DE102004009837B4

DE102004009837B4 - Klemmvorrichtung

Info

Publication number: DE102004009837B4
Application number: DE102004009837A
Authority: DE
Inventors: Tilmann Bork; Wolfgang Skobjin
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2004-02-28
Filing date: 2004-02-28
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2024-02-29
Also published as: DE102004009837A1

Abstract

Klemmvorrichtung zur Zusammenwirkung mit einem fluidtechnischen Aktor (11), mit fluidtechnisch betätigbaren, an einem Basisteil der Klemmvorrichtung (12) beweglich gelagerten Klemmmitteln (34) zum Klemmen und Halten eines Aktorglieds (22) des Aktors (11), wobei die Klemmmittel (34) zwischen einer Freigabeposition, bei der das Aktorglied (22) beweglich ist, und einer Klemmposition verlagerbar sind, bei der die Klemmmittel (34) das Aktorglied (22) klemmend halten, und mit einer Positionssensoranordnung (41) zur Positionsermittlung der Klemmmittel (34), so dass der Aktor (11) in Abhängigkeit von mindestens einem durch die Positionssensoranordnung (41) erzeugten Positionssignal betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionssensoranordnung (41) zur Ermittlung eines Verschleißes der Klemmmittel (34) ausgestaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Klemmvorrichtung zur Zusammenwirkung mit einem fluidtechnischen Aktor, mit fluidtechnisch betätigbaren, an einem Basisteil der Klemmvorrichtung beweglich gelagerten Klemmmitteln zum Klemmen und Halten eines Aktorglieds des Aktors, wobei die Klemmmittel zwischen einer Freigabeposition, bei der das Aktorglied beweglich ist, und einer Klemmposition verlagerbar sind, bei der die Klemmmittel das Aktorglied klemmend halten, und mit einer Positionssensoranordnung zur Positionsermittlung der Klemmmittel, so dass der Aktor in Abhängigkeit von mindestens einem durch die Positionssensoranordnung erzeugten Positionssignal betätigbar ist. Die Erfindung betrifft ferner eine mit einer derartigen Klemmvorrichtung ausgestattete fluidtechnische Anordnung sowie ein Verfahren zur Ansteuerung einer Klemmvorrichtung und eines mit der Klemmvorrichtung zusammenwirkenden fluidtechnischen, insbesondere pneumatischen, Aktors.
Bei dem Aktor handelt es sich beispielsweise um einen pneumatischen Zylinder. Ein Kolben des Zylinders wird beispielsweise durch Druckluftbeaufschlagung bzw. Entlüftung von Kolbenkammern im Innern eines Gehäuses des Zylinders betätigt, sodass eine Kolbenstange aus dem Zylinder-Gehäuse ausfährt oder in dieses einfährt. Dann klemmt die Klemmvorrichtung die Kolbenstange fest, sodass sie auch bei eventuell drucklosen Zylinderkammern in einer vorbestimmten Position gehalten wird. Zu einer Betätigung des Zylinders wird die Klemmvorrichtung wieder gelöst, sodass die Kolbenstange bei Druckluftbeaufschlagung des Zylinders frei beweglich ist.
Die Klemmvorrichtung hat oft eine Sicherheitsfunktion. Durch die Klemmung wird sichergestellt, dass sich das Aktorglied nicht in unerwünschter Weise verstellt, beispielsweise bei vertikaler Anordnung durch Gewichtskräfte nach unten verlagert wird. Durch ein unbeabsichtigtes Verstellen des Aktorglieds kann es zu Beschädigungen oder gar zu Verletzungen kommen, zum Beispiel wenn eine Hand einer Bedienperson zwischen eine feststehende Fläche und ein durch das Aktorglied betätigtes Element gequetscht wird.
Dementsprechend ist es wesentlich, dass die Klemmvorrichtung zuverlässig arbeitet. Bei bekannten Klemmvorrichtungen wird beispielsweise in vorbestimmten Abständen eine Prüfung der Klemmvorrichtung vorgenommen. Teilweise wird auch eine Druckprüfung einer zu der Klemmvorrichtung führenden Fluidleitung vorgenommen, wobei anhand der Druckverhältnisse ermittelt wird, ob die Klemmmittel in Freigabeposition oder in Klemmposition sind. Eine derartige Drucküberprüfung ist jedoch problematisch. Beispielsweise führt sie bei einer geknickten Fluidleitung, bei einem fehlerhaften, die Klemmvorrichtung fluidtechnisch ansteuernden Steuerventil, bei mechanischen Störungen innerhalb der Klemmvorrichtung oder dergleichen zu falschen Ergebnissen. Dann wird möglicherweise der Aktor betätigt, obwohl die Klemmvorrichtung das Aktorglied noch ganz oder teilweise klemmt. Wesentlich kritischer ist jedoch der Fall, dass die Klemmwirkung der Klemmvorrichtung nachlässt oder gar nicht mehr vorhanden ist und das Aktorglied bzw. eine mit dem Aktorglied kraftschlüssig verbundene Einrichtung sich unbeabsichtigt verstellt, was zu Beschädigungen oder zu Verletzungen von Bedienpersonen führen kann.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 35 10 643 A1 zeigt eine Klemmvorrichtung der eingangs genannten Art, die zur Fixie rung einer Stange, beispielsweise einer pneumatisch anhebbaren Kolbenstange, dient, sodass bei einem Druckabfall bzw. einer Nichtbetätigung des pneumatischen Aktors die Kolbenstange geklemmt ist. Zur Ermittlung einer Freigabeposition ist bei der bekannten Klemmvorrichtung ein Freigabelage-Sensor vorgesehen.

Bei der bekannten Klemmvorrichtung ermittelt der Sensor die Freigabeposition. Dies dient dazu, den pneumatischen Aktor bzw. die Kolbenstange nur dann zu betätigen, wenn die Stange nicht geklemmt ist. Ob aber das Umgekehrte der Fall ist, nämlich dass die Kolbenstange geklemmt ist, ist mit dem Freigabelage-Sensor nicht erfassbar. Ferner kann ein etwaiger Verschleiß, der die Klemmfunktion der Klemmvorrichtung beeinträchtigen würde, durch die alleinige Erfassung der Freigabelage nicht mehr bewerkstelligt werden.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Qualität der Klemmwirkung der Klemmmittel, insbesondere einen Verschleiß der Klemmmittel, zuverlässig zu ermitteln.

Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung bei der Klemmvorrichtung der eingangs genannten Art vor, dass die Positionssensoranordnung zur Ermittlung eines Verschleißes der Klemmmittel ausgestaltet ist. Ferner ist zur Lösung der Aufgabe ein Verfahren gemäß einem weiteren unabhängigen Anspruch vorgesehen.

Zur Ermittlung der Klemmwirkung dient eine Positionssensoranordnung, die beispielsweise auf magnetischer und/oder optischer Basis arbeitet. Aus der jeweiligen Position der Klemmmittel leitet die Positionssensoranordnung Positionssignale ab und meldet diese beispielsweise einem Steuerungsmodul, das den fluidtechnischen Aktor und/oder die Klemmvorrichtung steuert. Zum Beispiel ist der Klemmposition eine erste Stellung der Klemmmittel und der Freigabeposition eine zweite Stellung der Klemmmittel zugeordnet. Die Positionssensoranordnung ermittelt, ob sich die Klemmmittel in der ersten oder der zweiten Stellung oder außerhalb dieser Stellungen befinden. Die Positionssensoranordnung kann für jede Stellung der Klemmmittel, die ermittelt werden soll, jeweils einen individuellen Positionssensor aufweisen, beispielsweise einen magneto-resistiven Sensor, einen Hall-Sensor oder dergleichen. Es ist aber auch eine wegstreckenabhängig arbeitende Positionssensoranordnung möglich, die beispielsweise entlang dem Verlagerungsweg bzw. Verstellweg der Klemmmittel angeordnet ist. Die zur Wegmessung ausgestaltete Positionssensoranordnung kann in einem solchen Fall nicht nur die Klemmposition und/oder die Freigabeposition, sondern auch dazwischen oder außerhalb liegende Positionen der Klemmmittel erfassen.

Die Positionssensoranordnung ist zur Ermittlung eines Verschleißes der Klemmmittel ausgestaltet. Die Klemmmittel enthalten beispielsweise einen Klemmring, Klemmbacken oder dergleichen, die zum Beispiel durch Abrieb verschleißen. Ist ein vorbestimmter Verschleiß erreicht, nimmt die Klemmwirkung der Klemmmittel ab.

Das übergeordnete Steuerungsmodul betätigt den fluidtechnischen Aktor, bei dem es sich vorzugsweise um einen pneumatischen Zylinder handelt, zweckmäßigerweise dann, wenn sich die Klemmmittel in der Freigabeposition befinden. Sind die Klemmmittel jedoch noch in der Klemmposition oder nahe der Klemmposition, sodass das Aktorglied nicht oder nicht vollständig freigegeben ist, betätigt das Steuerungsmodul den fluidtechnischen Aktor nicht.

Auch Ausgaben von Warnmeldungen sind möglich. Beispielsweise kann das Steuerungsmodul eine solche Warnmeldung ausgeben, wenn die Klemmmittel nicht innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne nach Betätigung der Klemmvorrichtung die Klemmposition oder die Freigabeposition einnehmen. Es ist auch möglich, dass derartige Ausgabemittel bei der Klemmvorrichtung, insbesondere bei der Positionssensoranordnung, vorhanden sind. Bei den Ausgabemitteln kann es sich um optische und/oder akustische Ausgabemittel handeln, beispielsweise um Warnleuchten, Lautsprecher oder dergleichen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der Beschreibung.

Die Positionssensoranordnung erfasst einen Verschleiß beispielsweise dadurch, dass sie überprüft, ob die Klemmmittel nach einer Betätigung in Richtung der Klemmposition eine dieser Klemmposition zugeordnete erste Stellung erreichen oder nicht. Es versteht sich, dass der Begriff "erste Stellung" zweckmäßigerweise einen Toleranzbereich umfasst, das heißt um einen Toleranz-Wegabschnitt erweitert ist. Wenn sich die Klemmmittel z.B. innerhalb eines Toleranzabschnitts befinden, der der Klemmposition zugeordnet ist, ist die Klemmwirkung noch ausreichend. Ein Verschleiß der Klemmmittel kann sich auch dahingehend auswirken, dass sie das Aktorglied nicht mehr zuverlässig freigeben. In entsprechender Weise erfasst die erfindungsgemäße Positionssensoranordnung, ob sich die Klemmmittel in einer der Freigabeposition zugeordneten zweiten Stellung bzw. einem dieser Freigabeposition zugeordneten Positionsbereich befinden, nachdem eine Betätigung in Richtung der Freigabeposition stattgefunden hat.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße fluidtechnische, vorliegend pneumatische Aktoranordnung mit einem fluidtechnischen Aktor in Gestalt eines pneumatischen Zyli ders und einer erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung, die durch ein Steuermodul gesteuert werden, in einer schematischen Ansicht von vorn,
2 die Klemmvorrichtung gemäß 1 in Querschnittsansicht in einer Freigabeposition, wobei der pneumatische Zylinder nicht gezeigt ist,
3 die Klemmvorrichtung gemäß 2 in einer Klemmposition, und
4 die Klemmvorrichtung gemäß 3 bei in Richtung der Klemmposition verlagerten Klemmmitteln, wobei allerdings eine Verschleißgrenze bei den Klemmmitteln erreicht oder überschritten ist.
Eine insgesamt mit 10 bezeichnete fluidtechnische Aktoranordnung enthält einen fluidtechnischen, vorliegend pneumatischen Aktor 11 sowie eine fluidtechnische, vorliegend pneumatische Klemmvorrichtung 12, die zu einer integralen Baueinheit zusammengefügt sind und durch ein Steuermodul 13, beispielsweise eine speicherprogrammierbare Steuerung, einen Computer oder dergleichen, sicherheitsorientiert steuerbar sind. Das Steuerungsmodul 13 steuert und überwacht die Funktionen der fluidtechnischen Aktoranordnung 10.
Die Klemmvorrichtung 12 und der Aktor 11 sind in einer Längserstreckungsrichtung 17 nebeneinander angeordnet, wobei eine Stirnseite 24 eines Gehäuses 25 der Klemmvorrichtung 12 an der Stirnseite 23 des Aktors 11 angeordnet ist. Die Klemmvorrichtung 12 sowie der Aktor 11 sind beispielsweise miteinander verschraubt oder in sonstiger Weise miteinander verbunden. Es versteht sich, dass auch Bauformen mit einer vom Aktor separaten oder separierbaren Klemmvorrichtung möglich sind.
Der Aktor 11 ist vorliegend ein pneumatischer Arbeitszylinder, bei dem ein Gehäuse 14 eine Kolbenkammer 15 begrenzt, in der ein Kolben 16 in Längserstreckungsrichtung 17 der Aktoranordnung 10 hin und her beweglich gelagert ist. Der Kolben 16 unterteilt die Kolbenkammer 15 in Kammern 18, 19, die mittels einer Steuerventilanordnung 20, beispielsweise einem 4/3-Wegeventil, mit Druckluft aus einer Quelle 21 beaufschlagbar und entlüftbar sind. Das Steuerungsmodul 13 steuert über eine Leitung 27 einen Antrieb 28 der Steuerventilanordnung 20 an, die über Fluidleitungen 29, 30 mit den Kammern 18, 19 verbunden ist. Wenn die Steuerventilanordnung 20 die Kammer 18 mit Druckluft beaufschlagt und die Kammer 19 entlüftet, wird der Kolben 16 in Richtung der Kammer 19, in der Zeichnung also nach oben hin, verlagert. Dabei fährt eine Kolbenstange 22, die das Gehäuse 14 an einer Stirnseite 23 durchdringt, aus dem Gehäuse 14 aus. Wenn die Steuerventilanordnung 20 die Kammer 19 mit Druckluft beaufschlagt und die Kammer 18 ent lüftet wird, wird der Kolben 16 nach unten angetrieben, wobei die Kolbenstange 22 in das Gehäuse 14 einfährt.
Die Kolbenstange 22 durchdringt die Klemmvorrichtung 12 in Längserstreckung 17 und steht vor die Klemmvorrichtung 12 in der Zeichnung nach oben vor. Die Kolbenstange 22 bildet ein Kraftabgriffselement. Beispielsweise ist oben an der Kolbenstange 22 ein durch die Kolbenstange 22 betätigbares Element 26 angeordnet, das in der Figur aus Gründen der Vereinfachung lediglich schematisch angedeutet ist. Das Element 26 ist beispielsweise verhältnismäßig schwer und übt eine große Gewichtskraft auf die Aktoranordnung 10, insbesondere die Kolbenstange 22, aus. Diese Gewichtskraft könnte nun zu einer unerwünschten Verstellung der Kolbenstange 22 führen, wobei das Element 26 beispielsweise nach unten verlagert wird. Um dies zu vermeiden, klemmt die Klemmvorrichtung 12 die Kolbenstange 22 in einer jeweiligen Längsposition bzw. Höhenposition und hält die Kolbenstange 22 in der jeweiligen Position.
Der Klemmvorrichtung 12 ist eine Steuerventilanordnung 31 zugeordnet, beispielsweise ein pneumatisches 3/2-Wegeventil. Die Steuerventilanordnung 31 ist über eine Fluidleitung 36 mit der Klemmvorrichtung 12 verbunden. Das Steuerungsmodul 13 steuert einen Antrieb 32 der Steuerventilanordnung 31 über eine Leitung 33. Bei einer Druckluftbeaufschlagung der Klemmvorrichtung 12 werden Klemmmittel 34 derart betätigt, dass sie die Kolbenstange 22 freigeben, sodass die Kolbenstange 22 längsbeweglich ist. Bei Entlüftung der Klemmvorrichtung 22 verlagert eine Federanordnung 35 der Klemmvorrichtung 12 die Klemmmittel 34 in eine Klemmposition, in der die Klemmvorrichtung 12 bzw. die Klemmmittel 34 die Kolbenstange 22 klemmen und in einer jeweiligen Längsposition, in der Zeichnung einer Höhenposition, klemmen und halten.
Das Steuerungsmodul 13 überwacht die Funktionen des Aktors 11 und der Klemmvorrichtung 12. Beispielsweise ist dem Aktor 11 eine Aktor-Positionssensoranordnung 37, zum Beispiel ein lineares Wegemesssystem, zugeordnet, die über eine Leitung 38 die jeweilige Längsposition des Kolbens 16 an das Steuerungsmodul 13 übermittelt.
Das Steuerungsmodul 13 überwacht ferner die Druckverhältnisse in der Fluidleitung 36 mittels eines Drucksensors 39, der über eine Leitung 40 mit dem Steuerungsmodul 13 verbunden ist. Bei einer herkömmlichen Klemmvorrichtung würde das Steuerungsmodul 13 beispielsweise anhand der von den Druckverhältnissen in der Leitung 40 abhängigen Signale des Drucksensors 39 auf den jeweiligen Schaltzustand "geklemmt" oder "freigegeben" der Klemmvorrichtung 12 schließen und in Abhängigkeit davon, das heißt bei freigegebener Klemmvorrichtung 12, den Aktor 11 betätigen bzw. bei geklemmter Klemmvorrichtung 12 den Aktor 11 nicht betätigen. Wie erläutert ist das Signal des Drucksensors 39 hierfür nur bedingt geeignet, weil beispielsweise mechanische Störungen bei der Klemmvorrichtung 12, ein Knick in der Fluidleitung 36, eine Störung der Steuerventilanordnung 31 oder dergleichen es verhindern können, den Schaltzustand der Klemmvorrichtung 12 anhand der Druckverhältnisse in der Fluidleitung 36 zu ermitteln.
Daher ist bei der erfindungsgemäßen Klemmvorrichtung 12 eine Positionssensoranordnung 41 vorhanden, die die jeweilige Position der Klemmmittel 34 ermittelt und über eine Leitung 42 an das Steuerungsmodul 13 meldet.
Aufbau und Funktionen der Klemmmittel 34 sowie der Positionssensoranordnung 41 werden nachfolgend insbesondere anhand der 2 bis 4 näher erläutert.
Die Kolbenstange 22 durchdringt das Gehäuse 25 in Längsrichtung. Ein vorderer, dem Aktor 11 zugewandter Deckel 43 sowie ein hinterer Deckel 44 verschließen ein rohrartiges Mittelteil 45 des Gehäuses 25. Das Gehäuse 25 weist beispielsweise eine runde, quadratische oder sonstige geometrische Außenkontur auf. Die Kolbenstange 22 hat vorliegend einen kreisrunden Querschnitt, wobei prinzipiell auch andere Querschnitte möglich sind. Die Kolbenstange 22 durchdringt verschiedene Komponenten der Klemmvorrichtung 12, insbesondere die Klemmmittel 34. Angepasst an den kreisrunden Querschnitt der Kolbenstange 22 sind diese Komponenten im Wesentlichen zweckmäßigerweise ringförmig bzw. zur Mittelachse der Klemmvorrichtung 12 rotationssymmetrisch, beispielsweise von der Kolbenstange 22 durchdrungene und diese führende Führungsteile 46, 47 sowie ein Klemmring 49 der Klemmmittel 34, der klemmend auf die Kolbenstange 22 wirken kann.
Das Führungsteil 46 wird vom vorderen Deckel 43 gehalten und ragt in einen durch die Deckel 43, 44 sowie das Mittelteil 45 begrenzten Innenraum 50 der Klemmvorrichtung 12 hinein. Das Führungsteil 47 sitzt an einem Verstellteil 51, das vom hinteren Deckel 44 aufgenommen ist. Das Verstellteil 51 ist in Längserstreckungsrichtung 17 verstellbar am Deckel 44 angeordnet, beispielsweise in den Deckel 44 mit einem nicht dargestellten Gewinde eingeschraubt. Am freien Ende des Deckels 44 ist eine Dichtung 52, beispielsweise ein O-Ring, angeordnet, die die Kolbenstange 22 umschließt und den Innenraum 50 nach außen abdichtet. Die Führungsteile 46, 47 sind beispielsweise als Gleitlager für die Kolbenstange 22 ausgestaltet.
Im Innenraum 50 des Gehäuses 25, das ein Basisteil 53 der Klemmvorrichtung 12 bildet, sind die Klemmmittel 34 angeordnet. Der von der Kolbenstange 22 durchdrungene Klemmring 49 ist mittels einer Schrägflächenanordnung 54 betätigbar, die sozusagen ein Schrägflächen- oder Keilgetriebe bildet. Der Klemmring 49 ist zwischen von der Kolbenstange 22 mit Spiel durchdrungenen Ringen 55, 56 angeordnet, die in Längserstreckungsrichtung 17 mit einem Abstand 57 zueinander beabstandet sind. Konische Schrägflächen 58, 59 an einander zugewandten Seiten der Ringe 55, 56 wirken auf beispielsweise dachkantartige Schrägflächen 60, 61, die sich radial außen am Klemmring 49 befinden.
Die Ringe 55, 56 sind zueinander hin verlagerbar, wobei der Abstand 57 verkleinert wird und die Ringe 55, 56 mit größerem, radial nach innen wirkendem Druck auf den Klemmring 49 wirken, was durch die Ausgestaltung und Anordnung der Schrägflächen 58 bis 61 bedingt ist. Die Ringe 55, 56 üben beispielsweise einen Druck von ca. 1,3 Tonnen auf den Klemmring 49 aus, sodass dieser die Kolbenstange 22 mit großer Kraft klemmt und festhält. Wenn die Ringe 55, 56 entlastet sind, verdrängt sie der Klemmring 49 voneinander weg, so dass der Druck auf den Klemmring 49 und somit dessen Klemmwirkung bis zur Freigabe der Kolbenstange 22 abnimmt.
Das Verstellteil 51 dient zur Justierung der Klemmvorrichtung 12. Das Verstellteil 48 bildet einen Anschlag für den Klemmring 56. Durch Längsverstellen des Verstellteils 48 ist der Ring 56 näher zum Ring 55 hin oder von diesem weiter weg verlagerbar, wobei der Abstand 57 vergrößert bzw. verkleinert wird.
Zum Klemmen und Freigeben der Kolbenstange 22 im normalen Betrieb der Klemmvorrichtung 12 wird der Ring 55 in Längserstreckungsrichtung 17 hin und her bewegt. Zur Längsverlagerung des Rings 55 dient eine Art Umlenkgetriebe 62 mit einem Betätigungsring 63, der in Längsrichtung 17 beweglich innen am Mittelteil 45 gelagert ist. Innenseitig weist der Betätigungsring 63 einen Konus 64, mithin eine Schrägfläche auf. Der Konus 64 bildet eine Art Lagersitz für Kugeln 65, die zwischen einander zugewandten Schrägflächenanschlägen 66, 67 an dem Führungsteil 46 sowie dem Ring 55 angeordnet sind. Der Abstand zwischen den Schrägflächenanschlägen 66, 67 ist nach radial außen, also zum Konus 64 hin, weiter, nach radial innen, also zur Kolbenstange 22 hin, enger. Der Konus 64 ist in Längsrichtung 17 orientiert. Vorliegend ist sein Durchmesser auf seiner zum hinteren Deckel 44 orientierten Seite kleiner und weitet sich zum vorderen Deckel 43 hin auf. Bei Längsverlagerung des Betätigungsrings 63 verdrängt der Konus 64 die Kugeln 65 nach radial innen zwischen die Schrägflächenanschläge 66, 67. Das Führungsteil 46 und somit der Schrägflächenanschlag 66 sind ortsfest, der Ring 55 hingegen in Längsrichtung 17 beweglich. Dementsprechend führt eine Verlagerung der Kugeln 65 nach radial innen zu einer Längsverlagerung des Rings 55 zum Klemmring 49 hin. Dadurch nimmt der nach radial innen wirkende Druck an den Schrägflächen 58 – 61 auf den Klemmring 49 zu, so dass der Klemmring 49 die Kolbenstange 22 klemmt.
Zur Längsverlagerung des Betätigungsrings 63 sind die Federanordnung 35 und ein Betätigungskolben 68 vorgesehen, die vorliegend linear einander entgegenwirkend angeordnet sind.
Die Federanordnung 35 enthält vorliegend eine Schraubenfeder, die sich am hinteren Deckel 44 und am Betätigungsring 63 abstützt. Die Federanordnung 35 ist mit Spiel von den Ringen 55, 56 durchdrungen. Die Federanordnung 35 bewirkt ein Klemmen der Klemmvorrichtung 12 und wirkt z.B. in der Art einer Federspeicherbremse. Die Federanordnung 35 verlagert den Betätigungsring 63 zum vorderen Deckel 43 hin, wodurch ein kleinerer Durchmesser des Konusses 64 auf die Kugeln 65 wirkt, diese nach radial innen verlagert und somit den Ring 55 in Richtung des Ringes 56 verlagert und somit den Druck auf den Klemmring 49 erhöht. Dadurch wird die Kolbenstange 22 geklemmt. Beim Klemmen der Kolbenstange 22 wirkenden Kräfte sind in 3 durch Pfeile dargestellt.
2 hingegen zeigt die Klemmvorrichtung 12 bzw. die Klemmmittel 34 in Freigabeposition, bei der die Kolbenstange 22 längsverschieblich ist. Der Betätigungskolben 68 ist vorliegend ein Ringkolben, der zwischen dem Mittelteil 45 des Gehäuses 25 und dem Führungsteil 46 längsbeweglich gelagert ist. Eine Dichtung 69 ist zwischen dem Mittelteil 45 und dem Betätigungskolben 68, eine Dichtung 70 zwischen dem Betätigungskolben 68 und dem Führungsteil 46 angeordnet. Die Dichtungen 69, 70 sind beispielsweise O-Ringe.
Der Betätigungskolben 68, das Mittelteil 45, das Führungsteil 46 sowie der vordere Deckel 43 begrenzen eine Kolbenkammer 71, die über eine Fluidleitung 72 am Deckel 43 mit Druckluft beaufschlagbar ist. An die Fluidleitung bzw. an den Fluidkanal 72 ist die Fluidleitung 36 angeschlossen. Bei Druckbeaufschlagung der Kolbenkammer 71 wird der Betätigungskolben 68 in der Zeichnung nach links, das heißt vom Deckel 43 weg, verlagert. Der Betätigungskolben 68 verlagert dann den Betätigungsring 63 entgegen der Kraft der Federanordnung 35, wobei ein größerer Radius des Konus' 64 in den Bereich der Kugeln 65 gelangt. Bedingt durch die Schrägflächen 58 bis 61 am Klemmring 49 sowie die Ringe 55, 56 ist am Ring 55 eine in Kraftrichtung der Federanordnung 35 wirkende Kraft, also eine nach rechts wirkende Kraft, vorhanden. Der Ring 55 verdrängt somit die Kugeln 65 nach radial außen. Der Druck auf den Klemmring 49 nimmt dann ab und die Kolbenstange 22 wird freigegeben. Die entsprechenden Kraftflüsse sind in 2 durch Pfeile angedeutet. In 2 ist die Klemmvorrichtung 12 bzw. sind die Klemmmittel 34 in Freigabestellung.
Ein Anschlag 78 am Führungsteil 46 begrenzt den Verlagerungsweg des Betätigungskolbens 68 in Richtung der Freigabestellung. Die Anschläge 78 und 66 werden beispielsweise durch einen nach radial außen vorstehenden Bund am Führungsteil 46 gebildet.
Die Positionssensoranordnung 41 ermittelt, ob die Klemmmittel 34 in Klemmposition oder in Freigabeposition sind. Prinzipiell könnte die Positionssensoranordnung die Positionen, insbesondere die Längspositionen, verschiedener Komponenten der Klemmmittel 34, z.B. des Betätigungsrings 63 oder des Rings 55, ermitteln, um eine Lage der Klemmmittel 34 in Klemmposition oder in Freigabeposition zu erfassen. Beim Ausführungsbeispiel erfasst die Positionssensoranordnung 41 die Längslage des Betätigungskolbens 68. Am Betätigungskolben 68 ist eine Magnetanordnung 73, beispielsweise in Form eines Stabmagneten, eines Ringmagneten oder dergleichen, angeordnet, die mit magnetisch sensitiven Sensoren 74, 75 der Positionssensoranordnung 41 zusammenwirkt. Die Sensoren 74, 7-5 sind beispielsweise Hall-Sensoren, magneto-resistive Sensoren oder dergleichen. Prinzipiell wären auch andere, z.B. optische Sensoren oder dergleichen möglich.
Der Sensor 74 ist der Klemmposition der Klemmmittel 34 zugeordnet, der Sensor 75 der Freigabeposition. In der in 2 dargestellten Freigabeposition ist der Betätigungskolben 68 nach links verlagert. Die Magnetanordnung 73 befindet sich dann gegenüber dem Sensor 75, sodass dieser anspricht und ein die Freigabestellung anzeigendes Freigabesignal 76 erzeugt. Bei der in 3 gezeigten Klemmposition ist der Betätigungskolben 68 nach rechts verlagert. Dann stehen sich die Magnetanordnung 73 und der Sensor 74 gegenüber. Der Sensor 74 spricht an und erzeugt ein Klemmsignal 77.
Die Positionssensoranordnung 41 ist beim Ausführungsbeispiel zudem zu einer Ermittlung eines Verschleißes der Klemmmittel 34 ausgestaltet. Wenn der Klemmring 49 beispielsweise seine Verschleißgrenze erreicht hat, bewirkt die Federspannung der Federanordnung 35 eine maximale Verstellung des Betätigungsringes 63 nach rechts, das heißt vom Klemmring 49 weg, wie in 3 dargestellt ist. Weiter kann der Betätigungskolben 68 nicht mehr verstellt werden, da die Schrägflächen 58 bis 61 bzw. der Ring 55 den Verstellweg in Klemmrichtung begrenzen.
Mit zunehmendem Verschleiß des Klemmrings 49 kann die Federanordnung 35 den Betätigungskolben 68 weiter vom Klemmring 49 weg, also nach rechts in Richtung des Deckels 43, verlagern, wobei bei maximalem Verschleiß die in 4 gezeigte Stellung des Betätigungskolbens 68 erreicht ist. In der Klemmstellung wird dann der Sensor 74 z.B. nicht mehr durch die Magnetanordnung 73 betätigt. Beispielsweise überwacht die Positionssensoranordnung 41 und/oder das Steuerungsmodul 13, ob innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne nach Entlüften der Kolbenkammer 71 der Betätigungskolben 68 den Sensor 74 auslöst. Ist dies nicht der Fall, gibt die Positionssensoranordnung 41 beispielsweise ein Warnsignal 79 aus.
Wenn die Positionssensoranordnung 41 einen Verschleiß der Klemmmittel 34 z.B. anhand des Warnsignals 79 anzeigt, kann dies das Steuerungsmodul 13 beispielsweise an eine übergeordnete Steuerung melden und/oder die Aktoranordnung 10 abschalten oder dergleichen.
Es ist auch möglich, dass die Positionssensoranordnung 41 eine Plausibilitätsüberprüfung durchführt, um ein korrektes Schalten der Klemmvorrichtung 12 zu ermitteln. Die Klemmvorrichtung 12 überprüft z.B., ob einer der beiden Sensoren 74 oder 75 anspricht. Wenn keiner der beiden Sensoren oder beide Sensoren 74, 75 ansprechen, gibt die Positionssensoranordnung 41 ein Warnsignal aus.
Ferner kann die Positionssensoranordnung 41 überprüfen, ob der Sensor 74 eine vorbestimmte Mindest-Zeit eingeschaltet ist, die Klemmvorrichtung 12 mithin in Klemmstellung ist. Wenn der Klemmring 49, wie in 4 gezeigt, verschlissen ist, fährt der Betätigungskolben 68 beim Entlüften der Kolbenkammer 71 sozusagen am Sensor 74 vorbei, sodass dieser nur kurz anspricht, dann aber wieder abschaltet. Somit ist anhand der Einschaltdauer des Sensors 74 ermittelbar, ob die Klemmvorrichtung 12 verschlissen ist. Der Verschleiß kann dann beispielsweise durch Verstellen des Verstellteils 48 oder durch Austausch des Klemmrings 49 kompensiert werden.
Es ist auch möglich, dass die Positionssensoranordnung 41 einen weiteren, einen Verschleiß des Klemmrings 49 ermittelnden Verschleißsensor 80 aufweist, der in 4 als optionale Variante eingezeichnet ist. Bei nicht verschlissenem Klemmring 49 gelangt die Magnetanordnung 73 beim Entlüften der Kolbenkammer 71 nicht in den Erfassungsbereich des Verschleißsensors 80. Wenn der Klemmring 49 jedoch verschlissen ist, löst die Magnetanordnung 73 den Verschleißsensor 80 aus, wobei dieser das Warnsignal 79 erzeugt. Die Positionssensoranordnung 41 kann optische und/oder akustische Ausgabemittel 81, 82 aufweisen, die bei einem Verschleiß der Klemmvorrichtung 12 einen optischen bzw. akustischen Warnhinweis geben.
Das Steuerungsmodul 13 steuert den Aktor 11 und die Klemmvorrichtung 12 beispielsweise folgendermaßen sicherheitsorientiert an. Zunächst betätigt das Steuerungsmodul 13 die Steuerventilanordnung 31, um die Klemmmittel 34 in Freigabeposition zu verlagern. Die Positionssensoranordnung 41 meldet das Erreichen der Freigabestellung an das Steuerungsmodul 13. Dann betätigt das Steuerungsmodul 13 die Steuerventilanordnung 20, um den Kolben 16 in eine gewünschte Längs- bzw. Höhenposition zu verlagern, die die Aktor-Positionssensoranordnung 37 an das Steuerungsmodul 13 meldet. Wenn die gewünschte Längsposition erreicht ist, schaltet das Steuerungsmodul 13 die Steuerventilanordnung 20 in Sperrstellung und zugleich die Steuerventilanordnung 31 in Entlüftungsstellung, sodass die Klemmmittel 34 die Kolbenstange 22 klemmen und halten.
Das Mittelteil 45 ist zweckmäßigerweise aus magnetisch nicht leitfähigem Material. Am Mittelteil kann optional, z.B. im Bereich der Positionssensoranordnung 41, eine magnetische Leiteranordnung 83 zum Leiten eines magnetischen Flusses der Magnetanordnung 73 zu den Sensoren 74, 75 oder den Verschleißsensor 80 vorgesehen sein.
Es versteht sich, dass bei der Klemmvorrichtung 12 auch magnetisch abschirmende Bauteile vorgesehen sein könnten, z.B. um den magnetischen Fluss entweder auf den Sensor 74 oder den Sensor 75 zu lenken.

Claims

Klemmvorrichtung zur Zusammenwirkung mit einem fluidtechnischen Aktor (11), mit fluidtechnisch betätigbaren, an einem Basisteil der Klemmvorrichtung (12) beweglich gelagerten Klemmmitteln (34) zum Klemmen und Halten eines Aktorglieds (22) des Aktors (11), wobei die Klemmmittel (34) zwischen einer Freigabeposition, bei der das Aktorglied (22) beweglich ist, und einer Klemmposition verlagerbar sind, bei der die Klemmmittel (34) das Aktorglied (22) klemmend halten, und mit einer Positionssensoranordnung (41) zur Positionsermittlung der Klemmmittel (34), so dass der Aktor (11) in Abhängigkeit von mindestens einem durch die Positionssensoranordnung (41) erzeugten Positionssignal betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionssensoranordnung (41) zur Ermittlung eines Verschleißes der Klemmmittel (34) ausgestaltet ist.
Klemmvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionssensoranordnung (41) zur Ermittlung der Klemmposition und/oder der Freigabeposition der Klemmmittel (34) ausgestaltet ist.
Klemmvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionssensoranordnung (41) einen der Klemmposition zugeordneten ersten Positionssensor (75) und/oder einen der Freigabeposition der Klemmmittel (34) zugeordneten zweiten Positionssensor (74) enthalten.
Klemmvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionssensoranordnung (41) zu einer zumindest abschnittsweisen Wegstreckenmessung der Klemmmittel (34) ausgestaltet ist.
Klemmvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionssensoranordnung (41) mindestens einen magnetisch betätigbaren Sensor (74, 75) aufweist, und dass die Klemmvorrichtung (12) mindestens einen insbesondere an den Klemmmitteln (34) angeordneten, mit der Positionssensoranordnung (41) zusammenwirkenden Positionsmagneten (73) aufweist.
Klemmvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine magnetische Leiteranordnung zum Leiten eines magnetischen Flusses zu der Positionssensoranordnung (41) hin und/oder von dieser weg aufweist.
Klemmvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmmittel (34) das Aktorglied (22) klemmend halten, wenn der fluidtechnische Aktor (11) nicht betätigt ist.
Klemmvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionssensoranordnung (41) einen Verschleiß der Klemmmittel (34) dadurch erfassen, dass die Klemmmittel (34) nach einer Betätigung nicht innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne in einer der Klemmposition zugeordnete ersten Stellung und/oder eine der Freigabeposition zugeordnete zweiten Stellung sind.
Klemmvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Ausgabemittel (81, 82) zur Ausgabe des mindestens einen Positionssignals und/oder mindestens eines Warnsignals aufweist, wobei das mindestens eine Warnsignal auf eine Fehlfunktion und/oder einen Verschleiß der Klemmvorrichtung (12) hinweist.
Klemmvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Federanordnung (35) zum Verlagern der Klemmmittel (34) in die Klemmposition und zum Halten in der Klemmposition aufweist.
Klemmvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine fluidtechnisch betätigbare Kolbenanordnung enthält, mit der die Klemmmittel (34) in die Freigabeposition und/oder die Klemmposition verlagerbar sind.
Klemmvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmmittel (34) einen vom Aktorglied (22) durchdrungenen Klemmring (49) und/oder eine auf das Aktorglied (22) wirkende Klemmbackenanordnung enthalten.
Klemmvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmmittel (34) eine Schrägflächenanordnung (54) zur Betätigung des Klemmrings (49) bzw. der Klemmbackenanordnung enthalten.
Klemmvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägflächenanordnung (54) eine zwischen Schrägflächen (66, 67) der Schrägflächenanordnung (54) angeordnete Kugellageranordnung (65) und/oder Wälzlageranordnung enthält.
Klemmvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionssensoranordnung (41) ein von der Klemmvorrichtung (12) entfernbares Modul bildet.
Klemmvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionssensoranordnung (41) zum Senden mindestens eines Freigabesignals (76) ausgestaltet ist, wenn die Klemmmittel (34) die Freigabeposition und/oder wenn die Klemmmittel (34) die Klemmposition erreicht haben, wobei das mindestens eine Freigabesignal (76) insbesondere für eine sicherheitsorientierte Ansteuerung des fluidtechnischen Aktors (11) auswertbar ist.
Klemmvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Steuerungsmodul (13) aufweist oder einem Steuerungsmodul (13) zugeordnet ist, das den fluidtechnischen Aktor (11) in Abhängigkeit von dem mindestens einen Freigabesignal (76) ansteuert.
Klemmvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (11) ein pneumatischer Aktor ist.
Fluidtechnische Aktoranordnung (10) mit einem fluidtechnischen Aktor (11) und mit mindestens einer Klemmvorrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Fluidtechnische Aktoranordnung (10) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (11) und die Klemmvorrichtung (12) eine integrale Baueinheit bilden.
Verfahren zur Ansteuerung einer Klemmvorrichtung (12) und eines mit der Klemmvorrichtung (12) zusammenwirkenden fluidtechnischen, insbesondere pneumatischen, Aktors (11), wobei die Klemmvorrichtung (12) fluidtechnisch betätigbare, an einem Basisteil der Klemmvorrichtung (12) beweglich gelagerte Klemmmittel (34) zum Klemmen und Halten eines Aktorglieds (22) des Aktors (11) aufweist, wobei die Klemmmittel (34) zwischen einer Freigabeposition, bei der das Aktorglied (22) beweglich ist, und einer Klemmposition verlagerbar sind, bei der die Klemmmittel (34) das Aktorglied (22) klemmend halten, mit dem Schritt: – Empfangen mindestens eines eine Position der Klemmmittel (34) anzeigenden Positionssignals von einer Positionssensoranordnung (41) der Klemmvorrichtung (12), gekennzeichnet durch: – Ermitteln eines Verschleißes der Klemmmittel (34) anhand des Positionssignals der Positionssensoranordnung (41).