DE102018118955A1

DE102018118955A1 - Verfahren zum Betreiben einer fluidischen Vorrichtung zum Handhaben, Bewegen oder Spannen von Gegenständen zur Bestimmung von Leckagen am Kolben und derartige Vorrichtung

Info

Publication number: DE102018118955A1
Application number: DE102018118955.9A
Authority: DE
Inventors: Jan Grewe; Andreas Stanicki; Jonas Nägele; Bruno Fellhauer
Original assignee: Schunk GmbH and Co KG
Current assignee: Schunk GmbH and Co KG
Priority date: 2018-08-03
Filing date: 2018-08-03
Publication date: 2020-02-06
Anticipated expiration: 2038-08-04
Also published as: DE102018118955B4

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer fluidisch arbeitenden Vorrichtung (10) zum Handhaben, Bewegen oder Spannen von Gegenständen und Vorrichtung (10), wobei die Vorrichtung (10) einen Zylinder (18) aufweist und der Kolben (22) im Zylinder (18) verfahrbar angeordnet ist, wobei der Kolben (22) einen ersten Druckraum (D) und einen zweiten Druckraum (D) begrenzt, und wobei die Druckräume (D, D) unabhängig voneinander entlüftbar, sperrbar und/oder mit einem Arbeitsdruck (p) belüftbar sind, so dass der Kolben zwischen zwei Hubendlagen (S, S) hin und her verfahrbar ist, wobei die Vorrichtung (10) zur Bestimmung einer Leckage am Kolben vom ersten Druckraum (D) hin zum zweiten Druckraums (D) betrieben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer fluidisch, insbesondere pneumatisch arbeitenden Vorrichtung zum Handhaben, Bewegen oder Spannen von Gegenständen, wobei die Vorrichtungen einen Zylinder und einen im Zylinder verfahrbar angeordneten Kolben aufweist, wobei der Kolben einen ersten Druckraum und einen zweiten Druckraum begrenzt, und wobei die Druckräume unabhängig voneinander entlüftbar, sperrbar und/oder mit einem Arbeitsdruck belüftbar sind, so dass der Kolben zwischen zwei Hubendlagen hin und her verfahrbar ist. Die Erfindung betrifft auch eine solche fluidisch arbeitende Vorrichtung, insbesondere eine Greifvorrichtung zum Greifen von Gegenständen, eine Schwenkeinheit zum Verschwenken von Gegenständen, eine Lineareinheit zum Bewegen von Gegenständen entlang einer Achse oder eine Spanneinheit zum Spannen von Gegenständen.
Derartige Vorrichtungen mit einem Kolben und zwei den Kolben begrenzenden Druckräumen sind aus dem Stand der Technik beispielsweise aus der DE 100 13 022 A1 oder der EP 0 790 106 A1 bekannt. Die beiden Druckräume werden dabei zum Verfahren der Greifbacken wechselseitig mit Arbeitsdruck beaufschlagt, je nach Höhe des zur Verfügung stehenden Arbeitsdrucks können unterschiedliche Greifkräfte erzielt werden. Die Vorrichtungen werden regelmäßig für einen Arbeitsdruck ausgelegt, der in einem bestimmten Bereich, beispielsweise im Bereich von 4 bis 8 bar, liegt. Je nach Art und Aufbau des Drucknetzes, innerhalb dessen die Vorrichtungen Verwendung finden, können unterschiedliche Arbeitsdrücke vorgesehen sein. Um letztlich auf die Kraft rückschließen zu können, ist erforderlich, den Arbeitsdruck zu bestimmen. Zur Druckbestimmung können grundsätzlich Drucksensoren Verwendung finden, die zusätzliche Bauteile darstellen, die ihrerseits mit Energie versorgt werden müssen und deren Ausgangssignale weitergeleitet und entsprechend verarbeitet werden müssen.
Aus der DE 10 2008 035 021 A1 ist eine Greifvorrichtung bekannt, welches auf einer Seite des Kolbens ein Federelement aufweist, um den Kolben bei Drucklosschalten des Druckraums in eine Schließstellung zu drängen. Dadurch wird beispielsweise gewährleistet, dass auch bei einem unerwünschten Druckabfall die Greifkraft erhalten bleibt, so dass der Gegenstand weiterhin sicher gegriffen wird.
Um derartige Federelemente und damit verbundene Nachlaufwege zu vermeiden, ist es auch möglich, die Greifkraft bei einer fluidischen Greifvorrichtung durch eine Druckerhaltung im jeweiligen Druckraum zu erreichen. Eine Druckerhaltung kann beispielsweise nach Belüftung der entsprechenden Druckkammer mit dem Arbeitsdruck und einem daran anschließenden Sperren des Druckraumes erreicht werden. Aufgrund von Leckagen am Kolben bzw. dessen Kolbendichtung sowie in den Bereichen, die mit dem Kolbenraum fluidisch verbunden sind, kann der Druck im gesperrten Druckraum allerdings sinken, so dass die Greifkraft über die Zeit nachlässt. Da die Leckage über dem Kolben auch innerhalb einer Baureihe sehr unterschiedlich ausfallen kann, ist der Zeit-Greifkraft-Verlauf bei gesperrtem Druckraum nicht bekannt, was zu einer unerwünschten Prozessunsicherheit führt.
Um einen Druckverlust im gesperrten Druckraum zu detektieren, ist es möglich, einen Drucksensor vorzusehen. Derartige Drucksensoren sind allerdings aufwändig und teuer.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein eingangs beschriebenes Verfahren zum Betreiben einer fluidisch arbeitenden Vorrichtung zum Handhaben, Bewegen oder Spannen von Gegenständen, sowie eine zugehörige Vorrichtung bereitzustellen, mit dem bzw. mit der eine ausreichende Krafterhaltung auf zuverlässige Art und Weise bestimmt werden kann. Die Krafterhaltung soll dabei insbesondere ohne Unterstützung eines den Kolben beaufschlagten Federelements und ohne Drucksensoren, die den Druck im jeweiligen Druckraum messen, bereitgestellt werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 wird folglich die fluidisch arbeitende Vorrichtung zur Bestimmung einer Leckage am Kolben vom ersten Druckraum hin zum zweiten Druckraum gemäß den folgenden Schritten betrieben:

(a) Belüften des ersten Druckraums und Entlüften des zweiten Druckraums, so dass der Kolben in die erste Hubendlage verfahren wird,
(b) Sperren des ersten Druckraums, während der zweite Druckraum entlüftet bleibt,
(c) Zuwarten einer Zeitdauer t₁ , wobei während dieser Zeitdauer t₁ bei einer auftretenden Undichtheit am Kolben der Druck im ersten Druckraum aufgrund eines Überströmens des Druckmittels vom ersten Druckraum über den Kolben hin zum zweiten Druckraum im ersten Druckraum sinkt,
(d) Belüften des zweiten Druckraums, so dass der Kolben aus der ersten Hubendlage gedrängt wird und dann Bestimmen der Kolbenposition,
(e) Bestimmen der Abweichung der Kolbenposition aus dem vorherigen Schritt von der Hubendlage und daraus Bestimmen einer Leckage nach Verstreichen der Zeitdauer t₁ .

Findet aufgrund einer Leckage am Kolben, bzw. an dessen Dichtung, im Schritt (c) ein Überströmen des Druckmittels über den Kolben statt, so sinkt der Druck im gesperrten Druckraum. In Schritt (d) wird der Kolben dann aus der ersten Hubendlage in eine von der ersten Hubendlage verschiedene Kolbenposition bewegt. In dem Fall, dass der Kolben 100% dicht ist, strömt im Schritt (c) kein Druckmittel über den Kolben, weshalb der Kolben auch bei Belüften des zweiten Druckraums in der ersten Hubendlage verbleibt; der Druck auf der gesperrten Kolbenseite entspricht dann dem Arbeitsdruck. Dies gilt dann, wenn die wirksamen Kolbenflächen auf beiden Seiten des Kolbens identisch sind.
Sind die wirksamen Kolbenflächen auf den beiden Seiten des Kolbens unterschiedlich, weil beispielsweise an einer Seite des Kolbens eine Kolbenstange vorgesehen ist, und wird in Schritt (d) der Druckraum belüftet, durch welchen keine Kolbenstange verläuft, so wird auch bei einem 100 % dichten Kolben der Kolben aus der Endlage bewegt. Die wirksame Kolbenfläche im Druckraum ohne Kolbenstange ist größer als die wirksame Kolbenfläche im Druckraum mit Kolbenstange.
Aus der Abweichung der Kolbenposition von der Hubendlage kann - gegebenenfalls unter Berücksichtigung des Verhältnisses von unterschiedlich großen wirksamen Kolbenflächen -eine Leckage und deren Größe bestimmt werden. Je größer die Abweichung, desto größer die Leckage nach der Zeitdauer t₁ . Aus dem Maß der Abweichung sowie aus der Größe der verstrichenen Zeitdauer t₁ kann letztlich auf die Größe der Leckage rückgeschlossen werden. Aus der Größe der Leckage kann dann auf die Dauer einer noch zulässigen Krafterhaltung rückgeschlossen werden. Je geringer die Leckage, desto länger die Krafterhaltung.
Insgesamt kann durch das erfindungsgemäße Verfahren letztlich die Dauer einer möglichen Krafterhaltung beim Sperren des zuletzt belüfteten Druckraums bestimmt werden, was zur erhöhten Prozesssicherheit während des Greifvorgangs führt. Außerdem können zusätzliche Bauteile, wie Federelemente, die den Kolben in die Schließrichtung drängen, sowie Drucksensoren entfallen.
Gemäß der Erfindung ist denkbar, dass dann ein Signal ausgegeben wird, wenn die Leckage größer ist als eine vorgegebene, noch zulässige Referenzleckage. Wird also die zulässige Referenzleckage überschritten, wird das Signal abgegeben, womit eine Systemüberwachung oder auch ein Benutzer darüber informiert werden kann, dass die Leckage zu groß ist und dass eine erwünschte Dauer einer Krafterhaltung nicht erreicht werden kann.
Ferner ist vorteilhaft, wenn nach Schritt (e) in einem Schritt (f) der Druckraum erneut entlüftet wird und wenn dann die Schritte (c) bis (e) erneut durchgeführt werden, so dass nach dem Verstreichen einer weiteren Zeitdauer (t₂ ) die zugehörige Kolbenposition erneut in Schritt (d) und die zugehörige Leckage erneut in Schritt (e) bestimmt wird. Durch ein solches Wiederholen der Schritte (c) bis (e) und durch ein erneutes bestimmen der Leckage kann eine genauere und zuverlässigere Bestimmung des Leckageverhaltens der Vorrichtung ermöglicht wird.
Ferner ist vorteilhaft, wenn das Verfahren n-mal wiederholt wird, beispielsweise fünf- bis fünfzehnmal, so dass insgesamt zuverlässigere Leckagewerte vorliegen.
Aus der Leckage kann letztlich in Verbindung mit der jeweils verstrichenen Zeitdauer eine Leckagerate bestimmt werden. Aus der Leckagerate kann dann eine Krafterhaltungsrate bestimmt werden, also die verbleibende Kraft über der Zeit.
Um ein Überströmen des Druckmittels in die andere Richtung zu bestimmen, also um eine Leckage vom zweiten Druckraum hin zum ersten Druckraum zu erhalten, werden die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte so durchgeführt, dass der jeweils andere Druckraum entlüftet, gesperrt und/oder mit einem Arbeitsdruck belüftet wird, so dass der Kolben in Schritt (a) in die zweite Hubendlage verfahren wird und in Schritt (d) aus der zweiten Hubendlage gedrängt wird.
Die Prozesssicherheit wird dadurch erhöht, wenn das Verfahren in beide Richtungen durchgeführt wird, so dass ein Überströmen des Druckmittels über den Kolben zum einen vom ersten Druckraum hin zum zweiten Druckraum und zum anderen vom zweiten Druckraum hin zum ersten Druckraum bestimmt wird.
Weiterhin ist vorteilhaft, wenn vor und wenn nach der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens jeweils eine Referenzposition bestimmt wird, wobei aus der Abweichung der beiden Referenzpositionen auf die Verwertbarkeit der mit dem Verfahren durchgeführten Leckagebestimmung rückgeschlossen wird. Das Verfahren ist insbesondere dann nicht verwertbar, wenn der Arbeitsdruck starken Druckschwankungen unterliegt, beispielsweise weil andere Verbraucher im Drucknetz zu viel Druckmittel abziehen.
Ist der Differenzwert der beiden Referenzkolbenpositionen, also der Referenzkolbenposition vor Durchführung des Verfahrens und der Referenzkolbenposition nach Durchführung des Verfahrens kleiner als ein vorgegebener Schwellwert, dann ist die Verwertbarkeit des Verfahrens der erfindungsgemäßen Leckagebestimmung gegeben; ist der Differenzwert hingegen größer als ein vorgegebener Schwellwert, so ist das Verfahren mit einer vergleichsweise großen Unsicherheit behaftet, so dass die mit dem Verfahren bestimmte Leckagebestimmung letztlich nicht verwertet werden kann.
Zur Bestimmung der Referenzkolbenpositionen wird dabei wie folgt vorgegangen:

(i) Verfahren des Kolbens in eine Hubendlage,
(ii) Entlüften beider Druckräume,
(iii) Sperren des ersten Druckraums,
(iv) Belüften des zweiten Druckraums,
(v) Bestimmen der Endposition des Kolbens als Referenzposition.

Über dieses Verfahren kann folglich die Höhe des Arbeitsdruckes über die jeweilige Endposition des Kolbens in Schritt (v) bestimmt werden. Durch Vergleich der Referenzkolbenpositionen vor Durchführung des eigentlichen Verfahrens und nach Durchführung des eigentlichen Verfahrens kann bestimmt werden, ob der Arbeitsdruck vor Durchführung des Verfahrens und nach Durchführung des Verfahrens gleich hoch ist oder im Wesentlichen gleich hoch ist. Wenn der Arbeitsdruck gleich hoch ist oder im Wesentlichen gleich hoch ist, also wenn der Differenzwert kleiner ist als ein vorgegebener Schwellwert, dann ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Leckagebestimmung verwertbar; die Druckverhältnisse des Arbeitsdruckes vor und nach dem Verfahren haben sich nicht wesentlich geändert.
Dabei ist zu berücksichtigen, dass der Arbeitsdruck im laufenden Betrieb schwanken kann, je nach Aufbau des Drucknetzes und je nach Art und Anzahl der am Drucknetz angeschlossenen und betriebenen Vorrichtungen.
Zur absoluten Bestimmung des Arbeitsdruckes ist es möglich, dass die erste und/oder die zweite bestimmte Referenzposition mit einer hinterlegten Referenzposition verglichen wird, und dass daraus auf den Arbeitsdruck rückgeschlossen wird. Die hinterlegten Referenzpositionen können dabei im Rahmen einer Kalibrierung der Vorrichtung bestimmt werden. Dabei wird der jeweilige Druckraum mit einem oder mehreren unterschiedlichen, bekannten und vorgegebenen Referenzdrücken beaufschlagt, wobei dann festgestellt wird, bei welchem Referenzdruck der Kolben welche zugehörige Endposition einnimmt. Folglich kann dann in Schritt (v) aus der Endposition auf die Höhe des Arbeitsdruckes rückgeschlossen werden.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch eine fluidisch arbeitende Vorrichtung gemäß Patentanspruch 10, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben und erläutert ist.
Es zeigen:

1 eine erfindungsgemäße Greifvorrichtung im Teilschnitt;
2 bis 6 eine schematische Darstellung der Kolben-ZylinderEinheit der Greifvorrichtung gemäß 1 in unterschiedlichen Druckphasen.

In der 1 ist eine Greifvorrichtung 10 gezeigt, die ein Grundgehäuse 12 aufweist sowie zwei im Grundgehäuse 12 aufeinander zu und voneinander weg verfahrbaren Grundbacken 14 und 16. Zum Antreiben der Backen 14, 16 ist im Gehäuse 12 ein Zylinder 18 vorgesehen, in dem ein Kolben 22 verfahrbar angeordnet ist, wobei der Kolben 22 den Zylinder 18 in zwei Druckräume D₁ und D₂ unterteilt. Der Kolben 22 ist über eine Kolbenstange 24 mit einem Schrägzug bzw. einem Keilhakengetriebe 20 gekoppelt, welches wiederum mit den beiden Backen 14 und 16 derart bewegungsgekoppelt ist, dass bei einer axialen Bewegung des Kolbens 22 die Backen 14, 16 aufeinander zu oder voneinander weg bewegt werden.
Im Gehäuse 12 sind ferner in 1 nicht dargestellte Druckregelventile integriert, mit denen die beiden Druckräume D₁ und D₂ mit einem Arbeitsdruck p_z belüftbar sind und zur Atmosphäre p₀ hin entlüftbar und absperrbar sind. Ferner ist im Grundgehäuse 12 eine in 1 nicht dargestellte Recheneinheit zur Ansteuerung der Ventile vorgesehen ist.
In den 2 bis 6 ist der Zylinder 18 mit dem darin angeordneten Kolben 22 samt Kolbenstange 24 jeweils schematisch dargestellt. In der 2 sind zusätzlich eine Recheneinheit 26 sowie vier Ventile 28, 30, 32, 34 gezeigt. Die beiden Ventile 28, 30 sind einem Anschluss A des Druckraums D₂ zugeordnet. Die beiden Ventile 32, 34 sind einem Anschluss B des Druckraums D₁ _zugeordnet. Die Ventile 28, 30, 32, 34 sind über die Recheneinheit 26 ansteuerbar.
Ferner ist eine Druckquelle 36 vorgesehen, die den Arbeitsdruck p_z bereitstellt. Zur Erfassung der jeweiligen Position des Kolbens 22 im Zylinder 18 ist ein Positionssensor 38 vorgesehen, der Signale an die Recheneinheit 26 liefert. Bei dem Positionssensor 38 kann es sich beispielsweise um einen oder mehrere entlang des Zylinders 18 angeordnete Hall-Sensoren handeln, welche die Position des Kolbens 22 im Zylinder 18 detektieren. Der Kolben kann dazu beispielsweise Signalgeber, insbesondere in Form von Permanentmagneten, aufweisen, um eine genaue Bestimmung der Position des Kolbens vornehmen zu können. Die Position des Kolbens kann auch mittelbar bestimmt werden, beispielsweise durch Erfassung der Position der Kolbenstange 24 oder durch Erfassung von Bauteilen, wie beispielsweise die Backen 14,16, die mit der Kolbenstange 24 bewegungsgekoppelt sind.
Bei den Ventilen 28 und 32 handelt es sich um 2/2-Wegeventile; bei den Ventilen 30, 34 um 2/4-Wegeventile. Die Ventile 28 bis 34 sowie die Steuereinheit 26 sind vorzugsweise in das Gehäuse 12 der Greifvorrichtung 10 integriert, bzw. sind in einem Anbaugehäuse, welches an das Gehäuse 12 angebaut werden kann, untergebracht.
Zur Bestimmung der Leckage über den Kolben 22 bzw. gegebenenfalls über dessen, in den Figuren nicht gezeigte, Kolbendichtung in Form beispielsweise eines Dichtrings, wird die Greifvorrichtung 10 wie folgt betrieben:

Zunächst wird eine erste Referenzposition S_R1 des Kolbens 22, wie sie in 2 gezeigt ist, bestimmt. Dazu wird der Kolben 22 in die Hubendlage S_E1 verfahren, beispielsweise durch Belüften des Druckraums D₁ und Entlüften des Druckraums D₂ . Daran anschließend werden beide Druckräume D₁ und D₂ entlüftet. Nach der Entlüftung wird der Druckraum D₁ gesperrt und, wie in 2 gezeigt und der Druckraum D₂ mit dem Arbeitsdruck p_z belüftet. Die Ventile 28 bis 34 werden dabei von der Recheneinheit 26 so angesteuert, dass sie die in der in 2 gezeigten Schaltstellungen einnehmen. Aufgrund des Arbeitsdrucks p_z im Druckraum D₂ wird die im Druckraum D₁ eingesperrte Luft komprimiert. Je höher der Arbeitsdruck p_z , desto höher die Kompression der Luft im Druckraum D₁ , und desto größer ist der Verfahrweg des Kolbens 22 von der ersten Hubendlage S_E1 bis hin zur Referenzposition S_R1 . Der Wert S_R1 wird vom Positionssensor 38 erfasst und in der Recheneinheit 26 hinterlegt.

In einem nächsten Schritt wird, wie in 3 gezeigt, der Kolben 22 in die Hubendlage S_E1 verfahren. Dazu werden die Ventile 32 und 34 so geschalten, dass der Druckraum D₁ mit dem Arbeitsdruck p_z beaufschlagt wird. Die Ventile 28 und 30 werden so geschalten, dass der Druckraum D₂ entlüftet wird, also mit dem Atmosphärendruck p₀ , verbunden wird. In dieser Schaltstellung bewegt sich folglich der Kolben 22 in die Hubendlage S_E1 .
In einem nächsten Schritt, der in 4 gezeigt ist, wird nunmehr das Ventil 32 so geschalten, dass der Druckraum D₁ gesperrt wird. Im Druckraum D₁ herrscht dann der Arbeitsdruck p_z . Der Druckraum D₂ bleibt dabei entlüftet.
Aufgrund der Druckdifferenz zwischen den Druckräumen D₁ und D₂ findet bei einer Undichtheit des Kolbens 22 im Zylinder 18 ein Überströmen des Druckmittels vom Druckraum D₁ hin zum entlüfteten Druckraum D₂ statt. Tritt also eine derartige Leckage l₁ auf, dann sinkt während einer Zeitdauer t₁ der Druck im Druckraum D₁ vom Arbeitsdruck p_z zu einem Druck p_z' .
Nach Verstreichen der Zeitdauer t₁ wird in einem nächsten Schritt, wie in 5 gezeigt, das Ventil 30 derart geschalten, dass der Druckraum D₂ mit dem Arbeitsdruck p_z beaufschlagt wird. Dadurch wird der Kolben 22 aus der ersten Hubendlage S_E1 gedrängt.
Ist nun während der Zeitdauer t₁ der Druck im Arbeitsraum D₁ auf einen Wert p_z auf einen Wert p_z' gesunken, so bewegt sich der Kolben 22 bei Druckbeaufschlagung des Druckraums D₂ mit dem Arbeitsdruck p_z aus der Hubendlage S_E1 in die in der 5 gezeigte Kolbenposition S₁ .
Wird gemäß 5 der Druckraum D₂ mit dem Arbeitsdruck p_z beaufschlagt, dann steigt mit Verlagerung des Kolbens aus der Hubendlage S_E1 hin zur Kolbenposition S₁ der Druck im Druckraum D₁ vom Wert p_z' hin zum Wert p_z . Mit Erreichen des Kräftegleichgewichts wird dann die Position S₁ eingenommen. Je geringer der Druck p_z' im Druckraum D₁ , desto größer ist letztlich der Fahrfahrweg des Kolbens 22 aus der Hubendlage S_E1 hin zur Position S₁ .
Aus der Kolbenposition S₁ und aus der zugewarteten Zeitdauer t₁ kann folglich auf das Ausmaß der Leckage l₁ rückgeschlossen werden. Je weiter entfernt die Kolbenposition S₁ von der Hubendlage S_E1 ist und je geringer die Zeitdauer t₁ , desto größer die Leckage l₁ .
Wenn die bestimmte Leckage l₁ größer ist als eine vorgegebene, noch zulässige Referenzleckage l_R ist, dann wird ein Signal erzeugt, um das System bzw. den Benutzer auf die Leckage hinzuweisen.
Um eine differenziertere Bestimmung der Leckage zu erreichen, kann nun in einem nächsten Schritt der Druckraum D₂ wieder entlüftet werden, wie es in 4 gezeigt ist. Nach Zuwarten einer zweiten Zeitdauer t₂ erfolgt dann eine erneute Belüftung des Druckraums D₂ , wie es in 5 gezeigt ist. Nachdem sich ein Kräftegleichgewicht in den Druckräumen D₁ und D₂ eingestellt hat, wird dann die zugehörige Kolbenposition S₂ bestimmt. Danach kann wiederum der Druckraum D₂ , wie in 4 gezeigt, entlüftet werden, und eine Zeitdauer t₃ zugewartet werden. Nach Ablauf der Zeitdauer t₃ kann dann entsprechend 5 der Druckraum D₂ wieder belüftet werden, und die zugehörige Kolbenposition S₃ bestimmt werden. Dieser Ablauf kann n-mal durchgeführt werden, so dass letztlich nach n-Zeitdauern t_n n-Kolbenpositionen S_n und n-Leckagewerte l_n zur Verfügung stehen.
Bleibt während der wiederholten Durchführung der Bestimmung der Kolbenpositionen S₁ bis S_n der Arbeitsdruck p_z konstant, so verändern sich die Positionen S₁ bis S_n bei einer 100%-dichten Kolbendichtung nicht; alle Positionen S₁ bis S_n liegen dann in der ersten Hubendlage S_E1 . Liegt allerdings eine Leckage vor, so müssen nach jeder Wiederholung der Bestimmung der Kolbenpositionen S₁ bis S_n die aufeinanderfolgenden Kolbenpositionen S₁ bis S_n jeweils immer weiter entfernt von der Hubendlage S_E1 sein.
Zeigt die Bestimmung der Kolbenposition S₁ bis S_n , dass aufeinanderfolgende Kolbenpositionen nicht weiter entfernt von der Hubendlage S_E1 sind, sondern näher an die Hubendlage S_E1 heranrücken, dann kann auf eine Varianz des Arbeitsdrucks p_z und insbesondere auf eine Veränderung des Arbeitsdrucks p_z rückgeschlossen werden, was letztlich das Ergebnis der Bestimmung der Leckage verfälscht.
Aus den Kolbenpositionen S₁ bis S_n kann die jeweils zugehörige Leckage l₁ bis l_n nach der jeweils verstrichenen Zeitdauer t₁ bis t_n bestimmt werden. Aus den auftretenden Leckagen l₁ bis l_n kann also ein Kraftabfall über einer Zeitdauer bestimmt und damit auf die Greifkrafterhaltung rückgeschlossen werden; je geringer die Leckage, desto größer die Greifkrafterhaltung. Je größer die Leckage, desto geringer die Greifkrafterhaltung.
In dem bisher beschriebenen Verfahren wird insbesondere in den Verfahrensschritten, wie sie in 4 und 5 gezeigt sind, ein Überströmen des Druckmittels vom Druckraum D₁ hin zum Druckraum D₂ bestimmt. Nachdem eine ausreichende Anzahl von n-Positionen S₁ bis S_n bestimmt wurde, kann in einem darauffolgenden Verfahrenszyklus ein Überströmen vom Druckraum D₂ hin zum Druckraum D₁ bestimmt werden, und daraus eine entsprechende Leckage abgeleitet werden. Dazu wird entsprechend der Beschreibung zu den 3 bis 5 vorgegangen, wobei in den einzelnen Verfahrensschritten jeweils der andere Druckraum entlüftet, gesperrt und/oder mit dem Arbeitsdruck belüftet, so dass zunächst entsprechend der 3 der Kolben 22 in die zweite Hubendlage S_E2 verfahren wird, und dass dann gemäß 5 nicht der Druckraum D₂ mit Arbeitsdruck beaufschlagt wird, sondern der Druckraum D₁ und dass dann der Druckraum D₂ entlüftet wird. Auf diese Art und Weise können entsprechende Kolbenpositionen bestimmt werden, aus denen letztlich auf eine Leckage bei umgekehrter Druckbeaufschlagung rückgeschlossen werden kann.
Die in den Figuren beschriebene Ausführungsform umfasst den Kolben 42 mit der Kolbenstange 24. Insofern sind die wirksamen Druckflächen auf den beiden Seiten des Kolbens 22 geringfügig unterschiedlich. Dies führt dazu, dass die aus dem Druck p_z resultierende Kraft in die eine Richtung (von D₂ nach D₁ ) geringfügig größer ist als in die andere Richtung (von nach D₁ nach D₂ ). Dies hat zum einen zur Folge, dass bei Druckbeaufschlagung des Druckraums D2 gemäß 5 erst dann der Kolben 22 aus der Hubendlage S_E1 bewegt wird, wenn die aus den unterschiedlichen Druckflächen resultierende Kraft überwunden wird. Zum anderen wird bei umgekehrter Druckbeaufschlagung, also wenn entsprechend 4 der Druckraum D2 belüftet und dann gesperrt wird gesperrt und dann entsprechend 5 der Druckraum D1 belüftet wird, der Kolben 23 sich um einen Weg aus der Hubendlage S_E2 bewegen, auch wenn der Kolben 100 % dicht sein sollte. Bei der Bestimmung der Leckage kann dieses Verhalten berücksichtigt werden.
Die Ergebnisse des beschriebenen Verfahrens zur Bestimmung einer Leckage sind allerdings nur dann verwertbar, wenn der Arbeitsdruck p_z während der Durchführung des Verfahrens nicht wesentlich schwankt. Deshalb wird am Ende des Verfahrens nochmals, entsprechend dem Vorgehen, wie es in 2 zugehörig beschrieben ist, vorgegangen. Dazu wird, wie es in 6 gezeigt ist, nach einem Entlüften beider Druckräume und nach einem Sperren des ersten Druckraums D₁ der zweite Druckraum D₂ mit Arbeitsdruck p_z beaufschlagt und dann die Referenzposition S_R2 des Kolbens 22 bestimmt. Ist der Arbeitsdruck p_z zu Beginn des Verfahrens, also dann, wenn die Referenzposition S_R1 gemäß 1 bestimmt wird, identisch zum Arbeitsdruck während der Bestimmung der Referenzposition S_R2 , dann stimmt die Referenzposition S_R1 mit der
Referenzposition S_R2 überein. Sollte allerdings der Fall auftreten, dass der Arbeitsdruck p_z sich verändert, dann stimmt die Referenzposition S_R2 nicht mit der Referenzposition S_R1 überein. Aus dem Differenzwert der beiden Referenzpositionen kann folglich auf die Verwertbarkeit der erfolgten Leckagebestimmung rückgeschlossen werden. Ist der Referenzwert größer als ein vorgegebener Schwellwert, dann ist die erfolgte Leckagebestimmung nicht zu verwerten. Die Leckagebestimmung hat dann ggfs. zu einem späteren Zeitpunkt zu erfolgen.
Um den Absolutwert des Arbeitsdrucks vor und nach Durchführung des eigentlichen Verfahrens zur Bestimmung der Leckage zu bestimmen, kann die jeweilige Referenzposition mit einer hinterlegten Referenzposition verglichen werden, wobei aus dem Vergleich auf den tatsächlich herrschenden Arbeitsdruck rückgeschlossen werden kann.
Im normalen Betrieb der Greifvorrichtung, also wenn Gegenstände gegriffen und gegebenenfalls verlagert werden, werden die Ventile 28 bis 34 derart angesteuert, dass der Kolben eine gewünschte Soll-Position einnimmt. Die tatsächlich eingenommene Ist-Position wird vom Positionssensor 38 bestimmt. Liegt eine Abweichung zwischen der Soll-Position und der Ist-Position vor, die einen Grenzwert überschreitet, so kann eine Meldung erzeugt werden. Eine solche Abweichung des Ist-Werts vom Soll-Wert liegt allerdings nur dann vor, wenn vergleichsweise große Undichtheiten auftreten. Eine solche große Undichtheit kann unverzüglich gemeldet werden.
Insgesamt kann durch das erfindungsgemäße Verfahren auf einfache Art und Weise, ohne zusätzliche Drucksensoren und ohne Vorsehen eines zusätzlichen Federelements in einem der Druckräume, letztlich aus der auftretenden Leckage am Kolben 22 ein Kraftverlust pro Zeiteinheit, und damit eine Greifkrafterhaltung über eine gewisse Zeit bestimmt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10013022 A1 [0002]
EP 0790106 A1 [0002]
DE 102008035021 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer fluidisch arbeitenden Vorrichtung (10) zum Handhaben, Bewegen oder Spannen von Gegenständen , wobei die Vorrichtung (10) einen Zylinder (18) aufweist und wobei im Zylinder (18) der Kolben (22) verfahrbar angeordnet ist, wobei der Kolben (22) einen ersten Druckraum (D₁) und einen zweiten Druckraum (D₂) begrenzt, und wobei die Druckräume (D₁, D₂) unabhängig voneinander entlüftbar, sperrbar und/oder mit einem Arbeitsdruck (p_z) belüftbar sind, so dass der Kolben (22) zwischen zwei Hubendlagen (S_E1, S_E2) hin und her verfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) zur Bestimmung einer Leckage (1) am Kolben (22) vom ersten Druckraum (D₂) hin zum zweiten Druckraum (D₁) gemäß den folgenden Schritten betrieben wird: (a) Belüften des ersten Druckraums (D₁) und Entlüften des zweiten Druckraums (D₂), so dass der Kolben (22) in die erste Hubendlage (S_E1) verfahren wird, (b) Sperren des ersten Druckraums (D₁), während der zweite Druckraum (D₂) entlüftet bleibt, (c) Zuwarten einer Zeitdauer t₁, (d) Belüften des zweiten Druckraums (D₂), so dass der Kolben (22) aus der ersten Hubendlage (S_E1) gedrängt wird und dann Bestimmen der Kolbenposition (S₁), (e) Bestimmen der Abweichung der Kolbenposition (S₁) aus Schritt (d) von der Hubendlage (S_E1) und daraus Bestimmen einer Leckage (l₁) nach Verstreichen der Zeitdauer t₁.
Verfahren nach Anspruch 1, dass dann ein Signal ausgegeben wird, wenn die bestimmte Leckage (l₁) größer ist als eine vorgegebene, noch zulässige Referenzleckage (l_R).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt (e) in einem Schritt (f) der Druckraum (D₂) erneut entlüftet wird, und dass dann die Schritte (c) bis (e) erneut durchgeführt werden, so dass nach dem Verstreichen einer weiteren Zeitdauer (t₂) die zugehörige Kolbenposition (S₂) erneut in Schritt (d) und die zugehörige Leckage (l₂) erneut in Schritt (e) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nach Anspruch 3 n-mal wiederholt wird, so dass jeweils nach Verstreichen von n Zeitdauern (t₁, t₂, t₃, ..., t_n) n Kolbenposition (S₁, S₂, S₃, ..., S_n) und n Leckagen (l₁, l₂, l₃,..., l_n) bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Leckage (l₁, l₂, l₃,..., l_x) nach Verstreichen der Zeitdauer (t₁, t₂, t₃,..., t_x) ein Kraftverlust nach Verstreichen der jeweiligen Zeitdauer bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leckage (l₁) vom zweiten Druckraum (D₂) hin zum ersten Druckraums (D₁) dadurch bestimmt wird, dass in den Verfahrensschritten nach wenigstens Anspruch 1 der jeweils andere Druckraum (D₂, D₁) entlüftet, gesperrt und/oder mit einem Arbeitsdruck (p_z) belüftet wird, so dass der Kolben (22) in Schritt (a) in die zweite Hubendlage (S_E2) verfahren wird und in Schritt (d) aus der zweiten Hubendlage (S_E2) gedrängt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor und nach Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche jeweils eine erste Referenzposition (S_R1) und eine zweite Referenzposition (S_R") wie folgt bestimmt werden: (i) Verfahren des Kolbens (22) in eine Hubendlage (E₁, E₂), (ii) Entlüften beider Druckräume (D₁, D₂), (iii) Sperren des ersten Druckraums(D₁), (iv) Belüften des zweiten Druckraums(D₂), (v) Bestimmung der Endposition des Kolbens (22) als Referenzposition (S_R1), wobei ein Differenzwert der beiden Referenzposition (S_R1, S_R2) bestimmt wird, aus dem auf eine Verwertbarkeit der Leckagebestimmung nach einem der vorhergehenden Verfahren rückgeschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leckagebestimmung dann nicht verwertet wird, wenn der Differenzwert größer als ein vorgegebener Schwellwert ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Referenzposition (S_R1, S_R2) mit einer hinterlegten Referenzposition verglichen werden und dass daraus auf den Arbeitsdruck (p_z) rückgeschlossen wird.
Fluidisch arbeitende Vorrichtung (10) zum Handhaben, Bewegen oder Spannen von Gegenständen, mit einem Zylinder (18) und einen im Zylinder (18) verfahrbaren Kolben (22), wobei der Kolben (22) einen ersten Druckraum (D₁) und einen zweiten Druckraum (D₂) begrenzt, wobei integrierte Druckregelventile (28, 30, 32, 34) vorgesehen sind, mit denen die Druckräume (D₁, D₂) unabhängig voneinander mit einem Arbeitsdruck (p_z) belüftbar, entlüftbar und sperrbar sind, so dass der Kolben (22) zwischen zwei Hubendlagen (S_E1, S_E2) hin und her verfahrbar ist, wobei ein Positionssensor (38) zur Bestimmung der Position des Kolbens (22) vorgesehen ist, und wobei eine Recheneinheit (26) zur Ansteuerung der Ventile (28, 30, 32, 34) vorgesehen ist, wobei die Recheneinheit eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.