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Die
Erfindung betrifft eine Abfragevorrichtung von wenigstens einer
Position eines in einem Zylinder verschiebbar gelagerten, druckbeaufschlagbaren
Kolbens. Die Erfindung betrifft außerdem ein pneumatisches Handhabungsgerät, insbesondere eine
Greifvorrichtung, eine Spannvorrichtung, einen Linearantrieb, eine
Schwenkeinrichtung oder dergleichen mit einer derartigen Abfragevorrichtung.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Abfrage der Position
eines Kolbens.
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Aus
dem Stand der Technik sind verschiedene Abfragevorrichtungen von
verschiebbaren Teilen bekannt. Beispielsweise ist bekannt, an dem
verschiebbaren Teil eine Schaltfahne anzuordnen, die mit einem ortsfest
angeordneten Schalter derart zusammenwirkt, dass der Schalter betätigt wird,
wenn die Schaltfahne diesen überfährt. Ferner
sind magnetische Nehrungsschalter bekannt, die einen am verschiebbar
gelagerten Teil vorgesehenen Magneten (Signalgeber) umfassen, der
einen ortsfest angeordneten Magnetschalter (Signalempfänger) dann betätigt, wenn
der Magnet in den Detektionsbereich des Magnetschalters gelangt.
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Die
bekannten Vorrichtungen und Verfahren haben den Nachteil, dass sie
auf Umwelteinflüsse sehr
empfindlich reagieren. Insbesondere dann, wenn die Abfragevorrichtungen
bei Handhabungsgeräten
Verwendung finden, die bei einer spanabhebenden Bearbeitung von
Werkstücken
eingesetzt werden, unterliegen die Abfragevorrichtungen einer starken
Verschmutzung durch beispielsweise Späne und Kühlmittel. Die bekannten Vorrichtungen
benötigen
auch eine elektrische Verkabelung, die zum einen störend und
zum anderen auch sehr störanfällig ist.
Gerade Späne
und Kühlmittel
greifen die Verkablung stark an.
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Aus
der
DD 136 055 ist eine
Anordnung zur Endlagensignalisierung von pneumatischen und hydraulischen
Arbeitszylindern bekannt geworden, bei der im Bereich der Zylinderköpfe jeweils
ein Bohrungspaar derart angeordnet ist, wobei je jeweiligen Bohrungen
eines Bohrungspaars über
eine Inhibition miteinander verbunden sind. Nachteil einer derartigen
Anordnung ist, dass vergleichsweise viele pneumatische/hydraulische
Bauteile Verwendung finden und entsprechend viele Druckleitungen
vorzusehen sind.
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Aus
der
DE 25 09 771 A1 ist
eine Fühleinrichtung
zur Bestimmung des Stellung des Kolbens in einem Zylinder bekannt
geworden, bei der die Drücke an
mehreren Öffnungen
des Zylinders mittels eines gemeinsamen Druckaufnehmers überwacht
werden, wobei für
jede abzufragende Position des Kolbens zwei Öffnungen vorgesehen sind.
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Aus
der
DE 30 31 779 A1 ist
eine Vorrichtung zum Auslösen
einer Funktion bei einer vorgegebenen Position eines durch ein Druckmittel
getriebenen Kolbens bekannt geworden, bei der über einen Differenzdruckfühler sichergestellt
wird, dass der Druckfühler
nicht anspricht, wenn der Kolben rückgeführt wird.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abfragevorrichtung
von wenigstens einer Position eines in einem Zylinder verschiebbar gelagerten,
druckbeaufschlagbaren Kolbens bereitzustellen, die verschmutzungsunanfällig ist,
mit geringem Aufwand bereitgestellt werden kann, einen einfachen
Aufbau aufweist und dauerhaft funktionssicher arbeitet.
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Diese
Aufgabe wird mit einer Abfragevorrichtung mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 und einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
8 gelöst.
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Beim Überfahren
des die Öffnungen
aufweisenden Bereichs des Zylinders durch den Kolben treten Druckänderungen
auf, aus denen rückgeschlossen
werden kann, dass sich der Kolben in der zu bestimmenden Position
befindet. Gerade bei Handhabungsgeräten ist der Kolben in der Regel
mit einem Funktionselement gekoppelt, wie beispielsweise einem Verfahrschlitten,
einem Greiffinger, einer Spannbacke oder dergleichen. Aufgrund der
Position des Kolbens kann folglich auf die Position des Funktionselements
rückgeschlossen
werden.
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Die
Erfindung hat den Vorteil, dass zur Bestimmung der Position des
Kolbens, und damit einhergehend der Bestimmung des Funktionselements, der
beim Verfahren des Zylinders sowieso vorhandene Druck im Zylinder
herangezogen wird. Folglich sind keine zusätzlichen, auf einer anderen
Technik basierenden Schaltmittel (Schaltfahne/Nehrungsschalter;
Signalgeber/Signalempfänger)
erforderlich.
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Die
Erfindung hat ferner den Vorteil, dass die Anzahl der Druckwächter reduziert
werden kann und dennoch die Position des Kolbens sicher abfragbar ist.
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Grundsätzlich kann
der den überlagerten Druck überwachende
Druckwächter über eine
Pneumatikleitung fern von dem Zylinder beziehungsweise von der Öffnung im
Zylinder angeordnet sein. Auch die Auswerteeinheit kann fern vom
Zylinder angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass die Bestimmung der
Position des Kolbens durch den Druckwächter und die Auswerteeinheit
fern der Vorrichtung erfolgen kann. Im Vergleich zum bekannten Stand
der Technik entfällt
damit eine aufwändige
und verschleißanfällige Verkabelung
an den bewegten Teilen.
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Über die
anderen Druckwächter
kann bestimmt werden, welcher Druckraum zum Verfahren des Kolbens
mit welchem Druck beaufschlagt wird. Hieraus kann beispielsweise
die Verfahrrichtung des Kolbens beziehungsweise die Richtung, in
welche der Kolben eine Kraft ausübt,
bestimmt werden.
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Vorteilhafterweise
kann der Kolben über beidseitig
vorhandene Druckräume
in beide Richtungen druckbeaufschlagt werden.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass wenigstens die eine Endposition, die andere Endposition und
die Mittelposition zwischen den beiden Endpositionen des Kolbens
zu bestimmende Kolbenpositionen sind. Vorteilhafterweise sind Mittel
zur Erfassung des Drucks an wenigstens vier Bereichen des Zylinder vorgesehen.
Insbesondere dann, wenn die Vorrichtung Teil eines Handhabungsgerätes ist,
kann die Überwachung
von den genannten drei Positionen (zum Beispiel AUF, ZU, GREIFEN)
ausreichend sein.
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Dabei
sind die erfassten Bereiche vorteilhafterweise: Zum einen die beiden
Druckleitungen oder die Bereiche des Zylinders, die vom Kolben nicht überfahren
werden, und zum anderen die beiden Bereiche, die in der jeweiligen
Endposition des Kolbens an die jeweilige der Zylindermitte zugewandte
Kolbenseite angrenzend angeordnet sind. Die beiden letztgenannten
Bereiche sind dabei vorzugsweise so vorzusehen, dass der Kolben
beim oder unmittelbar nach dem Verlassen der jeweiligen Endposition
die Bereiche überfährt, woraus
eine von den Druckwächtern
erfassbare Druckänderung
resultiert. Aufgrund dieser Druckänderungen und der Information,
in welcher der beiden Druckleitungen Druck zum Beaufschlagen des
Kolbens vorliegt, kann auf die Position des Kolbens rückgeschlossen
werden.
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Um
eine kompakte und kostensparende Vorrichtung zu erreichen, kann
erfindungsgemäß vorgesehen
sein, dass das Logik-Glied zylinderseitig angeordnet ist und/oder
in den Zylinder integriert ist. Dies hat den Vorteil, dass lediglich
eine Luftleitung vom Zylinder wegzuführen ist.
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Wie
bereits eingangs angesprochen, zeichnet sich eine besonders bevorzugte
erfindungsgemäße Vorrichtung
dadurch aus, dass der Kolben mit einem Funktionselement eines Handhabungsgeräts unmittelbar
oder mittelbar gekoppelt ist. Als Funktionselement kommt beispielsweise
ein Greiffinger, ein Verfahrschlitten oder eine Spannbacke in Frage. Eine
unmittelbare Kopplung kann beispielsweise über eine Getriebeeinrichtung,
beispielsweise ein Keilhaken- oder Hebelgetriebe, erfolgen.
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Die
Erfindung betrifft außerdem
ein pneumatisches Handhabungsgerät,
insbesondere eine Greifvorrichtung, eine Spannvorrichtung, einen
Linearantrieb, eine Schwenkeinrichtung oder dergleichen, die eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
umfasst.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Abfrage von wenigstens einer Position eines in einem Zylinder
verschiebbar gelagerten, druckbeaufschlagbaren Kolbens nach Anspruch
9 wird vorteilhafterweise die Position des Kolbens aufgrund der Druckänderung
beim Überfahren
des Bereichs durch den Kolben bestimmt, wobei die Drücke an wenigstens
zwei Bereichen mittels eines Logik-Glieds überlagert werden und die Änderung
des überlagerten Drucks überwacht
wird.
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Ferner
kann zur Bestimmung der Position des Kolbens der Druck in den Druckleitungen und/oder
den Druckräumen
des Zylinders, in den Bereichen, die vom Kolben nicht überfahren
werden, überwacht.
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Ein
bevorzugtes Verfahren findet Anwendung zur Positionsabfrage eines
Funktionselements eines pneumatischen Handhabungsgeräts. Dabei wird
insbesondere über
die Abfrage der Position des Kolbens die eine Endposition, die andere
Endposition und die Arbeitsposition zwischen den beiden Endpositionen
des Funktionselements bestimmt. Als Arbeitsposition kommt insbesondere
die Position Greifen einer Greifvorrichtung oder Spannen einer Spannvorrichtung
in Betracht. Je nach Größe des zu greifenden
beziehungsweise zu spannenden Werkstücks kann die Arbeitsposition
variieren.
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Um
zu bestimmen, ob sich das Funktionselement in der zwischen den Endpositionen
liegenden Arbeitsposition befindet, kann die verstrichene Zeitdauer
nach einer Druckänderung,
das heißt
nach dem Überfahren
des jeweiligen Bereichs durch den Kolben, betrachtet werden. Wird
beispielsweise nach einer gewissen Zeitdauer die Endposition nicht
erreicht, so kann daraus rückgeschlossen
werden, dass sich das Funktionselement in der Arbeitsposition befindet.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der
folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand
des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben
und erläutert
ist.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Position
offen;
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2 die
Vorrichtung gemäß 1 in
einer Mittelposition (Greifen);
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3 die
Vorrichtung gemäß 1 in
der Position geschlossen; und
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4 eine Übersicht über an verschiedenen Stellen
anstehenden Drücken.
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In
der 1 ist eine Abfragevorrichtung 10 gezeigt,
die einen in einem Zylinder 12 verschiebbar gelagerten,
beidseitig druckbeaufschlagbaren Kolben 14 umfasst. Der
Kolben 14 sieht eine Kolbenstange 16 vor, mit
der beispielsweise ein Funktionselement eines Handhabungsgeräts betätigt wird.
Als Handhabungsgeräte
kommen insbesondere pneumatische Greifvorrichtungen, Spannvorrichtungen, Linearantriebe,
Schwenkeinrichtungen in Betracht. Das jeweilige Funktionselement
kann beispielsweise ein Greiffinger, ein Führungsschlitten, eine Spannbacke
oder dergleichen sein, das unmittelbar oder mittelbar, beispielsweise über eine Getriebevorrichtung, mit
der Kolbenstange 16 beziehungsweise dem Kolben 14,
verbunden ist.
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Der
Kolben 14 ist über
die beiden Druckräume 18 und 20 beidseitig
druckbeaufschlagbar. Zur Aufbringung eines Arbeitsdruckes in den
Druckraum 18 ist ein Druckanschluss 22 vorgesehen;
entsprechend ist für
den Druckraum 20 ein Druckanschluss 24 vorgesehen.
Die Druckanschlüsse 22, 24 sind über schematisch
dargestellte Druckleitungen 26, 28 abwechselnd
entweder mit dem Arbeitsdruck P1 oder mit
dem Umgebungsdruck P0 verbindbar.
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In
der 1 befindet sich der Arbeitskolben 14 in
seiner Endstellung AUF; das heißt
ein mit der Kolbenstange 16 verbundenes Funktionselement, beispielsweise
in Form eines Greiffingers, ist geöffnet. In dieser Stellung ist
der Druckraum 20 über
die Druckleitung 28 mit dem Arbeitsdruck P1 beaufschlagt;
der Druckraum 18 ist über
die Druckleitung 26 drucklos (Druck P0)
geschalten.
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Zur
Abfrage der Position des Kolbens 14 in seinen beiden Endpositionen
und zur Abfrage der Mittelposition zwischen den beiden Endpositionen sind
Mittel zur Erfassung des Drucks in dem Bereich des Zylinders 12 vorgesehen,
in dem die Position des Kolbens 14 abzufragen ist. Die
Mittel umfassen hierbei zwei Öffnungen 30, 32 im
Zylinder 12, die über
ein pneumatisches Logik-Glied in Form eines UND-Gliedes 34 mit
einem Druckwächter
D3 verbunden sind. Der Druckwächter
D3 ist mit einer Auswerteeinheit 36 verbunden. Die Öffnungen 30 und 32 sind
in den Bereichen des Zylinders 12 angeordnet, die in der
jeweiligen Endposition des Kolbens 14 an die jeweilige, der
Zylindermitte zugewandten Kolbenseite angrenzend angeordnet sind.
Aus der 1 wird deutlich, dass der Kolben 14 in
seiner Endposition die Öffnung 30 lediglich
geringfügig
abdeckt und damit nicht verschließt.
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Die
Auswerteeinheit 36 ist außerdem über einen Druckwächter D1
mit der Druckleitung 26 und über einen Druckwächter D2
mit der Druckleitung 28 verbunden.
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In
der 2 ist eine Mittelposition des Kolbens 14 und
in der 3 die andere Endposition ZU des Kolbens 14 dargestellt.
In der Endposition ZU des Kolbens 14 wird die Öffnung 32 lediglich
geringfügig
abgedeckt.
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In
der 1 ist gestrichelt angedeutet, dass das UND-Glied 34 zylinderseitig
angeordnet ist. Die drei Druckwächter
D1, D2 und D3 und die Auswerteeinheit 36 sind in einer
eigenen Einheit 38 integriert. Der Einfachheit halber ist
in den 2 und 3 lediglich die Einheit 38,
ohne ihr Innenleben, dargestellt.
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Die 4 zeigt
eine tabellarische Übersicht über die
Drücke
an den Druckwächtern
D1, D2 und D3. Außerdem
sind die Drücke
in den die Öffnungen 30, 32 mit
dem UND-Glied 34 verbindenden Leitungen 40, 42 wiedergegeben.
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In
der in der 1 dargestellten AUF-Position
des Kolbens 14 herrscht an den Öffnungen 30, 32 beziehungsweise
in den Leitungen 40, 42 ebenfalls der Druck P1. Aufgrund des UND-Gliedes 34 registriert der
Druckwächter
D3 folglich den Druck P1. Der Druckraum 18 ist
drucklos geschaltet; das heißt
der Druckwächter
D1 registriert den Druck P0. Aufgrund den
Drücken
an den Druckwächtern
D1, D2 und D3 kann folglich die Auswerteeinheit 36 eindeutig
auf die Endposition AUF des Kolbens 14 rückschließen.
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Bewegt
sich der Kolben 14 aus seiner in der 1 dargestellten
Endposition AUF in Richtung der Endposition ZU gemäß 3,
so überfährt er zunächst die Öffnung 30 und
erreicht eine Mittelposition, wie sie in der 2 dargestellt
ist. In dieser Position herrscht in der Druckleitung 26 sowie
im Druckraum 18 Arbeitsdruck P1.
Da nun die Öffnung 30 in Verbindung
mit dem Arbeitsraum 18 steht, liegt in der Druckleitung 40 ebenfalls
der Arbeitsdruck P1 an. Außerdem ist
der Druckraum 20 druckfrei geschaltet, weshalb der Druckwächter D2
den Druck P0 registriert. Auch an der Öffnung 32 und
der Druckleitung 42, die mit der Druckleitung 28 druckverbunden
sind, herrscht der niedere Druck P0. Aufgrund
des UND-Gliedes 34 registriert der Druckwächter D3 ebenfalls
den niedern Druck P0. D1 registriert folglich den
Druck P1, D2 und D3 jeweils den Druck P0.
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Fährt das
mit der Kolbenstange 16 gekoppelte Funktionselement in
einer Kolbenstellung gemäß 2 gegen
einen Anschlag, beispielsweise weil ein Werkstück gegriffen oder gespannt
wird, bleibt der Kolben 14 in der in der 2 dargestellten
Position. Wird nun die verstrichene Zeitdauer nach einer Druckänderung
an den Druckwächtern
D1, D2 oder D3 betrachtet und wird festgestellt, dass in einem Grenzzeitraum,
der beispielsweise 0,5 bis 5 s betragen kann, keine weitere Druckänderung
festgestellt wird, so kann daraus rückgeschlossen werden, dass das
Funktionselement in einer Greif- beziehungsweise Spannposition ist.
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Ist
kein zu greifendes oder zu spannendes Werkstück vorhanden, so wird der Kolben 14 aufgrund
des Arbeitsdrucks P1 im Druckraum 18 in
seine, in der 3 dargestellte, zweite Endposition
ZU verfahren. Kurz vor Erreichen der Endposition beziehungsweise
bei Erreichen der Endposition überfährt der
Kolben 14 die Öffnung 32,
wodurch die Druckleitung 42 mit Arbeitsdruck P1 beaufschlagt
ist. Demnach liegt nun nicht mehr nur an dem Druckwächter D1,
sondern auch an dem Druckwächter
D3, Arbeitsdruck P1 an. Der Druckwächter D2
ist drucklos (P0) geschalten. Aufgrund der
Drücke
an den Druckwächtern
D1, D2 und D3 schließt
die Auswerteeinheit 36, dass sich der Kolben 14 in
der Endposition ZU befindet.
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Beim
Verfahren des Kolbens von der Endposition ZU zur Endposition AUF
ergeben sich entsprechende Drücke
an den Druckwächtern
D1, D2 und D3, aus denen die Auswerteeinheit 36 auf die
jeweilige Position des Kolbens 14 rückschließt.
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Mit
der in den Figuren dargestellten und beschriebenen Abfrageeinheit 10 können folglich
die beiden Endpositionen und eine zwischen den Endpositionen liegende
Greifbeziehungsweise Spannposition abgefragt werden. Besonderer
Vorteil der Vorrichtung ist, dass die Einheit 38 fern von
dem Zylinder 12 angeordnet sein kann, da die eine Druckleitung
zwischen dem UND-Glied und der Einheit 38 eine gewisse
Länge aufweisen
kann, ohne dass das Abfrageergebnis verfälscht wird. Zusätzliche,
kolbenseitig angeordnete Abfragemittel sind nicht erforderlich.
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Um
eine genauere Position des Kolbens 14 zu bestimmen, können weitere Öffnungen
zwischen den Öffnungen 30 und 32 am
Zylinder 12 vorgesehen sein, deren anstehenden Drücke überwacht
werden und der Auswerteeinheit 36 mitgeteilt werden.