DE10045811B4

DE10045811B4 - Pneumatische Türantriebsanordnung, insbesondere für Schiebetüren von Werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE10045811B4
Application number: DE2000145811
Authority: DE
Inventors: Norbert Dipl.-Ing. Fortmann; Gerd Dipl.-Ing. Helbig (FH)
Original assignee: Rexroth Mecman GmbH
Current assignee: Aventics GmbH
Priority date: 2000-09-08
Filing date: 2000-09-08
Publication date: 2005-04-21
Anticipated expiration: 2020-09-09
Also published as: DE10045811A1

Abstract

Pneumatische Türantriebsanordnung, insbesondere für Schiebetüren von Werkzeugmaschinen, mit einem pneumatischen Linearantrieb (1) zum Öffnen und Schließen einer Schiebetür (2), dessen beidseitige Druckluftbeaufschlagung über eine Mehrwegeventilanordnung erfolgt, die abhängig von mehreren Sensoren (11 bis 14) zur Markierung diskreter Positionen und Zwischenpositionen des Linearantriebes (1) elektrisch ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Druckluftbeaufschlagung des Linearantriebes (1) die Mehrwegeventilanordnung aus zwei je einer Druckkammer (3, 4) des Linearantriebes (1) zugeordneten Druckregelventilen (5, 6) besteht, die über eine zentrale elektronische Steuereinheit (9) nach Art einer wegeabhängigen Druckregelung ansteuerbar sind, wobei die Ansteuerung entsprechend einer in einer Speichereinheit (10) hinterlegten Weg-Druck-Kennlinie zur Vorgabe von Drucksollwerten für die beiden Druckregelventile (5, 6) derartig erfolgt, dass sich an den Endlagenpositionen bzw. Zwischenpositionen der Druck in den Druckkammern (3, 4) des Linearantriebes (1) ändert, um die Antriebsgeschwindigkeit zu ändern.

Description

Die Erfindung betrifft eine pneumatische Türantriebsanordnung, insbesondere für Schiebetüren von Werkzeugmaschinen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Türantriebsanordnung kommt bei einer Werkzeugmaschine zum Einsatz, die aus dem Prospektblatt "CNC-Drehmaschine NILES N 30" (Firma Niles Simmons Industrieanlagen GmbH, Chemnitz) bekannt ist. Die Werkzeugmaschine weist im Frontbereich zwei Schiebetüren auf. Die Schiebetüren dienen dem Verschließen des Arbeitsraumes der Werkzeugmaschine bei Betrieb. Nach Öffnen der Schiebetüren kann ein Werkstück- oder Werkzeugwechsel erfolgen. Zu diesem Zweck sind die Schiebetüren an der Werkzeugmaschine über eine obere und untere Linearführung auf Wälzkörpern gelagert. Die lineare Bewegung zum Öffnen und Schließen der Schiebetüren wird über einen hier nicht erkennbaren druckmittelbetriebenen Linearantrieb ausgeführt, der im Bereich der unteren Führung an der Werkzeugmaschine angebracht ist. Eine beidseitige Druckmittelbeaufschlagung des pneumatischen Linearantriebes erfolgt über eine Mehrwegeventilanordnung, die abhängig von der über mehrere Sensoren ermittelten aktuellen Stellung des Linearantriebes elektrisch ansteuerbar ist.

Die hierfür gewöhnlich eingesetzte Steuereinheit nimmt ein Ein- und Ausschalten der eingesetzten Mehrwegeventilanordnung in Abhängigkeit von der aktuellen Stellung des Linearantriebes vor. Mit einer derartigen Steuerung lässt sich die Schiebetür nur recht ungenau bewegen. So ist es beispielsweise meist erforderlich, endseitige Hydraulikdämpfer zur Endlagenbegrenzung der Schiebetür einzusetzen. Weiterhin ist bei einem Notfall über einen Not-Stopp-Schalter zwar ein Stillstand der Türantriebsanordnung möglich; nach dem Stillstand kann die Schiebetür jedoch nicht manuell geöffnet werden.

Aus der DE 196 49 698 A1 geht eine Antriebsanordnung hervor, die sich zur Ansteuerung einer Kennlinie bedient, um speziell Kraftanforderungen zum Öffnen oder Schließen einer Schiebetür an jedem Punkt der vorbestimmten Bewegungsbahn bereitzustellen. Es werden also Kraftwerte oder bei einem Linearantrieb mit bekannter Kolbenfläche auch analog hierzu Druckwerte zu jedem Punkt der gesamten Wegstrecke zugeordnet. Mit dieser Lösung soll ein Anhalten des Antriebs bei Erkennen eines Hindernisses ermöglicht werden. Ein Hindernis liegt dann vor, wenn die vorhandene Kraft oder analog der Druck aufgrund eines Hindernisses größer ist als die in der Kennlinie hinterlegte zulässige Kraft beziehungsweise Druck. Für diese Ansteuerungslösung ist es also erforderlich, die gesamte Wegstrecke des Linearantriebes sensortechnisch zu erfassen.

Die DE 41 08 158 A1 beschreibt eine Antriebsanordnung, deren Ventile direkt in den Linearantrieb integriert sind, um eine kompakte Bauform zu erhalten. Bei den Ventilen handelt es sich um herkömmliche Wegeventile. Die weiterhin hier beschriebenen Sensoren dienen lediglich der Ermittlung der Endlagenpositionen am Linearantrieb. Es geht aus dieser Vorveröffentlichung nicht eine regelungstechnische Ansteuerung der in den Linearantrieb integrierten Ventile hervor.

Aus der DE 35 23 694 A1 geht eine Ansteuerungslösung für einen pneumatischen Türantrieb hervor, bei der eine Notöffnungsfunktion und eine Einklemmsicherungsfunktion über eine Druckreduzierung mittels einer getakteten Ansteuerung eines ebenfalls herkömmlichen Wegeventils erzielt wird. Es wird hier über die Weginformation die Geschwindigkeit des Antriebs berechnet und ausgewertet. Somit ist es auch bei dieser Lösung erforderlich, die gesamte Wegstrecke des Linearantriebs analog zu messen, was einen entsprechenden elektronischen Bauteileaufwand erfordert.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine pneumatische Türantriebsanordnung der vorstehenden Art dahingehend weiter zu verbessern, dass mit einfachen Mitteln eine komfortable Ansteuerung zur Bewegung der Schiebetür möglich ist.

Die Aufgabe wird ausgehend von einer pneumatischen Türantriebsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass zur Druckluftbeaufschlagung des Linearantriebes die Mehrwegeventilanordnung aus zwei je einer Druckkammer des Linearantriebes zugeordneten Druckregelventilen besteht, die über eine zentrale elektronische Steuereinheit ansteuerbar sind, wobei die Ansteuerung entsprechend einer in einer Speichereinheit hinterlegten Weg-Druck-Kennlinie erfolgt.

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass zur Erreichung einer komfortablen Ansteuerung vom Prinzip einer wegabhängigen Steuerung abgegangen wird, und das Prinzip einer wegabhängigen Druckregelung zur Anwendung gebracht wird. Bei dem der Erfindung zugrundeliegenden Einsatzfall einer Türantriebsanordnung kann diese wegabhängige Druckregelung in unterschiedlichen Wegsektoren des Linearantriebes, die durch die entsprechenden Wegsensoren markiert sind, unterschiedliche Bewegungsgeschwindigkeiten der Schiebetür auf einfache Weise erzeugen. Zum Umsetzen der erfindungsgemäßen Lösung können zwei gewöhnliche Druckregelventile zum Einsatz gebracht werden, die über eine zentrale elektronische Steuereinheit zur Sollwertvorgabe koordiniert betrieben werden. Die Charakteristik des Bewegungsablaufes der Türantriebsanordnung erfolgt über eine vordefinierte Weg-Druck-Kennlinie, die flexibel an verschiedene Einsatzfälle anpassbar ist.

Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme ist in der Druckmittelversorgungsleitung zur schließseitigen Druckkammer des Linearantriebes ein entsperrbares Rückschlagventil angeordnet, das im Normalbetrieb über ein von der Steuereinheit angesteuerten Mehrwegeventil in Offenstellung gehalten ist und das im Not-Stopp-Betrieb durch Umschalten des Mehrwegeventils den Rückfluss von Druckmittel aus der schließseitigen Druckkammer verhindert. Vorzugsweise nehmen für den Not-Stopp-Betrieb die beiden Druckregelventile und das Mehrwegeventil die Entlüftungsstellung ein, so dass sich die Schiebetür nach Entlüftung des Linearantriebes manuell öffnen lässt. Dies wird dadurch erleichtert, dass hier die öffnungsseitige Druckkammer des Linearantriebes vollständig entlüftet wird und die schließseitige Druckkammer des Linearantriebes durch das Sperrventil abgeschlossen bleibt, so dass aufgrund des sich hierin befindlichen Druckes eine Anfangsbewegung des Linearantriebes in Öffnungsrichtung entsteht, bis die Türreibung plus der Reibung im Linearantrieb im Gleichgewicht mit dem Druck der schließseitigen Kammer steht. Die Tür kann nun von außen in Öffnungsrichtung verschoben werden, da über das Rückschlagventil Atmosphärenluft in die schließseitige Kammer einströmen kann.

Zur Ermittlung der aktuellen Stellung des Linearantriebes werden vorzugsweise genau vier Sensoren vorgesehen, wobei zwei Sensoren je einer Endlagenposition zugeordnet sind und die beiden übrigen Sensoren Wegpositionen für eine Druckänderung markieren. Infolge von durch die beiden Druckregelventile herbeigeführten definierten Druckänderungen in den Druckkammern wegsektorweise die bestimmte gewünschte Geschwindigkeits- und Beschleunigungswerte erzielt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen pneumatischen Schaltplan einer erfindungsgemäßen Türantriebsanordnung.
Die pneumatische Türantriebsanordnung umfasst gemäß der Figur einen Linearantrieb 1, der nach Art eines kolbenstangenlosen Zylinders ausgebildet ist. Der Linearantrieb 1 treibt über einen außenliegenden Mitnehmer eine Schiebetür 2 einer nicht weiter dargestellten Werkzeugmaschine an. Die beiden Druckkammern 3 und 4 des Linearantriebes 1 sind wechselseitig mit Druckluft beaufschlagbar. Dabei erfolgt die Beaufschlagung der öffnungsseitigen Druckkammer 3 über ein Druckregelventil 5; die Beaufschlagung der schließseitigen Druckkammer 4 erfolgt über ein anderes Druckregelventil 6. Zwischen der schließseitigen Druckkammer 4 und dem Druckregelventil 6 ist ein entsperrbares Rückschlagventil 7 angeordnet. Während des normalen Betriebes der Türantriebsanordnung, d. h. beim Öffnen und Schließen, befindet sich das entsperrbare Rückschlagventil 7 stets in der Offenstellung. Die Offenstellung des entsperrbaren Rückschlagventils 7 wird durch eine Druckluftbeaufschlagung über das Mehrwegeventil 8 erzeugt. Die elektrische Ansteuerung der beiden Druckregelventile 5 und 6 sowie des Mehrwegeventils 8 erfolgt über eine zentrale elektronische Speichereinheit 9, die nach Art einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) ausgebildet ist. Die zentrale elektronische Steuereinheit 9 umfasst damit auch eine Speichereinheit 10, in der eine Weg-Druck-Kennlinie zur Vorgabe der Drucksollwerte für die beiden Druckregelventile 5, 6 hinterlegt ist. Die Ansteuerung erfolgt abhängig von der aktuellen Stellung des Linearantriebes 1, die über vier Sensoren 11 bis 14 ermittelbar ist. Die Offenstellung der Schiebetür 2 wird über den Sensor 11 ermittelt; die Schließstellung wird über den Sensor 14 ermittelt. Neben diesen Endlagenpositionen sind am Linearantrieb 1 zwei weitere Sensoren 12 und 13 angeordnet, die Zwischenpositionen markieren, an denen eine Druckänderung im Linearantrieb herbeigeführt wird, beispielsweise zum Beschleunigen oder Verzögern der Antriebsgeschwindigkeit. Die Druckmittelversorgung der pneumatischen Türantriebsanordnung erfolgt über eine gemeinsame Druckquelle 15.
Die vorstehend beschriebene pneumatische Türantriebsanordnung arbeitet nach dem folgenden durch die Steuereinheit 9 vorgegebenen Funktionsablauf:
Bei einem normalen Schließ- und Öffnungsbetrieb erfolgt ein Offenhalten der Schiebetür 2 bei entsperrtem Rückschlagventil 7 dadurch, dass das Druckregelventil 6 einen kleinen Druck von ca. 2 bar aussteuert, womit die Druckkammer 4 des Linearantriebes 1 belüftet wird. Das andere Druckregelventil 5 ist auf vollständige Entlüftung, d. h. 0 bar, geschaltet, wodurch die zugeordnete Druckkammer 3 des Linearantriebes 1 drucklos ist. Durch den einseitigen Drucküberschuss in der Druckkammer 4 wird die Schiebetür 2 offengehalten.
Zum Schließen der Schiebetür 2 wird über das Druckregelventil 6 eine Entlüftung der zugeordneten Druckkammer 4 vorgenommen, das Druckregelventil 6 steuert also 0 bar aus. Das andere Druckregelventil 5 steuert dagegen einen maximalen Druck von beispielsweise 6 bar aus, wodurch die zugeordnete Druckkammer 3 des Linearantriebes 1 mit 6 bar belüftet wird, so dass die Schiebetür 2 durch diese maximale Druckdifferenz mit hoher Geschwindigkeit in Richtung Schließstellung angetrieben wird. Bei Erreichen der durch den Sensor 12 markierten Zwischenstellung steuert das Druckregelventil 6 den maximalen Druck von 6 bar aus und das Druckregelventil 5 steuert einen mittleren Druck von ca. 4 bar aus. Infolge dessen wird die Schiebetür 2 stark verzögert. Nachfolgend erreicht der Linearantrieb 1 die Position der mit dem Sensor 13 markierten Zwischenstellung. Hier steuert das Druckregelventil 6 auf einen geringeren Druck von weniger als 2 bar zurück. Das andere Druckregelventil 5 behält dagegen seinen Druck bei. Somit fährt die Schiebetür 2 im schließstellungsnahen Bereich mit einer geringen, aus sicherheitstechnischen Gründen vorteilhaften Geschwindigkeit. Bei Erreichen der Schließstellung der Schiebetür 2, die durch den Sensor 14 detektiert wird, entlüftet das Druckregelventil 6 vollständig und das andere Druckregelventil 5 reduziert den Druck auf einen Zuhaltedruck von ca. 2 bar.
Zum Öffnen der Schiebetür 2 steuert das Druckregelventil 5 einen Druck von 0 bar aus, d. h. es erfolgt eine Entlüftung der Druckkammer 3. Das andere Druckregelventil 6 steuert dagegen den maximalen Druck aus. Infolge dieser maximalen Druckdifferenz zwischen den beiden Druckkammern 3 und 4 bewegt der Linearantrieb 1 die Schiebetür 2 mit einer maximalen Beschleunigung in Richtung Offenstellung. Wenn die Schiebetür 2 den Sensor 12 erreicht, steuert das Druckregelventil 6 auf ca. 4 bar zurück und das andere Druckregelventil 5 steuert einen Druck von ca. 3 bar aus, wodurch der Linearantrieb in der Geschwindigkeit reduziert wird und etwas verlangsamt in die Offenstellung fährt. Eine weitere Verzögerung der Geschwindigkeit wie beim Schließvorgang ist hierbei nicht erforderlich, da die Schiebetür 2 beim Öffnen keine Gefahrenzone durchfährt.
Wird während des Schließvorganges in der Gefahrenzone ein Not-Stopp ausgelöst, was beispielsweise durch einen entsprechenden Handschalter oder eine Schalterleiste an der Schiebetür erfolgen kann, so schalten beide Druckregelventile 5 und 6 sowie das Mehrwegeventil 8 sofort in die Entlüftungsstellung. Infolge dessen geht das entsperrbare Rückschlagventil 7 in seine Sperrstellung über. Die Druckkammer 3 des Linearantriebes 1 wird entlüftet und die Druckkammer 4 des Linearantriebes 1 wird durch das Rückschlagventil 7 abgeschlossen, so dass hierin ein Druck verbleibt. Aufgrund der durch die Trägheit des Linearantriebes 1 verursachten Weiterbewegung der Schiebetür 2 in Schließstellung steigt der Druck in der Druckkammer 4 weiter an. Es entsteht hierdurch eine hohe Druckdifferenz zwischen beiden Druckkammern 3 und 4, so dass der Linearantrieb 1 stark verzögert und wieder in Öffnungsrichtung zurückfährt, bis die Reibung der Schiebetür 2 plus der Reibung des Linearantriebes 1 im Gleichgewicht mit dem Druck in der Druckkammer 4 steht. Die stillstehende Schiebetür 2 kann nun von außen her in Öffnungsrichtung manuell verschoben werden, da über das Rückschlagventil 7 Atmosphärenluft in die Druckkammer 4 einströmen kann.

Claims

Pneumatische Türantriebsanordnung, insbesondere für Schiebetüren von Werkzeugmaschinen, mit einem pneumatischen Linearantrieb (1) zum Öffnen und Schließen einer Schiebetür (2), dessen beidseitige Druckluftbeaufschlagung über eine Mehrwegeventilanordnung erfolgt, die abhängig von mehreren Sensoren (11 bis 14) zur Markierung diskreter Positionen und Zwischenpositionen des Linearantriebes (1) elektrisch ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Druckluftbeaufschlagung des Linearantriebes (1) die Mehrwegeventilanordnung aus zwei je einer Druckkammer (3, 4) des Linearantriebes (1) zugeordneten Druckregelventilen (5, 6) besteht, die über eine zentrale elektronische Steuereinheit (9) nach Art einer wegeabhängigen Druckregelung ansteuerbar sind, wobei die Ansteuerung entsprechend einer in einer Speichereinheit (10) hinterlegten Weg-Druck-Kennlinie zur Vorgabe von Drucksollwerten für die beiden Druckregelventile (5, 6) derartig erfolgt, dass sich an den Endlagenpositionen bzw. Zwischenpositionen der Druck in den Druckkammern (3, 4) des Linearantriebes (1) ändert, um die Antriebsgeschwindigkeit zu ändern.
Pneumatische Türantriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Druckluftversorgungsleitung zur schließseitigen Druckkammer (4) des Linearantriebes (1) ein entsperrbares Rückschlagventil (7) angeordnet ist, das im Normalbetrieb über ein von der Steuereinheit (9) angesteuerten Mehrwegeventil (8) in Offenstellung gehalten ist und das im Not-Stopp-Betrieb durch Umschalten , des Mehrwegeventils (8) den Rückfluss von Druckmittel aus der schließseitigen Druckkammer (4) verhindert.
Pneumatische Türantriebsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für den Not-Stopp-Betrieb die beiden Druckregelventile (5, 6) und das Mehrwegeventil (8) die Entlüftungsstellung einnehmen, so dass sich die Schiebetür manuell öffnen lässt.
Pneumatische Türantriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der aktuellen Stellung der Linearantriebes (1) genau vier Sensoren vorgesehen sind, wobei zwei Sensoren (11, 14) je einer Endlagenposition zugeordnet sind und zwei Sensoren (12, 13) Wegpositionen für eine Druckänderung markieren.
Pneumatische Türantriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinheit (9) als speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ausgebildet ist
Pneumatische Türantriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der pneumatische Linearantrieb (1) nach Art eines kolbenstangenlosen Zylinders ausgebildet ist.