbens über den Bereich der Positions-Sensorstrecke (25, 26) aufweist, wobei sie einen vorgebbaren Sollwertverlauf für die Geschwindigkeit als vorgebbare Funktion der jeweiligen erfaß­ ten Kolbenposition aufweist und die Geschwindigkeit des Kol­ bens entsprechend abregelt, wobei der Anschlag mit einer durch den minimalen Grenzwert des Auslaßquerschnitts bestimm­ ten Restgeschwindigkeit erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgebbare Funktion eine stetige Funktion ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Proportionalventil (15) mit einem Tauch­ ankerantrieb (16) versehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Proportionalventil (15) als Schieberventil ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Proportionalventil als 5/3-Proportional-Wegeventil aus­ gebildet ist, das über Verbindungsleitungen (13, 14) mit den beiden Endbereichen des doppeltwirkenden Zylinders (11) so­ wie mit einer Druckquelle (18) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine externe oder interne Programmiereinheit (28) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Sensormittel (25, 26) und die Steuereinrichtung (27) als integrierte Anordnung (29) am Zy­ linder (11) angeordnet sind.