DE10138026A1

DE10138026A1 - Verfahren zum Steuern des Bewegungsablaufs von Pneumatikantrieben, sowie Pneumatikantriebssteuerung

Info

Publication number: DE10138026A1
Application number: DE2001138026
Authority: DE
Inventors: Helmut Baumgartner
Original assignee: Multitest-Elektronische Systeme & Cokg GmbH; Multitest Elektronische Systeme GmbH
Current assignee: Innomotix GmbH
Priority date: 2001-08-08
Filing date: 2001-08-08
Publication date: 2003-03-06
Anticipated expiration: 2021-08-09
Also published as: DE10138026C2

Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Steuern des Bewegungsablaufs von Pneumatikantrieben erfolgt die Druckluft-Zuführung und Druckluft-Abführung über Ventilanordnungen (8, 9), die jeweils aus einer Kombination von zwei zusammenwirkenden Wegeventilen (17, 17; 21, 22) bestehen. Durch entsprechendes Schalten dieser Wegeventile kann ein ungedrosselter oder gedrosselter Durchfluss für die Zuführung oder Abführung der Druckluft geschaffen werden, wobei zum Abbremsen der Kolbenbewegung Druckluft aktiv in dem sich verkleinernden Arbeitsraum (6) eingeleitet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des Bewegungsablaufs von Pneumatikantrieben von einer ersten Position zu einer zweiten Position gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Pneumatikantriebsteuerung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 4.
In der Industrie werden häufig hochdynamische Pneumatikantriebe, insbesondere Pneumatikzylinder und pneumatische Schwenkantriebe, eingesetzt, bei denen es auf hohe Arbeitsgeschwindigkeiten ankommt. Ein Einsatzgebiet ist beispielsweise die Handhabung elektronischer Bauelemente bei deren Herstellung oder wenn die elektronischen Bauelemente getestet werden.
Um einen hohen Produktdurchsatz zu erreichen, ist man bestrebt, die Pneumatikzylinder oder pneumatischen Schwenkantriebe mit möglichst hoher Geschwindigkeit arbeiten zu lassen. Problematisch ist hierbei, dass die Kolben möglichst ruck- und stoßfrei zunächst beschleunigt und anschließend am Ende des Kolbenwegs bei Erreichen einer bestimmten Sollposition wieder sehr schnell bis zum Stillstand abgebremst werden müssen, um anschließend wieder in die entgegengesetzte Richtung verfahren zu werden. Um die gewünschte Endlagenabbremsung, auch Endlagendämpfung genannt, zu erreichen, weisen bekannte Pneumatikzylinder eine über den Hauptkolben axial vorspringende Kolbennase auf, die in der Endlage in eine entsprechende axiale Verlängerung des Arbeitsraums eintaucht, so dass die dort enthaltende Luft stark komprimiert wird und den Kolben entsprechend abbremst. Der Bewegungsablauf wird dabei über 3/2- oder 5/2-Wegeventile gesteuert. Derartige Pneumatiksteuerungssysteme sind jedoch durch die Länge des Dämpfungskolbens, der Geschwindigkeit und der bewegten Masse in ihrer Dynamik begrenzt. Weiterhin ist der Bewegungsablauf nicht ruck- und stoßfrei.
Es wird bekannterweise versucht, diese Nachteile mit speziellen Wegmesssystemen und regelbaren pneumatischen Servoventilen zu kompensieren. Derartige Wegmesssysteme und regelbare Servoventile sind jedoch sehr kostenaufwendig, stellen eine zusätzliche externe Masse am Pneumatikzylinder dar, benötigen zusätzlichen Platz und bedingen einen erhöhten elektronisch geregelten Steueraufwand.
Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem ein möglichst ruck- und stoßfreier Bewegungsablauf für hochdynamische pneumatische Antriebe auf einfache und kostengünstige Weise geschaffen werden kann. Weiterhin soll eine Pneumatikantriebsteuerung zur Durchführung dieses Verfahrens geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. 4 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ab einer vorbestimmten Zeit, nachdem der Kolben die erste Position verlassen hat, oder ab einer vorbestimmten Position des Kolbens, Druckluft über eine zweite Ventilanordnung in den sich verkleinernden Arbeitsraum eingeleitet, um zusätzlich zu der sich aufgrund des sich verkleinernden Arbeitsraumvolumens ergebenden Gegendruckerhöhung eine weitere Gegendruckerhöhung durch die eingeleitete Druckluft zu erhalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich somit dadurch aus, dass der Kolben beim Anfahren seiner Endlage (zweite Position/Soll-Position) nicht nur passiv durch die Komprimierung der Luft in dem sich verkleinernden Arbeitsraum, sondern auch aktiv durch Einleiten von Druckluft in den sich verkleinernden Arbeitsraum abgebremst wird. Der Zeitpunkt, in dem das Einleiten der Gegen-Druckluft gestartet wird, ist dabei zweckmäßigerweise variabel, so dass das Abbremsverhalten genau auf den Weg, die Masse und Geschwindigkeit des Kolbens abgestimmt werden kann. Der Startzeitpunkt für die Einleitung der abbremsenden Druckluft wird entweder durch Messung der Ist-Zeit bestimmt, die der Kolben seit Verlassen der ersten Position benötigt hat, oder alternativ durch einen Schalter, der an einer vorbestimmten Stelle am Pneumatikzylinder angeordnet ist. Teure pneumatische Servoventile mit regelbarem Volumenstrom oder teure Wegmesssysteme sind hierzu nicht erforderlich. Die Arbeitsgeschwindigkeit des Pneumatikzylinders oder pneumatischen Schwenkantriebs kann hierdurch erhöht und seine Zykluszeit entsprechend verkürzt werden. Von weiterem Vorteil ist, dass der Bewegungsablauf vollständig oder zumindest weitgehend ruck- und stoßfrei realisiert werden kann.
Vorteilhaftweise wird die Ist-Zeit der Kolbenbewegung vom Verlassen der ersten Position bis zum Erreichen der zweiten Position erfasst und mit einer Soll-Zeit verglichen, wobei, wenn der Kolben die zweite Position nicht innerhalb der Soll-Zeit erreicht hat, die zweite Ventilanordnung in eine den Gegendruck im sich verkleinernden Arbeitsraum vermindernde Luftabführposition geschaltet wird. Zweckmäßigerweise befinden sich die Wegeventile der zweiten Ventilanordnung dabei in einer zweifach gedrosselten Durchflussstellung. Hierdurch wird ein definierter Druckabbau im sich verkleinernden Arbeitsraum ermöglicht, so dass sich der Kolben in einer Art Schleichgang bis zur zweiten Position weiter bewegen kann.
Weiterhin kann in vorteilhafter Weise der Vergleich zwischen der Ist-Zeit und der Soll-Zeit des Kolbens dafür verwendet werden, um in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses den Startzeitpunkt für das Einleiten der den Gegendruck erzeugenden Druckluft festzulegen. Es kann damit ein geschlossener Regelkreis geschaffen werden.
Die o. g. Aufgabe wird weiterhin durch eine Pneumatikantriebsteuerungseinrichtung gelöst, bei der die erste und zweite Ventilanordnung aus einer Kombination von zwei zusammenwirkenden Wegeventilen bestehen, wobei das erste Wegeventil zwischen einer ersten Schaltstellung, in der es die Zuführleitung mit dem zweiten Wegeventil verbindet und die Abführleitung sperrt, und einer zweiten Schaltstellung schaltbar ist, in der es die Zuführleitung sperrt und das zweite Wegeventil mit der Abführleitung verbindet, und wobei das zweite Wegeventil zwischen einer ersten Schaltstellung, in der es die Leitung zwischen Arbeitsraum und dem ersten Wegeventil über eine Dämpfungsdrossel frei gibt, und einer zweiten Schaltstellung schaltbar ist, in der es diese Leitung unter Umgehung der Dämpfungsdrossel freigibt.
Mit Hilfe von derartigen Ventilanordnungen ist es möglich, allein durch Verstellen der Schaltstellungen der beiden zusammenwirkenden Wegeventile die Druckluft mit unterschiedlichen Volumenströmen den entsprechenden Arbeitsräumen zuzuführen oder aus diesen abzuführen, so dass der Bewegungsablauf von hochdynamisch arbeitenden Kolben optimiert werden kann. Beispielsweise ist es möglich, Druckluft ungedrosselt in den sich vergrößernden Arbeitsraum einzuleiten, um den Kolben maximal zu beschleunigen. Weiterhin kann die entsprechende Ventilanordnung derart geschaltet werden, dass ab einer bestimmten Zeit, nach dem der Kolben seine Startposition (erste Position) verlassen hat, Druckluft in den gegenüberliegenden Arbeitsraum mit einem bestimmten Druck bzw. Volumenstrom eingeleitet wird, der über die Dämpfungsdrossel eingestellt wird. Hierdurch wird aktiv ein bestimmter Gegendruck zum Abbremsen des Kolbens aufgebaut. Erreicht der Kolben innerhalb einer bestimmten Soll-Zeit seine Sollposition nicht, d. h. wird der Kolben zu früh abgebremst, kann die entsprechende Ventilanordnung weiterhin derart geschaltet werden, dass die Druckluft aus dem sich verkleinernden Arbeitsraum unter definierten Bedingungen über die Abführleitung abströmen kann, so dass der Kolben in einer Art Schleichgang die Sollposition anfährt. Erreicht der Kolben dagegen die Sollposition ordnungsgemäß, d. h. in der eingestellten Sollzeit, können die Ventilanordnungen je nach Bedarf andere Schaltstellungen einnehmen, beispielsweise solche, in denen der Kolben einem Kräftegleichgewicht ausgesetzt ist oder in die entgegengesetzte Richtung beschleunigt wird.
Von besonderem Vorteil ist hierbei, dass die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung einfach aufgebaut und kostengünstig herzustellen ist. Weiterhin lässt sich mit dieser Vorrichtung die Dynamik, d. h. die Arbeitsgeschwindigkeit, des Pneumatikzylinders erhöhen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Dämpfungsdrossel im zweiten Wegeventil integriert. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Dämpfungsdrossel aus einem einstellbaren Drosselventil besteht, da hierdurch das Dämpfungsverhalten verändert werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform besteht das erste Wegeventil aus einem 3/2-Wegeventil und das zweite Wegeventil aus einem 2/2-Wegeventil, wobei die Wegeventile zusammen ein 3/4-Wegeventil bilden.
Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass das erste und/oder zweite Wegeventil aus einem 3/2-Wegeventil besteht, wobei die Wegeventile zusammen ein 4/4-Wegeventil bilden.
Vorteilhafterweise ist in der Abführleitung ein einstellbares Drosselventil angeordnet. Dies bietet die Möglichkeit, die Druckluft aus dem entsprechenden Arbeitsraum über zwei Drosselelemente, nämlich über die Dämpfungsdrossel und über das in der Abführleitung vorgesehene Drosselventil abzuführen, um eine Schleichganggeschwindigkeit beim Annähern des Kolbens an die Soll-Position zu erhalten.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1a ein schematisches Schaubild einer Pneumatikantriebsteuerung gemäß der Erfindung anhand des Beispiels eines linearen Pneumatikzylinderbewegungsablaufs, wobei sich die erste und zweite Ventilanordnung in einer Schaltstellung befinden, in welcher der Pneumatikzylinder drucklos ist;
Fig. 1b die Schaltstellung der ersten und zweiten Ventilanordnung, wenn der Kolben die Startposition verlässt;
Fig. 1c die Schaltstellung der ersten und zweiten Ventilanordnung, wenn die aktive Dämpfung (Abbremsung) des Kolbens durch Gegendruckerhöhung beginnt;
Fig. 1d die Schaltstellung der ersten und zweiten Ventilanordnung, wenn der Kolben die Sollposition nach Ablauf der Soll-Zeit nicht erreicht hat oder wenn vom Kolben in der Endlage Kräfte ausgeübt werden müssen;
Fig. 2a bis 2d schematische Darstellungen einer zweiten Ausführungsform entsprechend den Fig. 1a bis 1d, und
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform entsprechend der Fig. 1a bzw. 2a.
Aus Fig. 1a ist ein Pneumatikzylinder 1 mit einem Zylindergehäuse 2 ersichtlich, in dem ein Kolben 3 mit einer Kolbenstange 4 längsverschiebbar geführt ist. Der Kolben 3 unterteilt den Rauminhalt des Zylindergehäuses 2 in einen Arbeitsraum 5, der sich in Fig. 1a links vom Kolben 3 befindet und einen Arbeitsraum 6, der rechts vom Kolben 3 angeordnet ist. In Fig. 1a befindet sich der Kolben 3 in seiner am weitesten links befindlichen Endstellung, die hier als Startposition oder erste Position bezeichnet wird. Von dieser Startposition aus ist der Kolben 3 nach rechts in eine zweite Position, die hier als Sollposition bezeichnet wird und die am weitesten rechts liegende Endlage des Kolbens darstellt, verschiebbar, wie durch den Pfeil 7 angedeutet ist.
Die Bewegung des Kolbens 3 wird durch Druckluft bewirkt, die über eine erste Ventilanordnung 8 und eine zweite Ventilanordnung 9 zu- bzw. abgeführt wird. Die erste Ventilanordnung 8 steht einerseits mit einer Druckluft-Zuführleitung 10 und einer Druckluft-Abführleitung 11 und andererseits mit einer Leitung 12 in Verbindung, welche in den linksseitigen Arbeitsraum mündet. Die zweite Ventilanordnung 9 steht einerseits mit einer Druckluft-Zuführleitung 13 und einer Druckluft-Abführleitung 14 und andererseits mit einer Leitung 15 in Verbindung, die in den rechtsseitigen Arbeitsraum mündet.
Wie aus den Fig. 1a bis 1d ersichtlich, besteht die erste Ventilanordnung 8 aus zwei zusammenwirkenden Wegeventilen 16, 17. Das erste Wegeventil 16 ist als 3/2-Wegeventil ausgebildet und weist somit drei Anschlüsse 16.1, 16.2, 16.3 und zwei mögliche Schaltstellungen auf. Der Anschluss 16.1 ist mit der Zuführleitung 10 verbunden, während der Anschluss 16.3 mit der Abführleitung 11 verbunden ist. Die beiden Schaltstellungen sind symbolisch dargestellt, wobei eine erste Schaltstellung mit I und eine zweite Schaltstellung mit II bezeichnet ist. Die Umschaltung zwischen den beiden Schaltstellungen I, II erfolgt mittels eines Elektromagnetventils 18.
In der ersten Schaltstellung I ist der Anschluss 16.1 mit dem Anschluss 16.2 verbunden, während die Verbindung zwischen dem Anschluss 16.3 und dem Anschluss 16.2 gesperrt ist. In der zweiten Schaltstellung II ist die Verbindung zwischen dem Anschluss 16.1 und dem Anschluss 16.2 gesperrt, während der Anschluss 16.3 mit dem Anschluss 16.3 verbunden ist.
Das zweite Wegeventil 17 ist als 2/2-Wegeventil ausgebildet und weist somit zwei Anschlüsse 17.1 und 17.2 auf, die in eine erste Schaltstellung I und eine zweite Schaltstellung II geschaltet werden können. Der Anschluss 17.1 ist dabei mit der Leitung 12 verbunden, während der Anschluss 17.2 mit dem Anschluss 16.2 verbunden ist.
In der ersten Schaltstellung I erfolgt die Verbindung zwischen den Anschlüssen 17.1 und 17.2 über eine Dämpfungsdrossel 20, die als einstellbares Drosselventil ausgebildet ist. Wie ersichtlich befindet sich die Dämpfungsdrossel 20 innerhalb des 2/2-Wegeventils 17. In der zweiten Schaltstellung II sind die beiden Anschlüsse 17.1 und 17.2 direkt, d. h. ohne Drossel, miteinander verbunden.
Die zweite Ventilanordnung 9 ist identisch wie die erste Ventilanordnung 8 ausgebildet. Sie besteht aus einem ersten Wegeventil 21 in der Form eines 3/2-Wegeventils und einem damit zusammenwirkenden zweiten Wegeventil 22 in der Form eines 2/2-Wegeventils. Der Anschluss 21.1 ist mit der Zuführleitung 13 verbunden, während der Anschluss 21.3 mit der Abführleitung 14 verbunden ist. Die Umschaltung zwischen einer ersten Schaltstellung I und einer zweiten Schaltstellung II erfolgt mittels eines Elektromagnetventils 23.
In der ersten Schaltstellung I ist der Anschluss 21.1 direkt mit dem Anschluss 21.2 verbunden, während die Verbindung zwischen den Anschlüssen 21.2 und 21.3 gesperrt ist. In der zweiten Schaltstellung II ist die Verbindung zwischen den Anschlüssen 21.1 und 21.2 gesperrt, während eine direkte Verbindung zwischen den Anschlüssen 21.2 und 21.3 vorhanden ist.
Das zweite Wegeventil 22 ist wiederum als 2/2-Wegeventil ausgebildet und weist zwei Anschlüsse 22.1 und 22.2 auf. Der Anschluss 22.1 ist mit der Leitung 15 verbunden, während der Anschluss 22.2 mit dem Anschluss 21.2 verbunden ist. Die Umschaltung zwischen einer ersten Schaltstellung I und einer zweiten Schaltstellung II erfolgt mittels eines Elektromagnetventils 24.
In der ersten Schaltstellung I erfolgt die Verbindung zwischen den beiden Anschlüssen 22.1 und 22.2 über eine Dämpfungsdrossel 25, die als einstellbares Drosselventil ausgebildet ist. In der zweiten Schaltstellung II sind die beiden Anschlüsse 22.1 und 22.2 direkt miteinander verbunden, d. h. zwischen diesen beiden Anschlüssen ist keine Dämpfungsdrossel vorhanden.
Aus den Fig. 1a bis 1d ist weiterhin erkennbar, dass in den beiden Abführleitungen 11, 14 außerhalb der Ventilanordnungen 8, 9 jeweils ein weiteres einstellbares Drosselventil 26, 27 angeordnet ist. Mit Hilfe dieser optional vorgesehenen Drosselventile 26, 27 kann zusätzlich die Menge der abzuführenden Druckluft und damit die Kolbengeschwindigkeit eingestellt werden.
Im folgenden wird die Funktion der in Fig. 1a dargestellten Pneumatikantriebsteuerung näher erläutert. Ausgangspunkt ist die in Fig. 1a dargestellte linke Endlage des Kolbens 3, die auch als Startposition oder erste Position bezeichnet werden kann. Von dieser Startposition aus soll der Kolben 3 nach rechts bis zu seiner gegenüberliegenden Endlage verschoben werden, die auch als Sollposition oder zweite Position bezeichnet werden kann.
In der linken Endlagenstellung des Kolbens 3 wird die erste Ventilanordnung 8 zunächst so geschaltet, wie aus Fig. 1b ersichtlich. Dies bedeutet, dass das erste Wegeventil 16 in die erste Schaltstellung I geschaltet wird, während das zweite Wegeventil 17 in die zweite Schaltstellung II geschaltet wird. Die erste Ventilanordnung 8 befindet sich somit in einer Durchflussstellung mit maximalem Durchflussquerschnitt, so dass Druckluft ungedrosselt von der Zuführleitung 10 zur Leitung 12 und von dort in den linksseitigen Arbeitsraum 5 strömen kann. Der sich primärseitig im Arbeitsraum 5 schnell aufbauende Druck beginnt nun, den Kolben 3 mit maximaler Beschleunigung nach rechts zu bewegen, so dass die Kolbenstange 4 aus dem Zylindergehäuse 2 ausfährt. Die zweite Ventilanordnung 9 ist dabei so geschaltet, dass die aus dem sich verkleinernden, sekundärseitigen Arbeitsraum 6 verdrängte Luft über das Drosselventil 14 abgeleitet werden kann. Hierzu befinden sich beide Wegeventile 21, 22, wie aus Fig. 1b ersichtlich, in der zweiten Schaltstellung II. Durch entsprechendes Einstellen des Drosselventils 27 kann die Geschwindigkeit, mit der der Kolben 3 nach rechts bewegt wird, eingestellt werden. Weiterhin wird, wenn der Kolben 3 die Startposition verlässt, über einen Positionsschalter 28 eine voreingestellte Drosselverzögerungszeit in Lauf gesetzt und die Ist-Zeitmessung begonnen.
Nach Ablauf der Drosselverzögerungszeit schaltet die zweite Ventilanordnung 9 in eine Stellung um, die in Fig. 1c gezeigt ist. Dies bedeutet, dass beide Wegeventile 21, 22 in die erste Schaltposition I umschalten. In dieser Schaltstellung ist die Zuführleitung 13 über die Dämpfungsdrossel 25 mit der Leitung 15 und damit mit dem sich verkleinernden Arbeitsraum 6 verbunden. In diesem Zustand wird aktiv Druckluft in den sich verkleinernden Arbeitsraum 6 eingeleitet, so dass der sich dort aufbauende Gegendruck progressiv zunimmt und der Kolben 3 sehr schnell bis zum Stillstand abgebremst wird. Durch entsprechendes Einstellen der Dämpfungsdrossel 25 kann das Dämpfungsverhalten, d. h. das Bremsverhalten mittels aktiver Gegendruckerhöhung eingestellt und variiert werden. Die in Fig. 1c gezeigte Position der zweiten Ventilanordnung 9 wird beibehalten, bis der Kolben 3 die Sollposition erreicht hat, was mittels eines Positionsschalters 29 erfasst wird (Fig. 1a). Bei Erreichen der Sollposition wird außerdem die Ist-Zeitmessung gestoppt und mit der Soll- Zeit verglichen. Weicht die Ist-Zeit von der Soll-Zeit ab, so kann der Startzeitpunkt S für die Drosselzeit (Zeit der aktiven Gegendruckerhöhung im sich verkleinernden Arbeitsraum 6) entsprechend nach vorne oder hinten verschoben werden. Während der gesamten Drosselzeit befindet sich außerdem die erste Ventilanordnung 8 in der selben Stellung wie in der Drosselverzögerungszeit.
Erreicht der Kolben 3 die Sollposition oder hat der Kolben 3 nach Ablauf der Soll-Zeit die Sollposition noch nicht erreicht, wird die zweite Ventilanordnung 9 in die in Fig. 1d gezeigte Stellung umgeschaltet. In dieser Stellung befindet sich das erste Wegeventil 21 in der zweiten Schaltstellung II, während das zweite Wegeventil 22 in der ersten Schaltstellung I verbleibt. In dieser Schaltstellung ist die Leitung 15 mit der Abführleitung 14 verbunden, so dass die Luft aus dem Arbeitsraum 6 sowohl über die Dämpfungsdrossel 25 als auch über das Drosselventil 27 abströmen kann. Es handelt sich somit um eine zweifach gedrosselte Ableitung der Druckluft. Befindet sich der Kolben 3 noch nicht in der Sollposition, so kann er auf diese Weise in einer Art "Schleichgang" bis zur Sollposition verfahren werden. Die erste Ventilanordnung 8 verbleibt hierbei, wie aus Fig. 1d ersichtlich, in derselben Stellung wie während der Drosselverzögerungszeit und Drosselzeit. Im Fall, dass die Sollposition erreicht wird, ist die in Fig. 1d gezeigte Stellung der zweiten Ventilanordnung 9 optional. Es kann auch direkt, um den Kolben 3 nach links zu verfahren, in diejenige Stellung umgeschaltet werden, die in den Fig. 1b bis 1d für die erste Ventilanordnung 8 gezeigt ist.
Da die erste und zweite Ventilanordnung 8, 9 gleich aufgebaut sind, kann die Bewegungsrichtung des Kolbens 3 umgekehrt werden, wenn die zweite Ventilanordnung 9 die anhand der Fig. 1b bis 1d beschriebenen Schaltstellungen der ersten Ventilanordnung 8 und diese die Schaltstellungen der zweiten Ventilanordnung 9 einnehmen.
Zusammenfassend kann somit festgestellt werden, dass die Funktion der beschriebenen Pneumatikantriebsteuerung vorzugsweise auf der Messung der Ist-Zeit der Kolbenbewegung zwischen den zwei Positionsschaltern 28, 29, im Vergleich der Ist-Zeit mit einer Soll-Zeit und auf einer aktiven Gegendruckerhöhung durch Einleitung von Druckluft in den sich verkleinernden Arbeitsraum basiert. Zur generellen Inbetriebnahme wird die Soll-Zeit und die Drosselverzögerungszeit vorgegeben oder mit einem Startalgorithmus bestimmt, wobei diese Zeiten dann in einem Speicher abgelegt werden. Die Ist-Zeitmessung startet beim Verlassen des Positionsschalters 28 in der Startposition, wobei die Zeit des Stick-Slip-Effekts eliminiert wird, und stoppt bei Betätigen des Positionsschalters 29 in der zu erreichenden Sollposition. Bei längeren Fahrwegen kann die Ist-Zeitmessung auch über einen zusätzlichen Positionsschalter in einem gewissen Abstand vor der Sollposition gestartet werden. Die Abweichung der Ist-Zeit von der Soll-Zeit bestimmt beim nächsten Bewegungszyklus die steuerbare Drosselzeit bzw. die abhängige Drosselverzögerungszeit. Es handelt sich somit um ein gesteuertes adaptives Anfahren an einer Sollposition. Die Dämpfungsdrosseln 20, 25 und optionalen Drosselventile 26, 27 werden in Abhängigkeit von der Masse, der Geschwindigkeit, der bewegten Masse und der Drosselzeit einmal eingestellt und müssen dann während der einzelnen Arbeitszyklen in der Regel nicht mehr verändert werden.
Die Fig. 2a bis 2d zeigen eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pneumatikantriebsteuerung. Diese Ausführungsform ist zu derjenigen der Fig. 1a bis 1d ganz ähnlich aufgebaut. Der einzige Unterschied besteht lediglich darin, dass das erste Wegeventil 17' der ersten Ventilanordnung 8' sowie das zweite Wegeventil 22' der zweiten Ventilanordnung 9' seitenvertauschte erste und zweite Schaltungsstellungen I und II haben. Die zweiten Wegeventile 17', 22' nehmen somit beim umgekehrten Energetisierungszustand der Elektromagnetventile 19, 24 die erste Schaltungsstellung I bzw. die zweite Schaltungsstellung II ein. Der Funktionsablauf dieser zweiten Ausführungsform ist jedoch derselbe wie anhand der Fig. 1b bis 1d beschrieben.
In Fig. 3 ist eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pneumatikantriebsteuerung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform besteht die erste Ventilanordnung 8" aus zwei 3/2-Wegeventilen 16, 17". Die zweite Ventilanordnung 9" besteht aus zwei 3/2-Wegeventilen 21, 22". Die jeweils ersten Wegeventile 16, 21 sind identisch zu den entsprechenden ersten Wegeventilen 16, 21 der ersten Ausführungsform. Der Anschluss 17.1 ist mit einer äußeren Bypassleitung 12.1 verbunden, die von der Leitung 12 abzweigt. In der Bypassleitung 12.1 befindet sich die Dämpfungsdrossel 20. Der Anschluss 17.2 ist mit dem Anschluss 16.2 verbunden. Der Anschluss 17.3 ist mit der Leitung 12 verbunden, die zum Arbeitsraum 5 führt.
In der ersten Schaltungsstellung I ist eine interne Verbindung zwischen den Anschlüssen 17.1 und 17.2 geschaltet, während die Verbindung zwischen den Anschlüssen 17.2 und 17.3 gesperrt ist. In der zweiten Schaltungsstellung II ist die Verbindung zwischen den Anschlüssen 17.1 und 17.2 gesperrt, während eine direkte Durchflussverbindung zwischen den Anschlüssen 17.3 und 17.2 vorhanden ist.
Die zweite Ventilanordnung 9" ist identisch zur ersten Ventilanordnung 8" aufgebaut. Das zweite Wegeventil 22" weist von daher drei Anschlüsse 22.1, 22.2, 22.3 auf. Der Anschluss 22.1 ist mit einer äußeren Bypassleitung 15.1 verbunden, die von der in den Arbeitsraum 6 einmündenden Leitung 15 abzweigt. In der Bypassleitung 15.1 befindet sich die Dämpfungsdrossel 25. Der Anschluss 22.3 ist mit der Leitung 15 verbunden. Der Anschluss 22.2 ist mit dem Anschluss 21.2 verbunden.
In der ersten Schaltungsstellung I ist eine interne Verbindung zwischen den beiden Anschlüssen 22.1 und 22.2 vorhanden. Die Verbindung zwischen den Anschlüssen 22.3 und 22.2 ist dagegen gesperrt. In der zweiten Schaltungsstellung II ist eine direkte interne Verbindung zwischen den Anschlüssen 22.3 und 22.2 vorhanden, während die Verbindung zwischen den Anschlüssen 22.1 und 22.2 gesperrt ist.
Das erste Wegeventil 16, 21 ist mit dem dazugehörigen zweiten Wegeventil 17", 22" somit derart verbunden, dass sie zusammen ein 4/4-Wegeventil bilden.
Der Funktionsablauf der Pneumatikantriebsteuerung von Fig. 3 entspricht demjenigen der ersten bzw. zweiten Ausführungsform. Die Schaltungsstellungen der ersten und zweiten Ventilanordnungen 8", 9" in der Startposition, im Zeitpunkt S bei Beginn der Drosselzeit und bei Erreichen der Sollposition entsprechen dabei denjenigen, die anhand der Fig. 2b, 2c bzw. 2d dargestellt sind.
In Abweichung zu den Zeichnungen ist es bei sämtlichen Ausführungsformen auch ohne weiteres möglich, die ersten Ventilanordnungen 8, 8', 8" und zweiten Ventilanordnungen 9, 9', 9" derart zu schalten, dass die Druckluft, mit der der Brems-Gegendruck im sich verkleinernden Arbeitsraum 6 aufgebaut wird, nicht über eine einfach gedrosselte Leitung, sondern über eine vollkommen ungedrosselte Leitung zugeführt wird. Hierdurch wird der Bremseffekt nochmals erhöht.
Während die Erfindung vorstehend anhand eines linearen Bewegungsablaufs beschrieben wurde, ist es auch ohne weiteres möglich, das erfindungsgemäße Prinzip auf einen pneumatischen Schwenkantrieb anzuwenden, bei dem der Kolben aus einem um eine Mittelachse schwenkbaren Schwenkkolben, der in der Art eines Flügelrads ausgebildet ist, besteht.
Besonders eignet sich die Erfindung für oszillierende, d. h. hin- und herbewegbare und -schwenkbare Pneumatikantriebe.

Claims

1. Verfahren zum Steuern des Bewegungsablaufs von Pneumatikantrieben von einer ersten Position zu einer zweiten Position, wobei Druckluft über eine erste Ventilanordnung (8, 8', 8") in den sich vergrößernden Arbeitsraum (5) eingeleitet und der Kolben (3) bei Annäherung an die zweite Position durch Aufbau eines Gegendruckes im sich verkleinernden Arbeitsraum (6) abgebremst wird, dadurch gekennzeichnet, dass ab einer vorbestimmten Zeit, nachdem der Kolben (3) die erste Position verlassen hat, oder ab einer vorbestimmten Position des Kolbens (3), Druckluft über eine zweite Ventilanordnung (9, 9', 9") in den sich verkleinernden Arbeitsraum (6) eingeleitet wird, um zusätzlich zu der sich aufgrund des sich verkleinernden Arbeitsraumvolumens ergebenden Gegendruckerhöhung eine weitere Gegendruckerhöhung durch die eingeleitete Druckluft zu erhalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Zeit der Kolbenbewegung vom Verlassen der ersten Position bis zum Erreichen der zweiten Position erfasst und mit einer Soll-Zeit verglichen wird, und dass, wenn der Kolben (3) die zweite Position nicht innerhalb der Soll-Zeit erreicht hat, die zweite Ventilanordnung (9, 9', 9") in eine den Gegendruck im sich verkleinernden Arbeitsraum (6) vermindernde Luftabführposition geschaltet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Zeit der Kolbenbewegung vom Verlassen der ersten Position bis zum Erreichen der zweiten Position erfasst und mit einer Soll-Zeit verglichen wird, um in Abhängigkeit des Vergleichergebnisses den Startzeitpunkt (S) für das Einleiten der den Gegendruck erzeugenden Druckluft festzulegen.

4. Pneumatikantriebsteuerung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer an eine Druckluft-Zuführleitung (10) und eine Druckluft-Abführleitung (11) angeschlossenen ersten Ventilanordnung (8, 8', 8"), über welche Druckluft einem ersten Arbeitsraum (5) zugeführt und aus diesem abgeführt werden kann, und einer an eine Druckluftzuführleitung (13) und eine Druckluftabführleitung (14) angeschlossenen zweiten Ventilanordnung (9, 9', 9"), über welche Druckluft einem zweiten, auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbens (3) angeordneten Arbeitsraum (6) zugeführt und aus diesem abgeführt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Ventilanordnung (8, 8', 8"; 9, 9', 9") aus einer Kombination von zwei zusammenwirkenden Wegeventilen (16, 17, 17', 17"; 21, 22, 22', 22") besteht, wobei das erste Wegeventil (16, 21) zwischen einer ersten Schaltungsstellung (I), in der es die Zuführleitung (10, 13) mit dem zweiten Wegeventil (17, 17', 17"; 22, 22', 22") verbindet und die Abführleitung (11, 14) sperrt, und einer zweiten Schaltungsstellung (II) schaltbar ist, in der es die Zuführleitung (10, 13) sperrt und das zweite Wegeventil (17, 17', 17"; 22, 22', 22") mit der Abführleitung (11, 14) verbindet, und wobei das zweite Wegeventil (17, 17', 17"; 22, 22', 22") zwischen einer ersten Schaltungsstellung (I), in der es die Leitung zwischen Arbeitsraum (5, 6) und dem ersten Wegeventil (16, 21) über eine Dämpfungsdrossel (20, 25) freigibt, und einer zweiten Schaltungsstellung II schaltbar ist, in der es diese Leitung unter Umgehung der Dämpfungsdrossel (20, 25) freigibt.

5. Pneumatikantriebsteuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsdrossel (20, 25) im zweiten Wegeventil (17, 17', 17"; 22, 22', 22") integriert ist.

6. Pneumatikantriebsteuerung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsdrossel (20, 25) aus einem einstellbaren Drosselventil besteht.

7. Pneumatikantriebsteuerung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wegeventil (16, 21) aus einem 3/2-Wegeventil und das zweite Wegeventil (17, 17', 17"; 22, 22', 22") aus einem 2/2-Wegeventil besteht, wobei die Wegeventile zusammen ein 3/4-Wegeventil bilden.

8. Pneumatikantriebsteuerung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder zweite Wegeventil (8, 8', 8"; 9, 9', 9") aus einem 3/2- Wegeventil besteht, wobei die Wegeventile zusammen ein 4/4-Wegeventil bilden.

9. Pneumatikantriebsteuerung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abführleitung (11, 14) ein einstellbares Drosselventil (26, 27) angeordnet ist.