DE102016200924B4 - Method and control device for determining a wear condition - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Bestimmen eines Verschleißzustands einer fluidisch angetriebenen Arbeitsvorrichtung (2) mit zwei Druckkammern (4, 5) und einem Arbeitsglied (6), das mittels Druckbeaufschlagung der Druckkammern (4, 5) zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung bewegbar ist, umfassend die Schritte: Erhöhen (S2, S6) einer Druckdifferenz zwischen den beiden Druckkammern (4, 5), Erfassen (S4, S8) eines Druckwerts einer der Druckkammern (4, 5) und/oder eines davon abgeleiteten Werts, wenn eine Stellungsänderung des Arbeitsglieds (6) erfasst wird, und Bestimmen eines Verschleißzustandes der Arbeitsvorrichtung (2) gemäß dem erfassten Druckwert und/oder dem davon abgeleiteten Wert, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhöhen (S2, S6) der Druckdifferenz und Erfassen (S4, S8) eines Druckwerts und/oder abgeleiteten Werts wenigstens zweimal hintereinander durchgeführt wird, wobei wenigstens eine der Druckkammern (4, 5) beim zweiten Mal mit einem anderen Druck beaufschlagt wird als beim ersten Mal, so dass zwei verschiedene Druckwerte und/oder abgeleitete Werte erhalten werden und diese Druckwerte und/oder abgeleiteten Werte der Bestimmung des Verschleißzustands zugrunde gelegt werden.Method for determining a wear state of a fluidically driven working device (2) with two pressure chambers (4, 5) and a working member (6) which can be moved between a first and a second position by applying pressure to the pressure chambers (4, 5), comprising the steps : increasing (S2, S6) a pressure difference between the two pressure chambers (4, 5), detecting (S4, S8) a pressure value of one of the pressure chambers (4, 5) and/or a value derived therefrom when a change in position of the working member (6 ) is detected, and determining a wear state of the working device (2) according to the detected pressure value and/or the value derived therefrom, characterized in that increasing (S2, S6) the pressure difference and detecting (S4, S8) a pressure value and/or derived value is carried out at least twice in succession, at least one of the pressure chambers (4, 5) being pressurized the second time with a different pressure than the first time, so that two different pressure values and / or derived values are obtained and these pressure values and / or derived values are used as a basis for determining the state of wear.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Verschleißzustands einer fluidisch angetriebenen Arbeitsvorrichtung mit zwei Druckkammern und einem Arbeitsglied, das mittels Druckbeaufschlagung der Druckkammern zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung bewegbar ist. Das Verfahren umfasst die Schritte: Erhöhen einer Druckdifferenz zwischen den beiden Druckkammern, Erfassen eines Druckwerts einer der Druckkammern und/oder eines davon abgeleiteten Werts, wenn eine Stellungsänderung des Arbeitsglieds erfasst wird, und Bestimmen eines Verschleißzustands der Arbeitsvorrichtung gemäß dem erfassten Druckwert und/oder des davon abgeleiteten Werts.The invention relates to a method for determining a wear state of a fluidically driven working device with two pressure chambers and a working member which can be moved between a first and a second position by pressurizing the pressure chambers. The method includes the steps of: increasing a pressure difference between the two pressure chambers, detecting a pressure value of one of the pressure chambers and/or a value derived therefrom when a change in position of the working member is detected, and determining a wear state of the working device according to the detected pressure value and/or the value derived from it.
Die Erfindung betrifft ferner eine Steuerungseinrichtung für ein System umfassend eine Fluidversorgungseinrichtung mit wenigstens zwei Arbeitsanschlüssen, an denen jeweils ein vorbestimmter Druck eingestellt werden kann, eine Drucksensoreinrichtung zur Erfassung der an den Arbeitsanschlüssen anliegenden Drücke, und eine fluidisch angetriebene Arbeitsvorrichtung mit zwei Druckkammern, die jeweils mit den Arbeitsanschlüssen fluidisch verbunden sind, und einem Arbeitsglied, das mittels Druckbeaufschlagung der Druckkammern zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung bewegbar ist, sowie einer Sensoreinrichtung zur Erfassung einer Stellungsänderung des Arbeitsglieds. Die Steuerungseinrichtung ist ausgebildet, Steuerbefehle an die Fluidversorgungseinrichtung auszugeben, so dass eine Erhöhung einer Druckdifferenz zwischen den beiden Druckkammern bewirkt wird, und ein Drucksignal von der Drucksensoreinrichtung zu erfassen, wenn aus einem empfangenen Sensorsignal von der Sensoreinrichtung eine Stellungsänderung des Arbeitsglieds erfasst wird.The invention further relates to a control device for a system comprising a fluid supply device with at least two working ports, at each of which a predetermined pressure can be set, a pressure sensor device for detecting the pressures present at the working ports, and a fluidically driven working device with two pressure chambers, each with are fluidly connected to the working connections, and a working member which can be moved between a first and a second position by pressurizing the pressure chambers, and a sensor device for detecting a change in position of the working member. The control device is designed to issue control commands to the fluid supply device, so that an increase in a pressure difference between the two pressure chambers is caused, and to detect a pressure signal from the pressure sensor device when a change in position of the working member is detected from a received sensor signal from the sensor device.
Bei der genannten Arbeitsvorrichtung tritt nach einer bestimmten Nutzungsdauer bzw. nach einer bestimmten Zahl von Stellungsänderungen des Arbeitsglieds in der Regel Verschleiß auf, der die Funktionalität der Arbeitsvorrichtung beeinträchtigen kann.In the case of the working device mentioned, wear usually occurs after a certain period of use or after a certain number of position changes of the working member, which can impair the functionality of the working device.
Bei einer als Pneumatikzylinder ausgebildeten Arbeitsvorrichtung kann Verschleiß beispielsweise an einer Kolbendichtung auftreten. Ein Pneumatikzylinder umfasst bekanntlich eine häufig auch als Zylinderbohrung bezeichnete Arbeitskammer, in der ein Kolben mit einer zugeordneten Kolbendichtung beweglich gelagert ist. Die Kolbendichtung befindet sich zwischen dem Kolben und der Innenwand der Arbeitskammer und dient dazu, die Arbeitskammer in zwei zueinander abgedichtete Druckkammern unterteilen.In a working device designed as a pneumatic cylinder, wear can occur, for example, on a piston seal. As is known, a pneumatic cylinder includes a working chamber, often referred to as a cylinder bore, in which a piston with an associated piston seal is movably mounted. The piston seal is located between the piston and the inner wall of the working chamber and serves to divide the working chamber into two mutually sealed pressure chambers.
Zwischen der Dichtung und der Innenwand der Arbeitskammer kommt es im Betrieb zu Reibung. Mit der Zeit verschleißt die Dichtung und/oder die Innenwand der Arbeitskammer und es entsteht Abrieb. Die Reibung der Dichtung gegenüber der Innenwand nimmt typischerweise mit fortschreitendem Dichtungsverschleiß zu. Am Ende des Verschleißprozesses entsteht schließlich Leckage zwischen den beiden Druckkammern.Friction occurs between the seal and the inner wall of the working chamber during operation. Over time, the seal and/or the inner wall of the working chamber wears out and abrasion occurs. The friction of the seal against the inner wall typically increases as seal wear progresses. At the end of the wear process, a leak ultimately occurs between the two pressure chambers.
Gemäß dem eingangs genannten Verfahren wird ein Verschleißzustand abhängig davon bestimmt, welcher Druck in einer Druckkammer bzw. welche Druckdifferenz zwischen den Druckkammern benötigt wird, um das Arbeitsglied eine Stellungsänderung ausführen zu lassen. Für diese Bestimmung des Verschleißzustands wird insbesondere davon ausgegangen, dass die Stellungsänderung des Arbeitsglieds aus einer Ruhelage heraus erfolgt bzw. dass das Arbeitsglied aus einer Ruhelage heraus in Bewegung versetzt wird. Der Druck, bei dem eine Stellungsänderung des Arbeitsglieds erfolgt, wird nachstehend auch als Losbrechdruck bezeichnet.According to the method mentioned at the beginning, a state of wear is determined depending on which pressure in a pressure chamber or which pressure difference between the pressure chambers is required in order to allow the working member to change position. For this determination of the state of wear, it is assumed in particular that the change in position of the working member occurs from a rest position or that the working member is set in motion from a rest position. The pressure at which the position of the working member changes is also referred to below as the breakaway pressure.
Aus dem Losbrechdruck bzw. der entsprechenden Druckdifferenz zwischen den Druckkammern kann darauf geschlossen werden, wie groß die Reibkraft ist, die überwunden werden muss, um das Arbeitsglied in Bewegung zu versetzen. Je größer die zu überwindende Reibkraft ist, desto höher ist auch der benötigte Druck bzw. die benötigte Druckdifferenz, bei welcher eine Stellungsänderung erfolgt.From the breakaway pressure or the corresponding pressure difference between the pressure chambers, it can be concluded how large the frictional force is that must be overcome in order to set the working member in motion. The greater the friction force to be overcome, the higher the required pressure or the required pressure difference at which a change in position takes place.
Die Größe der Reibkraft ist wiederum ein Indiz dafür, ob Verschleiß vorliegt. Somit kann bereits durch die Feststellung der Reibkraft bzw. durch die Feststellung einer von der Reibkraft abhängigen oder mit dieser korrelierenden Größe ein Verschleißzustand bestimmt werden. Insbesondere stellt dabei bereits die Feststellung der Reibkraft bzw. des Losbrechdrucks oder der Druckdifferenz die Bestimmung des Verschleißzustandes dar.The size of the friction force is in turn an indication of whether wear is present. Thus, a state of wear can be determined simply by determining the frictional force or by determining a variable that is dependent on the frictional force or correlates with it. In particular, the determination of the frictional force or the breakaway pressure or the pressure difference already represents the determination of the state of wear.
Basierend auf der festgestellten Reibkraft kann dann beispielsweise die Ansteuerung der Arbeitsvorrichtung angepasst werden, um so die festgestellte Reibkraft bzw. die durch den Verschleiß verursachte Erhöhung der Reibkraft zu kompensieren.Based on the determined friction force, the control of the working device can then be adjusted, for example, in order to compensate for the determined friction force or the increase in friction force caused by wear.
Insbesondere wenn die Reibkraft bzw. die zuvor genannte Größe einen bestimmten Schwellenwert übersteigt, kann davon ausgegangen werden, dass ein bestimmter Verschleißzustand erreicht ist. Vorzugsweise wird der Verschleißzustand basierend auf einem Vergleich des erfassten Druckwerts und/oder des davon abgeleiteten Werts mit einem Referenzwert bestimmt.In particular, if the friction force or the aforementioned size exceeds a certain threshold value, it can be assumed that a certain state of wear has been reached. Preferably, the wear condition is determined based on a comparison of the detected pressure value and/or the value derived therefrom with a reference value.
Beispielsweise wird der Druckwert oder die Druckdifferenz, bei dem bzw. bei der die Stellungsänderung erfolgt ist, oder ein davon abgeleiteter Wert mit einem Referenzwert verglichen. Basierend auf dem Vergleich kann schließlich der Verschleißzustand bestimmt werden.For example, the pressure value or the pressure difference at which the position change occurred, or a value derived therefrom, is compared with a reference value. Based on the comparison, the wear condition can finally be determined.
Somit kann auf einfache und effiziente Art und Weise frühzeitig bestimmt werden, ob Verschleiß vorliegt oder nicht.This makes it easy and efficient to determine early on whether there is wear or not.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die Leckage einer Arbeitsvorrichtung zu ermitteln. So beschreibt die
Die
Die
Die
Die
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Steuerungseinrichtung bereitzustellen, um bei einer Arbeitsvorrichtung der eingangs genannten Art einen Verschleißzustand in zuverlässiger Weise frühzeitig bestimmen zu können.It is an object of the invention to provide a method and a control device in order to be able to reliably determine a wear condition at an early stage in a working device of the type mentioned at the outset.
Diese Aufgabe wird anhand der im Kennzeichen des Anspruchs 1 definierten Merkmale gelöst.This task is solved using the features defined in the characterizing part of
Erfindungsgemäß wird das Erhöhen der Druckdifferenz und Erfassen eines Druckwerts und/oder abgeleiteten Werts wenigstens zweimal hintereinander durchgeführt, wobei wenigstens eine der Druckkammern beim zweiten Mal mit einem anderen Druck, insbesondere einem anderen Gegendruck, beaufschlagt wird als beim ersten Mal, so dass zwei verschiedene Druckwerte und/oder abgeleitete Werte erhalten werden und diese Druckwerte und/oder abgeleitete Werte der Bestimmung des Verschleißzustands zugrunde gelegt werden.According to the invention, increasing the pressure difference and detecting a pressure value and/or derived value is carried out at least twice in succession, with at least one of the pressure chambers being subjected to a different pressure, in particular a different counterpressure, the second time than the first time, so that two different pressure values and/or derived values are obtained and these pressure values and/or derived values are used as the basis for determining the state of wear.
Beispielsweise wird zunächst eine der Druckkammern auf einen ersten Druck gesetzt und die Druckdifferenz zwischen den Druckkammern erhöht, bis eine Bewegung des Arbeitsglieds festgestellt wird. Der Druckwert der anderen Druckkammer, bei dem die Bewegung des Arbeitsglieds erfolgt ist, wird als erster Druckwert aufgezeichnet.For example, one of the pressure chambers is first set to a first pressure and the pressure difference between the pressure chambers is increased until movement of the working member is detected. The pressure value of the other pressure chamber at which the movement of the working member occurred is recorded as the first pressure value.
Anschließend wird eine Druckkammer, vorzugsweise dieselbe Druckkammer, die zuvor auf den ersten Druck gesetzt wurde, auf einen zweiten Druck gesetzt, der von dem ersten Druck verschieden ist, und die Druckdifferenz zwischen den Druckkammern wird erneut erhöht, bis eine Bewegung des Arbeitsglieds festgestellt wird. Auch diesmal wird erfasst, bei welchem Druckwert der anderen Druckkammer das Arbeitsglied beginnt, sich zu bewegen. Dieser Druckwert wird dann als zweiter Druckwert aufgezeichnet.Subsequently, a pressure chamber, preferably the same pressure chamber that was previously set to the first pressure, is set to a second pressure that is different from the first pressure, and the pressure difference between the pressure chambers is increased again until movement of the working member is detected. This time too, it is recorded at which pressure value in the other pressure chamber the working member begins to move. This pressure value is then recorded as a second pressure value.
Indem nun der erste und der zweite Druckwert und/oder davon abgeleitete Werte der Bestimmung des Verschleißzustands zugrunde gelegt werden, kann die Zuverlässigkeit der Bestimmung erhöht werden.By now using the first and second pressure values and/or values derived therefrom to determine the state of wear, the reliability of the determination can be increased.
Das beschriebene Verfahren ist besonders einfach und effizient, da bei vielen fluidisch angetriebenen Systemen die zur Durchführung dieses Verfahrens benötigte Sensorik bereits vorhanden ist. D.h., dass das erfindungsgemäße Verfahren in diesen Systemen eingesetzt werden kann, ohne dass hierfür zusätzliche Sensorik bereitgestellt werden müsste.The method described is particularly simple and efficient because the sensors required to carry out this method are already present in many fluidically driven systems. This means that the method according to the invention can be used in these systems without additional sensors having to be provided for this purpose.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahren liegt darin, dass der Verschleißzustand bereits frühzeitig, und zwar insbesondere vor Auftreten von Leckage, erfasst werden kann. Bereits vor dem Auftreten der Leckage wird in der Regel viel Abrieb erzeugt und es ist möglich, dass die Funktionalität des Systems bereits zu diesem Zeitpunkt beeinträchtigt wird. Der Abrieb kann beispielsweise ein der Arbeitsvorrichtung zugehöriges Ventil verschmutzen und dort zu erhöhtem Verschleiß führen. Ferner kann der Abrieb zu einer Verschmutzung der Umgebung führen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Verschleißzustand bereits frühzeitig erfasst werden. Damit wird es möglich, den genannten Verschmutzungen durch entsprechendes Handeln, wie beispielsweise einer Wartung oder einem Austausch der Arbeitsvorrichtung vorzubeugen.A further advantage of the method according to the invention is that the state of wear can be detected at an early stage, in particular before leakage occurs. A lot of abrasion is usually generated before the leak occurs and it is possible that the functionality of the system is already impaired at this point. The abrasion can, for example, contaminate a valve associated with the working device and lead to increased wear there. Furthermore, the abrasion can lead to contamination of the environment. With the method according to the invention, the state of wear can be detected at an early stage. This makes it possible to prevent the contamination mentioned by taking appropriate action, such as maintenance or replacement of the working device.
Bei der Arbeitsvorrichtung, für die der Verschleißzustand bestimmt wird, handelt es sich insbesondere um eine Arbeitsvorrichtung, die eine Arbeitskammer aufweist, in der das Arbeitsglied beweglich gelagert ist. Vorzugsweise ist zwischen dem Arbeitsglied und einer Innenwand der Arbeitskammer eine Dichtung vorgesehen, die die Arbeitskammer in die beiden Druckkammern unterteilt. Die beschriebene Reibkraft rührt dann insbesondere von einer Reibung der Dichtung an der Innenwand der Arbeitskammer her. Die Dichtung ist beispielsweise als Dichtlippe ausgebildet.The working device for which the state of wear is determined is, in particular, a working device which has a working chamber in which the working member is movably mounted. Preferably, a seal is provided between the working member and an inner wall of the working chamber, which divides the working chamber into the two pressure chambers. The friction force described then arises in particular from friction between the seal and the inner wall of the working chamber. The seal is designed, for example, as a sealing lip.
Insbesondere handelt es sich bei der Arbeitsvorrichtung um eine pneumatische Vorrichtung, wie beispielsweise einen doppeltwirkenden Pneumatikzylinder.In particular, the working device is a pneumatic device, such as a double-acting pneumatic cylinder.
Die Druckdifferenz zwischen den beiden Druckkammern kann auf verschiedene Weisen erhöht werden. Beispielsweise kann der Druck einer der beiden Druckkammern auf einen festen Wert gesetzt werden, und der Druck in der anderen Druckkammer kann ausgehend von einem Druck unterhalb des festen Werts erhöht oder ausgehend von einem Druck oberhalb des festen Werts abgesenkt werden. Die Erhöhung bzw. Absenkung kann dabei kontinuierlich oder schrittweise erfolgen.The pressure difference between the two pressure chambers can be increased in various ways. For example, the pressure of one of the two pressure chambers can be set to a fixed value, and the pressure in the other pressure chamber can be increased from a pressure below the fixed value or decreased from a pressure above the fixed value. The increase or decrease can take place continuously or gradually.
In der einfachsten Variante wird eine der Druckkammern nicht unter Druck gesetzt bzw. auf einen Entlüftungszustand geschaltet, so dass dort beispielsweise ein Umgebungsdruck vorliegt. Anschließend wird der Druck in der anderen Druckkammer ausgehend von einem Entlüftungszustand erhöht.In the simplest variant, one of the pressure chambers is not pressurized or is switched to a venting state, so that, for example, an ambient pressure is present there. Subsequently, the pressure in the other pressure chamber is increased from a venting state.
Der erwähnte abgeleitete Wert, der von dem erfassten Druckwert abgeleitet wird, ist beispielsweise die Druckdifferenz, die zwischen den beiden Druckkammern anliegt, wenn eine Stellungsänderung erfolgt. Die Bestimmung des Verschleißzustands kann auf Grundlage des Druckwerts und/oder der Druckdifferenz erfolgen.The mentioned derived value, which is derived from the detected pressure value, is, for example, the pressure difference that exists between the two pressure chambers when a position change occurs. The wear condition can be determined based on the pressure value and/or the pressure difference.
Der Referenzwert ist beispielsweise ein im Voraus ermittelter und abgespeicherter Wert. Der Referenzwert kann insbesondere einen Schwellenwert darstellen. Überschreitet der Druckwert und/oder der abgeleitete Wert diesen Schwellenwert, kann davon ausgegangen werden, dass Verschleiß vorliegt.The reference value is, for example, a value determined and stored in advance. The reference value can in particular represent a threshold value. If the pressure value and/or the derived value exceeds this threshold value, it can be assumed that wear is present.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments of the invention are the subject of the subclaims.
Vorzugsweise ist beim Erhöhen der Druckdifferenz eine der Druckkammern mit einem vorgebbaren Druck beaufschlagt und der Druck der anderen Druckkammer wird erhöht oder abgesenkt.When increasing the pressure difference, one of the pressure chambers is preferably subjected to a predeterminable pressure and the pressure of the other pressure chamber is increased or decreased.
Der vorgebbare Druck ist vorzugsweise ein konstanter Druck. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der vorgebbare Druck zeitlich variabel ist, wobei zweckmäßigerweise eine Änderungsgeschwindigkeit für eine Änderung dieses Druck kleiner als eine Änderungsgeschwindigkeit der Druckerhöhung oder Druckabsenkung in der anderen Druckkammer ist. Zweckmäßigerweise wird der vorgebbare Druck mittels einer Fluidversorgungseinrichtung, beispielsweise einer Ventilanordnung, mit der eine Drucksteuerung und/oder -regelung verwirklicht werden kann, bereitgestellt.The predeterminable pressure is preferably a constant pressure. Alternatively, it can be provided that the predeterminable pressure is variable over time, with a rate of change for a change in this pressure expediently being smaller than a rate of change of the pressure increase or decrease in the other pressure chamber. The predeterminable pressure is expediently provided by means of a fluid supply device, for example a valve arrangement, with which pressure control and/or regulation can be implemented.
Dies bedeutet, dass beim Erhöhen der Druckdifferenz beide Druckkammern mit Druck beaufschlagt sind. Insbesondere sind dabei beide Druckkammern mit Drücken beaufschlagt, die höher sind als ein Umgebungsdruck, der in einer Umgebung der Arbeitsvorrichtung herrscht, insbesondere höher als der atmosphärische Druck. Der vorgebbare Druck, der in der einen Druckkammer vorliegt und gegen den die Stellungsänderung erfolgen soll, wird im Folgenden auch Gegendruck genannt.This means that when the pressure difference increases, both pressure chambers are pressurized. In particular, both pressure chambers are subjected to pressures that are higher than an ambient pressure that prevails in an environment of the working device, in particular higher than atmospheric pressure. The predeterminable pressure that is present in one pressure chamber and against which the position change should take place is also referred to below as counterpressure.
Durch die beschriebene Vorgehensweise wird insbesondere der Vorteil erzielt, dass ein höherer Druck benötigt wird, um das Arbeitsglied in Bewegung zu versetzen, da nicht nur die Reibungskraft sondern auch die sich aus dem Gegendruck ergebende Kraft überwunden werden muss. Dies bedeutet, dass zur Ermittlung des Verschleißzustands mit größeren Drücken gearbeitet werden kann, was unter Umständen von Vorteil ist, wenn das System nicht in der Lage ist, kleinere Drücke bereitzustellen bzw. genau zu erfassen.The procedure described achieves the particular advantage that a higher pressure is required to set the working member in motion, since not only the frictional force but also the force resulting from the counterpressure must be overcome. This means that larger pressures can be used to determine the state of wear, which may be advantageous if the system is not able to provide or accurately detect smaller pressures.
Die beschriebene Vorgehensweise ist auch noch aus einem weiteren Grund von Vorteil. So kann die genannte Arbeitsvorrichtung derart ausgebildet sein, dass ein vorhandener Gegendruck auch die zu überwindende Reibkraft erhöht. Dies kann z.B. daran liegen, dass der Druck in den Druckkammern auf ein für die Reibkraft ursächliches Element, wie beispielsweise eine Dichtung, wirkt und dieses gegen eine entsprechende Lauffläche, wie beispielsweise die Innenwand einer Arbeitskammer, drückt. Durch diesen Effekt wird die Reibkraft, die als Indiz für den Verschleiß fungiert, bei zunehmendem Gegendruck grö-ßer. Dementsprechend wird auch der zur Stellungsänderung benötigte Druck bzw. die Druckdifferenz größer und kann somit besser erfasst werden.The procedure described is also advantageous for another reason. The working device mentioned can be designed in such a way that an existing counterpressure also increases the frictional force to be overcome. This can be due, for example, to the fact that the pressure in the pressure chambers acts on an element that causes the frictional force, such as a seal, and presses it against a corresponding running surface, such as the inner wall of a working chamber. Due to this effect, the frictional force, which acts as an indication of wear, increases as the counterpressure increases. Accordingly, the pressure or pressure required to change the position is also determined Pressure difference is larger and can therefore be recorded better.
Die beschriebene Erhöhung der Druckdifferenz bei Druckbeaufschlagung beider Druckkammern kann auf verschiedene Weisen erfolgen.The described increase in the pressure difference when both pressure chambers are pressurized can be done in various ways.
Beispielsweise kann eine erste Druckkammer mit einem festen Druck p1 beaufschlagt und der Druck p2 in einer zweiten Druckkammer erhöht werden. Auf diese Weise kann die Druckdifferenz p2-p1 erhöht werden, um schließlich eine Druckdifferenz zu erreichen, bei der eine Stellungsänderung des Arbeitsglieds in Richtung der ersten Druckkammer erfolgt.For example, a first pressure chamber can be pressurized with a fixed pressure p1 and the pressure p2 can be increased in a second pressure chamber. In this way, the pressure difference p2-p1 can be increased in order to ultimately achieve a pressure difference at which the position of the working member changes in the direction of the first pressure chamber.
Alternativ dazu kann die zweite Druckkammer mit einem festen Druck p2 beaufschlagt werden und der Druck p1 in der ersten Druckkammer abgesenkt werden. Auch in diesem Fall wird die Druckdifferenz p2-p1 erhöht, so dass schließlich eine Stellungsänderung bewirkt werden kann.Alternatively, the second pressure chamber can be pressurized with a fixed pressure p2 and the pressure p1 in the first pressure chamber can be reduced. In this case too, the pressure difference p2-p1 is increased so that a change in position can ultimately be effected.
Insbesondere wird aus den beiden Druckwerten eine Druckbeziehung erhalten und diese Druckbeziehung der Bestimmung des Verschleißzustands zugrunde gelegt.In particular, a pressure relationship is obtained from the two pressure values and this pressure relationship is used as the basis for determining the state of wear.
Durch diese Maßnahme können Kräfte, die zusätzlich auf das Arbeitsglied wirken, jedoch nicht von einem Verschleiß einer Dichtung verursacht werden, effektiv herausgerechnet werden.With this measure, forces that additionally act on the working member but are not caused by wear on a seal can be effectively eliminated.
Beispielsweise kann es sich bei diesen Kräften um Gewichtskräfte von mit dem Arbeitsglied gekoppelten Arbeitslasten handeln. Durch die Bildung einer Druckbeziehung können diese Kräfte herausgerechnet werden, so dass sie die Bestimmung des Verschleißzustandes nicht beeinflussen.For example, these forces can be weight forces from work loads coupled to the working member. By forming a pressure relationship, these forces can be eliminated so that they do not influence the determination of the wear condition.
In der Regel hängt die Stärke der Reibkraft davon ab, mit welchen Drücken die Druckkammern beaufschlagt werden. Im Gegensatz dazu sind die erwähnten zusätzlichen Kräfte von den beaufschlagten Drücken unabhängig. Daher ist es möglich, die beiden Druckwerte derart in Beziehung zueinander zu setzen, dass sich die Komponenten, die den druckunabhängigen Kräften zuzuschreiben sind, gegenseitig aufheben.As a rule, the strength of the frictional force depends on the pressures applied to the pressure chambers. In contrast, the additional forces mentioned are independent of the pressures applied. Therefore, it is possible to relate the two pressure values to one another in such a way that the components attributable to the pressure-independent forces cancel each other out.
Zweckmäßigerweise werden die Schritte des Verfahrens in einem eingebauten und vorzugsweise belasteten Zustand der Arbeitsvorrichtung durchgeführt.The steps of the method are expediently carried out in an installed and preferably loaded state of the working device.
Wie vorstehend beschrieben, kann bei der Ermittlung zweier Druckwerte die Reibkraft - und damit der Verschleißzustand - unabhängig von den sonstigen auf das Arbeitsglied wirkenden Kräften bestimmt werden. Dies ermöglicht es insbesondere, die beschriebene Bestimmung des Verschleißzustandes auch dann durchzuführen, wenn die zu prüfende Arbeitsvorrichtung in einer Betriebsumgebung eingebaut ist, in der das Arbeitsglied möglicherweise an einer Arbeitslast gekoppelt ist und beispielsweise mit Gewichtskräften belastet sein kann.As described above, when determining two pressure values, the friction force - and thus the state of wear - can be determined independently of the other forces acting on the working member. This makes it possible in particular to carry out the described determination of the state of wear even if the working device to be tested is installed in an operating environment in which the working member is possibly coupled to a work load and can be loaded with weight forces, for example.
Vorzugsweise ist die Arbeitsvorrichtung ein doppeltwirkender Zylinder, insbesondere ein Pneumatikzylinder.The working device is preferably a double-acting cylinder, in particular a pneumatic cylinder.
Zweckmäßigerweise umfasst der Zylinder eine Arbeitskammer, in der das Arbeitsglied linearbeweglich geführt ist. Das Arbeitsglied unterteilt die Arbeitskammer in die beiden Druckkammern. Um die beiden Druckkammern voneinander abzudichten, befindet sich zwischen dem Arbeitsglied, das in diesem Fall auch als Kolben bezeichnet wird, und der Innenwand der Arbeitskammer eine, insbesondere am Kolben angeordnete, Dichtung. Die beschriebene Bestimmung des Verschleißzustands betrifft insbesondere den Zustand dieser Dichtung und den Zustand der Innenwand der Arbeitskammer. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die beschriebene Bestimmung des Verschleißzustands auch andere Dichtungs- bzw. Reibestellen betreffen, wie beispielsweise eine Zylinderdichtung, die zwischen einer Kolbenstange und einer Austrittsöffnung für die Kolbenstange vorgesehen ist und die dazu dient, die Arbeitskammer des Zylinders nach außen hin abzudichten.The cylinder expediently comprises a working chamber in which the working member is guided in a linearly movable manner. The working member divides the working chamber into the two pressure chambers. In order to seal the two pressure chambers from one another, there is a seal, in particular arranged on the piston, between the working member, which in this case is also referred to as a piston, and the inner wall of the working chamber. The described determination of the state of wear relates in particular to the condition of this seal and the condition of the inner wall of the working chamber. Alternatively or additionally, the described determination of the state of wear can also relate to other sealing or friction points, such as a cylinder seal which is provided between a piston rod and an outlet opening for the piston rod and which serves to seal the working chamber of the cylinder to the outside.
Vorzugsweise ist das Arbeitsglied ein Kolben, der auf einer Seite eine Kolbenstange aufweist.Preferably, the working member is a piston which has a piston rod on one side.
In diesem Fall können die Druckkammern insbesondere derart mit Druck beaufschlagt werden, dass sich der Kolben bei der Stellungsänderung in eine Richtung bewegt, in der die Kolbenstange einfährt.In this case, the pressure chambers can in particular be pressurized in such a way that when the position changes, the piston moves in a direction in which the piston rod retracts.
Aufgrund der Kolbenstange ist dabei auf der einen Seite des Kolbens weniger Fläche vorhanden, auf die der Druck der jeweiligen Druckkammer wirken kann, als auf der anderen Seite des Kolbens. Somit wirkt auf der Seite der Kolbenstange effektiv nur die von der Kolbenstange nicht belegte Fläche. Dementsprechend muss ein höherer Druck bzw. eine größere Druckdifferenz beaufschlagt werden, um eine Stellungsänderung des Kolbens zu bewirken. Die Messung ist dadurch sensibler.Due to the piston rod, there is less surface area on one side of the piston on which the pressure of the respective pressure chamber can act than on the other side of the piston. This means that only the area not occupied by the piston rod effectively acts on the piston rod side. Accordingly, a higher pressure or a larger pressure difference must be applied in order to cause a change in the position of the piston. This makes the measurement more sensitive.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird bei Erfassen einer Stellungsänderung die Druckbeaufschlagung der Druckkammern um- und/oder abgeschaltet, so dass das Arbeitsglied zum Stehen kommt und/oder in eine vorbestimmte Stellung, vorzugsweise eine vorherige Stellung, versetzt wird.According to a preferred embodiment, when a change in position is detected, the pressurization of the pressure chambers is switched and/or switched off, so that the working member comes to a standstill and/or is moved to a predetermined position, preferably a previous position.
Auf diese Weise wird das Arbeitsglied bei der Bestimmung des Verschleißzustandes nur minimal bewegt, d.h., die Ermittlung des Verschleißzustandes findet quasistatisch statt und kann unter Umständen auch im Betrieb der Arbeitsvorrichtung durchgeführt werden.In this way, the working member is only moved minimally when determining the state of wear, that is, the determination of the state of wear takes place quasi-statically and can, under certain circumstances, also be carried out while the working device is in operation.
Die vorbestimmte bzw. vorherige Stellung kann dabei eine Stellung sein, die das Arbeitsglied vor Durchführung der Ermittlung des Verschleißzustandes innehatte. Beispielsweise handelt es sich dabei um eine Endlagenstellung.The predetermined or previous position can be a position that the working member held before the determination of the state of wear was carried out. For example, this is an end position.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird ferner für eine Steuereinrichtung der eingangs genannten Art mittels der im Kennzeichen des Anspruchs 10 definierten Merkmale gelöst. Erfindungsgemäß ist die Steuerungseinrichtung ausgebildet, Steuerbefehle an die Fluidversorgungseinrichtung auszugeben, so dass eine Erhöhung einer Druckdifferenz zwischen den beiden Druckkammern bewirkt wird, ein Drucksignal von der Drucksensoreinrichtung zu erfassen, wenn aus einem empfangenen Sensorsignal von der Sensoreinrichtung eine Stellungsänderung des Arbeitsglieds erfasst wird, und einen Verschleißzustand der Arbeitsvorrichtung gemäß dem erfassten Drucksignal und/oder einem davon abgeleiteten Wert zu bestimmen.The above-mentioned task is also achieved for a control device of the type mentioned at the outset by means of the features defined in the characterizing part of
Gemäß vorteilhaften Weiterbildungen ist die Steuereinrichtung ausgebildet, eine oder mehrere der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu realisieren.According to advantageous developments, the control device is designed to implement one or more of the above-described embodiments of the method according to the invention.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Steuerungseinrichtung ausgebildet, bei der Bestimmung des Verschleißzustandes eine Reibkraft zu ermitteln und eine Ansteuerung der Arbeitsvorrichtung gemäß der ermittelten Reibkraft anzupassen. Insbesondere ist die Steuerungseinrichtung ausgebildet, die Ansteuerung der Arbeitsvorrichtung derart anzupassen, dass eine aufgrund eines Verschleißzustandes erhöhte Reibkraft, die auf das Arbeitsglied der Arbeitsvorrichtung wirkt, durch die angepasste Ansteuerung kompensiert wird.According to one embodiment, the control device is designed to determine a frictional force when determining the state of wear and to adapt a control of the working device according to the determined frictional force. In particular, the control device is designed to adapt the control of the working device in such a way that an increased frictional force that acts on the working member of the working device due to a state of wear is compensated for by the adapted control.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird ferner für ein Verfahren der eingangs genannten Art mittels der im Kennzeichen des Anspruchs 12 definierten Merkmale gelöst. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren die Schritte: Einstellen einer Druckdifferenz zwischen den beiden Druckkammern, Erfassen einer Zeitperiode, die das Arbeitsglied benötigt, um sich von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung zu bewegen und/oder eines davon abgeleiteten Werts, und Bestimmen eines Verschleißzustandes der Arbeitsvorrichtung gemäß der erfassten Zeitperiode und/oder dem davon abgeleiteten Wert.The above-mentioned task is also achieved for a method of the type mentioned at the outset by means of the features defined in the characterizing part of
Aus der erfassten Zeitperiode kann darauf geschlossen werden, wie groß die Reibkraft ist, die überwunden werden muss, um das Arbeitsglied von der ersten Stellung in die zweite Stellung zu bewegen. Je größer die zu überwindende Reibkraft ist, desto größer ist auch die erfasste Zeitperiode.From the recorded time period it can be concluded how great the frictional force is that must be overcome in order to move the working member from the first position to the second position. The greater the friction force to be overcome, the longer the time period recorded.
Die Größe der Reibkraft ist wiederum ein Indiz dafür, ob Verschleiß vorliegt. Durch die Feststellung der Reibkraft bzw. der Zeitperiode kann somit ein Verschleißzustand bestimmt werden. Insbesondere stellt dabei bereits die Feststellung der Reibkraft bzw. der Zeitperiode die Bestimmung des Verschleißzustandes dar.The size of the friction force is in turn an indication of whether wear is present. By determining the friction force or the time period, a state of wear can be determined. In particular, the determination of the friction force or the time period already represents the determination of the state of wear.
Vorzugsweise handelt es sich bei der ersten und der zweiten Stellung um die beiden Endlagen des Arbeitsglieds. Das Arbeitsglied wird beispielsweise vor dem Einstellen der Druckdifferenz in die erste Stellung versetzt. Die beiden Druckkammern werden dann zumindest so lange mit der Druckdifferenz beaufschlagt, bis sich das Arbeitsglied in die zweite Stellung bewegt hat.The first and second positions are preferably the two end positions of the working member. The working member is moved to the first position, for example, before the pressure difference is set. The two pressure chambers are then subjected to the pressure difference at least until the working member has moved into the second position.
Gemäß einer Ausgestaltung werden beim Einstellen der Druckdifferenz beide Druckkammern mit vorgebbaren Drücken beaufschlagt.According to one embodiment, when setting the pressure difference, both pressure chambers are subjected to predeterminable pressures.
Insbesondere sind dabei beide Druckkammern mit Drücken beaufschlagt, die höher sind als ein Umgebungsdruck, der in einer Umgebung der Arbeitsvorrichtung herrscht, insbesondere höher als der atmosphärische Druck.In particular, both pressure chambers are subjected to pressures that are higher than an ambient pressure that prevails in an environment of the working device, in particular higher than atmospheric pressure.
Die beschriebene Vorgehensweise ist insbesondere aus dem nachstehend erläuterten Grund von Vorteil. So kann die genannte Arbeitsvorrichtung derart ausgebildet sein, dass die in den Druckkammern vorhandenen Drücke die zu überwindende Reibkraft erhöhen. Dies kann z.B. daran liegen, dass die Drücke in den Druckkammern auf ein für die Reibkraft ursächliches Element, wie beispielsweise eine Dichtung, wirken und dieses gegen eine entsprechende Lauffläche, wie beispielsweise die Innenwand einer Arbeitskammer, drücken. Durch diesen Effekt wird die Reibkraft, die als Indiz für den Verschleiß fungiert, bei zunehmenden Drücken größer. Dementsprechend wird auch die Zeitperiode, die benötigt wird, um das Arbeitsglied von der ersten Stellung in die zweite Stellung zu bewegen, größer und kann somit besser erfasst werden.The procedure described is particularly advantageous for the reason explained below. The working device mentioned can be designed in such a way that the pressures present in the pressure chambers increase the frictional force to be overcome. This can be due, for example, to the fact that the pressures in the pressure chambers act on an element that causes the frictional force, such as a seal, and press it against a corresponding running surface, such as the inner wall of a working chamber. Due to this effect, the friction force, which acts as an indication of wear, increases as pressure increases. Accordingly, the time period required to move the working member from the first position to the second position also increases and can therefore be better recorded.
Gemäß einer weitere Ausgestaltung wird das Einstellen der Druckdifferenz und Erfassen einer Zeitperiode und/oder eines abgeleiteten Werts wenigstens zweimal hintereinander durchgeführt, wobei wenigstens eine erste Druckkammer beim zweiten Mal mit einem anderen Druck beaufschlagt wird als beim ersten Mal, so dass mehrere Zeitperioden und/oder abgeleitete Werte erhalten werden und die Zeitperioden und/oder abgeleiteten Werte der Bestimmung des Verschleißzustands zugrunde gelegt werden.According to a further embodiment, the setting of the pressure difference and detection of a time period and/or a derived value is carried out at least twice in succession, with at least a first pressure chamber being pressurized the second time with a different pressure than the first time, so that several time periods and/or derived values are obtained and the time periods and/or derived values are used as a basis for determining the state of wear.
Beispielsweise wird zunächst das Arbeitsglied in eine erste Stellung, vorzugsweise eine erste Endlage, versetzt. Eine erste Druckkammer wird mit einem ersten Druck beaufschlagt. Dann wird die Druckdifferenz eingestellt, indem eine zweite Druckkammer mit einem zweiten Druck beaufschlagt wird, vorzugsweise einem Druck, der größer ist als der erste Druck. Das Arbeitsglied bewegt sich daraufhin in die zweite Stellung, vorzugsweise eine zweite Endlage. Die Zeitperiode, die das Arbeitsglied benötigt, um sich von der ersten Stellung in die zweite Stellung zu bewegen, wird erfasst. Daraufhin wird das Arbeitsglied zurück in die erste Stellung versetzt. Die erste Druckkammer wird mit einem dritten Druck beaufschlagt, der sich von dem ersten Druck unterscheidet. Es wird eine Druckdifferenz eingestellt, indem die zweite Druckkammer mit einem vierten Druck beaufschlagt wird. Der vierte Druck unterscheidet sich vorzugsweise von dem zweiten Druck. Das Arbeitsglied bewegt sich erneut in die zweite Stellung und die Zeitperiode, die das Arbeitsglied dafür benötigt, wird erfasst. Basierend auf den beiden Zeitperioden wird ein Verschleißzustand bestimmt. Als Verschleißzustand kann beispielsweise eine Reibkraft bestimmt werden.For example, the working member is first moved into a first position, preferably a first end position. A first pressure chamber is subjected to a first pressure. The pressure difference is then adjusted by applying a second pressure to a second pressure chamber, preferably a pressure that is greater than the first pressure. The working member then moves into the second position, preferably a second end position. The time period required for the working member to move from the first position to the second position is recorded. The working member is then moved back to the first position. The first pressure chamber is pressurized with a third pressure that differs from the first pressure. A pressure difference is set by applying a fourth pressure to the second pressure chamber. The fourth print is preferably different from the second print. The working member moves again to the second position and the time period that the working member needs to do this is recorded. A wear condition is determined based on the two time periods. A frictional force, for example, can be determined as a state of wear.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird das Einstellen der Druckdifferenz und Erfassen einer Zeitperiode so oft wiederholt, bis eine erfasste Zeitperiode derjenigen Zeitperiode gleicht, die beim ersten Mal erfasst wurde, wobei ab dem zweiten Mal der Druck, mit dem die zweite Druckkammer beaufschlagt wird, jedes Mal variiert wird.According to a further embodiment, setting the pressure difference and detecting a time period is repeated until a detected time period equals the time period that was detected the first time, with the pressure with which the second pressure chamber is applied every time from the second time onwards is varied.
Beispielsweise wird zunächst das Arbeitsglied in eine erste Stellung, vorzugsweise eine erste Endlage, versetzt. Eine erste Druckkammer wird mit einem ersten Druck beaufschlagt. Dann wird die Druckdifferenz eingestellt, indem eine zweite Druckkammer mit einem zweiten Druck beaufschlagt wird, vorzugsweise einem Druck, der größer ist als der erste Druck. Das Arbeitsglied bewegt sich daraufhin in die zweite Stellung, vorzugsweise eine zweite Endlage. Die Zeitperiode, die das Arbeitsglied benötigt, um sich von der ersten Stellung in die zweite Stellung zu bewegen, wird als erste Zeitperiode erfasst. Daraufhin wird das Arbeitsglied zurück in die erste Stellung versetzt. Die erste Druckkammer wird mit einem dritten Druck beaufschlagt, der sich von dem ersten Druck unterscheidet. Es wird eine Druckdifferenz eingestellt, indem die zweite Druckkammer mit einem vierten Druck beaufschlagt wird. Der vierte Druck unterscheidet sich vorzugsweise von dem zweiten Druck. Das Arbeitsglied bewegt sich erneut in die zweite Stellung und die Zeitperiode, die das Arbeitsglied dafür benötigt, wird als zweite Zeitperiode erfasst.For example, the working member is first moved into a first position, preferably a first end position. A first pressure chamber is subjected to a first pressure. The pressure difference is then adjusted by applying a second pressure to a second pressure chamber, preferably a pressure that is greater than the first pressure. The working member then moves into the second position, preferably a second end position. The time period required for the working member to move from the first position to the second position is recorded as the first time period. The working member is then moved back to the first position. The first pressure chamber is pressurized with a third pressure that differs from the first pressure. A pressure difference is set by applying a fourth pressure to the second pressure chamber. The fourth print is preferably different from the second print. The working member moves again to the second position and the time period that the working member needs to do this is recorded as the second time period.
Nun erfolgt ein Vergleich der ersten und der zweiten Zeitperiode. Sind die beiden Zeitperioden im Wesentlichen gleich, so wird der vierte Druck als Indikator für den Verschleißzustand verwendet.Now a comparison is made between the first and second time periods. If the two time periods are essentially the same, the fourth pressure is used as an indicator of the state of wear.
Unterscheiden sich die beiden Zeitperioden, so wird der Druck in der zweiten Druckkammer solange variiert, bis eine Zeitperiode erfasst wird, die der ersten Zeitperiode gleicht. Zu diesem Zweck wird das Arbeitsglied erneut in die erste Stellung bewegt, die erste Druckkammer mit dem dritten Druck beaufschlagt und eine Druckdifferenz zwischen den beiden Druckkammern eingestellt, wobei diesmal die zweite Druckkammer mit einem anderen Druck beaufschlagt wird, als beim vorherigen Mal. Erneut wird die Zeitperiode erfasst und mit der ersten Zeitperiode verglichen. Das Variieren des Drucks der zweiten Druckkammer und das Erfassen einer Zeitperiode wird solange wiederholt, bis eine erfasste Zeitperiode der ersten Zeitperiode gleicht. Der Druck der zweiten Druckkammer, bei dem diese Zeitperiode erzielt wurde, wird dann als Indikator für den Verschleißzustand verwendet.If the two time periods differ, the pressure in the second pressure chamber is varied until a time period is recorded that is equal to the first time period. For this purpose, the working member is moved again into the first position, the first pressure chamber is subjected to the third pressure and a pressure difference is set between the two pressure chambers, this time the second pressure chamber being subjected to a different pressure than the previous time. The time period is recorded again and compared with the first time period. Varying the pressure of the second pressure chamber and detecting a time period is repeated until a detected time period equals the first time period. The pressure of the second pressure chamber at which this time period was achieved is then used as an indicator of the wear condition.
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Dabei zeigt
-
1 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung eines Verschleißzustandes gemäß einem technischen Beispiel; -
2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung eines Verschleißzustandes gemäß einer Ausführungsform; -
3 eine schematische Darstellung eines Systems umfassend eine Steuerungseinrichtung, eine Fluidversorgungseinrichtung und eine Arbeitsvorrichtung; -
4 ein schematisches Schaubild, in dem verschiedene Losbrechdrücke und Gegendrücke zueinander in Beziehung gesetzt sind;
-
1 a flowchart of a method for determining a wear condition according to a technical example; -
2 a flowchart of a method for determining a wear condition according to an embodiment; -
3 a schematic representation of a system comprising a control device, a fluid supply device and a working device; -
4 a schematic diagram in which various breakaway pressures and counterpressures are related to one another;
In der nachstehenden Figurenbeschreibung werden für funktionsgleiche Komponenten jeweils gleiche Bezeichnungen verwendet, wobei auf eine mehrfache Beschreibung funktionsgleicher Komponenten verzichtet wird.In the following description of the figures, the same designations are used for functionally identical components, with no multiple description of functionally identical components.
Die
Zum besseren Verständnis soll nachfolgend zunächst das in der
Das in der
Die Steuerungseinrichtung 1 ist sowohl mit der Fluidversorgungseinrichtung 3 als auch mit der Arbeitsvorrichtung 2 kommunikativ verbunden. Insbesondere ist die Steuerungseinrichtung 1 über eine Kommunikationsschnittstelle 17 und eine Kommunikationsverbindung 15 mit einer Kommunikationsschnittstelle 18 der Fluidversorgungseinrichtung 3 verbunden. Über die Kommunikationsverbindung 15 kann die Steuerungseinrichtung 1 Steuerbefehle an die Fluidversorgungseinrichtung 3 senden.The
Die Steuerungseinrichtung 1 ist ferner über eine Kommunikationsschnittstelle 17 und eine Kommunikationsverbindung 16 mit der Arbeitsvorrichtung 2 verbunden. Insbesondere ist die Steuerungseinrichtung 1 dabei mit einer Sensoreinrichtung 14 der Arbeitsvorrichtung kommunikativ verbunden. Über die Kommunikationsverbindung 16 kann die Steuerungseinrichtung 1 beispielsweise Sensorsignale von der Sensoreinrichtung 14 empfangen.The
Die Steuerungseinrichtung 1 kann dabei, wie gezeigt, als eigenständige Einheit ausgebildet sein. Alternativ dazu kann die Steuerungseinrichtung 1 als zusätzliches Hardwaremodul einer anderen Steuerungseinheit ausgebildet sein. Die Steuerungseinrichtung muss nicht zwingend, wie gezeigt, körperlich getrennt von der Fluidversorgungseinrichtung 3 bzw. der Arbeitsvorrichtung 2 vorgesehen sein, sondern kann auch stattdessen in einem selben Gehäuse wie die Fluidversorgungseinrichtung 3 bzw. die Arbeitsvorrichtung 2 angeordnet sein. The
Die Fluidversorgungseinrichtung 3 ist insbesondere als Ventilanordnung ausgebildet und über Fluidanschlüsse 25 mit einer fluidischen Zuleitung 11 und einer fluidischen Ableitung 12 verbunden. Bei einer pneumatischen Ausgestaltung des gezeigten Systems handelt es sich bei der Zuleitung 11 um eine Belüftungsleitung und bei der Ableitung 12 um eine Entlüftungsleitung.The
Die Fluidversorgungseinrichtung 3 ist ausgebildet, ansprechend auf einen oder mehrere Steuerbefehle von der Steuerungseinrichtung 1 bestimmte Drücke an ihren Arbeitsanschlüssen 21 und 22 bereitzustellen. Zu diesem Zweck ist die Fluidversorgungseinrichtung 3 beispielsweise ausgebildet, eine Drucksteuerung und/oder -regelung vorzunehmen.The
Die Fluidversorgungseinrichtung 3 umfasst eine Drucksensoreinrichtung 13, mit der die an den Arbeitsanschlüssen 21 und 22 anliegenden Drücke erfasst werden können. Die Fluidversorgungseinrichtung 3 ist ausgebildet, die erfassten Drücke und/oder davon abgeleitete Werte an die Steuerungseinrichtung 1 zu übertragen.The
Die Arbeitsanschlüsse 21 und 22 sind über Fluidverbindungen 19 und 20 mit jeweiligen Verbraucheranschlüssen 23 und 24 der Arbeitsvorrichtung 2 verbunden.The working
Die Arbeitsvorrichtung 2 ist im gezeigten Beispiel als doppeltwirkender Kolbenstangenzylinder ausgebildet. Die Arbeitsvorrichtung 2 umfasst dabei eine zylinderförmige Arbeitskammer 26, in der ein als Kolben 8 ausgebildetes Arbeitsglied 6 beweglich geführt ist. Der Kolben 8 weist auf einer Seite eine Kolbenstange 7 auf, die die Arbeitskammer endseitig durchsetzt und mit einer nicht dargestellten Anlagenkomponente gekoppelt sein kann, die von der Arbeitsvorrichtung 2 in Bewegung versetzt werden soll. Am Kolben 8 ist eine an der Innenwand 27 der Arbeitskammer 26 abdichtend und gleitbeweglich anliegende Dichtung 9 vorgesehen, die die Arbeitskammer 26 in eine erste Druckkammer 4 und eine zweite Druckkammer 5 unterteilt. Exemplarisch ist vorgesehen, dass die Arbeitskammer 26, der Kolben 8 und die Kolbenstange 7 aus metallischen Materialien hergestellt sind und dass die Dichtung 9 aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere einem gummielastischen Material, hergestellt ist.In the example shown, the working
Die erste Druckkammer 4 kann über den Verbraucheranschluss 21, die Fluidverbindung 19 und den Arbeitsanschluss 23 von der Fluidversorgungseinrichtung 3 mit einem bestimmten Druck beaufschlagt werden. Ferner kann die zweite Druckkammer 5 über den Verbraucheranschluss 22, die Fluidverbindung 20 und den Arbeitsanschluss 24 von der Fluidversorgungseinrichtung 3 mit einem bestimmten Druck beaufschlagt werden.The first pressure chamber 4 can be subjected to a certain pressure by the
In Abhängigkeit von den in den Druckkammern 4 und 5 vorhandenen Drücken bewegt sich das Arbeitsglied 6 innerhalb der Arbeitskammer 26. Der mit dem Bezugszeichen 10 versehene Pfeil zeigt in der
Die Sensoreinrichtungen 14 sind insbesondere jeweils als Endlagenschalter ausgebildet und können somit erfassen, ob sich das Arbeitsglied 6 in einer seiner beiden Endlagen in der Arbeitskammer 26 befindet, vorzugsweise sind die als Endlagenschalter ausgebildeten Sensoreinrichtungen dazu eingerichtet, zumindest einen gewissen Bewegungsbereich, beispielsweise wenige Millimeter des Bewegungswegs, des Arbeitsglieds zu erfassen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Sensoreinrichtung 14 auch als Positionssensorik ausgebildet sein, um beispielsweise beliebige Positionen des Arbeitsglieds 6 entlang des gesamten Bewegungswegs 10 erfassen zu können. Zweckmäßigerweise gibt die Sensoreinrichtung 14 Sensorsignale aus, bzw. stellt diese bereit, aus denen auf eine Stellungsänderung des Arbeitsglieds 6 geschlossen werden kann.The
Alternativ oder zusätzlich dazu ist es möglich, dass zur Erfassung einer Stellungsänderung des Arbeitsglieds 6 eine Sensoreinrichtung verwendet wird, die auf der oben beschriebenen Drucksensoreinrichtung 13 beruht. In der Regel kommt es bei einer Stellungsänderung des Arbeitsglieds zu einer zumindest zeitweisen Druckänderung in einer oder beiden Druckkammern 4 und 5. Über eine entsprechende Signalverarbeitung von Druckwerten, die von der Drucksensoreinrichtung 13 erfasst werden, ist es möglich, diese Druckänderung zu erfassen und auf eine Stellungsänderung des Arbeitsglieds 6 zu schließen. Die Drucksensoreinrichtung 13 mit entsprechender Signalverarbeitung kann somit auch als Sensoreinrichtung zur Erfassung der Stellungsänderung eingesetzt werden. Bei Verwendung der Drucksensoreinrichtung 13 als Sensoreinrichtung zur Erfassung der Stellungsänderung kann auf die vorstehend beschriebene Sensoreinrichtung 14 verzichtet werden.Alternatively or additionally, it is possible for a sensor device to be used to detect a change in position of the working
Erfindungsgemäß ist die Steuerungseinrichtung 1 ausgebildet, einen Verschleißzustand der Arbeitsvorrichtung 2 zu bestimmen. Zu diesem Zweck ist die Steuerungseinrichtung 1 ausgebildet, Steuerbefehle an die Fluidversorgungseinrichtung 3 auszugeben, so dass eine Erhöhung einer Druckdifferenz zwischen den beiden Druckkammern 4, 5 bewirkt wird. Ferner ist die Steuerungseinrichtung 1 ausgebildet, ein Drucksignal von der Drucksensoreinrichtung 13 zu erfassen, wenn aus einem empfangenen Sensorsignal von der Sensoreinrichtung 14 eine Stellungsänderung des Arbeitsglieds 6 erfasst wird. Als Sensoreinrichtung zur Erfassung der Stellungsänderung kann dabei, wie vorstehend bereits beschrieben, die Drucksensoreinrichtung 13 dienen, so dass die Stellungsänderung auf Basis von Druckwerten von der Drucksensoreinrichtung 13 erfasst wird. Die Steuerungseinrichtung 1 kann dementsprechend ausgebildet sein, einen bestimmten Druckwert zu erfassen bzw. festzuhalten, wenn sich aus den Druckwerten ergibt, dass eine Stellungsänderung erfolgt ist. Schließlich ist die Steuerungseinrichtung 1 ausgebildet, einen Verschleißzustand der Arbeitsvorrichtung 2 gemäß dem erfassten Drucksignal und/oder einem davon abgeleiteten Wert zu bestimmen.According to the invention, the
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung ausgebildet, den Verschleißzustand basierend auf einem Vergleich des erfassten Drucksignals und/oder einem davon abgeleiteten Wert mit einem gespeicherten Referenzwert zu bestimmen.Preferably, the control device is designed to determine the state of wear based on a comparison of the detected pressure signal and/or a value derived therefrom with a stored reference value.
Auf diese Weise kann insbesondere ein Verschleißzustand ermittelt werden, der beeinflusst, wie viel Druck benötigt wird, um das Arbeitsglied 6 in Bewegung zu versetzen. Insbesondere handelt es sich dabei um einen Verschleiß der Reibungsstellen zwischen der Dichtung 9 und der Innenwand 27 der Arbeitskammer 26 der Arbeitsvorrichtung 2. Bei Verschleiß nehmen die Reibkräfte zu, so dass zur Betätigung des Arbeitsglied 6 eine entsprechend höhere Kraft und damit auch ein entsprechend höherer Druck benötigt wird.In this way, in particular, a wear condition can be determined that influences how much pressure is required to set the working
Insbesondere ist die Steuerungseinheit 1 ausgebildet, basierend auf dem festgestellten Verschleißzustand bzw. der festgestellten Reibkraft die Ansteuerung der Arbeitsvorrichtung anzupassen, um so die festgestellte Reibkraft bzw. die durch den Verschleiß verursachte Erhöhung der Reibkraft zu kompensieren.In particular, the
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die
Diese Verfahren können insbesondere in dem in der
Die nachfolgend beschriebenen Verfahren werden zwar im Kontext des Systems 30 beschrieben, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Die nachfolgend beschriebenen Verfahren können auch in anderen System eingesetzt werden, die eine Drucksteuerung und/oder -regelung der Druckkammern sowie eine Erfassung, insbesondere eine direkte oder indirekte Erfassung, einer Stellungsänderung des Arbeitsglieds ermöglichen.Although the methods described below are described in the context of the
Das in der
In dem System der
Vorzugsweise wird zuvor gewährleistet, dass sich das Arbeitsglied 6 in einer Position befindet, in der mittels einer Druckdifferenzerhöhung eine Bewegung des Arbeitsglieds 6 möglich ist, die von der Sensoreinrichtung 14 erfasst werden kann. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Arbeitsglied 6 in einer der beiden Endlagen positioniert ist. Exemplarisch wird davon ausgegangen, dass das Arbeitsglied 6 vor der Druckdifferenzerhöhung stillsteht.It is preferably ensured beforehand that the working
Im gezeigten Beispiel der
Im Schritt S3 wird geprüft, ob eine Stellungsänderung des Arbeitsglieds 6 erfasst wird.In step S3 it is checked whether a change in position of the working
In dem System 30 der
Wenn sich der Kolben 6, wie in der
Solange keine Stellungsänderung vorliegt, wird mit dem Schritt S2 - also der Erhöhung der Druckdifferenz zwischen den beiden Druckkammern 4 und 5 - fortgefahren.As long as there is no change in position, step S2 - i.e. increasing the pressure difference between the two pressure chambers 4 and 5 - continues.
Wird im Schritt S3 schließlich eine Stellungsänderung erfasst, wird gemäß Schritt S4 ein Druckwert und/oder ein abgeleiteter Wert erfasst.If a change in position is finally detected in step S3, a pressure value and/or a derived value is detected in step S4.
Im System 30 der
Schließlich wird im Schritt S4 der Verschleißzustand der Arbeitsvorrichtung 2 bestimmt. Zu diesem Zweck ist die Steuerungseinrichtung 1 beispielsweise ausgebildet, den erfassten Druckwert und/oder den davon abgeleitete Wert mit einem gespeicherten Referenzwert zu vergleichen. Der gespeicherte Referenzwert kann insbesondere auf einem Druckwert bzw. einen davon abgeleiteten Wert basieren, der in einem ordnungsgemä-ßen Zustand - also in einem Zustand, in dem kein Verschleiß vorliegt - ermittelt wurde. Der Referenzwert kann beispielsweise durch Ausführen der Schritte S2, S3 und S4 in einem ordnungsgemäßen Zustand der Arbeitsvorrichtung 2 bestimmt werden. Alternativ dazu kann der Referenzwert auch empirisch oder analytisch ermittelt werden und im Voraus in der Steuerungseinrichtung 1 abgespeichert werden.Finally, in step S4, the state of wear of the working
Der Referenzwert kann insbesondere ein Schwellenwert sein. Der Schwellenwert kann dadurch gebildet werden, dass ein Vielfaches eines einen ordnungsgemäßen Zustand darstellenden Werts gebildet wird, oder dass zu einem solchen Wert ein Offsetwert hinzuaddiert wird.The reference value can in particular be a threshold value. The threshold value can be formed by forming a multiple of a value representing a normal state or by adding an offset value to such a value.
Übersteigt nun der ermittelte Druckwert bzw. der davon abgeleitete Wert den Referenzwert bzw. den Schwellenwert, so kann darauf geschlossen werden, dass ein Verschleißzustand vorliegt. Eine entsprechende Information kann in der Steuereinrichtung 1 abgelegt werden und/oder an eine übergeordnete Steuerung gemeldet werden.If the determined pressure value or the value derived therefrom exceeds the reference value or the threshold value, it can be concluded that a state of wear is present. Corresponding information can be stored in the
Gemäß einer Variation des in der
Beispielsweise wird zunächst die zweite Druckkammer 5 mit einem festen Druck beaufschlagt und dann, daran anschließend, der Druck in der ersten Druckkammer 4 erhöht. Vorzugsweise wird dabei in der ersten Druckkammer 4 mit einem Druck begonnen, der unterhalb oder oberhalb des Drucks der zweiten Druckkammer 5 liegt oder diesem gleicht.For example, the
Alternativ dazu ist es auch möglich, die erste Druckkammer 4 mit einem festen Druck zu beaufschlagen und in der zweiten Druckkammer 5 ausgehend von einem Druck, der vorzugsweise größer, kleiner oder gleich dem Druck der ersten Druckkammer 4 ist, den Druck der zweiten Druckkammer 5 abzusenken.Alternatively, it is also possible to apply a fixed pressure to the first pressure chamber 4 and, starting from a pressure that is preferably greater, in the
Auf beide Weisen wird die Druckdifferenz erhöht, die sich aus der Subtraktion des Drucks der zweiten Druckkammer 5 von dem Druck der ersten Druckkammer 4 ergibt.In both ways, the pressure difference is increased, which results from subtracting the pressure of the
Die Steuerungseinrichtung 1 ist insbesondere ausgebildet, entsprechende Steuerbefehle an die Fluidversorgungseinrichtung 3 zu senden, um die beschriebene Erhöhung der Druckdifferenz zu bewirken.The
Bei den vorstehend beschriebenen Verfahren wird das Arbeitsglied 6 ausgefahren. Alternativ dazu ist es auch möglich, die Verfahren derart auszuführen, dass das Arbeitsglied 6 eingefahren wird. Die Steuerungseinrichtung 1 kann ausgebildet sein, Steuerbefehle an die Fluidversorgungseinrichtung 3 zu senden, um zu bewirken, dass die Druckkammern 4 und 5 mit einer Druckdifferenz beaufschlagt werden, die eine Stellungsänderung des Arbeitsglieds 6 in Einfahrrichtung bewirkt.In the methods described above, the working
In der
Das Verfahren beginnt mit dem Schritt S1, bei dem eine Druckkammer, beispielsweise die zweite Druckkammer 5 der
Anschließend wird, wie vorstehend bereits erläutert, im Schritt S2 die Druckdifferenz zwischen den beiden Druckkammern 4 und 5 erhöht.Subsequently, as already explained above, the pressure difference between the two
Die Schritte S3 und S4 werden dabei, wie vorstehend bereits im Zusammenhang mit der
Im Anschluss an den Schritt S4 wird der Schritt S5 durchgeführt, bei dem eine der Druckkammern mit einem zweiten Druck beaufschlagt wird. Vorzugsweise wird erneut die zweite Druckkammer 5 mit einem Druck beaufschlagt, und zwar mit einem zweiten Druck, der sich von dem ersten Druck unterscheidet. Dieser zweite Druck wird nachstehend auch als zweiter Gegendruck pg2 bezeichnet.Following step S4, step S5 is carried out, in which one of the pressure chambers is subjected to a second pressure. Preferably, the
In den Schritten S6 und S7 wird dann erneut die Druckdifferenz zwischen den beiden Druckkammern 4 und 5 erhöht, bis eine Stellungsänderung des Arbeitsglieds 6 erfasst wird.In steps S6 and S7, the pressure difference between the two
Insbesondere ist die Steuerungseinrichtung 1 ausgebildet, entsprechende Steuerbefehle an die Fluidversorgungseinrichtung 3 auszugeben.In particular, the
Im Schritt S8 wird ein zweiter Druckwert und/oder zweiter abgeleiteter Wert erfasst. Vorzugsweise wird der Druck in der ersten Druckkammer 4 bzw. die Druckdifferenz, bei dem/der die Stellungsänderung stattfindet, als zweiter Druckwert bzw. zweiter abgeleiteter Wert erfasst. Dies geschieht vorzugsweise durch die Steuerungseinrichtung 1. Der zweite Druckwert wird nachstehend auch als zweiter Losbrechdruck pl12 bezeichnet.In step S8, a second pressure value and/or second derived value is recorded. Preferably, the pressure in the first pressure chamber 4 or the pressure difference at which the position change takes place is recorded as a second pressure value or second derived value. This is preferably done by the
Im Schritt S9 wird schließlich der Verschleißzustand der Arbeitsvorrichtung 2 unter Berücksichtigung der beiden Druckwerte bzw. der beiden abgeleiteten Werte bestimmt. Hierzu wird aus den beiden Druckwerten bzw. abgeleiteten Werten zunächst eine Druckbeziehung ermittelt.In step S9, the state of wear of the working
Als Druckbeziehung wird beispielsweise folgende Größe DB ermittelt:
Angewendet auf den vorstehend beschriebenen Fall, bei dem bei den Gegendrücken pg1 und pg2 die Losbrechdrücke pl11 und pl12 ermittelt wurden, ergibt sich folgende Druckbeziehung:
Diese Größe kann nun der Bestimmung des Verschleißzustands zugrunde gelegt werden, indem sie beispielsweise mit einem entsprechenden Referenzwert bzw. einer Referenz-Druckbeziehung verglichen wird.This variable can now be used as a basis for determining the state of wear, for example by comparing it with a corresponding reference value or a reference pressure relationship.
Der Vorteil dieser Vorgehensweise soll nachstehend unter Bezugnahme auf die
Die
Auf der x-Achse des Schaubilds ist der vorstehend bereits erwähnte Gegendruck aufgezeichnet. Dieser Gegendruck stellt insbesondere denjenigen Druck dar, der bei der Bestimmung des Verschleißzustandes in der zweiten Druckkammer 5 eingestellt wird.The counter pressure mentioned above is recorded on the x-axis of the diagram. This counterpressure represents, in particular, the pressure that is set in the
Auf der y-Achse des Schaubilds ist der Losbrechdruck aufgezeichnet - also derjenige Druck in einer ersten Druckkammer 4, bei dem eine Stellungsänderung eines Arbeitsglieds 6 erfolgt .The breakaway pressure is recorded on the y-axis of the diagram - that is, the pressure in a first pressure chamber 4 at which a change in position of a working
Die Losbrechdrücke pl11 und pl12 illustrieren einen ersten Fall, in dem kein Verschleiß vorliegt und das Arbeitsglied 6 nicht belastet ist. In diesem ersten Fall stehen einer Stellungsänderung des Arbeitsglieds 6 im Wesentlichen nur normale Reibkräfte sowie der Gegendruck der zweiten Druckkammer 5 entgegen.The breakaway pressures pl11 and pl12 illustrate a first case in which there is no wear and the working
Die Losbrechdrücke pl21 und pl22 illustrieren einen zweiten Fall, in dem ebenfalls kein Verschleiß vorliegt. Im Gegensatz zum ersten Fall ist hier jedoch das Arbeitsglied 6 belastet. Beispielsweise ist eine Arbeitslast an das Arbeitsglied 6 gekoppelt und die Gewichtskraft der Arbeitslast wirkt auf das Arbeitsglied 6, so dass zur Stellungsänderung höhere Losbrechdrücke als im zuvor diskutierten ersten Fall benötigt werden.The breakaway pressures pl21 and pl22 illustrate a second case in which there is also no wear. In contrast to the first case, however, the working
Die Losbrechdrücke pl31 und pl32 illustrieren einen dritten Fall. In diesem Fall ist das Arbeitsglied 6 unbelastet, dafür liegt nun allerdings Verschleiß vor. Dementsprechend sind die Losbrechdrücke im Vergleich zum ersten Fall ebenfalls erhöht.The breakaway pressures pl31 and pl32 illustrate a third case. In this case, the working
Wie aus den beschriebenen Fallbeispielen und der
Aus diesem Grund ist es von Vorteil, zwei Losbrechdrücke bei zwei verschiedenen Gegendrücken zu erfassen, und diese beiden Losbrechdrücke der Bestimmung des Verschleißzustandes zugrunde zu legen.For this reason, it is advantageous to record two breakaway pressures at two different counterpressures and to use these two breakaway pressures as the basis for determining the state of wear.
Wie der
In der
Dieses unterschiedliche Verhalten ist darin begründet, dass ein beaufschlagter Gegendruck in der Regel die verschleißabhängige Reibung des Arbeitsglieds erhöht. In der Arbeitsvorrichtung 2 der
Im Gegensatz dazu ist die auf das Arbeitsglied 6 wirkende Arbeitslast von dem beaufschlagten Gegendruck unabhängig.In contrast, the work load acting on the working
Die aufgezeichnet Losbrechdrücke bestehen somit im Wesentlichen aus einer Gegendruck-abhängigen Komponente und einer Gegendruck-unabhängigen Komponente, wobei in der Regel nur aus der ersteren auf Verschleiß geschlossen werden kann.The breakaway pressures recorded therefore essentially consist of a backpressure-dependent component and a backpressure-independent component, whereby wear can usually only be determined from the former.
Indem nun zwei Losbrechdrücke bei zwei verschiedenen Gegendrücken erfasst werden, kann die Gegendruck-unabhängige Komponente herausgerechnet werden. Dies kann, wie vorstehend bereits erläutert, insbesondere dadurch erfolgen, dass die Druckbeziehung DB ermittelt wird.By now recording two breakaway pressures at two different counterpressures, the counterpressure-independent component can be calculated out. As already explained above, this can be done in particular by determining the pressure relationship DB.
Auf diese Weise können störende Einflüsse einer auf das Arbeitsglied 6 wirkenden Arbeitslast effektiv und effizient kompensiert werden, so dass die Genauigkeit der Verschleißbestimmung erhöht werden kann.In this way, disruptive influences of a work load acting on the working
Zweckmäßigerweise ist die Steuerungseinrichtung 1 dazu ausgebildet, eine entsprechende Druckbeziehung zu berechnen und diese der Bestimmung des Verschleißzustands zugrunde zu legen.The
Gemäß einer Variation der vorstehend beschriebenen Verfahren wird das Arbeitsglied 6 nach Erfassen einer Stellungsänderung jeweils bis in eine zweite Endlage bewegt und die dafür benötigte Zeitperiode aufgezeichnet. Diese Zeitperiode ist ebenfalls vom Verschleiß der Arbeitsvorrichtung 2 abhängig und kann daher zusätzlich oder alternativ zu den vorstehend beschriebenen Druckwerten der Bestimmung des Verschleißzustands zugrunde gelegt werden. Vorzugsweise werden zwei verschiedene Zeitperioden bei zwei verschiedenen Gegendrücken aufgezeichnet und der Bestimmung des Verschleißzustands zugrunde gelegt.According to a variation of the methods described above, the working
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