DE19633369C2 - Differenzdruckerfassungsvorrichtung für Pneumatikzylinder - Google Patents
Differenzdruckerfassungsvorrichtung für PneumatikzylinderInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Steuersystem für Pneumatikzylinder der im
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.
Bekannte Steuersysteme für Pneumatikzylinder enthalten eine Vielzahl
von unterschiedlichen Schalt- und Erfassungseinrichtungen zur Überwa
chung und Steuerung der Stellung der Kolben in pneumatischen und hy
draulischen Zylindern.
In der US 3,680,583 ist ein automatisches hydraulisch betätigtes Vierwe
geventil offenbart, das den Druckaufbau innerhalb des Zylinders verwen
det und diesen unter Verwendung einer Einzelspulen-Baueinheit freigibt.
Die US 3,691,902 offenbart ein Zylinder- und Kolbensteuerventil, das das
tatsächliche Hubende eines Kolbens in einem Zylinder erfaßt.
Die US 4,275,793 beinhaltet ein Steuersystem für Gesteinsbohrer, bei
dem die Positionierung des Bohrers zum Steuerventil durch Messung des
Drucks und der Strömungsmenge des Hydraulikfluids zum Motor mit
druckempfindlichen Schaltern erfolgt.
In einem Steuerventil für doppelt wirkende pneumatische Antriebszylinder
gemäß der US 4,819,541 erfolgt die Einstellung des Luftstroms durch va
riable Düsen und Rückschlagventile, die einen beschränkten Strömungs
weg in einer Richtung erzeugen, um einen Rückstoß mit starkem Halte
druck zu verhindern.
Die US 4,936,143 betrifft Zylinder mit Meßeinrichtungen für die Kolben
stellung, bei denen ein Ultraschallwandler zur Bestimmung der Kolben
stellung innerhalb des Zylinders verwendet wird.
Schließlich ist aus der DE 25 09 771 A1 eine gattungsgemäße Einrichtung
zur Bestimmung der Stellung des Kolbens in einem Zylinder bekannt, bei
welcher der Kolben zwei voneinander beabstandete Dichtmanschetten
enthält, die einen ringförmigen Druckraum begrenzen. An den Endteilen
des Zylinders sind je zwei Zapfbohrungen ausgebildet, die mit einem
Druckaufnehmer verbunden sind, von dem ein Ausgangssignal einem An
zeiger zugeführt wird. Wenn sich der Kolben im Zylinder bewegt, werden
die Zapfbohrungen entsprechend der sich ändernden Kolbenstellung un
terschiedlich beaufschlagt, so daß der Druckermittler die jeweilige Kol
benstellung im Zylinder bestimmt, die dann angezeigt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Sensor in den Zufluß- und Rückfluß
leitungen eines Pneumatikzylinders anstelle von Näherungsschaltern zur
Erfassung der relativen Stellung des Kolbens durch Druckdifferenzen zwi
schen diesen zu schaffen.
Die Erfindung ermöglicht eine konstante und sehr genaue Kolbenpositio
nierung, die zum Festspannen nicht zusammenpassender Werkstücke für
das Punktschweißen zweckmäßig ist, wo bekannte elektromagnetische
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 Druckerfassungsteil
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.
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.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |