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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Funktionszustands eines Antriebssystems, das einen Arbeitskolben umfasst, der längs eines Bewegungswegs beweglich gelagert ist, mit den Schritten: Ermitteln eines Volumenstromwerts durch eine Ventilanordnung während eines Öffnungszustands der Ventilanordnung anhand eines ersten Sensorsignals eines ersten, zuluftseitig an der Ventilanordnung angebrachten Drucksensors und anhand eines zweiten Sensorsignals eines zweiten, abluftseitig an der Ventilanordnung angebrachten Drucksensors oder anhand von Sensorsignalen eines der Ventilanordnung zugeordneten Volumenstromsensors und eines dem Volumenstromsensor zugeordneten Drucksensors. Ferner betrifft die Erfindung ein Antriebssystem.
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Die
DE 10 2008 062 289 A1 offenbart ein Verfahren zur sensorischen Betriebszustandsermittlung einer Ventilanordnung zur Steuerung eines Prozessmediumflusses durch eine Rohrleitung, deren innerhalb eines Ventilgehäuses axial bewegbar angeordnetes Ventilglied über einen pneumatischen Stellantrieb per Steuerdruckbeaufschlagung bewegt wird, wobei zur Ermittlung der Gleitreibung während der Bewegung der Steuerdruck gemessen und ausgewertet wird, wobei das Ventilglied zumindest über einen Teilbereich des Hubwegs in eine konstante Geschwindigkeit versetzt wird, deren Wert zur Signalverarbeitung über eine Positionssensorik gemessen wird, wobei gleichzeitig der aktuell anliegende Steuerdruck zur Signalverarbeitung über eine Drucksensorik gemessen wird, wonach aus beiden Messwerten durch eine elektronische Auswerteeinheit aus der durch den bei konstanter Geschwindigkeit des Ventilgliedes anliegenden Steuerdruck zum Ausdruck kommenden proportionalen Antriebskraft die aktuelle Gleitreibung des Ventilgliedes als Maß für den Verschleißzustand bestimmt wird.
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Aus der
DE 197 23 207 C2 ist ein Stellgerät mit einem Stellantrieb und einem damit verbundenen Stellglied bekannt, wobei das Stellglied zumindest einen Ventilsitz und einen mit diesem zusammenwirkenden Drosselkörper aufweist, wobei der Drosselkörper mittels einer zur Ausführung einer Dreh- und/oder Hubbewegung mit dem Stellantrieb verbundenen Betätigungsspindel relativ zu dem Ventilsitz beweglich ist, wobei die Betätigungsspindel an einer ersten Dichtstelle gegenüber dem Ventilinnenraum abgedichtet ist, wobei eine zweite Dichtstelle ebenfalls die Betätigungsspindel abdichtet, wobei zwischen den beiden Dichtstellen ein über mindestens einen Kontrollanschluß zugänglicher Prüfraum existiert, an den ein Drucksensor angeschlossen ist, der seinerseits mit einer Auswerteeinheit zur Überwachung des Betriebs des Stellgeräts verbunden ist, und wobei der Signalausgang des Drucksensors in der Auswerteeinheit mit einer von zumindest einem Temperatursignal abhängigen Ansprechschwelle zum Ausgeben einer Fehlerstatusmeldung an einem Fehlerstatusausgang der Auswerteeinheit vergleichbar ist
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Die
DE 10 2014 004 876 B3 offenbart ein Antriebssystem mit einer Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung eines Aktors und mit einem fluidisch betreibbaren Aktor, der einen Arbeitskolben zur Bereitstellung einer Antriebsbewegung längs eines Bewegungswegs umfasst und der einen Fluidanschluss zur Verbindung mit der Steuerungseinrichtung aufweist, die eine Ventilsteuerung zur Ansteuerung einer Ventilanordnung und eine Ventilanordnung zur Beeinflussung von Fluidströmen an den Aktor und vom Aktor umfasst, wobei die Ventilsteuerung zur Ermittlung einer Position des Arbeitskolbens längs des Bewegungswegs ausgebildet ist und wobei zwischen der Ventilanordnung und dem Fluidanschluss des Aktors eine Fluidleitung für eine fluidische Kopplung der Steuerungseinrichtung mit dem Aktor angeordnet ist, wobei der Ventilsteuerung zur Ermittlung der Bewegung des Arbeitskolbens zwei Drucksensoren zugeordnet sind, wobei ein erster Drucksensor einem Eingangsanschluss der Ventilanordnung zugeordnet ist, um einen Fluiddruck am Eingangsanschluss zu ermitteln und wobei ein zweiter Drucksensor einem Arbeitsanschluss der Ventilanordnung zugeordnet ist, um einen Fluiddruck am Arbeitsanschluss zu ermitteln, und wobei die Ventilsteuerung für eine Bewegungsermittlung für den Arbeitskolben längs des Bewegungswegs ausschließlich anhand von Sensorsignalen des ersten und des zweiten Drucksensors ausgebildet ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Ermitteln eines Funktionszustands eines Antriebssystems sowie ein Antriebssystem bereitzustellen, mit denen auch bei großen Fluidschlauchlängen ermittelt werden kann, ob der Arbeitskolben bei Bereitstellung oder Abfuhr eines Arbeitsfluids eine gewünschte Positionsänderung durchgeführt hat.
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Diese Aufgabe wird für ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass der ermittelte Volumenstromwert an wenigstens zwei mathematische Modelle bereitgestellt wird, wobei eines der mathematischen Modelle auf einen vorgebbaren Bewegungszustand des Arbeitskolbens längs des Bewegungswegs angepasst ist und ein weiteres mathematisches Modell auf einen vorgebbaren Fehlerfall angepasst ist, wobei anschließend Ausgangswerte der mathematischen Modelle ermittelt werden und die Ausgangswerte der mathematischen Modelle mit wenigstens einem der ermittelten Sensorsignale verglichen wird, wobei eine Ermittlung desjenigen mathematischen Modells, das den geringsten Fehlerwert aufweist, zur Bestimmung des Funktionszustands genutzt wird.
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Für die nachfolgenden Ausführungen wird zugrundegelegt, dass der zuluftseitig an der Ventilanordnung angebrachte Drucksensor jeweils derjenige Drucksensor ist, der stromaufwärts der Ventilanordnung angeordnet ist, während der abluftseitig angebrachte Drucksensor jeweils derjenige Drucksensor ist, der stromabwärts der Ventilanordnung angebracht ist. So kann beispielsweise ein dem Arbeitsanschluss der Ventilanordnung zugeordneter Drucksensor bei einer Belüftung des Antriebssystems abluftseitig angeordnet sein, während dieser Drucksensor bei einer Entlüftung des Antriebssystems zuluftseitig angeordnet ist.
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Durch die Verwendung von wenigstens zwei mathematischen Modellen und die anschließende Ermittlung von Fehlerwerten sowie den Vergleich der ermittelten Fehlerwerte, insbesondere einem Vergleich von Verläufen der Fehlerwerte, kann selbst unter den ungünstigen Voraussetzungen einer großen Fluidschlauchlänge und einer demgegenüber geringen Volumenänderung des betrachteten fluidischen Systems, das den Fluidschlauch und den mit dem Arbeitskolben ausgerüsteten Aktor umfasst, bei der Bewegung des Arbeitskolbens längs des Bewegungswegs mit hoher Zuverlässigkeit ermittelt werden, ob sich der Arbeitskolben aufgrund der von der Ventilanordnung bereitgestellten oder abgeführten Arbeitsfluidmenge bewegt hat und dabei einen vorgegebenen Bewegungszustand erreicht hat oder nicht. Diese Information ist insbesondere dann von Interesse, wenn dem Aktor, der den Arbeitskolben umfasst, aus Kostengründen und/oder Zuverlässigkeitsgründen keine eigene Sensoreinrichtung wie beispielsweise einen Positionssensor oder ein Bewegungssensor zugeordnet ist. Durch die Verwendung des Verfahrens kann die Information über den Funktionszustand des Antriebssystems, insbesondere über die Position des Arbeitskolbens längs des Bewegungswegs, in kostengünstiger Weise mit geringem Komponentenaufwand ermittelt werden und ermöglicht gerade bei Anlagen, bei denen der Arbeitskolben nur in unregelmäßiger zeitlicher Abfolge bewegt wird, eine Aussage darüber, ob die gewünschte Funktion des mit dem Arbeitskolben ausgestatteten Antriebssystems zur Verfügung steht. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass ein erstes für das Verfahren verwendete mathematische Modell auf einen vorgegebenen Bewegungszustand des Arbeitskolbens längs des Bewegungswegs abgestimmt ist, wobei sich dieser Bewegungszustand bei ordnungsgemäßer Funktion des Arbeitskolbens und einer vom Arbeitskolben angetriebenen Maschinenkomponente einstellt. Ein zweites für das Verfahren verwendetes mathematisches Modell ist einen vorgebbaren Fehlerfall, beispielsweise auf eine Zwischenposition längs des Bewegungswegs zwischen den beiden Endpositionen, abgestimmt. Hiermit kann beispielsweise bestimmt werden, ob die vom Arbeitskolben bewegte Maschinenkomponente eine erste Endposition oder eine zweite Endposition eingenommen hat oder sich in einer Position zwischen den beiden Endpostionen befindet, weil möglicherweise der Arbeitskolben oder eine vom Arbeitskolben angetriebene Maschinenkomponente verklemmt ist.
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wahlweise kann vorgesehen sein, für die Bestimmung des als Eingangswert für die mathematischen Modelle erforderlichen Volumenstromwerts eine Druckdifferenz über der Ventilanordnung während eines Öffnungszustands der Ventilanordnung anhand der Sensorsignale von Drucksensoren zu ermitteln. Alternativ kann vorgesehen sein, den Volumenstromwert mit einem der Ventilanordnung zugeordneten Volumenstromsensor zu ermitteln, dem ein, insbesondere am Arbeitsanschluss der Ventilanordnung angeordneter Drucksensor zugeordnet ist, mit dem ein Druckniveau an der Ventilanordnung bestimmt werden kann, um dadurch eine präzise Volumenstromermittlung zu ermöglichen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zweckmäßig ist es, wenn die mathematischen Modelle für eine Simulation unterschiedlicher Bewegungszustände und/oder Positionen des Arbeitskolbens und/oder von unterschiedlichen Fehlerfällen für den Arbeitskolben mit Parametern aus der Gruppe: Fluidschlauchdurchmesser, Fluidschlauchlänge, Fluidsteifigkeit, Fluidschlauchwandstärke, Fluidelastizität pro Längeneinheit, Fluid-Eigenfrequenz pro Längeneinheit, Arbeitskammervolumen, Rückstellfederkonstante, Bewegungsmasse ausgebildet sind. Dabei ist der Fluidschlauchdurchmesser der freie Innendurchmesser des Fluidschlauchs, der sich zwischen der Ventileinrichtung und dem mit dem Arbeitskolben versehenen Aktor erstreckt. Die Fluidschlauchlänge entspricht der Länge des Fluidschlauchs zwischen der Ventileinrichtung und dem Aktor. Die Fluidsteifigkeit gibt die Kompressibilität des Fluids im Fluidschlauch an. Die Fluidschlauchwandstärke gibt die Materialdicke des Fluidschlauchs an. Die Fluidelastizität pro Längeneinheit gibt das Deformationsverhalten des im Fluidschlauch aufgenommenen Fluids bei einem vorgebbaren Druckanstieg im Fluidschlauch bezogen auf die Länge des Fluidschlauchs wieder. Die Fluid-Eigenfrequenz pro Längeneinheit gibt an, welche Eigenfrequenz die im Fluidschlauch aufgenommene Fluidsäule pro Längeneinheit aufweist. Das Arbeitskammervolumen ist das Volumen der größenvariablen Kammer, die im Aktor ausgebildet ist und typischerweise von einer Zylinderbohrung eines Aktorgehäuses und dem Arbeitskolben begrenzt wird. Die Rückstellfederkonstante ermöglicht die Berechnung einer Rückstellkraft einer Rückstellfeder, wie sie beispielsweise bei einem einfachwirkenden Pneumatikzylinder eingesetzt wird, um bei einer Reduzierung eines Arbeitsfluiddrucks in der Arbeitskammer eine Rückstellung des Arbeitskolbens in Richtung einer Ruheposition oder in die Ruheposition zu gewährleisten. Die Bewegungsmasse ist diejenige Masse, die bei einer Bewegung des Arbeitskolbens in Bewegung versetzt wird, sie umfasst beispielsweise bei einem als Pneumatikzylinder ausgebildeten Aktor neben der Masse des Arbeitskolbens und der damit verbundenen Kolbenstange auch die Masse einer mit der Kolbenstange verbundenen und vom Aktor zu bewegenden Maschinenkomponente bzw. eines an der Kolbenstange angebrachten Gewichts.
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Vorteilhaft ist es, wenn ein Sensorsignal eines Temperatursensors in die mathematischen Modelle einbezogen wird. Durch den Temperatursensor wird eine Berücksichtigung des temperaturabhängigen Verhaltens der im Fluidschlauch aufgenommenen Fluidsäule ermöglicht, wodurch die Ausgangswerte der mathematischen Modelle realitätsnäher berechnet werden können und somit eine präzisere Ermittlung eines Funktionszustands und gegebenenfalls einer Position des Arbeitskolbens ermöglichen.
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In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Fluidschlauchlänge für eine Verwendung in den mathematischen Modellen anhand einer Eigenfrequenz einer im Fluidschlauch aufgenommenen Fluidsäule ermittelt wird. Dies ist insbesondere dann von Interesse, wenn aufgrund eines großen Abstands zwischen dem mit dem Arbeitskolben ausgestatteten Aktor und der Ventileinrichtung sowie eines komplexen Verlaufs des Fluidschlauchs eine anderweitige Längenermittlung, beispielsweise durch Messen der Länge des Fluidschlauchs, schwierig oder unmöglich ist.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Bewegungszustand für den Arbeitskolben während einer Zufuhr von Arbeitsfluid an den Arbeitskolben oder während einer Abfuhr von Arbeitsfluid vom Arbeitskolben ermittelt wird. Somit ist es nicht erforderlich, einen separaten Prüfvorgang für die Bewegung des Arbeitskolbens durchzuführen, vielmehr kann während eines regulären Betriebs eines mit dem Arbeitskolben ausgerüsteten Aktors geprüft werden, ob der Arbeitskolben bei Bereitstellung des Arbeitsfluids durch die Ventileinrichtung oder bei Abfuhr des Arbeitsfluids mit Hilfe der Ventileinrichtung auch tatsächlich die gewünschte Bewegung durchführt oder möglicherweise aufgrund von Verschleiß, Korrosion oder anderweitiger Einflüsse in seiner Bewegung gehemmt oder blockiert ist.
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In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die mathematischen Modelle gleichartig oder identisch ausgebildet und unterschiedlich parametriert sind und/oder dass die mit den mathematischen Modellen berechneten Ausgangswerte Druckwerte oder Druckverläufe sind. Eine gleichartige oder identische Gestaltung der mathematischen Modelle erleichtert die Validierung des Verfahrens. Dementsprechend ist vorgesehen, dass die wenigstens zwei mathematischen Modelle inhaltlich identisch sind und sich lediglich durch ihre Parametrierung auf unterschiedliche Positionen und/oder Bewegungszustände des Arbeitskolbens unterscheiden. Besonders vorteilhaft ist es für eine rasche Erkennung eines Fehlerfalls, wenn wenigstens eines der mathematischen Modelle auf diesen Fehlerfall parametriert ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die mathematischen Modelle als Ausgangswerte jeweils einen Druckwert oder einen Druckverlauf liefern, der somit in einfacher Weise mit dem tatsächlich ausgangsseitig an der Ventileinrichtung gemessenen Druckwert oder gemessenem Druckverlauf verglichen werden kann, um dadurch einen Fehler zwischen berechnetem Druckwert oder Druckverlauf und tatsächlichem Druckwert oder Druckverlauf ermitteln zu können und anhand desjenigen mathematischen Modells mit den geringsten Fehler den Funktionszustand, insbesondere die Position des Arbeitskolbens, ermitteln zu können.
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Die Aufgabe der Erfindung wird für ein Antriebssystem der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass das Antriebssystem eine Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung eines Aktors und einen fluidisch betreibbaren Aktor umfasst, wobei der Aktor einen Arbeitskolben zur Bereitstellung einer Antriebsbewegung längs eines Bewegungswegs und einen Fluidanschluss zur Verbindung mit der Steuerungseinrichtung aufweist, die eine Ventilsteuerung zur Ansteuerung einer Ventilanordnung und eine Ventilanordnung zur Beeinflussung von Fluidströmen an den Aktor und vom Aktor umfasst, wobei die Ventilsteuerung zur Ermittlung eines Funktionszustands für den Arbeitskolben ausgebildet ist und wobei zwischen der Ventilanordnung und dem Fluidanschluss des Aktors ein Fluidschlauch für eine fluidische Kopplung der Steuerungseinrichtung mit dem Aktor angeordnet ist, wobei der Ventilsteuerung zur Ermittlung der Position des Arbeitskolbens wenigstens zwei Drucksensoren zugeordnet sind, wobei ein erster Drucksensor zuluftseitig an der Ventilanordnung angeordnet ist, um einen zuluftseitigen Fluiddruck, insbesondere am Eingangsanschluss, zu ermitteln und wobei ein zweiter Drucksensor abluftseitig an der Ventilanordnung angeordnet ist, um einen abluftseitigen Fluiddruck, insbesondere am Arbeitsanschluss, zu ermitteln, und/oder wobei der Ventilsteuerung ein Volumenstromsensor und ein Drucksensor zugeordnet sind, um einen Volumenstrom durch die Ventilanordnung zu ermitteln und wobei die Ventilsteuerung für eine Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Antriebssystems ist vorgesehen, dass in der Ventilsteuerung wenigstens eine Eigenschaft des Fluidschlauchs aus der Gruppe: Fluidschlauchdurchmesser, Fluidschlauchlänge, Fluidsteifigkeit, Fluidschlauchwandstärke, Fluidelastizität pro Längeneinheit, Fluid-Eigenfrequenz pro Längeneinheit, gespeichert ist.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Antriebssystems ist vorgesehen, dass wenigstens einer der Drucksensoren als Bestandteil der Ventilsteuerung ausgebildet ist.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Ventilanordnung ein Temperatursensor zugeordnet ist.
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1 eine schematische Darstellung eines Antriebssystems mit einer Steuerungseinrichtung zur Ansteuerung eines Aktors und mit einem fluidisch betreibbaren Aktor.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:
Ein in der 1 schematisch dargestelltes Antriebssystem 1 umfasst eine Steuerungseinrichtung 2 zur Ansteuerung eines Aktors 3 und einen fluidisch betreibbaren Aktor 3. Ein derartiges Antriebssystem 1 wird beispielsweise in einer nicht dargestellten Bearbeitungsmaschine eingesetzt, die zur Bearbeitung von Werkstücken vorgesehen ist, um ein Maschinenteil der Bearbeitungsmaschine oder ein Werkstück längs eines vorgebbaren Bewegungswegs 4, bei dem es sich insbesondere um einen geradlinigen Bewegungsweg handeln kann, zu bewegen. Dabei dient die Steuerungseinrichtung 2 zur Steuerung oder Regelung eines Fluidstroms an den Aktor 3 bzw. eines Fluidstroms vom Aktor 3, um die gewünschte Bewegung entsprechend den gestellten Anforderungen steuern oder regeln zu können.
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Exemplarisch ist der Aktor 3 als einfachwirkender Pneumatikzylinder ausgebildet, bei dem ein Arbeitskolben 5 schiebebeweglich abdichtend in einer Ausnehmung 6 eines Zylindergehäuses 7 aufgenommen ist. Der Arbeitskolben 5 kann in dem Zylindergehäuse 7 zwischen einer ersten Endposition 8 und einer zweiten Endposition 9 verschoben werden. Exemplarisch ist vorgesehen, dass der Arbeitskolben 5 mit dem Zylindergehäuse 7 einen größenvariablen Arbeitsraum 10 ausbildet. Für eine Fluidzufuhr in den Arbeitsraum 10 sowie eine Fluidabfuhr aus dem Arbeitsraum 10 ist ein Fluidanschluss 11 vorgesehen, der mittels eines Fluidkanals 12 in fluidisch kommunizierender Verbindung mit dem Arbeitsraum 10 steht. Bei einer Fluidzufuhr in den Arbeitsraum 10 kann der Arbeitskolben 5 längs des Bewegungswegs 4 in Richtung der zweiten Endposition 9 verschoben werden. Ferner dienen der Fluidanschluss 11 und der Fluidkanal 12 einer Fluidabfuhr aus dem Arbeitsraum 10, wodurch der Arbeitskolben 5 längs des Bewegungswegs 4 in Richtung der ersten Endposition 8 verschoben werden kann.
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Für eine Fluidbereitstellung an den Aktor 3 umfasst die Steuerungseinrichtung 2 eine Ventilanordnung 15, bei der es sich exemplarisch um ein 3/3-Wegeventil handelt, sowie eine Ventilsteuerung 16 zur elektrischen Ansteuerung der Ventilanordnung 15. Die Ventilanordnung 15 ist an einem Eingangsanschluss 17 mit einer Fluidquelle 18 verbunden, bei der es sich exemplarisch um eine Druckluftquelle handelt. Ein Arbeitsanschluss 19 der Ventilanordnung 15 ist über einen Fluidschlauch 20 fluidisch kommunizierend mit dem Fluidanschluss 11 des Aktors 3 verbunden. Ein Ausgangsanschluss 21 der Ventilanordnung 15 ist mit einem Fluidauslass 22 fluidisch kommunizierend verbunden, wobei der Fluidauslass exemplarisch als Schalldämpfer ausgebildet ist.
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Die Ventilanordnung 15 weist rein exemplarisch eine durch beidseitig angeordnete Federmittel 23, 24 vorgegebene Neutralstellung auf, in der sämtliche fluidischen Verbindungen zwischen dem Eingangsanschluss 17, dem Arbeitsanschluss 19 und dem Ausgangsanschluss 21 gesperrt sind. Für eine Auslenkung der Ventilanordnung 15 aus der Neutralstellung in eine von zwei Schaltstellungen, in denen wahlweise eine fluidisch kommunizierende Verbindung zwischen dem Eingangsanschluss 17 und dem Arbeitsanschluss 19 oder zwischen dem Arbeitsanschluss 19 und dem Ausgangsanschluss 21 vorliegt, sind Steuerspulen 25, 26 vorgesehen, die bei Strombeaufschlagung durch die Ventilsteuerung 16 eine entsprechende Schaltbewegung der Ventilanordnung 15 hervorrufen können.
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Die Ventilsteuerung 16 ist exemplarisch als Mikrocontroller ausgebildet, in dem ein Steuerungsprogramm für die Ansteuerung des Aktors 3 hinterlegt ist. Die Ventilsteuerung 16 kann wahlweise für einen autarken Betrieb des Aktors 3 vorgesehen sein, ohne auf äußere Steuerbefehle reagieren zu müssen. Alternativ kann die Ventilsteuerung 16 mittels einer gestrichelt dargestellten Busleitung 33 oder in anderer Weise mit einer nicht dargestellten, übergeordneten Maschinensteuerung verbunden sein, um Bewegungsbefehle der Maschinensteuerung in eine geeignete Ansteuerung des Aktors 3 umzusetzen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Ventilsteuerung als Computerprogramm in einer übergeordneten Maschinensteuerung abläuft.
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Um bestimmen zu können, ob sich der Arbeitskolben 5 längs des Bewegungswegs 4 bewegt oder ob möglicherweise eine Störung der Funktion des Aktors 3 vorliegt, umfasst die Ventilsteuerung 16 einen ersten Drucksensor 27, der dem Eingangsanschluss 17 zugeordnet ist, und einen zweiten Drucksensor 28, der dem Arbeitsanschluss 19 zugeordnet ist. Um eine einfache Aufbauweise für die Ventilsteuerung 16 gewährleisten zu können, ist der zweite Drucksensor 28 der Ventilsteuerung 16 baulich zugeordnet, beispielsweise im gleichen Gehäuse wie die Ventilsteuerung 16 untergebracht. Vorzugsweise ist der zweite Drucksensor 28 auf einer nicht näher dargestellten elektrischen Leiterplatte der Ventilsteuerung 16 angeordnet. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, die Positionsbestimmung für den Arbeitskolben 5 ausschließlich auf der Basis von Sensorsignalen des ersten Drucksensors 27 und des zweiten Drucksensors 28 vorzunehmen. Hierdurch wird eine kostengünstige Bestimmung der Position des Arbeitskolbens 5 längs des Bewegungswegs 4, insbesondere ein Erreichen einer der beiden Endpositionen 8, 9, ermöglicht.
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Mit Hilfe des ersten Drucksensors 27 wird ein Fluiddruck am Eingangsanschluss 17 der Ventilanordnung 15 ermittelt. Dabei ist der erste Drucksensor 27 vorzugsweise über eine kurze Messleitung 29 mit dem Eingangsanschluss 17 verbunden. Mit Hilfe des zweiten Drucksensors 28 wird ein Fluiddruck am Arbeitsanschluss 19 der Ventilanordnung 15 ermittelt. Dabei ist der zweite Drucksensor 28 vorzugsweise über eine kurze Messleitung 30 mit dem Arbeitsanschluss 19 der Ventilanordnung 15 verbunden. Die Bestimmung der Fluiddrücke und des daraus berechenbaren Fluidvolumenstroms erfolgt vorzugsweise bei einer ohnehin vorgesehenen Bewegung des Arbeitskolbens 5, die durch Bereitstellung oder Abfuhr von Arbeitsfluid in den Arbeitsraum 10 bzw. aus dem Arbeitsraum 10 erfolgt. Hierdurch im Zuge dieser vorgesehenen Bewegung kann geprüft werden, ob der Arbeitskolben 5 wie erwartet eine Positionsänderung durchführt oder ob diese Positionsänderung nicht stattfindet. Sofern trotz der Bereitstellung oder Abfuhr von Arbeitsfluid keine Positionsänderung des Arbeitskolbens 5 stattfindet oder der Arbeitskolben 5 nicht die gewünschte Position erreicht, kann von der Ventilsteuerung 16 ein Fehlersignal ausgegeben werden, das beispielsweise an eine nicht dargestellte, übergeordnete Steuerungseinrichtung weitergeleitet wird.
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Ergänzend ist die Steuerungseinrichtung 2 mit einem dritten, abluftseitig angeordneten Drucksensor 35 sowie mit einem Volumenstromsensor 36 versehen, die beide elektrisch mit der Ventilsteuerung 16 gekoppelt sind. Hierbei ist der dritte Drucksensor 35 über eine Messleitung 37 fluidisch kommunizierend mit dem Ausgangsanschluss 21 verbunden, während der Volumenstromsensor 36 dem Arbeitsanschluss 19 zugeordnet ist. Mit den elektrischen Signalen des dritten Drucksensors 35 kann in Zusammenwirkung mit dem zweiten Drucksensor 28 ein Volumenstrom durch die Ventilanordnung 15 bei einem Entlüftungsvorgang für den Arbeitskolben 5 bestimmt werden. Alternativ können Signale des zweiten Drucksensors 28 und des Volumenstromsensors 36 alternativ zu den Sensorsignalen der Drucksensoren 27, 28 und 35 an die mathematischen Modelle bereitgestellt werden. In der Praxis wird wahlweise vorgesehen sein, entweder eine Anordnung von Drucksensoren 27, 28 und 35 oder einen Volumenstromsensor 36 mit einem der Drucksensoren 27, 28 und 35, insbesondere mit dem zweiten Drucksensor 28, für die Volumenstromermittlung einzusetzen.
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Ferner ist ebenfalls rein exemplarisch ein dem Ausgangsanschluss 21 zugeordneter Temperatursensor 38 vorgesehen, mit dem eine Temperatur des im Fluidschlauch 20 aufgenommenen Fluids ermittelt werden kann, um eine Temperaturkompensation von Fluideigenschaften zu ermöglichen.
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In der Ventilsteuerung 16 sind Eigenschaften der Ventilanordnung 15, insbesondere ein Durchflussbeiwert, gespeichert, mit deren Hilfe in Kenntnis des Fluiddrucks am Eingangsanschluss 17 und des Fluiddrucks am Arbeitsanschluss 19 in einem ersten Berechnungsschritt, der in der Ventilsteuerung 16 durchgeführt werden kann, ein Volumenstrom für das Arbeitsfluid, das die Ventilanordnung 15 ausgehend von der Fluidquelle 18 durchströmt, bestimmt wird.
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Um eine möglichst exakte Bestimmung einer Position des Arbeitskolbens 5 und/oder eine Aussage über den Funktionszustand des Aktors 3 zu ermöglichen, wird der ermittelte Volumenstrom durch die Ventilanordnung 15 nunmehr an wenigstens zwei in der Ventilsteuerung 16 hinterlegte mathematische Modelle bereitgestellt. Mit Hilfe der mathematischen Modelle soll jeweils der Fluiddruckverlauf am Arbeitsanschluss 19 der Ventilanordnung 15 berechnet werden. Dabei sind die mathematischen Modelle unterschiedlich ausgelegt, wobei wenigstens ein mathematisches Modell auf einen Bewegungszustand angepasst ist, der sich bei einer ordnungsgemäßen Bewegung des Arbeitskolbens 5 längs des Bewegungswegs 4 einstellt. Wenigstens ein weiteres mathematisches Modell ist auf einen Fehlerfall ausgelegt, beispielsweise für eine Blockierung des Arbeitskolbens 5. Jedes der mathematischen Modelle stellt als Ausgangswert einen berechneten Fluiddruck bzw. Fluiddruckverlauf zur Verfügung, der dann mit dem tatsächlich vom Drucksensor 28 gemessenen Fluiddruck bzw. Fluiddruckverlauf verglichen wird, um einen individuellen Fehler für das jeweilige mathematischen Modell ermitteln zu können. Anschließend wird in der Ventilsteuerung 16 dasjenige mathematische Modell ermittelt, dessen individueller Fehler am geringsten ist.
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Exemplarisch ist der Aktor 3 mit einer im Arbeitsraum 10 angeordneten Feder 31 ausgestattet, die mit einer Vorspannung in den Aktor 3 eingebaut ist und die für Rückstellung und Positionierung des Arbeitskolbens 5 in eine erste Funktionsposition ausgebildet ist, in der die Feder 31 eine maximale Ausdehnung aufweist. Ferner ist in einem Umfangswandabschnitt des Zylindergehäuses 7 eine kommunizierend mit einem im Zylindergehäuse 7 für den Arbeitskolben 5 ausgebildeten Bewegungsraum verbundene Ausgleichsbohrung 32 vorgesehen, die einen Druckausgleich im Bewegungsraum bei einer Bewegung des Arbeitskolbens 5 ermöglicht.
