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Die Erfindung betrifft ein Aktorsystem mit einer Aktorsteuerung zur Ansteuerung eines Fluidzylinders und mit einem Fluidzylinder, der zur Bereitstellung einer Linearbewegung ausgebildet ist, wobei die Aktorsteuerung eine Verarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung von Steuerbefehlen, ein Ventileinrichtung zur Beeinflussung von Fluidströmen zwischen einer Fluidquelle und einem Fluidzylinder, einen Versorgungsanschluss für eine fluidische Verbindung der Ventileinrichtung mit dem Fluidzylinder und ein dem Versorgungsanschluss für eine Ermittlung eines Fluiddruckverlaufs zugeordnetes und mit der Verarbeitungseinrichtung verbundenes Sensormittel umfasst, wobei der Fluidzylinder ein Zylindergehäuse mit einer Zylinderbohrung, die längs einer Bewegungsachse ausgebildet ist, einen linearbeweglich abdichtend in der Zylinderbohrung aufgenommenen Arbeitskolben, der zusammen mit einem Umfangswandabschnitt und einem Stirnwandabschnitt des Zylindergehäuses einen größenvariablen Arbeitsraum bestimmt und einen Fluidanschluss für eine Fluidzufuhr in den Arbeitsraum und für eine Fluidabfuhr aus dem Arbeitsraum umfasst und wobei der Arbeitskolben im Arbeitsraum zwischen einer ersten Endposition und zweiten Endposition verschiebbar aufgenommen ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Aktorsystems.
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Aus der
DE 10 2008 016 518 A1 ist ein fluidbetätigter Arbeitszylinder bekannt, der Mittel zur Endlagedämpfung und zur Geschwindigkeitsregulierung seiner einen Antriebskolben aufweisenden Antriebseinheit aufweist. Die Geschwindigkeitsreguliermittel enthalten ein in einem Hauptkanal eingeschaltetes Geschwindigkeitsregulierventil, wobei der Hauptkanal mit einer Anschlussöffnung zu einer Außenfläche des Zylindergehäuses ausmündet. Die Mittel zur Endlagendämpfung enthalten einen druckabhängig veränderlichen Strömungsquerschnitt definierendes Dämpfungs-Drosselventil, das in einem Dämpfungskanal eingeschaltet ist, der zwischen dem Geschwindigkeitsregulierventil und der Anschlussöffnung in den Hauptkanal mündet. Die Versorgung eines derartigen Arbeitszylinders mit Druckluft erfolgt üblicherweise über eine sogenannte Ventilinsel, bei der es sich um eine Steuereinrichtung handelt, die eine speicherprogrammierbare Steuerung umfasst oder zum Anschluss an eine speicherprogrammierbare Steuerung ausgeführt ist. Die Steuereinrichtung umfasst ferner mehrere Fluidventile, mit deren Hilfe Fluidströme zu dem Arbeitszylinder und von dem Arbeitszylinder beeinflusst werden können, um eine gewünschte Bewegung des Antriebskolbens und der damit gekoppelten Kolbenstange zu bewirken. Um eine vorteilhafte Betriebsweise für einen derartigen Antriebszylinder gewährleisten zu können ist es ferner aus dem Stand der Technik bekannt, den Antriebszylinder mit elektrischen Sensoren, sogenannten Zylinderschaltern, auszustatten. Diese Sensoren sind mit der Steuerungseinrichtung verbunden, um eine Annäherung des Antriebskolbens in wenigstens eine Endlage zu ermitteln und in Abhängigkeit der elektrischen Signale dieser Sensormittel, die auf eine Magneteinrichtung am Antriebskolben ansprechen, eine geeignete Bereitstellung oder Abschaltung einer Fluidzufuhr an den Arbeitszylinder vorzunehmen.
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Aus der
DE 102 47 869 A1 ist ein druckmediumsbetätigter Arbeitszylinder mit einem in einem Zylinderraum zwischen zwei Endstellungen längsverschieblichen Kolben bekannt, bei dem zwei den Zylinderraum endseitig verschließende Endteile jeweils Einrichtungen zur Zu- und Ableitung von Druckmedium in die beiden von dem Kolben und dem jeweiligen Endteil begrenzten Zylinderkammern aufweisen, mit einer mit dem Kolben verbundenen Kolbenstange, die durch zumindest eines der Endteile abgedichtet durchgeführt ist und mit einem Differenzdruckaufnehmer, der mit den beiden Zylinderkammern über eigene Leitungsmittel verbunden ist, wobei der Differenzdruckaufnehmer einen Signalausgang für ein von dem jeweiligen Differenzdruck zwischen der Druckmediumsbeaufschlagung der beiden Zylinderkammern abhängiges elektrisches Ausgangssignal aufweist, und wobei Differenzdrucknehmer Differenzdrucksensormittel und eine diesem zugeordnete elektronische Signalsensorschaltung zur Erzeugung des elektrischen Ausgangssignals aufweist, die beide in einem der Enteile angeordnet sind, wobei die zu den Differenzdrucksensormitteln (
19) führenden Leitungsmittel zumindest teilweise in den Endteilen ausgebildet sind und wobei der Signalausgang an dem Endteil vorgesehen ist.
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Die
US 2013/0230389 A1 offenbart ein Ventil mit einem Kolben, der in einem Hohlkörper gleitbeweglich gelagert ist, wobei dem Kolben eine Stange zugeordnet ist, die mit einem beweglichen Glied verbunden werden kann, sowie Versorgungsmittel zum Versorgen des Hohlkörpers mit einem Druckmittel zum Verlagern des Kolbens in dem Hohlkörper zwischen einer Ausgangsstellung und einer Endstellung, und Rückstellmittel zum Rückstellen des Kolbens in die Ausgangsstellung, wenn der Druck im Druckmittel geringer als ein gegebener Druck ist, enthaltend Erfassungsmittel zum Erfassen der Stellung des Kolbens, wobei die Erfassungsmittel ein Verschlussteil aufweisen, das verstellfest mit dem Kolben verbunden und in einer Druckmittelleitung zwischen zwei Stellungen, einer Öffnungs- und einer Schließstellung, verstellbar gelagert ist, wobei die Druckmittelleitung an einem Ende mit den Versorgungsmitteln zum Versorgen des Hohlkörpers mit Druckmittel und an dem anderen Ende mit einem Drucksensor verbunden ist, der ein für die Stellung des Kolbens des Ventils repräsentatives Ausgangssignal erzeugt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Aktorsystem und ein Verfahren zum Betreiben eines Aktorsystems bereitzustellen, bei denen eine vereinfachte Aufbauweise für die Aktorsteuerung und den Fluidzylinder gewährleistet werden kann.
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Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Erfindungsaspekt für ein Aktorsystem der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass der Arbeitskolben und das Zylindergehäuse im Bereich der ersten Endposition eine Signaleinrichtung bilden, die bei einer Annäherungsbewegung des Arbeitskolbens an die erste Endposition für eine Bereitstellung eines Fluidsignals an den Fluidanschluss ausgebildet ist und dass die Verarbeitungseinrichtung derart für eine Auswertung eines Sensorsignals des Sensormittels ausgebildet ist, dass die Annäherung des Arbeitskolbens an die erste Endposition anhand des Fluidsignals ermittelbar ist.
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Mit Hilfe der durch den Arbeitskolben und das Zylindergehäuse gebildeten Signaleinrichtung wird der Umstand ausgenutzt, dass der Arbeitskolben bei der Bewegung in Richtung der ersten Endposition eine kinetische Energie innehat, die zumindest anteilig dazu eingesetzt werden kann, ein Fluidsignal am Fluidanschluss bereitzustellen, insbesondere wenn es sich bei dem Fluid um ein kompressibles Fluid wie Luft handelt. Bei dem Fluidsignal kann es sich beispielsweise um einen Druckimpuls oder eine Fluidschwingung handeln, die zumindest zeitweilig während der Annäherungsbewegung des Arbeitskolbens an die erste Endposition ausgegeben wird. Die Aufgabe der Verarbeitungseinrichtung besteht darin, das am Fluidanschluss ausgegebene Fluidsignal zu ermitteln und aus dem Eintreffen des Fluidsignals auf die Position des Arbeitskolbens im Zylindergehäuse zurückzuschließen. Beispielsweise kann die Aktorsteuerung derart ausgebildet werden, dass sie bei Vorliegen des Fluidsignals beispielsweise eine Veränderung der Fluidzufuhr an den Fluidzylinder und/oder eine Ausgabe eines Statussignals an weitere Komponenten des Aktorsystems vornehmen kann. Beispielsweise kann die Aktorsteuerung nach Ermittlung des Fluidsignals ein diesbezügliches Statussignal an eine übergeordnete Steuerungseinrichtung abgeben, um dadurch beispielsweise einen nächsten Verarbeitungsschritt in dieser Steuerungseinrichtung auszulösen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zweckmäßig ist es, wenn zwischen der Aktorsteuerung und dem Fluidzylinder, insbesondere ausschließlich, eine Fluidleitung zur Verbindung des Versorgungsanschlusses mit dem Fluidanschluss ausgebildet ist. Beim Stand der Technik muss zwischen der Aktorsteuerung und dem Fluidzylinder neben der wenigstens einen Fluidleitung auch eine elektrische Leitung zur Versorgung und Signalübertragung des elektrischen Positions- oder Endlagensensors, insbesondere Zylinderschalters, zur Verfügung gestellt werden. Hingegen wird bei dem erfindungsgemäßen Aktorsystem die ohnehin notwendige Fluidleitung zwischen Aktorsteuerung und Fluidzylinder in einer Doppelfunktion sowohl für eine Fluidversorgung des Fluidzylinders als auch für eine Signalübertragung zwischen Fluidzylinder und Aktorsteuerung genutzt. Sofern der Fluidzylinder zwei oder mehrere Arbeitsräume aufweist werden entsprechend zwei oder mehrere Fluidleitungen vorgesehen. Hingegen ist es nicht erforderlich, elektrische Leitungen zwischen Aktorsteuerung und Fluidzylinder zu verlegen, wodurch sich ein erheblicher Vorteil für das erfindungsgemäße Aktorsystem ergibt, da elektrische Leitungen in der Verlegung anspruchsvoller und hinsichtlich der Dauerfestigkeit weniger langlebig als Fluidleitungen sind.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Stirnwandabschnitt eine längs der Bewegungsachse ausgerichtete Ausnehmung ausgebildet ist und dass dem Arbeitskolben ein in Richtung des Stirnwandabschnitts abragender Vorsprung zugeordnet ist, der für eine abdichtende Aufnahme in der Ausnehmung bei Erreichen einer der ersten Endposition benachbarten ersten Funktionsposition des Arbeitskolbens längs der Bewegungsachse ausgebildet ist und dass der Fluidanschluss fluidisch kommunizierend mit der Ausnehmung verbunden ist, insbesondere in die Ausnehmung einmündet. Mit einer derartigen Ausgestaltung des Arbeitskolbens und des Stirnwandabschnitts kann eine zeitweilige oder zumindest teilweise Trennung des Arbeitsraums vom Fluidanschluss bzw. von dem zwischen dem Fluidkanal, der mit dem Fluidanschluss verbunden ist und in die Ausnehmung einmündet, bei Erreichen der ersten Funktionsposition durch den Arbeitskolben gewährleistet werden. Mit dieser Maßnahme wird die Voraussetzung dafür geschaffen, dass am Fluidanschluss ein Fluidsignal ausgegeben werden kann. Bei dem Fluidsignal kann es sich insbesondere um einen Druckpuls oder um eine Fluidschwingung handeln, wobei in jedem Fall die kinetische Energie des Arbeitskolbens in der ersten Funktionsposition dazu ausgenutzt wird, das im Arbeitsraum verbliebene Fluid wahlweise zu komprimieren und anschließend schlagartig an den Fluidanschluss bereitzustellen oder das im Arbeitsraum aufgenommene Fluid gegen einen erhöhten Strömungswiderstand durch einen entsprechend verkleinerten Strömungsquerschnitt zu fördern, wobei in dem Strömungsquerschnitt ein Schwingungsmittel angeordnet ist, das für eine Schwingungseinleitung auf das strömende Fluid vorgesehen ist oder der Strömungsquerschnitt als Schwingungsmittel ausgebildet ist.
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Dementsprechend kann wahlweise vorgesehen werden, dass der Vorsprung einen Endabschnitt aufweist, der für die abdichtende Aufnahme in der Ausnehmung ausgebildet ist und dass sich an einer Außenoberfläche des Vorsprungs zwischen dem Endabschnitt und dem Arbeitskolben längs der Bewegungsachse ein Strömungskanal erstreckt, wobei die Ausnehmung und der Strömungskanal derart aufeinander abgestimmt sind, dass in einer zwischen der ersten Funktionsposition und der ersten Endposition angeordneten zweiten Funktionsposition eine fluidische Trennung zwischen dem Arbeitsraum und dem Fluidanschluss aufgehoben wird. Damit kann bei einer Annäherung des Arbeitskolbens ausgehend von der ersten Funktionsposition an die erste Endposition eine Bereitstellung eines Druckpulses am Fluidanschluss ermöglicht werden. Alternativ kann der Vorsprung für eine zumindest bereichsweise abdichtende Aufnahme in der Ausnehmung zur Verringerung eines freien Strömungsquerschnitts zwischen dem Arbeitsraum und dem Fluidanschluss ausgebildet sein, wobei in einem verbleibenden Strömungsquerschnitt ein Schwingungsmittel angeordnet ist, das für eine Schwingungseinleitung auf strömendes Fluid im verbleibenden Strömungsquerschnitt ausgebildet ist.
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Mit Hilfe des Strömungskanals, der sich zwischen dem Endabschnitt des Vorsprungs und dem Arbeitskolben längs der Bewegungsachse erstreckt, kann eine von der Position des Arbeitskolbens längs der Bewegungsachse abhängige fluidische Verbindung zwischen dem Arbeitsraum und dem Fluidanschluss bereitgestellt werden. Dabei sind der Vorsprung, der Strömungskanal und die Ausnehmung im Stirnwandabschnitt derart aufeinander abgestimmt, dass bei Annäherung des Arbeitskolbens an die erste Endposition auf Höhe der ersten Funktionsposition zunächst eine vollständige Unterbrechung einer fluidisch kommunizierenden Verbindung zwischen dem Arbeitsraum und dem Fluidanschluss vorliegt. Bei weiterer Annäherung des Arbeitskolbens an die erste Funktionsposition, die mit einer Komprimierung des im Arbeitsraum aufgenommenen kompressiblen Fluids einhergeht, wird die abdichtende Wirkung zwischen dem Endabschnitt des Vorsprungs und der Ausnehmung mit Hilfe des am Vorsprung vorgesehenen Strömungskanals aufgehoben, wobei das komprimierte Fluid nunmehr schlagartig an den Fluidanschluss bereitgestellt wird, so dass das gewünschte Fluidsignal als Druckpuls am Fluidanschluss vorliegt.
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Alternativ sind der Vorsprung und der Stirnwandabschnitt derart aufeinander abgestimmt, dass bei Erreichen der ersten Funktionsposition ein verkleinerter Strömungsquerschnitt zwischen dem Arbeitsraum und dem Fluidanschluss verbleibt, in dem ein Schwingungsmittel angeordnet ist. Durch die Verringerung des freien Strömungsquerschnitts zwischen Arbeitsraum und Fluidanschluss wird eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids im verbleibenden Strömungsquerschnitt bewirkt, wobei das Schwingungsmittel derart ausgebildet ist, dass es bei Vorliegen dieser erhöhten Strömungsgeschwindigkeit eine Schwingungserzeugung im strömenden Fluid bewirkt. Die dadurch hervorgerufenen Schwingung im Fluid kann mit Hilfe des Sensormittels in der Aktorsteuerung detektiert werden und dient als Information darüber, dass der Arbeitskolben die erste Funktionsposition erreicht hat.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass in dem Stirnwandabschnitt zwischen dem Arbeitsraum und dem Fluidanschluss ein Strömungskanal ausgebildet ist, der einen kleineren Querschnitt als die Ausnehmung aufweist und in dem das Schwingungsmittel angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform des Fluidzylinders ist vorgesehen, dass der Vorsprung für eine abdichtende Aufnahme in der Ausnehmung ausgebildet ist, so dass bei Erreichen der ersten Funktionsposition ein Fluidstrom zwischen Arbeitsraum und Fluidanschluss ausschließlich durch den Strömungskanal stattfinden kann, in dem das Schwingungsmittel angeordnet ist. Hierdurch kann das Schwingungsmittel in vorteilhafter Weise geschützt untergebracht werden und auf die Geometrie des Strömungskanals angepasst werden, um eine besonders effiziente Einkopplung von Schwingungen in den Fluidstrom zu ermöglichen.
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Vorteilhaft ist es, wenn das Schwingungsmittel als Abrisskante oder Schwingungszunge ausgebildet ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gemäß einem zweiten Erfindungsaspekt mit einem Verfahren gelöst, wie es im Anspruch 8 angegeben ist. Das Verfahren umfasst hierbei die Schritte: Ermittlung eines Fluiddruckverlaufs, Auswertung des Fluiddruckverlaufs in der Verarbeitungseinrichtung, Ermitteln einer Annäherung des Arbeitskolbens an die erste Endposition.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Aktorsystems mit einer Aktorsteuerung und einem Fluidzylinder, in dem eine erste Ausführungsform einer Signaleinrichtung ausgebildet ist und
- 2 eine zweite Ausführungsform eines Aktorsystems mit einer Aktorsteuerung und einem Fluidzylinder, in dem eine zweite Ausführungsform einer Signaleinrichtung ausgebildet ist.
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Das in der 1 dargestellten Aktorsystem 1 umfasst eine Aktorsteuerung 2 und einen Fluidzylinder 3, der zur Bereitstellung einer Linearbewegung ausgebildet ist.
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Die Aktorsteuerung 2 kann wahlweise als eigenständige Steuerung ausgebildet sein, die den angeschlossenen Fluidzylinder 3 gemäß einem vorgegebenen Ablaufprogramm ansteuert, um eine lineare Bewegung eines dem Fluidzylinder 3 zugehörigen Arbeitskolbens 4 und einer mit dem Arbeitskolben 4 verbundenen Kolbenstange 5 zu bewirken. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Aktorsteuerung 2 über eine lediglich gestrichelt dargestellte Anschlussleitung 6 mit einer nicht dargestellten übergeordneten Steuerung, insbesondere einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), gekoppelt ist, von der Bewegungsbefehle über ein Feldbussystem oder ein proprietäres internes Bussystem oder eine I/O-Link-Verbindung oder einen Multipolanschluss an die Aktorsteuerung 2 bereitgestellt werden und dort in entsprechende Steuersignale zur Ansteuerung des Fluidzylinders 3 umgesetzt werden.
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Exemplarisch umfasst die Aktorsteuerung 2 eine beispielsweise als Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgebildete Verarbeitungseinrichtung 7, die elektrisch über Verbindungsleitungen 9, 10 mit einer exemplarisch als 3/3-Wegeventil ausgebildeten Ventileinrichtung 8 gekoppelt ist. Ferner ist die Verarbeitungseinrichtung 7 über eine elektrische Verbindungsleitung 11 mit einem als elektropneumatischer Drucksensor ausgebildeten Sensormittel 12 verbunden und für einen Empfang und eine Verarbeitung von Sensorsignalen des Sensormittels 12 ausgebildet.
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Das Sensormittel 12 ist über einen Leitungsabschnitt 15 fluidisch mit einem Versorgungsanschluss 16 verbunden, der seinerseits über einen weiteren Leitunsabschnitt 17 mit einem Ausgangsanschluss der Ventileinrichtung 8 verbunden ist. Das Sensormittel 12 ist zur Ermittlung eines Fluiddrucks am Versorgungsanschluss 16 und zur Bereitstellung eines mit dem ermittelten Fluiddruck korrespondierenden Sensorsignals an die Verarbeitungseinrichtung 7 ausgebildet.
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Die Ventileinrichtung 8 ist an einem Eingangsanschluss über einen Leitungsabschnitt 18 mit einer Fluidquelle 19 verbunden. Ferner ist die Ventileinrichtung 8 über einen weiteren Leitungsabschnitt 20 mit einem Fluidauslass verbunden, der mit einem Schalldämpfer 21 versehen ist, um bei einem Austreten eines Fluidstroms aus dem Fluidauslass eine Schalldämpfung zu erzielen. Exemplarisch handelt es sich bei der Ventileinrichtung 8 um ein 3/3-Wegeventil mit elektrischer Ansteuerung und Mittelstellung durch Federn. Dabei wird die elektrische Ansteuerung der Ventileinrichtung 8 durch Magnetspulen 22, 23 bewirkt, die über die Verbindungsleitungen 9, 10 mit der Verarbeitungseinrichtung 7 verbunden sind. In der durch die Federn 24, 25 vorgegebenen Mittelstellung der Ventileinrichtung 8 sind Verbindungen zwischen dem Versorgungsanschluss 16 und der Fluidquelle 19 sowie dem Schalldämpfer 21 unterbrochen. Bei Ansteuerung der Magnetspule 22 mit Hilfe der Verarbeitungseinrichtung 7 wird eine fluidisch kommunizierende Verbindung zwischen der Fluidquelle 19 und dem Versorgungsanschluss 16 hergestellt, wodurch der Arbeitskolben 4 in Richtung der zweiten Endposition 40 bewegt werden kann. Bei elektrischer Ansteuerung der Magnetspule 23 wird hingegen eine fluidisch kommunizierende Verbindung zwischen dem Versorgungsanschluss 16 und dem Schalldämpfer 21 hergestellt, wodurch ein Abströmen von Fluid aus einem Arbeitsraum 34 ermöglicht wird. Exemplarisch wird davon ausgegangen, dass eine äußere Kraft auf die Kolbenstange 5 wirkt, die beispielsweise längs einer Bewegungsachse 29 in Richtung einer ersten Endposition 39 gerichtet ist.
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Der Fluidzylinder 3 umfasst neben dem Arbeitskolben 4 und der Kolbenstange 5 ein Zylindergehäuse 27, in dem eine Zylinderbohrung 28 eingebracht ist, die sich längs der Bewegungsachse 29 erstreckt. In einer normal zur Bewegungsachse 29 ausgerichteten Querschnittsebene kann das Zylindergehäuse 27 beispielsweise einen quadratischen Querschnitt aufweisen, während die Zylinderbohrung 28 beispielhaft einen kreisrunden Querschnitt aufweist. Das Zylindergehäuse 27 ist jeweils endseitig mit einer Stirnwand 30, 31 versehen, wobei die Stirnwände 30 und 31 zusammen mit einem Umfangswandabschnitt 32 einen Bewegungsraum 33 für den Arbeitskolben 4 begrenzen. Ferner bilden der Umfangswandabschnitt 32 und die Stirnwand 30 als Teilabschnitt des Bewegungsraums 33 einen Arbeitsraum 34 für den Arbeitskolben 4. Da der Arbeitskolben 4 längs der Bewegungsachse 29 verschiebbar ausgebildet ist, ist der Arbeitsraum 34 größenvariabel. Eine Bewegung des Arbeitskolbens 4 kann einerseits durch Einwirken von äußeren Kräften auf die Kolbenstange 5 vorgesehen werden, andererseits kann durch Versorgung des Arbeitsraums 34 mit druckbeaufschlagtem Fluid von der Fluidquelle 19 eine Bewegung des Arbeitskolbens 4 hervorgerufen werden. Exemplarisch ist der Fluidzylinder 3 mit einer im Arbeitsraum 33 angeordneten und an einander gegenüberliegenden Oberflächen der Stirnwand 31 und des Arbeitskolbens 4 abgestützten Feder 80 ausgestattet, die mit einer Vorspannung in den Fluidzylinder 3 eingebaut ist und die ohne Einwirken eines Fluiddrucks auf den Arbeitskolben 4 oder einer äußeren Kraft auf die Kolbenstange 5 eine Rückstellung und Positionierung des Arbeitskolbens 4 in der ersten Funktionsposition 39 bewirkt. Ferner ist im Umfangswandabschnitt 32 eine kommunizierend mit dem Bewegungsraum 33 verbundene Ausgleichsbohrung 81 vorgesehen, die einen Druckausgleich im Bewegungsraum 33 bei einer Bewegung des Arbeitskolbens 4 ermöglicht.
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Exemplarisch ist vorgesehen, dass der Arbeitskolben 4 längs der Bewegungsachse 29 zwischen einer ersten Endposition 39, in der eine erste Stirnseite 35 des Arbeitskolbens 4 in Kontakt zur ersten Stirnwand 30 gelangt und einer zweiten Endposition 40, in der eine zweite Stirnseite 36 des Arbeitskolbens 4 in Kontakt mit der zweiten Stirnwand 31 gelangt, verschoben werden. Um eine abdichtende Auftrennung zwischen dem Arbeitsraum 34 und dem übrigen Teil des Bewegungsraums 33zu gewährleisten, ist umfangsseitig am Arbeitskolben 4 eine umlaufende Dichtung 37 vorgesehen, die für eine gleitfähige Abdichtung zwischen Arbeitskolben 4 und Umfangswandabschnitt 32 vorgesehen ist.
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An der ersten Stirnseite 35 des Arbeitskolbens 4 ist ferner ein Vorsprung 38 ausgebildet, der vorzugsweise in einer quer zur Bewegungsachse 29 ausgerichteten Querschnittsebene einen kreisrunden Querschnitt aufweist. Um eine Bewegung des Arbeitskolbens 4 in die erste Endposition 39 zu ermöglichen, ohne dass der Vorsprung 38 einen Kontakt zwischen der Stirnseite 35 des Arbeitskolbens 4 und der Stirnwand 30 verhindert, ist in der Stirnwand 30 eine an den Vorsprung 38 angepasste Ausnehmung 41 ausgebildet. Die Ausnehmung 41 weist in einer quer zur Bewegungsachse 29 ausgerichteten Querschnittsebene einen Querschnitt auf, der an den Querschnitt des Vorsprungs 38 angepasst ist. Zirkular umlaufend an einem dem Arbeitsraum 34 zugewandten Endbereich der Ausnehmung 41 ist eine Dichtung 42 vorgesehen, die eine abdichtende Aufnahme des Vorsprungs 38 in der Ausnehmung 41 gewährleistet. Die Ausnehmung 41 steht über einen Fluidkanal 43, der exemplarisch bindung mit einem Fluidanschluss 44, der seinerseits exemplarisch als Aufnahme für den Fluidschlauch 26 ausgebildet ist.
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Bei einer Annäherung des Arbeitskolbens 4 aus der in 1 dargestellten Position in eine erste Funktionsposition 45, in der der Vorsprung 38 in die Ausnehmung 41 eindringt, wird eine fluidisch kommunizierende Verbindung zwischen dem Arbeitsraum 34 und der Ausnehmung 41 unterbrochen, so dass ein Fluidaustausch zwischen den Arbeitsraum 34 und der Ausnehmung 41 unterbunden ist. Um dennoch eine weitere Annäherungsbewegung des Arbeitskolbens 4 in die erste Endposition 39 zu ermöglichen, ist abseits der Ausnehmung 41 ein exemplarisch längs der Bewegungsachse 29 erstreckter Strömungskanal 46 vorgesehen, der in den Fluidkanal 43 einmündet und somit bei geeigneter Schaltstellung der Ventileinrichtung 8 eine Abfuhr von Fluid aus dem Arbeitsraum 34 über den Fluidkanal 43 und den Fluidschlauch 26 bis hin zum Schalldämpfer 21 ermöglicht.
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Um der Verarbeitungseinrichtung 7 eine Detektion der Annäherung des Arbeitskolbens 4 an die erste Endposition 39 zu ermöglichen, ist im Strömungskanal 46 ein Schwingungsmittel 47 angeordnet, bei dem es sich exemplarisch um eine Federstahlzunge 48 handelt, die an einem Halter 49 angebracht ist. Die Federstahlzunge 48 und der Halter 49 sind derart auf einen Querschnitt des Strömungskanals 46 angepasst, dass sie bei Vorliegen einer konstruktiv vorgebbaren Strömungsgeschwindigkeit für das Fluid in Richtung des Fluidanschlusses 44 eine Schwingung in das strömende Fluid einkoppelt, die sich längs des Fluidkanals 43, des Fluidschlauchs 26 und den Leitungsabschnitten 17 und 15 bis hin zum Sensormittel 12 ausbreitet. Das Sensormittel 12 erfasst die beim Abströmen des Fluids aus dem Arbeitsraum 34 durch den Strömungskanal 46 auftretende Schwingung im Fluid und sendet ein entsprechendes Sensorsignal an die Verarbeitungseinrichtung 7. Die Verarbeitungseinrichtung 7 ist derart ausgebildet, dass sie die Schwingung erkennen kann, insbesondere wenn die Schwingung eine vorgegebene Frequenz aufweist oder zumindest innerhalb eines vorgebbaren Frequenzbands liegt. Anhand der Information über das Auftreten der Schwingung kann die Verarbeitungseinrichtung 7 unter Verwendung geeigneter Algorithmen, insbesondere in Form einer Software, die Annäherung des Arbeitskolbens 4 an die erste Endposition 39 detektieren und wahlweise ein entsprechendes Statussignal an eine übergeordnete Steuerungseinrichtung ausgeben oder ggf. die Ventileinrichtung 8 in eine Schaltstellung bringen, in der eine weitere Bewegung des Arbeitskolbens 4 unterbunden wird oder ggf. durch Zufuhr von Fluid in den Arbeitsraum 34 umgekehrt wird.
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Bei der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform eines Aktorsystems 51 werden für funktionsgleiche Komponenten die gleichen Bezugszeichen verwendet wie bei der in 1 dargestellten Komponenten. Ferner wird auf eine nochmalige Erläuterung der funktionsgleichen Komponenten verzichtet.
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Bei dem Aktorsystem 51 wird in gleicher Weise wie beim Aktorsystem 1 ein Vorsprung 52 eines Fluidzylinders 53 zusammen mit einer Ausnehmung 58 genutzt, um bei Erreichen der ersten Funktionsposition 54 eine fluidische Trennung zwischen dem Arbeitsraum 34 und Fluidanschluss 44 zu bewirken und nach Passieren der ersten Funktionsposition 54 durch den Arbeitskolben 4 eine Signaleinrichtung zu bilden.
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Abweichend von dem in der 1 dargestellten Aktorsystem 1 arbeitet das Aktorsystem 51 mit einem Druckpuls, der dadurch erzeugt wird, dass der Vorsprung 52 einen längs der Bewegungsachse 29 erstreckten, in eine Umfangsoberfläche des Vorsprungs 52 nutförmig eingebrachten Strömungskanal 55 aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass sich der Strömungskanal 55 nicht über die gesamte Erstreckung des Vorsprungs 52 längs der Bewegungsachse 29 ausdehnt, sondern an einem dem Arbeitskolben 4 abgewandten Endbereich des Vorsprungs 52 ein Endabschnitt 56 ausgebildet ist, der zumindest nahezu den gleichen Querschnitt wie die Ausnehmung 58, insbesondere einen kreisförmigen Querschnitt, aufweist. Dementsprechend wird zunächst bei Erreichen der ersten Funktionsposition 54 mit Hilfe des Endabschnitts 56 des Vorsprungs 52 die gewünschte Trennung zwischen dem Arbeitsraum 34 und der Ausnehmung 58 in der Stirnwand 60 des Zylindergehäuses 59 erzielt. Diese fluidische Trennung wird solange aufrechterhalten, bis ein vorderes Ende 57 des Strömungskanals 55 die Dichtung 42 vollständig passiert hat. Bei einer weiteren Annäherungsbewegung des Arbeitskolbens 4 an die erste Endposition 39 stellt der Strömungskanal 55 die fluidisch kommunizierende Verbindung zwischen dem Arbeitsraum 34 und der Ausnehmung 58 wieder her, so dass das zwischenzeitlich im Arbeitsraum 34 eingeschlossene und zumindest bei Verwendung eines kompressiblen Fluids komprimierte Fluid schlagartig in die Ausnehmung 58 entweichen kann, um von dort über den Fluidkanal 46, den Fluidschlauch 26 und die Leitungsabschnitte 17 und 15 zum Sensormittel 12 zu gelangen. Das Sensormittel 12 gibt bei Eintreffen des Druckpulses ein korrespondierendes Sensorsignal an die Verarbeitungseinrichtung 7 aus, die ihrerseits dazu ausgebildet ist, das Erreichen der ersten Funktionsposition 54 und die Annäherung des Arbeitskolbens 4 an die erste Endposition 39 zu detektieren.
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Vorteilhaft bei den erfindungsgemäßen Aktorsystemen 1, 51 ist es, dass an dem exemplarisch als Fluidzylinder ausgebildeten fluidischen Aktor 3, 53 keine elektrischen Anschlüsse erforderlich sind, da die Positionsdetektion für die Position des Arbeitskolbens 4 längs der Bewegungsachse 29 vollständig in die Aktorsteuerung 2 integriert ist. Dementsprechend müssen keine elektrischen Leitungen zwischen der Aktorsteuerung 2 und dem Fluidzylinder 3, 53 verlegt werden, was eine erhebliche Vereinfachung für den Anschluss des Fluidzylinders 3, 53 bedeutet. Bei einer Verwendung von fluidischen Aktoren mit mehreren Arbeitsräumen und entsprechend zugeordneten Fluidanschlüssen sind den jeweils zugeordneten Versorgungsanschlüssen entsprechende Sensormittel zuzuordnen, so dass sowohl ein Erreichen einer ersten als auch einer zweiten Endposition mit Hilfe der Verarbeitungseinrichtung ermittelt werden kann.
