DE10355250A1 - Method for determining leaks of a pressure fluid in a pressure actuated machine using a mathematical equation relating pressure and flow volume and comparing actual values to a reference value - Google Patents

Method for determining leaks of a pressure fluid in a pressure actuated machine using a mathematical equation relating pressure and flow volume and comparing actual values to a reference value Download PDF

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Abstract

The method determines leaks in a machine (1) with a fluid actuator (2) in which is located a moveable member (3). This is moved by the actuator through a pressure medium in a working motion. The pressure medium is provided from a pressure medium chamber (6). A pressure sensor (14) arranged in supply lines (5,8,9) between the chamber and the actuator detects the pressure of the medium. A deviation indicates loss of pressure medium. A flow volume sensor (16) in the feed lines detects the flow volume of the fluid pressure medium during the working motion of the moveable member (3). A physical equation relates the pressure measurement value and the flow volume value. In normal operation without any leakage, the coefficients of the equation are matched to the machine to tune this to the actual working motion of the moveable member. When the measured pressure value or flow volume value deviates from a reference value at a given position of the moveable member, or if the position or speed of the member, derived from the equation, deviates from a reference value, leakage of the pressure medium is determined. Independent claims also cover an apparatus for carrying out the method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leckage-Ermittlung bei einer Arbeitseinrichtung mit einem Aktor, insbesondere ein Arbeitszylinder oder pneumatisches Ventil, und einem darin geführten Bewegungsglied, um dieses durch ein Druckmedium zu einer Arbeitsbewegung anzutreiben, wobei das Druckmedium aus einer Druckmittelkammer bereitgestellt wird, ein in Zuführungsleitungen zwischen Druckmittelkammer und dem Aktor angeordneter Drucksensor den Druck des Druckmediums erfasst und wobei aufgrund der Druckschwankung ein Verlust des Druckmediums ermittelt wird. Außerdem betrifft die Erfindung eine Arbeitseinrichtung mit Mitteln zur Leckageermittlung.The The invention relates to a method for determining the leakage in a Working device with an actuator, in particular a working cylinder or pneumatic valve, and a moving member guided therein to this to drive through a print medium to a working movement, wherein the pressure medium is provided from a pressure medium chamber, one in supply lines between pressure medium chamber and the actuator arranged pressure sensor detected the pressure of the pressure medium and due to the pressure fluctuation a loss of the pressure medium is determined. Moreover, the invention relates a working device with means for leakage detection.

Aus der DE 19628221 C2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung von Betriebspositionen einer Arbeitseinrichtung bekannt. Die Betriebsposition wird aufgrund einer Druckmessung bei einem pneumatischen Druckmedium innerhalb der Zuführungsleitungen zwischen einer Druckmittelkammer und dem Arbeitszylinder bestimmt. Die Betriebsposition des Bewegungsglieds innerhalb des Arbeitszylinders wird auf der Grundlage des bei der Arbeitsbewegung zeitabhängig auftretenden Verbrauchs an zugeführtem pneumatischen Druckmedium ermit telt, indem man mit dem Verbrauch zusammenhängende Messwerte erfasst und mit einer Referenzwerteaufzeichnung vergleicht. Die gezeigte Arbeitseinrichtung weist mehrere, über die Zuführungsleitung verbundene Arbeitszylinder auf, die jeweils ein Bewegungsglied aufweisen, der den Arbeitszylinder in zwei Druckräume unterteilt. Aufgrund eines elektrisch ansteuerbaren Ventils wird das Druckmedium entweder über eine Zuführungsleitung in den Druckraum einerseits des Bewegungsglieds oder über eine weitere Zuführungsleitung andererseits des Bewegungsglieds in den Arbeitszylinder verbracht. Das Bewegungsglied ist innerhalb des Arbeitszylinders dadurch verfahrbar und ist mit einem Kraftübertragungsmittel, beispielsweise einem Pleuel oder einer Kolbenstange, mit dem zu bewegenden Bauteil einer Werkzeugmaschine verbunden. Der Druckmesssensor ist in der Zuführungsleitung zwischen Druckmittelkammer und den elektrisch betätigbaren Ventilen angeordnet, und der Druckverlauf wird mit einer Referenzkurve bei einer Auswerteeinheit verglichen, woraus die Ist-Position der einzelnen Bewegungsglieder durch ein Vergleichsmittel bestimmbar ist. Eine Leckagemessung ist bei dieser Arbeitseinrichtung nicht vorgesehen.From the DE 19628221 C2 For example, a method and a device for determining operating positions of a working device are known. The operating position is determined on the basis of a pressure measurement in a pneumatic pressure medium within the supply lines between a pressure medium chamber and the working cylinder. The operating position of the moving member within the working cylinder is determined on the basis of the consumption of supplied pneumatic pressure medium occurring during the working movement, by recording measured values associated with the consumption and comparing them with a reference value record. The working device shown has a plurality of working cylinders connected via the supply line, each having a moving member which divides the working cylinder into two pressure chambers. Due to an electrically controllable valve, the pressure medium is spent either via a supply line in the pressure chamber on the one hand of the moving member or via a further supply line on the other hand, the moving member in the working cylinder. The movement member is thereby movable within the working cylinder and is connected to a power transmission means, such as a connecting rod or a piston rod, with the component to be moved a machine tool. The pressure measuring sensor is arranged in the supply line between the pressure medium chamber and the electrically actuated valves, and the pressure profile is compared with a reference curve in an evaluation unit, from which the actual position of the individual movement members can be determined by a comparison means. A leakage measurement is not provided in this work equipment.

Die WO 97/05395 zeigt ein Verfahren und eine Arbeitseinrichtung zum Testen einer hydraulischen Vorrichtung, die bei Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommt. Indem die Kolben in den Arbeitszylindern, vor dem Einsatz der Vorrichtung bei einem Verkehrsmittel, ohne Fluid leer laufen, wird eine Vakuum- Signatur der Arbeitszylinder aufgezeichnet. Beim Befüllen der Arbeitszylinder mit dem hydraulischen Fluid wird eine Füll-Signatur erzeugt. Aufgrund der beiden Signaturen wird entschieden, ob die Vorrichtung zum Einsatz beim Verkehrsmittel geeignet ist. Das Verfahren wird an der Vorrichtung angewandt, bevor die Vorrichtung im Verkehrsmittel eingebaut bzw. dort im Betrieb ist.The WO 97/05395 shows a method and a working device for Testing a hydraulic device used in motor vehicles is used. By putting the pistons in the working cylinders, before the use of the device in a transport, without fluid Running empty, becomes a vacuum signature the working cylinder recorded. When filling the cylinder with A filling signature is generated in the hydraulic fluid. Because of the two Signatures will decide if the device is to be used Transportation is suitable. The procedure is attached to the device applied before the device is installed in the means of transport or There is in operation.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Arbeitseinrichtung zu beschreiben, die eine Leckage-Ermittlung bei einer Arbeitseinrichtung in deren bestimmungsgemäßem Betrieb offenbaren, wobei die Leckage-Ermittlung aufgrund gemessener Sensorwerte erfolgt, die während des Arbeitsbetriebes dynamisch ermittelt wird.It Object of the present invention, a method and a working device to describe the leakage detection at a work facility in its intended operation reveal the leak detection based on measured sensor values takes place during the Working operation is determined dynamically.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Danach erfasst ein in den Zuführungsleitungen angeordneter Volumenstromsensor den Volumenstrom des während der Arbeitsbewegung des Bewegungsglieds fließenden Druckmittels, der Druckmesswert und der Volumenstrommesswert werden zueinander aufgrund einer physikalischen Gleichung in eine mathematische Beziehung gebracht, und die Koeffizienten der physikalischen Gleichung werden bei ordnungsgemäßem Betrieb ohne Leckage auf die Arbeitseinrichtung angepasst, um diese auf die tatsächliche Arbeitsbewegung des Bewegungsglieds abzustimmen. Bei Abweichen des gemessenen Druckmesswerts oder des gemessenen Volumenstrommesswerts von einem Re ferenzmesswert bei einer vorgegebenen Position des Bewegungsglieds oder bei Abweichen der über die physikalische Gleichung ermittelte Position oder Geschwindigkeit des Bewegungsglieds von dessen gemessener Position/Geschwindigkeit oder Referenzposition bzw. -geschwindigkeit wird eine Leckage des Druckmediums festgestellt.These The object is solved by the features of independent claim 1. After that detects a in the supply lines arranged volume flow sensor the flow rate of during the Working movement of the moving member flowing pressure medium, the pressure reading and the volumetric flow reading become one another due to a physical Equation into a mathematical relationship, and the coefficients the physical equation will work properly without leakage adapted to the working equipment to this on the actual Adjust working movement of the moving member. In case of deviation of measured pressure reading or measured volumetric flow reading from a reference reading at a given position of the moving member or if you diverge over the physical equation determined position or velocity of the moving member from its measured position / speed or reference position or velocity is a leakage of Pressure medium detected.

Das Verfahren ermöglicht die Ermittlung der Leckage an einem Aktor, insbesondere ein Arbeitszylinder oder ein pneumatisches Ventil, während der Arbeitsbewegung der Arbeitseinrichtung. Dabei wird ein gemessener Druckmesswert und ein gemessener Volumenstrommesswert verwendet. Für die Arbeitseinrichtung wird eine Modellbeziehung aufgrund einer physikalischen Gleichung entwickelt. Die Modellbeziehung basiert auf der vollständigen Bilanzierung der Volumenströme unter Berücksichtigung des Druckaufbaus bei der dynamischen Bewegung des Bewegungsglieds. Im leckagefreien Betrieb der Arbeitseinrichtung lässt sich aufgrund der physikalischen Gleichung aus den beiden Messwerten die Position oder die Geschwindigkeit des Bewegungsglieds ermitteln.The Procedure allows the determination of the leakage at an actuator, in particular a working cylinder or a pneumatic valve while the working movement of the working equipment. This is a measured Pressure reading and a measured volumetric flow rate used. For the Work organization becomes a model relationship due to a physical Equation developed. The model relationship is based on full accounting the volume flows considering the pressure build-up during the dynamic movement of the moving member. In leak-free operation of the work equipment can be due to the physical equation of the two measured values determine the position or speed of the moving member.

Im Folgenden wird das Verfahren bei einem Arbeitszylinder beschrieben, es ist aber auch bei einem pneumatischen Ventil einsetzbar. Grundlage für die Modellbeziehung zwischen Druck, Volumenstrom und Position des Bewegungsglieds ist folgende physikalische Gleichung:

Figure 00050001
Dabei bedeuten die Variablen folgendes: V ist das Volumen im Arbeitszylinder, dV/dt die Volumenänderung im Arbeitszylinder durch die Arbeitsbewegung des Bewegungsglieds, p ist der Druck an der Messposition und dp/dt der Druckgradienten im Volumen. Die physikalische Gleichung für den Betriebsvolumenstrom berücksichtigt die in das Volumen zu- und abfließenden Volumenströme einschließlich der Leckagen. Die Volumenänderung dV/dt entspricht beim Arbeitszylinder dem Produkt aus Kolbenfläche A des Bewegungsglieds und der Arbeitszylinder-Bewegungsgeschwindigkeit v. Damit ist die Arbeitsgeschwindigkeit v des Bewegungsglieds mit den Volumenströmen Q und dem Druck p verknüpft. Durch die Integration der Arbeitsgeschwindigkeit des Bewegungsglieds ist aber auch die Momentanposition x des Bewegungsglieds bestimmbar.In the following, the method is described in a working cylinder, but it is also applicable to a pneumatic valve. The basis for the model relationship between pressure, flow rate and position of the moving element is the following physical equation:
Figure 00050001
The variables here mean the following: V is the volume in the working cylinder, dV / dt is the volume change in the working cylinder due to the working movement of the moving element, p is the pressure at the measuring position and dp / dt is the pressure gradient in the volume. The physical equation for the operating volume flow takes into account the volumetric flows that flow into and out of the volume, including the leakages. The volume change dV / dt corresponds to the cylinder of the product of piston area A of the moving member and the working cylinder movement speed v. Thus, the working speed v of the moving member is linked to the volume flows Q and the pressure p. By integrating the operating speed of the moving member but also the instantaneous position x of the moving member can be determined.

Der Drucksensor ist in eine von zwei Zuführungsleitungen des Arbeitszylinders eingebaut, die zu dem auf der Seite des Kraftübertragungsmittels des Bewegungsglieds angeordneten Zylinderraum führt. Neben dem Drucksensor kann auch der Volumenstromsensor in eine der beiden Zuführungsleitungen des Arbeitszylinders eingebaut sein. Bevorzugt ist der Drucksensor nahe am Zylinderanschluss des Arbeitszylinders angeordnet, und der Volumenstromsensor wird auf der vom Zylinderanschluss entfernten Seite des Drucksensors in der Zuführungsleitung angeordnet. Der Volumenstromsensor muss bidirektional arbeiten, da für die Auswertung die in den Zylinder zu- und abfließenden Volumenströme zu berücksichtigen sind. Ferner sollte der Volumenstromsensor eine kurze Ansprechzeit besitzen, damit die dynamischen Effekte, insbesondere beim Wechsel der Bewegungsrichtung des Bewegungsglieds, erfasst werden können. Werden die beiden Sensoren auf der Seite der Kolbenstange des Bewegungsglieds in die Zuführungsleitung zum Arbeitszylinder eingefügt, so kann dabei bestimmt werden, ob der Druckmittelverlust im Bereich des Arbeitszylinders oder in den vorgeschalteten Zuführungsleitungen oder der Druckmittelkammer erfolgt. Erfolgt die Leckage innerhalb des Arbeitszylinders, so ist bei dieser sogenannten internen Leckage ein Abfluss des Druckmittels über die Kolbendichtungen des Bewegungsglieds zu erwarten, während bei einer externen Leckage der Druckmittelverlust bei der vorgeschalteten Zuführungsleitung, der Druckmittelkammer oder bei der Kolbenstangendichtung erfolgt.Of the Pressure sensor is in one of two supply lines of the working cylinder incorporated to that on the side of the power transmission means of the moving member arranged cylinder space leads. In addition to the pressure sensor and the flow sensor in one of two supply lines be installed of the working cylinder. The pressure sensor is preferred arranged close to the cylinder connection of the working cylinder, and the Flow sensor is located on the remote from the cylinder port Side of the pressure sensor arranged in the supply line. Of the Volume flow sensor must work bidirectionally, as for the evaluation to take into account the volume flows flowing into and out of the cylinder are. Furthermore, the volume flow sensor should have a short response time possess, thus the dynamic effects, in particular with the change of the Movement direction of the moving member, can be detected. Become the two sensors on the side of the piston rod of the moving member in the supply line inserted to the working cylinder, it can thus be determined whether the pressure medium loss in the range the working cylinder or in the upstream supply lines or the pressure medium chamber takes place. If the leakage occurs within the Working cylinder, so is in this so-called internal leakage an outflow of the pressure medium over to expect the piston seals of the moving member, while at an external leakage of pressure medium loss at the upstream Supply line the pressure medium chamber or the piston rod seal takes place.

Die physikalische Gleichung für den Betriebsvolumenstrom innerhalb der Arbeitseinrichtung bringt den Druckmesswert, den Volumenstrommesswert und die Position oder Geschwindigkeit des Bewegungsglieds zueinander in eine mathematische Beziehung. Deswegen ist es möglich, bei Kenntnis der Position des Bewegungsglieds, beispielsweise in einem unteren Totpunkt, und der Kenntnis des Drucks und des Volumenstroms innerhalb der Arbeitseinrichtung, die Position oder die Geschwindigkeit des Bewegungsglieds zu berechnen. Koeffizienten in der Gleichung werden bei einem leckagefreien Betrieb derart angepasst, dass die Berechnung der physikalischen Größen mit dem jeweils gemessenen Wert, beispielsweise der Position oder der Geschwindigkeit des Bewegungsglieds, übereinstimmt. Aufgrund der Abweichung der berechneten Werte von den gemessenen Werten, die beispielsweise auch als Referenzwerte in einem Steuercomputer abgelegt sein können, lässt sich eine Leckage des Druckmittels eindeutig bestimmen. Tests zeigen, dass sich während des Arbeitsbetriebs der Arbeitseinrichtung Leckagen innerhalb des Arbeitszylinders ermitteln lassen, die kleiner als ein Milliliter/Minute sind.The physical equation for brings the operating volume flow within the working equipment the pressure reading, the volumetric flow reading and the position or Speed of the moving member to each other in a mathematical relationship. That's why it's possible with knowledge of the position of the moving member, for example in one bottom dead center, and the knowledge of the pressure and the volume flow within the work equipment, position or speed of the moving member. Coefficients in the equation are adapted in a leak-free operation such that the Calculation of the physical quantities with the respectively measured value, for example the position or the Speed of the moving member, matches. Due to the Deviation of the calculated values from the measured values, the for example, also stored as reference values in a control computer could be, let yourself clearly determine a leakage of the pressure medium. Tests show that during itself of the working operation of the working equipment leaks within the Working cylinder, which is smaller than one milliliter / minute are.

Insbesondere bei der Anordnung der beiden Messsensoren auf der Kolbenstangenseite lässt sich die interne Leckage innerhalb des Systems bei den Kolbendichtringe unterscheiden von einer externen Leckage, bei der das Druckmedium aus dem System abfließt. Bevorzugt kann die Position des Bewegungsglieds aufgrund eines Endstellungsschalters bestimmt und mit der berechneten Position des Bewegungsglieds verglichen werden. Im leckagefreien Betrieb sind dabei mit den Messungen des Drucks und des Volumenstroms die Arbeitsgeschwindigkeit v des Bewegungsglieds und daraus per Integration die Position x des Bewegungsglieds direkt bestimmbar. Die dazu gehörenden Werte bzw. Funktionskurven können in einer Auswerteeinheit, beispielsweise einen Steuercomputer, als Referenzwerte bzw. Re ferenzfunktionen abgelegt sein. Beim Auftreten einer Leckage ergibt sich die Gesamtleckage aus dem Vergleich von theoretisch ermittelter Arbeitsgeschwindigkeit v oder Position x des Bewegungsglieds mit der gemessenen Arbeitsgeschwindigkeit oder Position des Bewegungsglieds. Auf die Messung der Posi- tion des Bewegungsglieds kann verzichtet werden, wenn ein Referenzsignal verwendet wird. Im praktischen Betrieb wird der Wert für die Gesamtleckage ?Q so weit erhöht, bis die theoretisch ermittelte Position des Bewegungsglieds mit dem Referenzsignal übereinstimmt. Bei den Bewegungsgliedern, welche im Arbeitszyklus verfahren werden, kann ein Positionsreferenzsignal mittels der Endschaltersignale generiert werden. Die Auswertung erfolgt hier nach dem Ablauf eines Arbeitszyklus.Especially in the arrangement of the two measuring sensors on the piston rod side can the differentiate internal leakage within the system in piston seals from an external leakage, where the pressure medium flows out of the system. Prefers can determine the position of the moving member due to a limit switch and compared with the calculated position of the moving member become. In the leak-free operation are with the measurements of Pressure and the flow rate, the working speed v of the moving member and from this, by integration, the position x of the moving element directly determinable. The belonging Values or function curves can in an evaluation unit, for example a control computer, as Reference values or reference functions be stored. Upon occurrence leakage results in the total leakage from the comparison of theoretically determined working speed v or position x of the moving member with the measured working speed or Position of the movement member. On the measurement of the position of the Movement member can be omitted if a reference signal is used. In practical operation, the value for the total leakage? Q so far increased to the theoretically determined position of the moving member with matches the reference signal. In the motion members, which are moved in the work cycle, may be a position reference signal by means of the limit switch signals to be generated. The evaluation takes place here after the expiry of a Duty cycle.

Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei Abweichung des aufgrund des Messsignals berechneten Positionswertes von dem Referenzpositionswert ein Koeffizient schrittweise erhöht, bis sich die Abweichung minimiert. Bei einer Leckage wird dann in einem ersten Schritt geprüft, ob es sich bei der ermittelten Abweichung des Positionssignals x vom Referenzsignal um eine externe Leckage handelt. Dabei wird ein Koeffizient c schrittweise so weit erhöht, bis die Abweichung des errechneten Positionssignals vom Referenzpositionssignal minimal ist. Ist die Minimierung der Positionsabweichung nahe Null, kann eindeutig eine externe Leckage diagnostiziert werden. Ist eine Minimierung nur bis zu einer ge wissen Größe möglich, so tritt zusätzlich eine interne Leckage auf. Deren Größe ergibt sich aus der Differenz der Gesamtleckage und der bei der Minimierung bestimmten externen Leckage. Das Verfahren lässt eine rechnerische Vereinfachung mit direkter Ermittlung der internen Leckage zu, wenn zusätzlich der Druck p im Arbeitszylinder gemessen wird. Analog zur Ermittlung der externen Leckage wird dann auch bei der Ermittlung der internen Leckage der Koeffizient c in der physikalischen Gleichung so lange erhöht, bis die Abweichung der theoretischen zur Referenzposition des Bewegungsglieds minimal ist.In a further development of the method according to the invention is in deviation of Because of the measured signal value calculated from the reference position value, a coefficient is gradually increased until the deviation minimizes. In the case of a leak, it is then checked in a first step whether the determined deviation of the position signal x from the reference signal is an external leakage. In this case, a coefficient c is incrementally increased until the deviation of the calculated position signal from the reference position signal is minimal. If the minimization of the position deviation is close to zero, an external leakage can be clearly diagnosed. If minimization is possible only up to a certain size, then an additional internal leakage occurs. Their size results from the difference between the total leakage and the minimized external leakage. The method allows a computational simplification with direct determination of the internal leakage, if in addition the pressure p in the working cylinder is measured. Analogously to the determination of the external leakage, the coefficient c in the physical equation is then also increased in the determination of the internal leakage until the deviation of the theoretical to the reference position of the movement member is minimal.

Bevorzugt kann ein Polytropenkoeffizient n bestimmt werden, der die Temperaturänderung im Arbeitszylinder bei großen Druckänderungen berücksichtigt. In der Befüllungs- und Entleerungsphase des Arbeitszylinders, das heißt bei einem pneumatischen Druckmittel während der Belüftungs- und Entlüftungsphase, entstehen große Temperaturänderungen. Bei einer erstmaligen Referenzfahrt der Arbeitseinrichtung können die Polytropenkoeffizienten n in der Belüftungs- und Entlüftungsphase bestimmt werden. Hierzu werden wieder die über die physikalische Gleichung bestimmten theoretischen Positionswerte mit der Referenzposition des Bewegungsglieds abgeglichen. Soweit bei großen Temperaturänderungen das Druckmedium stark von der Ruhetemperatur abweicht, kann ein zusätzlicher Temperatursensor die Momentantemperatur des Druckmediums ermitteln. Dadurch kann die physikalische Gleichung verbessert werden, da der Ruhedruck bei einer festgelegten Ruhetemperatur in die physikalische Gleichung eingeht. Die erhöhten Temperaturen bei der Befüllung des Arbeitszylinders können durch die gemessenen Temperaturwerte kompensiert werden.Prefers a polytrope coefficient n can be determined, which is the temperature change in the working cylinder at large pressure changes considered. In the filling and emptying phase of the working cylinder, that is at a pneumatic pressure medium during the ventilation and venting phase, arise big Temperature changes. During a first reference run of the working device, the Polytrope coefficients n in the ventilation and deaeration phase be determined. These are again the over the physical equation certain theoretical position values with the reference position matched the motion member. As far as large temperature changes the pressure medium deviates strongly from the rest temperature, can one additional Temperature sensor determine the instantaneous temperature of the pressure medium. This can improve the physical equation because of the Static pressure at a specified rest temperature in the physical Equation is received. The raised Temperatures during filling of the working cylinder can be compensated by the measured temperature values.

Das Verfahren ist insbesondere bei pneumatischen Arbeitseinrichtungen anwendbar. Es kann aber auch bei pneumatischen Motoren bzw. pneumatischen Greifern zur Leckagebestimmung herangezogen werden. Unter Abänderung der zugrundeliegenden Formeln kann aber auch eine Leckage eines anderen Druckmediums, beispielsweise eines hydraulischen Druckmediums, ermittelt werden. Die Bilanzierung beinhaltet keine Unsicherheit durch Reibungs- und Laständerungen. Denn diese werden über den gemessenen Druck am Drucksensor erfasst. Signalstörungen, zum Beispiel Rauschen, können zum Driften des errechneten Positionswertes des Bewegungsglieds führen, der durch Integration aus dem Geschwindigkeitssignal des Bewegungsglieds berechnet wird. Daher kann das Positionssignal nach jedem Arbeitszyklus mit einem Endschaltersignal auf den Anfangswert getriggert werden.The Method is especially in pneumatic working equipment applicable. It can also be used with pneumatic motors or pneumatic Grippers are used for leakage determination. Under modification The underlying formulas can also be a leakage of another Pressure medium, for example, a hydraulic pressure medium determined become. The accounting does not include uncertainty due to friction and load changes. Because these are about detects the measured pressure at the pressure sensor. Signal interference, for example, noise, can for drifting the calculated position value of the movement member to lead, by integration of the speed signal of the moving member is calculated. Therefore, the position signal after every working cycle be triggered with a limit switch signal to the initial value.

Zur Bestimmung von Befüllungsphase, stationärer Phase und Entleerungsphase des Arbeitszylinders kann der Druckgradient verwendet werden. Bezogen auf einen pneumatischen Arbeitszylinder kann zur Definition der Belüftungsphase, der stationären Phase und der Entlüftungsphase die Größe des Druckanstiegs über den Druckgradienten dp/dt zur Berechnung verwen det werden, da der Druck als Messgröße am Druckmesssensor vorliegt. Mit Schwellwerten kann dann definiert werden, wann die Größe des Polytropenkoeffizienten n wechselt. Es gilt dann für die Belüftungsphase: dp/dt > Schwellwert > 0 und für die Entlüftungsphase: dp/dt < Schwellwert < 0. In der Belüftungs- und Entlüftungsphase ergeben sich Polytropenkoeffizienten n, die von dem in der stationären Phase abweichen.to Determination of filling phase, stationary Phase and discharge phase of the working cylinder can be the pressure gradient be used. Relative to a pneumatic cylinder can for the definition of the ventilation phase, the stationary one Phase and the deaeration phase the magnitude of the pressure increase over the Pressure gradients dp / dt be used for the calculation, since the pressure as a measured variable at the pressure measuring sensor is present. Thresholds can then be used to define when the size of the polytropic coefficient n changes. It then applies to the ventilation phase: dp / dt> threshold> 0 and for the deaeration phase: dp / dt <threshold value <0. In the ventilation and venting phase Polytropic coefficients n, that of the stationary phase, result differ.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Leckageströme nicht, wie bei bekannten Verfahren, direkt gemessen, sondern indirekt aus Messgrößen und physikalischen Beziehungen ermittelt. Die Messgrößen sind Druck, Volumenstromsignal und ein gemessenes oder abgelegtes Positionssignal. Im leckagefreien Betrieb ist die Position indirekt aus Druck- und Volumenstrom ermittelbar. Die Leckage kann während des Arbeitsbetriebs bestimmt und in externe oder interne Anteile bezogen auf den Arbeitszylinder separiert werden. Neu an dem Verfahren sind der Einsatz eines hochdynamischen Volumenstromsensors, die Anwendung der Druckaufbaugleichung zur Leckage-Bestimmung und die Methodik zur praxisgerechten Anwendung des Verfahrens, wobei die Temperatureinflüsse und beispielsweise das sich verändernde Zylindervolumen berücksichtigt werden.With the method according to the invention become the leakage currents not directly measured, as in known methods, but indirectly from measured quantities and determined physical relationships. The measured variables are pressure, volume flow signal and a measured or stored position signal. In leak-free Operation, the position can be determined indirectly from the pressure and volume flow. The leakage can be during of the work operation and into external or internal parts be separated based on the working cylinder. New to the procedure are the use of a highly dynamic flow sensor, the Application of pressure build-up equation for leakage determination and the Methodology for the practical application of the method, wherein the temperature influences and, for example, the changing one Cylinder volume considered become.

Der mathematische Zusammenhang aufgrund der physikalischen Gleichung als Basis für das erfindungsgemäße Verfahren zur Leckageermittlung wird erstmals während des Arbeitsbetriebs der Arbeitseinrichtung angewandt. Die Voraussetzung für die Anwendbarkeit des Verfahrens ist eine hochdynamische Volumenstrommessung, die bisher für derartige Zwecke nicht zur Verfügung stand. Mit der zweckmäßig angeordneten Volumenstromsensorik und Erweiterung der gasdynamischen Gesetze um die Gesamtbilanzbildung mit den Leckageströmen lässt sich das Verfahren hervorragend zur Leckage-Ermittlung bei pneumatischen Arbeitseinrichtungen verwenden.Of the mathematical context due to the physical equation as a basis for the inventive method for leakage detection is the first time during operation of the Working equipment applied. The requirement for applicability The method is a highly dynamic flow measurement, the so far for such purposes are not available was standing. With the appropriate arranged Volume flow sensors and expansion of gas-dynamic laws The process is excellent for the overall balance formation with the leakage flows use for leak detection in pneumatic working equipment.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch von einer Arbeitseinrichtung mit einem Arbeitszylinder und einem darin geführten Bewegungsglied gelöst, das durch ein Druckmedium zu einer Arbeitsbewegung antreibbar ist, und das mit einer Druckmittelkammer zur Bereitstellung des Druckmittels über Zuführungsleitungen versehen ist, wobei der Arbeitszylinder durch das Bewegungsglied in zwei Druckräume geteilt ist. Beide Druckräume sind jeweils mit einer Zuführungsleitung verbunden, und in eine der Zuführungsleitungen ist ein Drucksensor eingeschaltet. Erfindungsgemäß ist der Drucksensor in der Zuführungsleitung angeordnet, die zum auf der Seite des Kraftübertragungsmittels des Bewegungsglieds angeordneten Druckraum geführt ist. Der Volumenstromsensor ist in der gleichen Zuführungsleitung angeordnet.The Task is also according to the invention a working device with a working cylinder and one inside out Movement member solved, which is drivable by a pressure medium to a working movement, and that with a pressure medium chamber for providing the pressure medium via supply lines is provided, wherein the working cylinder by the moving member in two pressure chambers shared. Both pressure chambers are each with a supply line connected, and in one of the supply lines a pressure sensor is switched on. According to the invention, the pressure sensor is in the feed pipe arranged on the side of the power transmission means of the moving member arranged pressure chamber led is. The volume flow sensor is in the same supply line arranged.

Ausgehend von der Druckmittelkammer wird das Druckmedium über eine Zuführungsleitung zu einem Steuerventil zugeführt, von dem aus zwei Zuführungsleitungen mit jeweils einem der Druckräume des Arbeitszylinders verbunden sind. Der Drucksensor ist bevorzugt in der Zuführungsleitung vorgesehen, die zu dem Druckraum des Arbeitszylinders führt, der der Kolbenstange des Bewegungsglieds nahegelegen ist. Dadurch lässt sich der Druckverlauf in diesem Druckraum messen.outgoing from the pressure medium chamber, the pressure medium via a supply line supplied to a control valve, from which two supply lines each with one of the pressure chambers of Working cylinder are connected. The pressure sensor is preferably in the supply line provided, which leads to the pressure chamber of the working cylinder, the is close to the piston rod of the moving member. This can be done measure the pressure gradient in this pressure chamber.

Der Drucksensor ist in der Zuführungsleitung zwischen dem Volumenstromsensor und dem Druckraum angeordnet. Durch die An-Ordnung von Drucksensor und Volumenstromsensor in derselben Zuführungsleitung, die zum Druckraum auf der Kolbenstangenseite des Arbeitszylinders führt, lässt sich eine vorliegende Leckage in einen internen und einen externen Anteil trennen. Die interne Leckage erfolgt innerhalb des Arbeitszylinders durch Kolbenüberströmung, und eine externe Leckage kann über die Kolbenstangendichtung erfolgen. Es wird bei dem zugeordneten Verfahren der Ansatz genutzt, dass die Leckagen abhängig von der Druckdifferenz über der Leckagestelle sind.Of the Pressure sensor is in the supply line between arranged the volume flow sensor and the pressure chamber. By the on-order of pressure sensor and volumetric flow sensor in the same supply line leading to the pressure chamber on the piston rod side of the working cylinder, can be a present leakage into an internal and an external portion separate. The internal leakage takes place inside the working cylinder by piston overflow, and An external leak can over the piston rod seal done. It is assigned to the Method of approach used that depends on the leakage the pressure difference over the leakage point are.

Erfindungsgemäß ist eine elektronische Auswerteeinheit vorgesehen, die aufgrund einer Volumenstrommessung und einer Druckmessung während des Arbeitsbetriebs des Bewegungsglieds aufgrund einer physikalischen Gleichung berechnet, ob eine Leckage des Druckmittels vorliegt. Die Berechnung innerhalb der Auswerteeinheit erfolgt nach dem eingangs beschriebenen Verfahren, welches zunächst in einem leckagefreien Betrieb Koeffizienten n, c der physikalischen Gleichung auf die vorliegende Arbeitseinrichtung anpasst und die aufgrund der Abweichungen der berechneten von den gemessenen Größen bei spielsweise bei der Position oder Geschwindigkeit des Bewegungsglieds eine Leckage erkennt. Die Auswerteeinheit ist insbesondere ein Steuerrechner, der auch zur Ansteuerung der elektrischen Ventile der Arbeitseinrichtung vorgesehen ist.According to the invention is a provided electronic evaluation unit, which due to a volume flow measurement and a pressure measurement during the working operation of the moving member due to a physical Equation calculates whether there is a leakage of the pressure medium. The calculation within the evaluation unit takes place according to the beginning described method, which initially in a leak-free Operation coefficients n, c of the physical equation on the existing working organization and that due to deviations the calculated of the measured quantities in example at the Position or speed of the movement member detects a leak. The evaluation unit is in particular a control computer, which also for controlling the electrical valves of the working device is provided.

Die Auswerteeinheit berechnet unter Einbeziehung der gemessenen Position des Bewegungsglieds und der Messwerte der beiden Sensoren, ob eine Leckage im Bereich des Arbeitszylinders oder im Bereich der Zuführungsleitung bzw. Druckmittelkammer bzw. Stangendichtung vorliegt.The Evaluation unit calculates taking into account the measured position of the moving member and the measured values of the two sensors, whether one Leakage in the area of the working cylinder or in the area of the supply line or pressure medium chamber or rod seal is present.

Mehrere Ausführungsformen der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung oder in den Unteransprüchen offenbart. Es zeigen, jeweils in schematischer Darstellung:Several embodiments The invention are disclosed in the following description or in the subclaims. They show, in a schematic representation in each case:

1 eine Arbeitseinrichtung mit einem Arbeitszylinder und einer Vorrichtung zur Leckage-Ermittlung gemäß der vorliegenden Erfindung, 1 a working device with a working cylinder and a device for leakage detection according to the present invention,

2 eine Ansicht des Arbeitszylinders mit den Sensoren und Arbeitsventilen gemäß der vorliegenden Erfindung, 2 a view of the working cylinder with the sensors and working valves according to the present invention,

3 eine Auswertung des Verfahrens zur Leckage-Ermittlung ohne vorhandene Leckage und 3 an evaluation of the method for leakage detection without existing leakage and

4 eine Auswertung des Verfahrens zur Leckage-Ermittlung mit einer Leckage. 4 an evaluation of the method for leakage detection with a leak.

Die Arbeitseinrichtung 1 weist mindestens einen pneumatisch betätigbaren Arbeitszylinder 2 auf, in dem ein Bewegungsglied 3 entlang einer Längsachse des Arbeitszylinders 2 durch Luftdruck. bewegbar ist und über eine Kolbenstange 4 mit einer nicht dargestellten Arbeitslast m gekoppelt ist. Die Arbeitslast m kann ein Bauteil einer Maschine sein, welches in einer maschinentypischen Weise verlagert werden soll.The working equipment 1 has at least one pneumatically actuable working cylinder 2 on, in which a movement member 3 along a longitudinal axis of the working cylinder 2 by air pressure. is movable and via a piston rod 4 is coupled with a workload, not shown m. The workload m may be a component of a machine which is to be displaced in a machine-typical manner.

Durch Zufuhr eines Druckmediums, insbesondere Druckluft oder auch ein flüssiges Druckmittel, wird das Bewegungsglied 3 zu seiner Arbeitsbewegung angetrieben. Gemäß der dargestellten Ausführungsform führt das Bewegungsglied 3 zwei Arbeitsbewegungen aus, bei denen das Bewegungsglied 3 einen Ausfahrhub und einen Rückhub ausführt. Die für die Arbeitsbewegung notwendige Energie liefert das pneumatische Druckmedium, das der Arbeitseinrichtung 1 über Zuführungsleitungen 5 aus einer Druckmittelquelle 6 zugeführt wird. Von der Druckmittelquelle 6 führt die zentrale Zuführungsleitung 5 zu der Arbeitseinrichtung 1, um alle vorhandenen Arbeitszylinder 2 mit dem erforderlichen Druckmedium zu versorgen. Von einem Steuerelement 7 zweigen zwei Zuführungsleitungen 8, 9 ab, die zu unterschiedlichen Druckräumen 10, 11 im Arbeitszylinder 2 führen. Ausgehend vom Steuerelement 7 führt die Zuführungsleitung 9 zum kolbenstangenseitigen Druckraum 11 des Arbeitszy linders 2. Ausgehend vom Steuerelement 7 führt die Zuführungsleitung 8 zu dem anderen Druckraum 10 innerhalb des Arbeitszylinders 2. Die beiden Druckräume 10, 11 sind durch das Bewegungsglied 3 fluiddicht voneinander getrennt.By supplying a pressure medium, in particular compressed air or a liquid pressure medium, the moving member 3 driven to his working movement. According to the illustrated embodiment, the moving member performs 3 two working movements in which the moving member 3 performs an extension stroke and a return stroke. The necessary energy for the working movement supplies the pneumatic pressure medium, that of the working device 1 via supply lines 5 from a pressure medium source 6 is supplied. From the pressure medium source 6 leads the central supply line 5 to the work equipment 1 to all existing working cylinders 2 to supply with the required pressure medium. From a control 7 branch two supply lines 8th . 9 from that to different pressure chambers 10 . 11 in the working cylinder 2 to lead. Starting from the control 7 leads the supply line 9 to the piston rod side pressure chamber 11 of the working cylinder 2 , Starting from the control 7 leads the supply line 8th to the other pressure room 10 within the Ar beitszylinders 2 , The two pressure chambers 10 . 11 are by the movement member 3 fluid-tightly separated.

Das Steuerelement 7 kann verschiedene Schaltstellungen einnehmen. Das Umschalten in die gewünschte Schaltstellung wird durch elektrische Betätigungssignale verursacht, die über eine elektrische Ansteuerleitung 12 von einer Steuerschaltung 13 zur Verfügung gestellt werden. Die Steuerschaltung 13 ermöglicht mindestens zwei Schaltstellungen, in denen wahlweise eine Verbindung der Zuführungsleitung 5 über die Zuführungsleitung 9 in den Druckraum 11 oder eine Zuführung des Druckmittels über die Zuführungsleitung 5 und die Zuführungsleitung 8 zum Druckraum 10 schaltbar ist. Je nach Schaltstellung des Steuerelements 7 führt dadurch das Bewegungsglied 3 eine Arbeitsbewegung innerhalb des Arbeitszylinders 2 durch.The control 7 can take different switching positions. The switching to the desired switching position is caused by electrical actuation signals, which via an electrical control line 12 from a control circuit 13 to provide. The control circuit 13 allows at least two switch positions in which optionally a connection of the supply line 5 over the supply line 9 in the pressure room 11 or a supply of the pressure medium via the supply line 5 and the supply line 8th to the pressure room 10 is switchable. Depending on the switching position of the control 7 thereby leads the movement member 3 a working movement within the working cylinder 2 by.

Die Ansteuerschaltung 13 stellt Ansteuersignale über die Ansteuerleitung 12 in einer bestimmten zeitlichen Reihenfolge zur Verfügung, so dass über das Steuerelement 7 ein gewünschter Betriebsablauf der Arbeitseinrichtung 1 angesteuert wird. Dieser Betriebsablauf setzt sich aus einer beliebigen Anzahl identischer Arbeitszyklen zusammen, indem die Arbeitseinrichtung 1 in aufeinander abgestimmter Weise sich wiederholende Arbeitsbewegungen ausführt.The drive circuit 13 provides control signals via the control line 12 available in a specific time order, so over the control 7 a desired operation of the work equipment 1 is controlled. This operation is composed of any number of identical work cycles by the work equipment 1 performing repetitive work movements in a coordinated manner.

In die Zuführungsleitung 9 zum kolbenstangenseitigen Druckraum 11 ist ein Drucksensor 14 eingeschaltet, der den Druck p des Druckmediums in der Zuführungsleitung 9 misst und den erfassten Druck p an eine Druckverarbeitungseinheit 15 weiterleitet. In der Zuführungsleitung 9 und zwischen dem Drucksensor 14 und dem Steuerelement 7 ist ein Volumenstromsensor 16 angeordnet, der den gemessenen Volumenstromwert Q an eine Volumenstrom-Erfassungseinheit 17 weitergibt. Eine Auswerteeinheit 18 berechnet aus den eingehenden Signalen der Druckerfassungseinheit 15 und der Volumenstrom-Erfassungseinheit 17, ob eine Leckage bei der Arbeitseinrichtung 1 vorliegt. Ein Leckage-Steuergerät 19 steht mit der Ansteuerschaltung 13 für das Steuerelement 7 in Verbindung und greift in die Steuerung des Steuerelements 7 ein, um bei einer Leckage die geeigneten Maßnahmen durchzuführen.In the supply line 9 to the piston rod side pressure chamber 11 is a pressure sensor 14 turned on, the pressure p of the pressure medium in the supply line 9 measures and the detected pressure p to a printing processing unit 15 forwards. In the supply line 9 and between the pressure sensor 14 and the control 7 is a volumetric flow sensor 16 arranged, the measured volume flow value Q to a volume flow detection unit 17 passes. An evaluation unit 18 calculated from the incoming signals of the pressure detection unit 15 and the volumetric flow detection unit 17 if there is a leak at the work equipment 1 is present. A leakage control unit 19 is connected to the drive circuit 13 for the control 7 connects and accesses the control of the control 7 in order to carry out the appropriate measures in case of leakage.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Ermittlung einer Leckage an einem Arbeitszylinder 2 während des Betriebs der Arbeitseinrichtung 1 durch das Messen des Drucks p des Druckmediums in einer Zuführungsleitung 9 durch einen Drucksensor 14 und die Messung des Volumenstroms Q innerhalb der Zuführungsleitung 9 mittels eines Volumenstromsensors 16. Der Volumenstromsensor 16 muss bidirektional arbeiten, da für die Auswertung in der Volumenstrom-Erfassungseinheit 17 die in den Arbeitszylinder 2 zu- und abfließenden Volumenströme Q zu berücksichtigen sind.The method according to the invention makes it possible to determine a leakage on a working cylinder 2 during operation of the working equipment 1 by measuring the pressure p of the pressure medium in a supply line 9 through a pressure sensor 14 and the measurement of the volume flow Q within the feed line 9 by means of a volumetric flow sensor 16 , The volume flow sensor 16 must work bidirectionally, as for the evaluation in the volume flow detection unit 17 the in the working cylinder 2 are to be considered in the incoming and outflowing volume flows Q.

Bevorzugt sind die beiden Sensoren 14, 16 im Druckraum auf der Seite der Kolbenstange 4 im Arbeitszylinder 2 angeordnet, wodurch sich bei dem Verfahren zur Leckage-Ermittlung bezüglich einer systeminternen Leckage über die Kolbendichtungen im Arbeitszylinder 2 oder einer systemexterne Leckage über die Stangendichtung der Kolbenstange 4 im Arbeitszylinder 2 unterscheiden lässt. Die Auswertung der Sensorsignale des Drucksensors 14 bzw. des Volumenstromsensors 16 erfolgt über eine Bilanz der zu- und abfließenden Volumenströme Q bezogen auf ein Druckmedium-Volumen V des Arbeitszylinders 2.The two sensors are preferred 14 . 16 in the pressure chamber on the side of the piston rod 4 in the working cylinder 2 arranged, resulting in the method for leakage detection with respect to an internal system leakage via the piston seals in the working cylinder 2 or an external leakage through the rod seal of the piston rod 4 in the working cylinder 2 can distinguish. The evaluation of the sensor signals of the pressure sensor 14 or the volume flow sensor 16 takes place via a balance of the inflowing and outflowing volume flows Q relative to a pressure medium volume V of the working cylinder 2 ,

In 2 sind die physikalischen Zusammenhänge im Bereich des Arbeitszylinders 2 dargestellt. Der Drucksensor 14 misst den Druck p, und der Volumenstromsensor 16 misst den Volumenstrom Q. Für die Berechnung der Leckage bei dem Arbeitszylinder 2 sind als Basisgleichungen Druckaufbaubeziehungen bei bewegten Bewegungsgliedern 3 und thermodynamische Grundbeziehungen erforderlich. Es gilt für die Bilanzierung für den Volumenstrom Q in einem betrachteten Gesamtvolumen:

Figure 00180001
In 2 are the physical relationships in the area of the working cylinder 2 shown. The pressure sensor 14 measures the pressure p, and the volumetric flow sensor 16 measures the volume flow Q. For the calculation of the leakage at the working cylinder 2 are as basic equations pressure buildup on moving motion members 3 and basic thermodynamic relationships required. It applies to the balancing for the volume flow Q in a considered total volume:
Figure 00180001

Das Gesamtvolumen V innerhalb des Arbeitszylinders lässt sich berechnen, während die Änderung des Volumenstroms dQ/dt durch den Volumenstromsensor 16 gemessen wird. Der Druck p wird über den Drucksensor 14 gemessen, und die Druckänderung dp/dt kann mit der Druckerfassungseinheit 15 gemessen werden.The total volume V inside the working cylinder can be calculated, while the change in the volume flow dQ / dt by the volume flow sensor 16 is measured. The pressure p is via the pressure sensor 14 measured, and the pressure change dp / dt can with the pressure detection unit 15 be measured.

Da die Kolbenfläche A (AA bzw. AB) zu beiden Seiten des Bewegungsglieds 3 bekannt ist und die Position des Bewegungsglieds 3 innerhalb des Arbeitszylinders 2 messbar ist oder in einer Endstellung über einen Endstellungsschalter bestimmbar ist, kann die mittlere Geschwindigkeit v des Bewegungsglieds 3 bei der Formel berücksichtigt werden, indem der Hub des Bewegungsglieds 3 durch die Zeitdifferenz zwischen den beiden Endpositionen geteilt wird. Die Geschwindigkeit v des Bewegungsglieds 3 ist mit der Volumenänderung dV/dt über der Zeit dadurch verknüpft, dass beim Arbeitszylinder 2 das Produkt aus Kolbenfläche A und Zylindergeschwindigkeit v der Volumenänderung dV/dt entspricht. Dadurch lässt sich einerseits der Volumenstrom aus dem Drucksignal p und der Stellung des Bewegungsglieds 3 innerhalb des Arbeitszylinders 2 berechnen und mit dem gemessenen Volumenstrom Q über den Volumenstromsensor 16 vergleichen. Wenn die beiden Werte, nämlich der berechnete und der gemessene Volumenstromwert, nicht übereinstimmen, so liegt eine Leckage vor.Since the piston surface A (A A and A B ) on both sides of the moving member 3 is known and the position of the moving member 3 inside the working cylinder 2 is measurable or can be determined in an end position via a limit switch, the average velocity v of the moving member 3 be considered in the formula by the stroke of the moving member 3 divided by the time difference between the two end positions. The speed v of the moving member 3 is related to the volume change dV / dt over time due to the fact that at the working cylinder 2 the product of piston area A and cylinder speed v corresponds to the volume change dV / dt. This makes it possible on the one hand, the flow from the pressure signal p and the position of the moving member 3 inside the working cylinder 2 and with the measured volume flow Q via the volume flow sensor 16 to compare. If the two values, namely the calculated and the measured volume flow value, do not match, there is a leak.

Bei dem Verfahren zur Leckage-Ermittlung bei einer Arbeitseinrichtung 1 lässt sich noch zwischen interner und externer Leckage unterscheiden. Hierbei wird berücksichtigt, dass die Leckagen abhängig von der Druckdifferenz über der Leckagestelle sind. Im Fall der externen Leckage über der Stangenseite des Bewegungsglieds 3 gilt: Q = c·Δp wobei c der konstante Leckage-Leitwert und Δp die Druckdifferenz in der Arbeitseinrichtung 1 ist.In the method for leakage detection in a working device 1 can still be distinguished between internal and external leakage. This takes into account that the leakages are dependent on the pressure difference above the leakage point. In the case of external leakage over the rod side of the moving member 3 applies: Q = c · Δp where c is the constant leakage conductance and Δp is the pressure difference in the working device 1 is.

3 zeigt die physikalischen Zusammenhänge, wie sich diese beim Verfahren zur Leckage-Ermittlung ergeben. Die Kurve 20 zeigt den Hub des Bewegungsglieds 3 entsprechend der Messung mittels der Endstellungsschalter und einer linearen Interpolation des Bewegungsgliedhubs zwischen den Endpositionen. Die Kurve 21 zeigt den über die Basisgleichung ermittelten theoretischen Kolbenhub des Bewegungsglieds 3, und nach Anpassung der entsprechenden Konstanten, beispielsweise des Polytropenkoeffizienten n, der die Temperatureinflüsse berücksichtigt, ist erkennbar, dass die theoretisch berechneten Werte mit den Messwerten nahezu übereinstimmen. Die Kurve 22 gibt den relativen Fehler im Positionssignal des Bewegungsglieds 3 an und wird beispielsweise in der Auswerteeinheit 18 errechnet. 3 shows the physical relationships as they arise in the leak detection process. The curve 20 shows the stroke of the moving member 3 in accordance with the measurement by means of the end position switch and a linear interpolation of the movement member stroke between the end positions. The curve 21 shows the determined via the basic equation theoretical piston stroke of the moving member 3 , and after adaptation of the corresponding constants, for example the polytropic coefficient n, which takes into account the temperature influences, it can be seen that the theoretically calculated values almost coincide with the measured values. The curve 22 gives the relative error in the position signal of the moving member 3 and, for example, in the evaluation unit 18 calculated.

In 4 ist die Abweichung der berechneten Position des Bewegungsglieds 3 von der gemessenen Position des Bewegungsglieds 3 bei vorliegender Leckage in der Arbeitseinrichtung 1 dargestellt. Die Kurve 23 zeigt wieder den Hub des Bewegungsglieds 3 entsprechend der Messung über die Endstellungsschalter. Die Kurve 24 zeigt die berechnete Position entsprechend der Basisgleichung für das Bewegungsglied 3. Die Abweichung zwischen den beiden Kurven 23 und 24 ist deutlich, woraus die Auswerteeinheit 18 eine Leckage bei der Arbeitseinrichtung 1 erkennt und diese an das Leckage-Steuergerät 19 übermittelt. Die Kurve 25 schließlich zeigt noch die Geschwindigkeit des Bewegungsglieds 3 während seiner Arbeitsbewegung innerhalb des Arbeitszylinders 2.In 4 is the deviation of the calculated position of the moving member 3 from the measured position of the moving member 3 in case of leakage in the working equipment 1 shown. The curve 23 again shows the stroke of the moving member 3 according to the measurement via the limit switch. The curve 24 shows the calculated position corresponding to the basic equation for the moving member 3 , The deviation between the two curves 23 and 24 is clear, from which the evaluation unit 18 a leakage at the working equipment 1 Detects and this to the leakage control unit 19 transmitted. The curve 25 Finally, it shows the speed of the moving element 3 during his working movement inside the working cylinder 2 ,

Mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Leckage innerhalb einer Arbeitseinrichtung 1 dadurch ermittelt, dass die Position x des Bewegungsglieds 3 einerseits gemessen und andererseits über physikalische Beziehungen über eine Basisgleichung berechnet wird. Messgrößen bzw. Größen für die Berechnung sind der Druck p, das Volumenstromsignal Q und eine gemessene oder abgelegte Position x des Bewegungsglieds 3. Bei Abweichung der gemessenen von der berechneten Position x des Bewegungsglieds 3 wird von einer Leckage in der Arbeitseinrichtung 1 ausgegangen. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass während des Betriebs der Arbeitseinrichtung 1 hinsichtlich einer internen oder externen Leckage in der Arbeitseinrichtung 1 untersucht werden kann. Neu an diesem Verfahren sind der Einsatz eines hochdynamischen Volumenstromsensors 16 und die Anwendung der Druckaufbaugleichung zur Leckage-Bestimmung.With the method according to the present invention is a leakage within a working device 1 determined by the position x of the moving member 3 On the one hand measured and on the other hand calculated over physical relations over a basis equation. Measurands or quantities for the calculation are the pressure p, the volume flow signal Q and a measured or stored position x of the moving member 3 , In case of deviation of the measured from the calculated position x of the moving member 3 is from a leak in the work equipment 1 went out. The advantage of the method according to the invention is that during operation of the working device 1 with regard to internal or external leakage in the work equipment 1 can be examined. New to this method are the use of a highly dynamic volume flow sensor 16 and the application of the pressure build-up equation for leakage determination.

Claims (13)

verfahren zur Leckage-Ermittlung bei einer Arbeitseinrichtung (1) mit einem fluidischen Aktor (2) und einem darin geführten Bewegungsglied (3), um das Bewegungsglied (3) durch ein Druckmedium zu einer Arbeitsbewegung anzutreiben, wobei das Druckmedium aus einer Druckmittelkammer (6) bereitgestellt wird, ein in Zuführungsleitungen (5, 8, 9) zwischen Druckmittelkammer (6) und dem Aktor (2) angeordneter Drucksensor (14) den Druck (p) des Druckmediums erfasst und wobei aufgrund der Druckschwankung ein Verlust des Druckmediums ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein in den Zuführungsleitungen (5, 8, 9) angeordneter Volumenstromsensor (16) den Volumenstrom (Q) des fließenden Druckmittels während der Arbeitsbewegung des Bewegungsglieds (3) erfasst, dass aufgrund einer physikalischen Gleichung der Druckmesswert (p) und der Volumenstrommesswert (Q) zueinander in eine mathematische Beziehung gebracht werden, dass bei ordnungsgemäßem Betrieb ohne Leckage die Koeffizienten (c, n) der physikalischen Gleichung auf die Arbeitseinrichtung (1) angepasst werden, um diese auf die tatsächliche Arbeitsbewegung des Bewe gungsglieds (3) abzustimmen, und dass bei Abweichen des gemessenen Druckmesswerts (p) oder des gemessenen Volumenstrommesswerts (Q) von einem Referenzmesswert bei einer vorgegebenen Position des Bewegungsglieds (3) oder bei Abweichen der über die physikalische Gleichung ermittelten Position (x) oder Geschwindigkeit (v) des Bewegungsglieds (3) von dessen gemessener Position/Geschwindigkeit oder Referenzposition bzw. -geschwindigkeit eine Leckage des Druckmediums festgestellt wird.Method for determining the leakage at a working device ( 1 ) with a fluidic actuator ( 2 ) and a moving member guided therein ( 3 ) to the moving member ( 3 ) to drive by a pressure medium to a working movement, wherein the pressure medium from a pressure medium chamber ( 6 ), one in supply lines ( 5 . 8th . 9 ) between pressure medium chamber ( 6 ) and the actuator ( 2 ) arranged pressure sensor ( 14 ) detects the pressure (p) of the pressure medium and wherein due to the pressure fluctuation a loss of the pressure medium is determined, characterized in that a in the supply lines ( 5 . 8th . 9 ) arranged volume flow sensor ( 16 ) the flow rate (Q) of the flowing pressure medium during the working movement of the moving member ( 3 ) detects that, on the basis of a physical equation, the pressure measurement value (p) and the volume flow measurement value (Q) are mathematically related to each other, that with proper operation without leakage, the coefficients (c, n) of the physical equation on the working equipment ( 1 ) to reflect this on the actual movement of the worker ( 3 ), and in that when the measured pressure value (p) or the measured volumetric flow measured value (Q) deviates from a reference measured value at a predetermined position of the movement element ( 3 ) or if the position (x) or velocity (v) of the moving element determined by the physical equation ( 3 ) from whose measured position / speed or reference position or speed leakage of the pressure medium is detected. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor ein Arbeitszylinder (2) oder pneumatisches Ventil ist.A method according to claim 1, characterized in that the actuator is a working cylinder ( 2 ) or pneumatic valve. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (14) in eine von zwei Zuführungsleitungen (8, 9) des Arbeitszylinders (2) eingebaut wird, die zu dem auf der Seite des Kraftübertragungsmittels (4) des Bewegungsglieds (3) angeordneten Zylinderraum (11) führt.Method according to claim 1, characterized in that the pressure sensor ( 14 ) into one of two supply lines ( 8th . 9 ) of the working cylinder ( 2 ), which is on the side of the power transmission means ( 4 ) of the moving member ( 3 ) arranged cylinder space ( 11 ) leads. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass gemessen wird, ob der Druckmittelverlust im Bereich des Aktors (2) intern oder im Bereich der vorgeschalteten Zuführungsleitungen (5, 8, 9), der Druckmittelkammer (6) oder bei der Kolbenstangendichtung des Bewegungsglieds (3) extern erfolgt.A method according to claim 1 or 3, characterized in that it is measured whether the loss of pressure medium in the region of the actuator ( 2 ) internally or in the area of the upstream supply lines ( 5 . 8th . 9 ), the pressure medium chamber ( 6 ) or in the piston rod seal of the moving member ( 3 ) takes place externally. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Berechnung verwendete physikalische Gleichung den Druckmesswert (p), den Volumenstrommesswert (Q) und die Position (x) oder Geschwindigkeit (v) des Bewegungsglieds (3) zueinander in eine mathematische Beziehung bringt.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the physical equation used for the calculation includes the pressure measurement value (p), the volume flow measurement value (Q) and the position (x) or velocity (v) of the movement member ( 3 ) brings each other into a mathematical relationship. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position (x) des Bewegungsglieds (3) aufgrund eines Endstellungsschalters gemessen und mit der berechneten Position des Bewegungsglieds (3) verglichen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the position (x) of the moving member ( 3 ) is measured on the basis of an end position switch and with the calculated position of the movement element ( 3 ) is compared. Verfahren nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Abweichung des aufgrund der Messsignale berechneten Positionswertes (x) von dem Referenzpositionswert des Bewegungsglieds (3) ein Koeffizient (c, n) schrittweise erhöht wird, bis sich die Abweichung minimiert.Method according to Claim 1 or 6, characterized in that, in the case of a deviation of the position value (x) calculated on the basis of the measurement signals, from the reference position value of the movement member ( 3 ) a coefficient (c, n) is gradually increased until the deviation minimizes. Verfahren nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen Polytropenkoeffizienten (n) die Temperaturänderung bei großen Hubänderungen (Δp) im Arbeitszylinder (2) berücksichtigt wird.A method according to claim 1 or 7, characterized in that by a Polytropenkoeffizienten (n) the temperature change at large stroke changes (Δp) in the working cylinder ( 2 ) is taken into account. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung von Befüllungsphase, stationärer Phase und Entleerungsphase des Arbeitszylinders (2) der Druckgradient (Δp) verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that for the determination of filling phase, stationary phase and emptying phase of the working cylinder ( 2 ) the pressure gradient (Δp) is used. Arbeitseinrichtung mit einem fluidischen Aktor (2) und einem darin geführten Bewegungsglied (3), das durch ein Druckmedium zu einer Arbeitsbewegung antreibbar ist, und mit einer Druckmittelkammer (6) zur Bereitstellung des Druckmittels über Zuführungsleitungen (5, 8, 9), wobei der Arbeitszylinder (2) durch das Bewegungsglied (3) in zwei Druckräume (10, 11) geteilt ist, beide Druckräume (10, 11) mit jeweils einer Zuführungsleitung (8, 9) verbunden sind und in einer der Zuführungsleitungen (8, 9) ein Drucksensor (14) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (14) in der Zuführungsleitung (9) angeordnet ist, die zum auf der Seite des Kraftübertragungsmittels (4) des Bewegungsglieds (3) angeordneten Druckraum (11) geführt ist, und der Volumenstromsensor (16) in der gleichen Zuführungsleitung (9) angeordnet ist.Working device with a fluidic actuator ( 2 ) and a moving member guided therein ( 3 ), which can be driven by a pressure medium to a working movement, and with a pressure medium chamber ( 6 ) for providing the pressure medium via supply lines ( 5 . 8th . 9 ), wherein the working cylinder ( 2 ) by the moving member ( 3 ) in two pressure chambers ( 10 . 11 ), both pressure chambers ( 10 . 11 ) each with a supply line ( 8th . 9 ) and in one of the supply lines ( 8th . 9 ) a pressure sensor ( 14 ), characterized in that the pressure sensor ( 14 ) in the supply line ( 9 ) which is located on the side of the power transmission means ( 4 ) of the moving member ( 3 ) arranged pressure space ( 11 ), and the volume flow sensor ( 16 ) in the same supply line ( 9 ) is arranged. Arbeitseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (14) in der Zuführungsleitung (9) zwischen dem Volumenstromsensor (16) und dem Druckraum (11) angeordnet ist.Working device according to claim 10, characterized in that the pressure sensor ( 14 ) in the supply line ( 9 ) between the volume flow sensor ( 16 ) and the pressure chamber ( 11 ) is arranged. Arbeitseinrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische Auswerteeinheit (18, 19) vorgesehen ist, die aufgrund einer Volumenstrommessung (Q) und einer Druckmessung (p) während des Arbeitsbetriebes des Bewegungsglieds (3) berechnet, ob eine Leckage des Druckmittels vorliegt.Work device according to claim 10 or 11, characterized in that an electronic evaluation unit ( 18 . 19 ) is provided, which due to a volume flow measurement (Q) and a pressure measurement (p) during the working operation of the moving member ( 3 ) calculates whether there is a leakage of the pressure medium. Arbeitseinrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (15, 17, 18, 19) unter Einbeziehung der gemessenen Position des Bewegungsglieds (3) und der Messwerte der beiden Sensoren (14, 16) berechnet, ob eine Leckage im Bereich des Arbeitszylinders (2) oder im Bereich der Zuführungsleitungen (5, 8, 9) bzw. der Druckmittelkammer (6) vorliegt.Work device according to one of claims 10 to 12, characterized in that the evaluation unit ( 15 . 17 . 18 . 19 ) taking into account the measured position of the moving member ( 3 ) and the measured values of the two sensors ( 14 . 16 ) calculates whether a leakage in the area of the working cylinder ( 2 ) or in the area of the supply lines ( 5 . 8th . 9 ) or the pressure medium chamber ( 6 ) is present.
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