DE19633369A1 - Differenzdruckerfassungsvorrichtung für Pneumatikzylinder - Google Patents

Description

Die Vorrichtung betrifft die Steuersysteme für Pneumatikzy­ linder, die früher Näherungsschalter und gesonderte Drucker­ fassungsventile verwendeten, um auf die Position des Kolbens während des Betriebs als Endhuberfassungseinrichtung zu rea­ gieren.

Bekannte Vorrichtungen dieser Art verließen sich auf eine Vielzahl von unterschiedlichen Schalt- und Erfassungsein­ richtungen zur Überwachung der Stellung von pneumatischen und hydraulischen Zylindern und Steuerung, siehe z. B. die US-Patente 3 680 583, 3 691 902, 4 275 793, 4 819 541 und 4 936 143.

In dem US-Patent 3 680 583 ist ein automatisches hydraulisch betätigtes Vierwegeventil offenbart, das den Druckaufbau innerhalb des Zylinders verwendet und diesen unter Verwen­ dung einer Einzelspulen-Baueinheit freigibt.

Das Patent 3 691 902 offenbart ein Zylinder- und Kolben­ steuerventil, das das tatsächliche Hubende eines Kolbens in einem Zylinder erfaßt.

Das US-Patent 4 275 793 beansprucht ein Steuersystem für Ge­ steinsbohrer, bei dem die Positionierung des Bohrers zum Steuerventil durch Messung des Drucks und der Strömungsmenge des Hydraulikfluids zum Motor mit druckempfindlichen Schal­ tern erfolgt.

In einem Steuerventil für doppelt wirkende pneumatische An­ triebszylinder gemäß US-Patent 4 819 541 erfolgt die Ein­ stellung des Luftstroms durch variable Düsen und Rück­ schlagventile, die einen beschränkten Strömungsweg in einer Richtung erzeugen, um einen Rückstoß mit starkem Haltedruck zu verhindern.

Das US-Patent 4 936 143 betrifft Zylinder mit Meßeinrich­ tungen für die Kolbenstellung, bei denen ein Ultraschall­ wandler zur Bestimmung der Kolbenstellung innerhalb des Zylinders verwendet wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Sensor in den Zufluß- und Rückflußleitungen eines Pneumatikzylinders anstelle von Näherungsschaltern zur Erfassung der relativen Stellung des Kolbens durch Druckdifferenzen zwischen diesen zu schaffen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer konstanten und sehr genauen Kolbenpositionierung, die zum Festspannen nicht zusammenpassender Werkstücke für das Punktschweißen zweckmäßig ist, wo bekannte elektromagne­ tische Näherungsschalter nicht gut funktionieren.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die Möglichkeit zur Montage entfernt vom Zylinderarbeitsbereich. Der Sensor ist ferner undurchlässig für magnetische Streufelder und kann daher Magnetzungen- und Hall-Effekt-Näherungsschalter in Umgebungen mit magnetischem Rauschen ersetzen.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Ein Differenzdruckaufnehmer erfaßt progressiv die Druckdif­ ferenz zwischen Pneumatikzylinderleitungen und vergleicht diese mit einem vorgegebenen Kreuzungspunkt, der einen Sensorausgang zu dessen Anzeige auslöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbei­ spiels der Erfindung anhand der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Sensors mit einem Pneumatikzylinder in einem Steuerventilsy­ stem;

Fig. 2 ein Zeit-Druck-Diagramm, das die Kolbenreaktion auf Veränderungen der Zeit und des Drucks zeigt;

Fig. 3 eine Perspektive der vorliegenden Erfindung in einer Anwendungsform; und

Fig. 4 eine Rückansicht der in Fig. 3 gezeigten vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1 ist eine Zylinder- und Steuerventilanordnung 10 mit einem Pneumatikzylinder 11, einem Vierwege-Steuerventil 12 und einem pneumatischen Drucksensor 13 gezeigt. Der Pneumatikzylinder 11 weist einen mit Strichlinien gezeigten Kolben 14 auf, der zwischen einem vorderen Ende 15 und einem hinteren Ende 16 des Zylinders bewegbar ist, was für den Fachmann klar erkennbar ist.

Der Kolben 14 ist mit einer Kolbenstange 17 verbunden, die sich vom vorderen Ende 15 des Pneumatikzylinders 11 er­ streckt. Ein Druckanschluß 18 ist mit einer Quelle zur Versorgung mit Druckluft P oder einem anderen Druckfluid über eine dazwischen verlaufende Druckluftleitung 19 ver­ bunden. Ein zweiter Druckanschluß 20 im hinteren Ende 16 des Pneumatikzylinders ist ebenfalls mit der Quelle für Druckluft P über eine Versorgungsleitung 21 verbunden. Das Steuerventil 12 steht mit den jeweiligen Zylinderversor­ gungsleitungen 19 und 21 in Verbindung und sorgt für eine selektive Strömungsrichtungssteuerung der Zuleitung und Ableitung der Druckluft P zur Betätigung des Kolbens 14 innerhalb des Pneumatikzylinders zwischen den jeweiligen Druckanschlüssen 18 und 20.

Aus dem vorhergehenden ist ersichtlich, daß sich der Kolben 14 innerhalb des Pneumatikzylinders 11 in Pfeilrichtung 23 bewegen wird, wenn ein Fluiddruck P an die Druckleitung 19 über das Vierwegeventil 12 angelegt wird und der Rückfluß über die Leitung 21 erfolgt.

Im Gegensatz dazu wird beim Umschalten des Vierwegeventils 12 zum Druckeingang an die Druckleitung 21 und zum Rückfluß an die Druckleitung 19 die Bewegungsrichtung des Kolbens 14 umgekehrt, so daß dieser zum vorderen Ende des Zylinders 12 zurückkehrt.

Der pneumatische Drucksensor 13 weist eine stabile Kon­ struktion mit einem Stromversorgungsteil 25, einem Druck­ erfassungsteil 26, einem Verstärkerteil 27, einer Druck­ auslösepunktjustierung 28 und einem Ausgangsteil 29 auf.

Der Stromversorgungsteil 25 umfaßt eine Strom- und Span­ nungsregelung 30 sowie eine Energieversorgung 31. Der Druckerfassungsteil 26 umfaßt einen Piezowiderstands- Differenzdrucksensor 32 mit Eingangsanschlüssen 33, die in direkter Verbindung mit den vorstehend beschriebenen Druck­ leitungen 19 und 21 stehen.

Der Verstärkerteil 27 verstärkt die durch die Änderungen des Widerstandsausgangs vom Piezowiderstands-Differenzdruck­ sensor 32 erzeugten Spannungsänderungen. Die Druckauslöse­ punktjustierung 28 definiert einen vom Benutzer einstell­ baren Spannungspegel, vergleicht ihn mit dem Spannungspegel des verstärkten Ausgangs des Drucksensors 32 und erzeugt ein Ausgangssignal, wenn sich die Differenzpegel gemäß Fig. 2 kreuzen, wie im folgenden näher erläutert wird.

In den Fig. 3 und 4 ist der erfindungsgemäße Pneumatiksensor 13 in einer betriebsfähigen Ausführung dargestellt, der ein Hauptgehäuse 34 mit gegenüberliegend angeordneten und mit Öffnungen versehenen Montagebuchsen 35 hat. Ein sechspoliger Steckeranschluß 36 erstreckt sich vom Gehäuse 34 nach außen zur Aufnahme einer (nicht gezeigten) Steuerausgangsübertra­ gungsverbindung, einschließlich des Energieversorgungsein­ gangs und des Druckleitungsjustiereingangs.

In Fig. 1 und besonders in Fig. 2 ist ein Betriebsdiagramm gezeigt, das die Beziehung zwischen dem Arbeitsdruck und der Zeit und der zugehörigen Stellung und die Schritte bei einer typischen Aktivierung eines Pneumatikzylinders unter Fluid­ druck angibt.

Im Betrieb schaltet das Vierwegeventil 12 den Eingangsdruck von der Druckleitung P an die Druckleitung 19, wie dies durch den Zeitpunkt A in dem Zeit-Druck-Diagramm von Fig. 2 angegeben ist.

Der Druck in der Druckleitung 19 steigt an und der Druck in der Druckleitung 21 fällt ab, bis die Zylinderlast überwun­ den ist, wie dies durch den Punkt B angegeben ist. Am Punkt C übersteigt der Leitungsdruck in der Druckleitung 19 den Leitungsdruck in der Druckleitung 21 und der Kolben 14 be­ ginnt sich am Punkt D zu bewegen. Das effektive Ende der Hubstellung des Kolbens wird am Punkt E erreicht, was ir­ gendwo entlang des Kolbenweges sein kann in Abhängigkeit vom Druckanstieg der Druckleitung 19 und vom Druckabfall in der Druckleitung 21.

Wenn die Druckdifferenz bis zu dem vorbestimmten Auslöse­ punkt (eingestellt durch die Auslösepunktjustierung 28) ansteigt und der Rückführungsdruck bis zu seinem vorbe­ stimmten Auslösepunkt abnimmt, wird bei F der Ausgang 29 von Fig. 1 aktiviert.

Eine sehr genaue Druckerfassung unter Verwendung der Rück­ führseite zwischen dem Pneumatikzylinder und dem Vierwege­ ventil 12 erzeugt das Gleichgewicht zur exakten Kolben­ stellungserfassung auf der Grundlage des Differenzdrucks.

Aus der vorhergehenden Beschreibung geht hervor, daß der Analogbereich durch Verwendung des Eingangsdrucks als Antriebskraft und des Gegendrucks als Referenzkraft ein­ stellbar ist.

Claims (4)

1. Pneumatikzylinder-Steuer- und Positionsbestimmungssystem mit
einem Pneumatikzylinder (11), in dem ein Kolben (14) zwi­ schen einer Einfahrstellung und einer Ausfahrstellung bewegbar angeordnet ist,
Druckeingangs- und Druckausgangsanschlüssen (18, 20) innerhalb des Zylinders (11),
von den Anschlüssen (18, 20) ausgehenden Druckleitungen (19, 21) und
einem mit den Druckanschlüssen (18, 20) über die Druck­ leitungen (19, 21) verbundenen Steuerventil (12), gekennzeichnet durch
einen Differenzdruckaufnehmerschalter (13) in Verbindung mit den Druckanschlüssen (18, 20) zwischen dem Zylinder (11) und dem Steuerventil (12), wobei der Differenzdruck­ aufnehmerschalter (13) einen Differenzdrucksensor (32) und eine Einrichtung zur Einstellung des Differenz­ drucksensors (32) auf eine vorbestimmte Druckbestimmung zwischen den Druckanschlüssen (18, 20) innerhalb des Zylinders aufweist.

2. Steuer- und Positionsbestimmungssystem nach Anspruch 1, bei dem das Steuerventil (12) ein Vierwegeventil ist, das in Verbindung mit einer Druckfluidquelle steht.

3. Steuer- und Positionsbestimmungssystem nach Anspruch 1, bei dem der Druckaufnehmerschalter (13) ferner einen Verstärker (27), wählbare Ausgangsteile und eine Energieversorgung (31) umfaßt.

4. Steuer- und Positionsbestimmungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Einrichtung zur Einstellung des Differenz­ drucksensors (32) eine damit verbundene Auslösepunkt­ justierung (28) umfaßt.