DE102017117000A1 - Method for controlling an actuator and actuator - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Steuern eines fluidisch betätigten Aktuators (10), wobei der Aktuator (10) wenigstens einen Kolben (12), der wenigstens zwei Kammern (14, 16) begrenzt, und ein Stellglied (18) aufweist, das in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg des Kolbens (12) in unterschiedlichen Bewegungsphasen verfahrbaren ist, wobei die Kammern (14, 16) unabhängig voneinander durch Ein- und Ausschalten eines Fluiddruckes belüftbar oder entlüftbar sind, und wobei in einer Beschleunigungsphase der Stellglied (18) die schiebende Kammer (14, 16) belüftet und bremsende Kammer (16, 14) entlüftet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsphase eine fluidische Bremsphase und eine mechanische Bremsphase umfasst, wobei das Ein- und Ausschalten des Fluiddruckes in der fluidischen Bremsphase derart erfolgt, dass die schiebende Kammer (14, 16) entlüftet und die bremsende Kammer (16, 14) belüftet wird, und dass sich an die fluidische Bremsphase die mechanische Bremsphase anschließt, in der eine Abbremsung mittels eines mechanischen Dämpfers (30) erfolgt.Method for controlling a fluidically actuated actuator (10), wherein the actuator (10) has at least one piston (12) which delimits at least two chambers (14, 16) and an actuator (18) which depends on the distance traveled by the actuator Piston (12) is movable in different movement phases, wherein the chambers (14, 16) are independently ventilated or vented by switching on and off of a fluid pressure, and wherein in an acceleration phase of the actuator (18) the sliding chamber (14, 16) ventilated and braking chamber (16, 14) is vented, characterized in that the braking phase comprises a fluidic braking phase and a mechanical braking phase, wherein the switching on and off of the fluid pressure in the fluidic braking phase is such that the sliding chamber (14, 16 ) is vented and the braking chamber (16, 14) is vented, and that adjoins the fluidic braking phase, the mechanical braking phase in which a Abbre msung by means of a mechanical damper (30).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines insbesondere pneumatisch betätigbaren Aktuators. Aktuatoren können insbesondere Schwenk- oder Lineareinheiten sein, die in der Handhabungstechnik Verwendung finden. Ein solcher Aktuator weist wenigstens einen Kolben auf, der wenigstens zwei Kammern begrenzt sowie ein Stellglied auf, das in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg des Kolbens in unterschiedlichen Bewegungsphasen verfahrbar ist. Die Kammern sind dabei unabhängig voneinander durch Ein- und Ausschalten eines Fluiddruckes belüftbar oder entlüftbar, wobei in einer Beschleunigungsphase die schiebende Kammer belüftet und die bremsende Kammer entlüftet wird.The invention relates to a method for controlling a particular pneumatically actuated actuator. Actuators may be in particular pivoting or linear units, which are used in handling technology. Such an actuator has at least one piston which delimits at least two chambers and an actuator which can be moved in different movement phases as a function of the distance traveled by the piston. The chambers are independently ventilated or vented by switching on and off of a fluid pressure, wherein the sliding chamber is vented in an acceleration phase and the braking chamber is vented.
Ein derartiges Verfahren sowie ein das Verfahren ausführender Aktuator ist beispielsweise aus der
Ein anderes, ähnliches Verfahren ist aus der
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das eingangs beschriebene Verfahren weiter zu entwickeln und die Bremsphase bei geeigneter Dämpfung zu verkürzen.The present invention is based on the object to further develop the method described above and to shorten the braking phase with suitable damping.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Folglich ist vorgesehen, dass die Bremsphase eine fluidische Bremsphase und eine mechanische Bremsphase umfasst, wobei das Ein- und Ausschalten des Fluiddruckes in der fluidischen Bremsphase derart erfolgt, dass die schiebende Kammer entlüftet und die bremsende Kammer belüftet wird, und dass nach Einleiten der fluidischen Bremsphase eine mechanische Bremsphase durchgeführt wird, in der das Stellglied mittels eines mechanischen Dämpfers abgebremst wird. Das Abbremsen mittels des mechanischen Dämpfers erfolgt dabei über einen geeigneten, insbesondere vorgebbaren Bremsweg, der deutlich größer als Null ist. Vorteilhafterweise ist die Ausbildung derart, dass mehr als die Hälfte des gesamten Bremsweges die physische Bremsphase betrifft und das der mechanische Dämpfer vorzugsweise erst am Bewegungsende des Stellglieds zum Tragen kommt.This object is achieved by a method having the features of
Als mechanische Dämpfer kommen beispielsweise Elastomere, geeignete Federeinheiten, Federkissen, beispielsweise aus Grundstoff oder Metall oder auch hydraulische Dämpfereinheiten in Frage.Suitable mechanical dampers are, for example, elastomers, suitable spring units, spring pillows, for example of base material or metal, or also hydraulic damper units.
Die Einteilung der Bremsphase in die fluidische und in die mechanische Bremsphase hat den Vorteil, dass zunächst fluidisch abgebremst wird. Hier kann eine stoßfreie Verzögerung des Stellglieds durch entsprechendes Ent- und Belüften der Kammern erreicht werden. In der mechanischen Bremsphase, in der der Kolben, das Stellglied oder Zwischenglieder auf den mechanischen Dämpfer treffen, kann eine hohe Verzögerungsleistung bereitgestellt werden, die vorzugsweise ebenfalls weitgehend oder vollständig stoßfrei ist. Während in der fluidischen Bremsphase nahezu kein Verschleiß an den Bauteilen auftritt, nimmt die Erfindung während der mechanischen Bremsphase einen Verschleiß beim mechanischen Dämpfer in Kauf, um eine geeignete, hohe Verzögerungsleistung bereitstellen zu können. Es hat sich gezeigt, dass die Kombination einer fluidischen Bremsphase und einer mechanischen Bremsphase gemäß der Erfindung besonders vorteilhaft ist und zu kurzen Taktzeiten führt.The division of the braking phase in the fluidic and in the mechanical braking phase has the advantage that is first braked fluidly. Here, a bumpless delay of the actuator can be achieved by appropriate venting and venting the chambers. In the mechanical braking phase, in which the piston, the actuator or intermediate links strike the mechanical damper, a high deceleration power can be provided, which is preferably also largely or completely shock-free. While in the fluidic braking phase almost no wear on the components occurs, the invention takes during the mechanical braking phase wear in the mechanical damper in order to provide a suitable, high deceleration performance can. It has been found that the combination of a fluidic braking phase and a mechanical braking phase according to the invention is particularly advantageous and leads to short cycle times.
Insgesamt wird dadurch das Verhalten des Aktuators robuster. Am Stellglied können beispielsweise weitere Bauteile wie Adapterelemente, Werkzeuge, Greifer oder dergleichen, die eine nicht unerhebliche Masse aufweisen können, angeordnet werden. Im Betrieb des Aktuators muss folglich die Masse dieser Bauteile mit beschleunigt und mit abgebremst werden, ohne dass es zu einer Überlastung oder einer Beschädigung des Aktuators kommt.Overall, this makes the behavior of the actuator more robust. On the actuator, for example, other components such as adapter elements, tools, grippers or the like, which may have a considerable mass, are arranged. During operation of the actuator, consequently, the mass of these components must also be accelerated and decelerated without overloading or damaging the actuator.
Ferner ist vorteilhaft, wenn die Verzögerungskennlinie des mechanischen Dämpfers und/oder der Hub des mechanischen Dämpfers in Abhängigkeit des Ein- und Ausschaltens des Fluiddruckes verstellbar ist. Je nach Beaufschlagung der jeweiligen Kammer mit Druckluft während der Bremsphase können sich andere auf den mechanischen Dämpfer wirkende Kräfte ergeben. Die Verzögerungskennlinie des mechanischen Dämpfers und/oder der Hub des mechanischen Dämpfers kann dann in Abhängigkeit dieser Kräfte insbesondere manuell oder elektrisch so angepasst werden, dass ein optimales mechanisches Bremsen erreicht werden kann.It is also advantageous if the deceleration characteristic of the mechanical damper and / or the stroke of the mechanical damper is adjustable as a function of the switching on and off of the fluid pressure. Depending on the admission of the respective chamber with compressed air during the braking phase, other forces acting on the mechanical damper forces may result. The deceleration characteristic of the mechanical damper and / or the stroke of the mechanical damper can then in particular be adjusted manually or electrically as a function of these forces so that optimum mechanical braking can be achieved.
Gemäß der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Ein- und Ausschalten des Fluiddruckes derart erfolgt, dass in der mechanischen Bremsphase entweder die schiebende Kammer entlüftet und die bremsende Kammer belüftet werden oder die schiebende Kammer und die bremsende Kammer entlüftet werden. Für den Fall, dass in der mechanischen Bremsphase die bremsende Kammer zudem belüftet wird, kann ein Abbremsen nicht nur ausschließlich über den mechanischen Dämpfer erfolgen, sondern auch über das Druckbeaufschlagen, also belüften, der bremsenden Kammer.According to the invention it can be provided that the switching on and off of the fluid pressure takes place in such a way that in the mechanical braking phase either the sliding chamber is vented and the braking chamber ventilated or the sliding chamber and the braking chamber are vented. In the event that in the mechanical braking phase, the braking chamber is also ventilated, braking can not only be done exclusively on the mechanical damper, but also on the pressurization, so ventilate, the braking chamber.
Ferner ist denkbar, dass das Ein- und Ausschalten des Fluiddruckes derart erfolgt, dass sich an die mechanische Bremsphase eine Andrückphase anschließt, in der die schiebende Kammer belüftet und die bremsende Kammer entlüftet werden. Durch Belüften der schiebenden Kammer kann dann ein sicheres Verharren des Stellglieds in der Endlage gewährleistet werden. Insbesondere kann verhindert werden, dass ein Rückschlageffekt entsteht, der beim Erreichen der Endlage ein ungewolltes Verfahren des Stellglieds aus der Endlage in die entgegengesetzte Richtung bewirkt. Furthermore, it is conceivable that the switching on and off of the fluid pressure takes place in such a way that adjoining the mechanical braking phase is a pressure phase in which the sliding chamber is ventilated and the braking chamber is vented. By venting the sliding chamber can then be ensured a safe persistence of the actuator in the end position. In particular, it can be prevented that a kickback effect arises, which causes an unintended operation of the actuator from the end position in the opposite direction when reaching the end position.
Das Ein- und Ausschalten des Fluiddruckes kann dabei so sein, dass die Andrückphase vor oder mit Erreichen der Endlage des Stellglieds eingeleitet wird. Ein frühzeitiges Einleiten der Andrückphase kann dazu führen, dass sicher verhindert wird, dass das Stellglied, und insbesondere eine an dem Stellglied angeordnete Masse, die Endlage nach deren Erreichen ungewollt verlässt.The switching on and off of the fluid pressure can be such that the pressing phase is initiated before or with reaching the end position of the actuator. An early initiation of the pressure phase can result in that it is reliably prevented that the actuator, and in particular a mass arranged on the actuator, unintentionally leaves the end position after it has been reached.
Es hat sich zudem als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Ein- und Ausschalten des Fluiddrucks derart erfolgt, dass zwischen der Beschleunigungsphase und der Bremsphase eine Übergangsphase vorgesehen ist, in der die schiebende Kammer belüftet und die bremsende Kammer entlüftet werden oder in der die schiebende Kammer entlüftet und die bremsende Kammer belüftet werden. In der Übergangsphase kann beispielsweise die Geschwindigkeit des Stellglieds konstant, oder weitgehend konstant gehalten werden.It has also been found to be advantageous if the switching on and off of the fluid pressure takes place in such a way that a transitional phase is provided between the acceleration phase and the braking phase in which the sliding chamber is ventilated and the braking chamber is vented or in which the sliding chamber is vented and the braking chamber be ventilated. In the transition phase, for example, the speed of the actuator can be kept constant or largely constant.
Die Einleitung der jeweiligen Bewegungsphase kann insbesondere in Abhängigkeit eines zurückgelegten Weges des Stellglieds erfolgen. Unter einem zurückgelegten Weg wird auch ein zurückgelegter Schwenkwinkel verstanden, falls es sich bei dem Aktuator um einen Schwenkeinheit handelt. Ebenfalls ist denkbar, dass die jeweilige Bewegungsphase zeitabhängig erfolgt. Den einzelnen Bewegungsphasen werden dann unterschiedliche Zeitdauern zugeordnet.The initiation of the respective movement phase can be carried out in particular as a function of a distance traveled by the actuator. A traveled path is also understood to mean a covered tilt angle if the actuator is a pivot unit. It is also conceivable that the respective movement phase is time-dependent. The individual movement phases are then assigned different durations.
Vorteilhafterweise finden zum Ein- und Ausschalten des Fluiddrucks Ventile, und insbesondere ansteuerbare Magnetventile Verwendung.Advantageously, to turn on and off the fluid pressure valves, and in particular controllable solenoid valves use.
Die Erfindung wird auch durch einen Aktuator, insbesondere eine Schwenk- oder Lineareinheit gelöst, mit wenigstens einem Kolben, mit zwei vom wenigstens einen Kolben begrenzten Kammern, und mit einem Stellglied, das in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg des Kolbens in unterschiedlichen Bewegungsphasen verfahrbar ist, wobei die Kammern unabhängig voneinander durch Ein- und Ausschalten eines Fluiddrucks belüftbar oder entlüftbar sind, und wobei ein mechanischer Dämpfer vorgesehen ist. Der Aktuator ist ferner zum Betreiben des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet und eingerichtet.The invention is also achieved by an actuator, in particular a pivoting or linear unit, with at least one piston, with two bounded by at least one piston chambers, and with an actuator which is movable in different movement phases depending on the distance traveled by the piston, wherein the chambers are independently ventilated or vented by switching fluid pressure on and off, and wherein a mechanical damper is provided. The actuator is also designed and set up to operate the method according to the invention.
Der Aktuator kann dabei einen doppelseitig druckbeaufschlagbaren Kolben aufweisen, der die beiden Kammern begrenzt. Denkbar ist auch, dass der Aktuator zwei Kolben aufweist, wobei die Kolben dann jeweils wenigstens eine druckbeaufschlagbare Kammer begrenzen. Die beiden Kolben können dann über geeignete Bauteile synchron bewegungsgekoppelt sein und das Stellglied, das als linear verlagerbares Stellglied oder als Drehstellglied ausgebildet sein kann, antreiben.The actuator may have a double-sided pressurizable piston, which limits the two chambers. It is also conceivable that the actuator has two pistons, the pistons then each defining at least one pressurizable chamber. The two pistons can then be synchronously coupled in motion via suitable components and drive the actuator, which can be designed as a linearly displaceable actuator or as a rotary actuator.
Der Aktuator kann zudem einen Wegsensor aufweisen, mit dem der vom Stellglied zurückgelegte Weg detektierbar ist. Für den Fall, dass das Stellglied ein Drehglied ist, ist unter dem zurückgelegten Weg der Drehwinkel gemeint.The actuator may also have a displacement sensor with which the path traveled by the actuator is detectable. In the case that the actuator is a rotary member, the distance traveled means the angle of rotation.
Besonders vorteilhaft ist, wenn der Aktuator eine eigene Regelelektronik aufweist, die insbesondere innerhalb des Gehäuses des Aktuators vorgesehen ist, und die im Betrieb des Aktuators die Ventile, die ebenfalls vorzugsweise im Gehäuse des Aktuators vorgesehen sind, in Abhängigkeit des vom Wegsensor detektierten Weges oder der Zeit ansteuert. Hierdurch wird ein Aktuator bereitgestellt, in dem sämtliche, wesentlichen Komponenten enthalten sind.It is particularly advantageous if the actuator has its own control electronics, which is provided in particular within the housing of the actuator, and in the operation of the actuator, the valves, which are also preferably provided in the housing of the actuator, depending on the way detected by the displacement sensor or the Time is on. As a result, an actuator is provided in which all the essential components are included.
Dabei ist die Verzögerungskennlinie des mechanischen Dämpfers verstellbar, wobei die Regelelektronik im Betrieb des Aktuators die Verzögerungskennlinie in Abhängigkeit der Ansteuerung der Ventile verstellt. Hierdurch kann ein optimales Abstimmen der fluidischen Bremsphase und der mechanischen Bremsphase erfolgen.In this case, the deceleration characteristic of the mechanical damper is adjustable, the control electronics adjusted during operation of the actuator, the deceleration characteristic as a function of the control of the valves. This can be done an optimal tuning of the fluidic braking phase and the mechanical braking phase.
Die Regelelektronik als solche kann dabei so ausgebildet sein, dass sie mit einer übergeordneten Steuereinheit oder Maschinensteuerung im Betrieb des Aktuators kommuniziert. Das Kommunizieren kann dabei drahtgebunden, beispielsweise über ein Bussystem erfolgen. Das Kommunizieren kann auch drahtlos, beispielsweise über Funksysteme erfolgen.The control electronics as such can be designed so that they communicate with a higher-level control unit or machine control during operation of the actuator. The communication can be wired, for example via a bus system. The communication can also be wireless, for example via radio systems.
Ferner kann vorteilhaft sein, wenn die Verzögerungskennlinie des mechanischen Dämpfers verstellbar ist. Besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn die Verzögerungskennlinie des mechanischen Dämpfers über die aktuatorinterne Regelelektronik verstellbar ist. Dies hat den Vorteil, dass abhängig von einem Ein- und Ausschalten des Fluiddruckes auch die Dämpfungsrate des Dämpfers verstellt und entsprechend angepasst werden kann.Furthermore, it may be advantageous if the deceleration characteristic of the mechanical damper is adjustable. It has turned out to be particularly advantageous if the deceleration characteristic of the mechanical damper can be adjusted via the control electronics inside the actuator. This has the advantage that depending on a switching on and off of the fluid pressure and the damping rate of the damper can be adjusted and adjusted accordingly.
Die Ventile können dabei insbesondere als ansteuerbare Magnetventile ausgebildet sein. 3/2-Wege-Magnetventile haben sich hier als vorteilhaft erwiesen. Die Magnetventile werden insbesondere von der aktuatoreigenen Regelelektronik angesteuert.The valves can be designed in particular as controllable solenoid valves. 3/2 Travel solenoid valves have proven to be advantageous here. The solenoid valves are controlled in particular by the actuator's own control electronics.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben und erläutert ist.Further details and advantageous embodiments of the invention will become apparent from the following description, with reference to which an embodiment of the invention is described and explained in detail.
Es zeigen:
-
1 einen erfindungsgemäßen Aktuator in schematischer Darstellung.
-
1 an actuator according to the invention in a schematic representation.
In der
Die Kammern
Wie aus der schematischen Darstellung gemäß
Auf der den druckbeaufschlagbaren Kammern
Die Regelelektronik
Im Betrieb der Schwenkeinheit
In einer Beschleunigungsphase des Stellglieds
An die Beschleunigungsphase kann sich eine Übergangsphase anschließen, in der die schiebende Kammer
An diese Übergangsphase schließt sich im Betrieb eine Bremsphase an, die zweiteilig ist. Zunächst erfolgt eine fluidische Bremsphase, in der die schiebende Kammer
Die fluidische Bremsphase und die mechanische Bremsphase sind dabei vorteilhafterweise so aufeinander abgestimmt, dass eine stoßfreie Verzögerung gewährleistet werden kann. Zur Abstimmung und Anpassung der mechanischen Bremsphase ist gemäß
Insgesamt kann mit der gezeigten Schwenkeinheit
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- DE 102016107407 A1 [0003]DE 102016107407 A1 [0003]
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