DE19953075A1 - Stellgliedsteuerschaltkreis - Google Patents

Stellgliedsteuerschaltkreis

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Abstract

Es wird ein Stellgliedsteuerschaltkreis beschrieben, der ein Eingangsmesssteuersystem zur Steuerung der Verschiebungsgeschwindigkeit eines Kolbens (36) eines Pneumatikzylinders (12) verwendet und ein erstes Drucksteuerventil (26) aufweist, das in einem frei fließenden Zustand ist, wenn dem Pneumatikzylinder (12) Drucklust zugeführt wird, und ein zweites Drucksteuerventil (28) zum Halten des Abfuhrdruckes der von dem Pneumatikzylinder (12) abgeführten unter Druck stehenden Luft auf einem zuvor eingestellten vorbestimmten Druck.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Stellglied­ steuerschaltkreis, der es ermöglicht, beispielsweise die Verschiebungsgeschwindigkeit eines Stellgliedes (Actuators), wie einem Zylinder, zu steuern.
In jüngerer Zeit werden pneumatische Stellglieder, beispiels­ weise Zylinder, insbesondere in der Elektronik- und Elek­ troindustrie aber auch anderen Industriebereichen weithin eingesetzt, um kleine Objekte oder dgl. zu transportieren. Der Zylinder weist einen Kolben auf, der eine gradlinig hin- und hergehende Bewegung entlang einer Zylinderkammer eines Zylinderrohres vollzieht. Die Zylinder, die eingesetzt werden, wenn die Verschiebungsgeschwindigkeit des Kolbens gesteuert wird, weisen einen Eingangsmessschaltkreis 1 (vgl. Fig. 19) auf, der die Durchflussrate des durch einen auf der Zu­ fuhrseite angeordneten Durchgang für die Zufuhr eines unter Druck stehenden Fluides in die Zylinderkammer fließenden Druckfluides steuert, und einen Ausgangsschaltkreis 2 (vgl. Fig. 20) für die Regelung der Durchflussrate des durch einen auf der Ablassseite für den Ablass des Druckfluides aus der Zylinderkammer angeordneten Durchgang fließenden Druckfluides auf.
In den Fig. 19 und 20 bezeichnet das Bezugszeichen 3 ein Geschwindigkeitssteuerventil mit einem Kontrollventil 4 und einem variablen Drosselventil 5. Das Bezugszeichen 6 bezeich­ net ein schaltendes Solenoid-betätigtes Ventil (Magnetventil). Die Bezugszeichen 7a und 7b bezeichnen erste und zweite Zylinderkammern.
Wird aber ein solches pneumatisches Stellglied, beispielsweise ein Zylinder, bei geringer Geschwindigkeit betätigt, um beispielsweise ein kleines Objekt ober dgl. zu transportieren, werden bei der Verwendung eines Eingangsmessschaltkreises 1 der Verschiebungszustand und der Stoppzustand intermittierend wiederholt. Als Folge hiervon tritt das sog. stick-slip- Phänomen auf, bei dem eine stufenförmige Charakteristikkurve der Beziehung zwischen Zeit und Verschiebungsweg erscheint.
Außerdem weist der herkömmliche Eingangsmessschaltkreis 1 den Nachteil einer verzögerten Antwortzeit auf, bei der die Zeit, die für das Starten der Verschiebung des Kolbens erforderlich ist, verzögert wird, wenn die Betätigung des Zylinders nach einem längeren Stop erneut gestartet wird.
Andererseits weist der Ausgangsmessschaltkreis 2 den Nachteil des sog. Herausspringphänomens (jumping-out-Phänomen) auf, bei dem der Kolben aufgrund einer Haftung des Kolbens eine schnelle Verschiebung entlang der Zylinderkammer 7a, 7b vollzieht, wenn die Betätigung des Zylinders nach einem längeren Stop wieder gestartet wird.
Es ist daher eine wesentliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Stellgliedsteuerschaltkreis zu schaffen, der es ermöglicht, die Verschiebungsgeschwindigkeit eines Stellgliedes bei geringer Geschwindigkeit in stabiler Weise zu steuern, wobei das Auftreten des stick-slip-Phänomens und des jumping-out-Phänomens verhindert wird.
Außerdem soll die Verzögerung der Antwortzeit, die auftritt, wenn die Betätigung des Zylinders nach einer längeren Pause erneut gestartet wird, verbessert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Schaltkreisanordnung eines Stellgliedschalt­ kreises gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Anordnung eines Drucksteuerventiles, das den in Fig. 1 gezeigten Stellgliedsteuerschaltkreis bildet,
Fig. 3 eine Schaltkreisanordnung, die der Erläuterung des Eingangssteuersystems und des Ausgangssteuersystems dient,
Fig. 4 Charakteristikkurven, die die Beziehung zwischen der Zeit und dem Verschiebungsweg des Kolbens und dem Druck des Stellgliedsteuerschaltkreises dar­ stellen,
Fig. 5 eine Charakteristikkurve, die die Beziehung zwi­ schen der Zeit und dem Druck des Ausgangsmess­ schaltkreises gemäß dem Stand der Technik dar­ stellt,
Fig. 6 eine Charakteristikkurve, die die Beziehung zwi­ schen der Zeit und dem Druck des Eingangsmess­ schaltkreises gemäß dem Stand der Technik dar­ stellt,
Fig. 7 eine Charakteristikkurve, die die Beziehung zwi­ schen der Zeit und dem Druck des Stellgliedsteuer­ schaltkreises darstellt,
Fig. 8 Antwortkurven, die in dem ersten Zyklus erhalten werden, wenn die Stellglieder nach einer Pause von zwei Stunden erneut betätigt werden,
Fig. 9 Antwortkurven, die in dem ersten Zyklus erhalten werden, wenn die Stellglieder nach einer Pause von 16 Stunden erneut betätigt werden,
Fig. 10 eine Schaltkreisanordnung eines Stellgliedsteuer­ schaltkreises gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 11 einen Längsschnitt durch eine Anordnung eines Steuerventils, das den Stellgliedsteuerschaltkreis gemäß Fig. 10 bildet,
Fig. 12 eine Schaltkreisanordnung eines Stellgliedsteuer­ schaltkreises gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig. 13 einen Längsschnitt durch eine Anordnung eines Drucksteuerventiles, das den Stellgliedsteuer­ schaltkreis gemäß Fig. 12 bildet,
Fig. 14 einen Längsschnitt mit Auslassungen, der das in Fig. 13 gezeigte Drucksteuerventil darstellt,
Fig. 15 einen Schnitt entlang der Linie XV-XV in Fig. 14,
Fig. 16 einen Schnitt entlang der Linie XVI-XVI in Fig. 14,
Fig. 17 einen Schnitt entlang der Linie XVII-XVII in Fig. 14,
Fig. 18 Charakteristikkurven, die die Verzögerung der Antwortzeit der Eingangsmessschaltkreise beim Stand der Technik und des Stellgliedsteuerschaltkreises gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen,
Fig. 19 eine Schaltkreisanordnung des Eingangsmessschalt­ kreises, der das Verfahren zur Steuerung des Stellgliedes gemäß dem Stand der Technik darstellt, und
Fig. 20 eine Schaltkreisanordnung des Ausgangsmessschalt­ kreises, der das Verfahren zur Steuerung des Stellgliedes gemäß dem Stand der Technik darstellt.
Fig. 1 zeigt einen Stellgliedsteuerschaltkreis 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Der Stellgliedsteuerschaltkreis 10 verwendet das Eingangsmess­ steuersystem und weist einen pneumatischen Zylinder (nachfol­ gend auch einfach als "Zylinder" bezeichnet) 12 zum Transport eines Werkstückes W, beispielsweise eines kleinen Objektes, ein erstes Geschwindigkeitssteuerventil 16, das an der Seite eines Zufuhrdurchgangs (erster Durchgang) 14 des Zylinders 12 vorgesehen ist, ein zweites Geschwindigkeitssteuerventil 20, das an der Seite eines Ablassdurchgangs (zweiter Durchgang) 18 des Zylinders 12 vorgesehen ist, und ein schaltendes Solenoid-betätigtes Ventil (Schaltmechanismus) 24 für die Zufuhr eines unter Druck stehenden Fluides (Druckluft) von einer Druckfluidzufuhrquelle 22 auf, wobei das Ventil 24 zwischen dem ersten Geschwindigkeitssteuerventil 16 und dem zweiten Geschwindigkeitssteuerventil 20 umschaltet.
Das erste Geschwindigkeitssteuerventil 16 und das zweite Geschwindigkeitssteuerventil 20 bestehen aus im wesentlichem identischen Aufbauelementen und weisen jeweils ein Kontroll­ ventil 4 und ein variables Drosselventil 5 auf.
Der Stellgliedsteuerschaltkreis 10 weist außerdem ein ersten Drucksteuerventil 26, das in einen Abschnitt des Zufuhrdurch­ gangs 14 zwischen dem ersten Geschwindigkeitssteuerventil 16 und dem schaltenden Solenoid-betätigten Ventil (Magnetventil) 24 eingesetzt ist, und ein zweites Drucksteuerventil 28 auf, das in einen Abschnitt des Ablassdurchgangs 18 zwischen dem zweiten Geschwindigkeitssteuerventil 20 und dem schaltenden Magnetventil 24 eingesetzt ist. Bei dieser Ausführungsform sind das erste Geschwindigkeitssteuerventil 16 und das erste Drucksteuerventil 26 in Reihe angeordnet. In ähnlicher Weise sind auch das zweite Geschwindigkeitssteuerventil 20 und dass zweite Drucksteuerventil 28 in Reihe geschaltet. Das erste Drucksteuerventil 26 und das zweite Drucksteuerventil 28 dienen als Minimaldruckhaltemechanismus.
Das erste Drucksteuerventil 26 und das zweite Drucksteuerven­ til 28 bestehen aus im wesentlichen identischen Aufbau­ elementen und weisen jeweils ein Kontrollventil 30 und ein Entlastungsventil 32 auf. Das erste Drucksteuerventil 26 ist in einem frei fließenden Zustand (geöffneter Zustand), wenn das Druckfluid einer ersten Zylinderkammer 24a zugeführt wird. Das zweite Drucksteuerventil 28 dient der Aufrechterhaltung des Ablassdruckes, so dass der Ablassdruck nicht unter einen voreingestellten Druckwert absinkt, wenn das Druckfluid aus einer zweiten Zylinderkammer 34b abgelassen wird.
Die Anordnung des ersten Drucksteuerventils 26 (zweiten Drucksteuerventils 28) wird nachfolgend im Detail beschrieben.
Wie in Fig. 2 dargestellt ist, umfasst das erste Druck­ steuerventil 26 einen Ventilkörper 104, der eine im wesentli­ chen zylindrische Form hat und einen ersten Anschluss 100 an einem ersten Ende, der über ein nicht dargestelltes Rohr mit dem schaltenden Magnetventil 24 verbunden wird, und einen zweiten Anschluss 102 an einem zweiten Ende zur Verbindung mit dem Zylinder 12 über das erste Geschwindigkeitssteuerventil 16 aufweist. Sowohl der erste Anschluss 100 als auch der zweite Anschluss 102 weist einen Rohrverbindungsmechanismus 106 zur Herstellung einer Verbindung mit einem nicht dar­ gestellten Rohr auf.
Ein erstes zylindrisches Element 110, das sich in einer im wesentlichen senkrecht zu der Achse des Ventilkörpers 104 verlaufenden Richtung erstreckt und so installiert ist, dass das Kontrollventil 30 an seinem ringförmigen Absatz an seinem ersten Ende angeordnet ist, ist an einem im wesentlichen mittigen Abschnitt des Ventilkörpers 104 vorgesehen. Ein zweites zylindrisches Element 114, das eine Durchgangsöffnung 112 aufweist, ist mit einer Öffnung verbunden, die an einem zweiten Ende des ersten zylindrischen Elements 110 ausgebildet ist.
Das Kontrollventil 30 umfasst eine Zunge 116, die gemäß der Druckkraft der von dem ersten Anschluss 100 zugeführten Druckluft flexibel nach innen gebogen wird. Dementsprechend funktioniert das Kontrollventil 30 wie folgt. Die Druckluft, die von dem ersten Anschluss 100 zugeführt wird, kann in dem frei fließenden Zustand zu dem zweiten Anschluss 102 fließen. Die Zunge 116 steht mit der inneren Wandfläche des Ventilkör­ pers 104 entsprechend der Druckwirkung der von dem zweiten Anschluss 102 zugeführten Druckluft in Kontakt. Somit wird die Druckluft daran gehindert, von dem zweiten Anschluss 102 zu dem ersten Anschluss 100 zu fließen. Mit anderen Worten fließt die Druckluft frei in Richtung von dem ersten Anschluss 100 zu dem zweiten Anschluss 102. Die Druckluft wird jedoch entsprechend der durch das Kontrollventil 30 ausgeübten Kontrollwirkung daran gehindert, in der entgegengesetzten Richtung, d. h. von dem zweiten Anschluss 102 zu dem ersten Anschluss 100, zu fließen.
Ein Verschiebungselement 118, das eine Verschiebung in einer im wesentlichen senkrecht zu der Achse des Ventilkörpers 104 stehenden Richtung vollzieht, ist gleitend in der Durchgangs­ öffnung 112 des zweiten zylindrischen Elements 114 vorgesehen. Das Verschiebungselement 118 sitzt entsprechend der Vorspann­ kraft eines Federelements 120 auf einem Sitzabschnitt 122 auf. Dementsprechend ist die Verbindung zwischen dem ersten Anschluss 100 und dem zweiten Anschluss 102 blockiert. Bei dieser Ausführungsform wird durch die innere Wandfläche an dem ersten Ende des ersten zylindrischen Elements 100, an dem das Kontrollventil 30 installiert ist, eine Kammer 124 gebildet, die eine Verbindung mit dem zweiten Anschluss 102 herstellt. Wenn das Verschiebungselement 118 auf dem Sitzabschnitt 122 aufsitzt, ist die Kammer 124 in einem Zustand, in dem die Verbindung zu dem ersten Anschluss 100 blockiert ist.
D. h., dass das Verschiebungselement 118 in einem Zustand ist, in dem es durch die Vorspannkraft des Federelement 120 immer nach unten gedrückt wird, um auf dem Sitzabschnitt 122 aufzusetzen. Wenn der Druck der von dem zweiten Anschluss 102 zu der Kammer 124 zugeführten Druckluft die Vorspannkraft des Federelementes 120 übersteigt, wird das Verschiebungselement von 118 von dem Sitzabschnitt 122 abgehoben. Wenn die Vorspannkraft des Federelements 120 mit dem Druck der Druckluft im Gleichgewicht steht, wird der vorbestimmte eingestellte Druck aufrechterhalten. An dem Verschiebungs­ element 118 ist über eine ringförmige Nut ein Dichtungsring 126 angebracht. An seinem ersten Ende ist ein elastisches Element 128 angebracht, um die Stöße zu mindern, die auf­ treten, wenn das Verschiebungselement 118 auf dem Sitz­ element 122 aufsetzt.
Das zweite zylindrische Element 114 weist eine Einstell­ schraube 132 auf, die über eine Verriegelungsmutter 130 befestigt wird. Die Vorspannkraft des Federelements 120 zum Herablassen des Verschiebungselements 118 kann durch Ver­ größern oder Verringern der Einschraubtiefe der Einstell­ schraube 132 eingestellt werden. Dadurch kann der Ablassdruck von dem Sender 12 auf einen festgelegten Minimaldruck eingestellt werden, indem die Einschraubtiefe der Einstell­ schraube vergrößert oder verringert wird, um die Vorspannkraft des Federelements 120 einzustellen.
Die Verschiebungsgeschwindigkeit des Kolbens 36 des Zylinders 12 wird über das erste Geschwindigkeitssteuerventil 16 und das zweite Geschwindigkeitssteuerventil 20 eingestellt. Der untere Grenzwert des Ablassdruckes kann im Vergleich mit dem Eingangsmessschaltkreis 1 gemäß dem in Fig. 19 gezeigten Stand der Technik hoch eingestellt werden, indem das erste Drucksteuerventil 26 und das zweite Drucksteuerventil 28 vorgesehen werden.
Der Stellgliedsteuerschaltkreis 10 gemäß der ersten Aus­ führungsform ist im wesentlichen wie oben beschrieben aufgebaut. Nachfolgend werden sein Wirkungsweise und Funktion erläutert.
Wenn das schaltende Magnetventil 24 auf der Basis eines von einer nicht dargestellten Steuerung eingegebenen Schaltsignals von dem AUS-Zustand zu dem AN-Zustand umgeschaltet wird, tritt die von der Druckfluidzufuhrquelle 22 abgeführte Druckluft durch das erste Drucksteuerventil 26 und das erste Ge­ schwindigkeitssteuerventil 16, die mit dem Zufuhrdurchgang 14 in Verbindung stehen, und wird in die erste Zylinderkammer 34a eingeführt.
Bei dieser Anordnung wird in dem ersten Drucksteuerventil 26 keine Kontrolle vorgenommen, so dass der frei fließende Zustand gegeben ist. Die Druckluft, die durch das erste Drucksteuerventil 26 hindurchgetreten ist, wird mit Hilfe des variablen Drosselventils 4 des ersten Geschwindigkeits­ steuerventils 16 auf eine vorbestimmte Durchflussrate gedrosselt und dann in die erste Zylinderkammer 34a einge­ führt. D. h., dass in dem ersten Drucksteuerventil 26 die Zunge 116 entsprechend der Druckwirkung der von dem ersten Anschluss 100 zugeführten Druckluft flexibel nach innen gebogen wird. Somit erlaubt das erste Drucksteuerventil 26 dass Fließen der von dem ersten Anschluss 100 zugeführten Druckluft zu dem zweiten Anschluss 102 in dem frei fließenden Zustand.
Dadurch wird der Kolben 36 entsprechend der Druckwirkung der in die erste Zylinderkammer 34a eingeführten Druckluft in Richtung des Pfeiles A verschoben und dadurch das Werkstück W transportiert. Während dieses Vorgangs wird die Druckluft, die in der zweiten Zylinderkammer 34a verbleibt, über dass zweite Geschwindigkeitssteuerventil 20 und das zweite Drucksteuerventil 28, die mit dem Ablassdurchgang 18 in Verbindung stehen, nach außen abgeführt. Bei dieser Anordnung wird in dem zweiten Geschwindigkeitssteuerventil 20 keine Kontrolle durchgeführt, so dass der frei fließende Zustand gegeben ist. Die Druckluft, die durch das zweite Geschwindig­ keitssteuerventil 20 hindurchgetreten ist, wird zurück­ gehalten, so dass der Druck nicht unter den voreingestellten Druckwert abgesenkt wird.
D. h., dass die Druckluft, die in dem frei fließenden Zustand durch das zweite Geschwindigkeitssteuerventil 20 hindurch­ getreten ist, in den zweiten Anschluss 102 des zweiten Drucksteuerventils 28 eingeführt wird. Die Druckluft, die in den zweiten Anschluss 102 eingeführt wird, wird entsprechend der Kontrollwirkung des Kontrollventils 30 an einem Fließen gehindert und der mit dem zweiten Anschluss 102 in Verbindung stehenden Kammer 124 zugeführt. Bei dieser Anordnung wird das Verschiebungselement 118 von dem Sitzabschnitt 122 abgehoben, wenn der Druck (Ablassdruck) der von dem zweiten Anschluss 102 der Kammer 124 zugeführten Druckluft die Vorspannkraft des Federelements 120 überwindet. Wenn die Vorspannkraft des Federelements 120 im Gleichgewicht mit dem Druck der Druckluft steht, wird der Ablassdruck des Zylinders 12 auf dem vor­ bestimmten eingestellten Druck gehalten. Mit anderen Worten dient das zweite Drucksteuerventil 28 der Aufrechterhaltung des Druckes der abgelassenen Druckluft auf dem voreingestell­ ten Druckwert. Dadurch kann das zweite Drucksteuerventil 28 dazu verwendet werden, den unteren Grenzwert des Ablassdruckes hoch einzustellen.
Wenn der Kolben 36 in einer der Richtung A entgegengesetzten Richtung verschoben wird, funktioniert das erste Druck­ steuerventil 26 auf die gleiche Weise wie das zweite Druck­ steuerventil 28.
Dementsprechend wird das Auftreten des stick-slip-Phänomens und des jumping-out-Phänomens verhindert und der Kolben 36 des Zylinders 12 kann bei geringer Geschwindigkeit stabil verschoben werden.
Nachfolgend wird die oben beschriebene Tatsache unter Verwendung von numerischen Ausdrücken erläutert, wobei sich ergibt, dass das Steuersystem auf der Basis des Eingangsmess­ schaltkreises 1 hinsichtlich des durch die Haftung des Kolbens 36 beim Beginn der Betätigung auftretenden jumping-out- Phänomens effektiver ist als das Steuersystem auf der Basis des Ausgangsmessschaltkreises 2.
Die nachfolgende Überlegung erfolgt für einen in Fig. 3 gezeigten Geschwindigkeitssteuerschaltkreis 41 für einen pneumatischen Zylinder 40.
Die Bezugszeichen 42a und 42b bezeichnen Drosseln, das Bezugszeichen 43 einen Kolben. Die in der Zeichnung dar­ gestellten Symbole und numerischen Ausdrücke sind folgende:
A: Druckaufnahmefläche des Kolbens
F: externe Kraft einschließlich der statischen Rei­
bungskraft und der Coulomb'schen Reibungskraft
Fs: maximale Adhäsivkraft
M: Masse des beweglichen Teils
P: Druck in der ersten Zylinderkammer 34a oder der zweiten Zylinderkammer 34b
R: Gaskonstante
T: Lufttemperatur (absolute Temperatur)
v: Geschwindigkeit
Vc: Volumen des Zylinders 40
x: Verschiebungsweg
b: viskoser Reibungskoeffizient
kp: Druckdurchflussratenkoeffizient des Geschwindig­ keitssteuerventils
κ: spezifisches Wärmeverhältnis von Luft
ξ: Dämpfungskoeffizient
ωn: natürliche Frequenz
Die in den Gleichungen verwendeten tiefgestellten Symbole sind H zur Anzeige des Kopfseite, R zur Anzeige der Stangenseite und "a" zur Anzeige des Atmosphärendruckzustands.
Zunächst wird das jumping-out-Phänomen aufgrund der Haftung (Adhäsion) berücksichtigt, das beim Beginn der Betätigung auftritt. Die Kräftegleichgewichtsgleichung, die durch die nachfolgende Gleichung (1) dargestellt wird, betrifft die gerade Linie, entlang der der Kolben 43 herausspringt.
PHOAH = PROAR + FS + Pa(AH-AR) (1)
In der Gleichung (1) bezeichnet "0" den Ursprungszustand unmittelbar vor dem Herausspringen. Der Kolben 43 überwindet die maximale Haftungskraft Fs und springt heraus, um wieder den Gleichgewichtszustand zu erreichen. Werden die Coulomb'sche Reibungskraft und die dynamische Reibungskraft vernachlässigt, lässt sich die Gleichung (1) wie folgt umschreiben:
PHAH = PAAR + Pa(AH-AR) (2)
Die Zeitdauer, die während des Herausspringvorgangs vergeht, ist nur kurz. Daher werden der Zufluss und der Abfluss von Luft aus dem Inneren der Zylinderkammer 34a, 34b vernachläs­ sigt. Außerdem wird angenommen, dass die Zustandsänderung, die in den ersten und zweiten Zylinderkammern 34a, 34b auftritt, isotherm ist. Unter dieser Annahme wird entsprechend der Gaszustandsgleichung nachfolgende Gleichung (3) erhalten:
PH(VHO + xjAH) = PHOVHO
PR(VRO-xjAR) = PROVRO (3)
In der Gleichung (3) bezeichnet das Symbol xj den Verschie­ bungsweg (Herausspringentfernung) des Kolbens 43 von dem Herausspringen des Kolbens 43 bis zum Erreichen des Gleichge­ wichtszustands.
Wird die Asymmetrie vernachlässigt, d. h. wenn Pa(AH-AR) = 0 gilt, lässt sich auf der Basis der oben beschriebenen Gleichungen (1) und (3) die Herausspringstrecke xj durch die nachfolgende Gleichung (4) beschreiben.
Entsprechend der Gleichung (4) kann die Herausspringstrecke xj klein gemacht werden, wenn die maximale Haftkraft Fs klein ist, wenn der Ursprungsdruck PRO auf der Ablassseite hoch ist und wenn das Ursprungsvolumen an der Kopfseite und der Stangenseite klein ist. Unter diesem Gesichtspunkt ist die Luftzufuhrseite bei dem Ausgangsmessschaltkreis 20 gemäß dem in Fig. 20 gezeigten Stand der Technik im dem frei fließenden Zustand. Damit gilt VHO ≈ ∞ und VRO ≈ Vc. Im Gegensatz dazu ist bei dem Eingangsmessschaltkreis 1 gemäß dem in Fig. 19 gezeigten Stand der Technik die Luftzufuhrseite gedrosselt und die Ablassseite ist in dem frei fließenden Zustand. Damit gilt VHO ≈ 0 und VRO ≈ ∞. Dementsprechend wird im Hinblick auf die Verhinderung des Auftretens des jumping-out-Phänomens vorzugsweise der Eingangsmessschaltkreis 1 verwendet und es ist wünschenswert, den Initialdruck auf der Ablassseite zu erhöhen.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Verhinderung des stick- slip-Phänomens erläutert.
Üblicherweise wird der Öffnungsgrad des variablen Drosselven­ tils 5 während der Verschiebung des Kolbens 43 fest einge­ stellt. Daher wird davon ausgegangen, dass die Variation der Verschiebungsgeschwindigkeit des Kolbens 43 durch die Änderung der aufgebrachten externen Kraft bewirkt wird, die beispiels­ weise in vielen Fällen die Reibungskraft ist. In dieser Beschreibung wird die Übertragungsfunktion zwischen der externen Kraft und der Geschwindigkeit des Schaltkreises abgeleitet, um den Einfluss der Änderung der externen Kraft auf die Verschiebungsgeschwindigkeit des Kolbens 43 zu untersuchen.
Bei dem Zylinder 40, der in horizontalem Zustand angebracht ist, ergibt sich für die Bewegungsgleichung des Kolbens 43 die nachfolgenden Gleichung (5):
Es wird angenommen, dass die Temperatur der Luft in den Zylinderkammern 34a, 34b der Temperatur der Zufuhrluft entspricht und dass die Zustandsänderung in den Zylinderkam­ mern 34a, 34b adiabat ist. Wenn die Asymmetrie vernachlässigt wird, lässt sich die Transferfunktion zwischen der externen Kraft F und der Verschiebungsgeschwindigkeit v des Kolbens 43 durch die nachfolgende Gleichung (6) beschreiben:
In der Gleichung (6) bezeichnet "s" die Laplace-Variable.
Die Gleichung (6) zeigt das Verhältnis der Transferfunktion zwischen der Änderung der externen Kraft und der Änderung der Verschiebungsgeschwindigkeit des Kolbens 43, die dadurch bewirkt wird. Entsprechend der Gleichung (6) ist es wünschens­ wert, dass die natürliche Frequenz ωn hoch ist, um die durch die externe Kraft bewirkte Änderung der Verschiebungs­ geschwindigkeit des Kolbens 43 zu verringern. Entsprechend Gleichung (7) ist es notwendig, dass der hohe Druck in der auf der Ablassseite angeordneten zweiten Zylinderkammer 34b aufrechterhalten wird, um die natürliche Frequenz ωn für den Zylinder 40, der eine konstante Spezifizierungsgröße aufweist, zu erhöhen.
Gemäß dem Ergebnis der oben beschriebenen Analyse wird vorzugsweise die Eingangsmesssteuerung verwendet, um dass jumping-out-Phänomen zu verhindern. Außerdem ist es wünschens­ wert, den Initialdruck auf der Ablassseite zu erhöhen. Außerdem wurde erkannt, dass es wirksam ist, den hohen Druck in den Zylinderkammern 34a, 34b aufrecht zu erhalten, um das Auftreten des stick-slip-Phänomens zu verhindern.
Der Stellgliedsteuerschaltkreis 10 gemäß der ersten Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Schaltkreis, der auf der Basis der oben beschriebenen Überlegungen aufgebaut ist. Wenn der Stellgliedsteuerschaltkreis 10 verwendet wird, ist es möglich, das Auftreten des stick-slip- Phänomens und des jumping-out-Phänomens, das durch die Haftung des Kolbens 36 beim Beginn der Betätigung bewirkt wird, zu verhindern.
Fig. 4 zeigt Antwortcharakteristikkurven, die erhalten werden, wenn der Stellgliedsteuerschaltkreis 10 gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird. Bei dieser Ausführungs­ form wurde das Experiment durchgeführt, indem der Zufuhrdruck (Manometerdruck) auf 0,5 Mpa, der eingestellte Druck (Mano­ meterdruck) des Drucksteuerventils 26, 28 auf 0,3 Mpa und die Steuergeschwindigkeit auf 65 mm/s eingestellt wurde.
Wie sich aus Fig. 4 ergibt, erfolgt die Betätigung bei im wesentlichen gleichförmiger Verschiebungsgeschwindigkeit, wobei die voreingestellten Werte des Druckes PH der Zylinder­ kammer 34a an der Kopfseite und des Druckes PR der Zylinder­ kammer 34b an der Stangenseite aufrecht erhalten wurden.
Als nächstes wurde das Experiment durchgeführt, indem der Stellgliedsteuerschaltkreis 10 gemäß der ersten Ausführungs­ form und der Eingangsmessschaltkreis 1 (vgl. Fig. 19) und der Ausgangsmessschaltkreis 2 (vgl. Fig. 20) als vergleichsbei­ spiele verwendet wurden.
Die Fig. 5 bis 7 zeigen Antwortcharakteristikkurven, die erhalten werden, wenn die Betätigung kontinuierlich mit der Verschiebungsgeschwindigkeit des Kolbens 36 des Pneumatik­ zylinders 12 von etwa 1,7 mm/s durchgeführt wird. Wie in Fig. 5 dargestellt ist, tritt im Falle des Ausgangsmessschalt­ kreises 2 gemäß dem Vergleichsbeispiel das sog. jumping-out- Phänomen auf, bei dem der Verschiebungsweg x schnell gestei­ gert wird, wenn die Betätigung des Kolbens 36 begonnen wird. Wie in Fig. 6 dargestellt ist, tritt im Falle des Eingangs­ messschaltkreises 1 gemäß dem Vergleichsbeispiel das stick- slip-Phänomen auf, bei dem der Stopzustand und der Ver­ schiebungszustand intermittierend wiederholt werden und während der Verschiebung des Kolbens 36 eine stufenförmige Kurve erhalten wird.
Wie in Fig. 7 dargestellt ist, tritt im Gegensatz dazu im Falle des Stellgliedsteuerschaltkreises 10 gemäß der ersten Ausführungsform weder das jumping-out-Phänomen noch das stick- slip-Phänomen auf, wobei der Kolben 36 bei geringer Ge­ schwindigkeit erfolgreich in stabiler Weise verschoben wurde.
Die Fig. 8 und 9 zeigen Antwortkurven des ersten Zyklus, die erhalten werden, wenn die nicht dargestellten Stellglieder mit einer Geschwindigkeit von 1,3 mm/s betätigt wurden, dann für zwei Stunden bzw. 16 Stunden stehengelassen wurden und dann erneut gestartet wurden. Aus den Fig. 8 und 9 ergibt sich die folgende Tatsache. Im Falle des Ausgangsmessschalt­ kreises 2 und des Eingangsmessschaltkreises 1 gemäss den Vergleichsbeispielen tritt nach der Pause das auffallende jumping-out-Phänomen auf. Im Gegensatz dazu tritt im Falle des Stellgliedsteuerschaltkreises 10 gemäß der ersten Ausführungs­ form ein solches jumping-out-Phänomen nicht auf.
Die Beurteilung der oben beschriebenen experimentellen Ergebnisse zeigt, dass der Stellgliedsteuerschaltkreis 10 gemäß der ersten Ausführungsform wirksam das Auftreten des jumping-out-Phänomens und des stick-slip-Phänomens, die bei dem herkömmlichen Schaltkreis auftraten, verhindert.
Nachfolgend wird in Fig. 10 ein Stellgliedsteuerschaltkreis 50 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Bei den nachfolgend beschriebenen Aus­ führungsformen werden die gleichen Aufbauelemente wie bei dem Stellgliedsteuerschaltkreis gemäß der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und auf ihre erneute detaillierte Beschreibung wird verzichtet.
Die Anordnung des Stellgliedsteuerschaltkreises 50 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dahingehend, das jene ein Steuerventil 200a mit einem ersten Geschwindigkeitssteuerventils 52 und einem ersten Drucksteuerventil 54, die integral parallel zueinander an der Seite eines Zufuhrdurchgangs 14 zwischen einem Zylinder 12 und einem schaltenden Magnetventil 24 vorgesehen sind, und ein Steuerventil 200b aufweist, welches ein zweites Ge­ schwindigkeitssteuerventil 56 und ein zweites Drucksteuerven­ til 58 umfasst, die integral parallel zueinander an der Seite eines Ablassdurchgangs 18 vorgesehen sind. Das Steuerventil 200a und das Steuerventil 200b bestehen im wesentlichen aus identischen Aufbauelementen.
Bei dieser Ausführungsform sind ein Kontrollventil 4 und ein variables Drosselventil 5, die das erste Geschwindigkeits­ steuerventil 52 und das zweite Geschwindigkeitssteuerventil 56 bilden, in Reihe angeordnet. Außerdem sind ein Kontrollventil 30 und ein Entlastungsventil 32, die das erste Drucksteuerven­ til 54 und das zweite Drucksteuerventil 58 bilden, ebenfalls in Reihe angeordnet.
Die Anordnung des Steuerventiles 200a (200b) wird nachfolgend im Detail beschrieben. Die gleichen Aufbauelemente wie bei dem Drucksteuerventil 26 (28) gemäß Fig. 2 werden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und auf ihre erneute detaillierte Beschreibung wird verzichtet.
Wie in Fig. 11 dargestellt ist, weist das Steuerventil 200a (200b) einen zylindrischen ersten Ventilkörper 201 mit dem variablen Drosselventil 5 und dem Kontrollventil (erstes Kontrollventil) 4 in seinem Inneren, einen zweiten Ventilkör­ per 202, der in einer festgelegten Richtung um das Rotations­ zentrum der Achse des ersten Ventilkörpers 202 drehbar ist und das in seinem Inneren vorgesehene Kontrollventil 30 und das Entlastungsventil 32 umfaßt, und einen dritten Ventilkörper 206 auf, welcher in einer festgelegten Richtung um das Rotationszentrum der Achse eines Vorsprungs 204 des zweiten Ventilkörpers 202 drehbar ist.
Ein erster Anschluss 100, der über ein nicht dargestelltes Rohr mit dem schaltenden Magnetventil 24 verbunden ist, ist an dem ersten Ende des dritten Ventilkörpers 206 vorgesehen. Ein Rohrverbindungsmechanismus 106 zur Befestigung des Rohres ist an dem ersten Anschluss 100 vorgesehen. Ein Durchgang 210, der mit einem durch den Vorsprung 204 des zweiten Ventilkör­ pers 202 vorgesehenen Durchgang 208 in Verbindung steht, ist an der Innenseite des dritten Ventilkörpers 206 ausgebildet.
Ein zweiter Anschluss 102, der mit einer Zylinderkammer (34a, 34b) des Zylinders 12 in Verbindung steht, ist an dem ersten Ende des ersten Ventilkörpers 201 ausgebildet. Der zweite Anschluss 102 ist vorgesehen, um eine Verbindung mit einer Durchgangsöffnung 214 eines zylindrischen Elements 212 herzustellen, das in das Innere des ersten Ventilkörpers 201 eingesetzt und eingepasst ist. Das Kontrollventil 4 ist an einem im wesentlichen mittigen Abschnitt des zylindrischen Abschnitts 212 angebracht. Das Kontrollventil 4 funktioniert so, dass der Durchfluss der Druckluft von dem ersten Anschluss 100 zu dem zweiten Anschluss 102 verhindert wird, und dass die Druckluft frei von dem zweiten Anschluss 102 zu dem ersten Anschluss 100 fließen kann. Das zylindrische Element 212 weist eine Öffnung 216 auf, die es der von dem zweiten Anschluss 102 zugeführten Druckluft erlaubt, zu dem Kontrollventil 4 zu fließen. Der erste Ventilkörper 201 weist eine Öffnung 218 auf, die es der durch das Kontrollventil 4 tretenden Druckluft erlaubt, zu dem zweiten Ventilkörper 202 zu fließen.
Das variable Drosselventil 5, das die Durchflussrate der von dem ersten Anschluss 100 zugeführten Druckluft drosselt, isst an einem oberen Abschnitt des Ventilkörpers 201 vorgesehen. Das variable Drosselventil 5 weist eine Drosselschraube 222 auf, die einem mit dem Durchgang 208 des Vorsprungs 204 des zweiten Ventilkörpers 202 in Verbindung stehenden Durchgang 220 gegenüber liegt, und eine Verriegelungsmutter 224 zur Befestigung der Drosselschraube 222 an einer vorbestimmten Position. Ein Einsetzabschnitt 228, der in einer Verbindungs­ öffnung 226 zwischen dem Durchgang 220 und der Durchgangsöff­ nung 214 eingesetzt ist, ist an einem ersten Ende der Drosselschraube 222 vorgesehen. Die Durchflussrate der Druckluft wird gedrosselt, um mit Hilfe eines Freiraumes, der zwischen der Öffnung 226 und dem Einsetzabschnitt 228 ausgebildet ist, eine festgelegte Menge zu erreichen. Ein Knopf 230 ist an einem zweiten Ende der Drosselschraube 222 vorgesehen. Daher kann die Größe des Freiraumes eingestellt werden, wenn der Knopf 230 ergriffen wird, um die Drossel­ schraube 222 in einer festgelegten Richtung zu drehen, so dass die Einschraubtiefe eingestellt wird.
Der zweite Ventilkörper 202 weist ein Kontrollventil (zweites Kontrollventil) 30 auf, dass an der äußeren Umfangsfläche des ersten zylindrischen Elements 232 angebracht ist, und das Entlastungsventil 32, das ein zweites zylindrisches Element 240 aufweist, an welchem ein Verschiebungselement 238 für dass Aufsetzen auf einen Sitzabschnitt 236 entsprechend der Vorspannkraft eines Federelements 234 vorgesehen ist.
Das Steuerventil 200a (200b) ist im wesentlichen wie oben beschrieben aufgebaut. Nachfolgend werden seine Funktion und Wirkungsweise erläutert.
Die Druckluft, die über das schaltende Magnetventil 24 von der Druckfluidzufuhrquelle 22 zugeführt wird, wird in den ersten Anschluss 100 des Steuerventils 200a eingeführt. Die Druckluft tritt über den Druckgang 210 und den Durchgang 208 durch das Kontrollventil 30 und wird dann mit Hilfe des variablen Drosselventils auf eine festgelegte Durchflussrate gedrosselt. Die Druckluft wird von dem zweiten Anschluss 102 der ersten Zylinderkammer 34a des Zylinders 12 zugeführt. Der Kolben 36 wird entsprechend der Wirkung der der ersten Zylinderkammer 34a zugeführten Druckluft in Richtung des Pfeiles A ver­ schoben.
Die Druckluft, die von der zweiten Zylinderkammer 34b abgeführt wird, wird in den zweiten Anschluss 102 des Steuerventils 200b eingeführt. Die Druckluft biegt das Kontrollventil 4 flexibel nach innen und tritt durch das Kontrollventil 4 hindurch. Die Druckluft wird über die Öffnung 218 des ersten Ventilkörpers 201 in das Entlastungsventil 32 eingeführt. In dem Entlastungsventil 32 wird der Durchfluss der Druckluft entsprechend der Kontrollwirkung des Kontroll­ ventils 30 blockiert. Die Druckluft wird der mit der Öffnung 218 in Verbindung stehenden Kammer 124 zugeführt. Während dieses Vorgangs wird das Verschiebungselement 238 von dem Sitzabschnitt 236 abgehoben, wenn der Druck (Ablassdruck) der der Kammer 124 über die Öffnung 218 zugeführten Druckluft die Vorspannkraft des Federelements 234 überwindet. Wenn die Vorspannkraft des Federelements 234 mit dem Druck der Druckluft im Gleichgewicht steht, wird der Ablassdruck des Zylinders 12 auf dem vorbestimmten eingestellten Druck gehalten. Mit anderen Worten dient das Steuerventil 200b der Aufrechterhaltung des Druckes der abgeführten Druckluft auf dem voreingestellten Druckwert. Somit kann der untere Grenzwert des Ablassdruckes durch Verwendung des Steuerventils 200b hoch eingestellt werden.
Wenn der Kolben 36 in der der Richtung des Pfeiles A ent­ gegengesetzten Richtung verschoben wird, funktioniert das Steuerventil 200a auf die gleiche Weise wie das Steuerventil 200b.
Der Stellgliedsteuerschaltkreis 50 gemäß der zweiten Aus­ führungsform umfasst das Steuerventil 200a (200b), welches in integrierter Weise das Kontrollventil 4, das variable Drosselventil 5, das Kontrollventil 30 und das Entlastungs­ ventil 32 aufweist. Somit kann die gesamte Vorrichtung kompakt ausgestaltet werden, um den benötigten Installationsraum zu reduzieren. Die übrigen Funktions- und Wirkungsweisen sind die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform, so dass auf ihre erneute detaillierte Beschreibung verzichtet wird.
Als nächstes zeigt Fig. 12 einen Stellgliedsteuerschaltkreis 60 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Der Stellgliedsteuerschaltkreis 60 gemäß der dritten Aus­ führungsform weist ein erstes Geschwindigkeitssteuerventil 16 und ein zweites Geschwindigkeitssteuerventil 20 auf, die parallel an Abschnitten zwischen einem Zylinder 12 und einem schaltenden Magnetventil 24 angeordnet sind, und ein erstes Entlastungsdruckreduzierventil 64a und ein zweites Entla­ stungsdruckredzierventil 64b (Drucksteuerventile mit Entla­ stungsmechanismen), die parallel an Abschnitten eines Durchgangs 62 zwischen dem schaltenden Magnetventil 24 und einer Druckfluidzufuhrquelle 22 angeordnet sind.
Bei dieser Ausführungsform funktionieren die ersten und zweiten Entlastungsdruckreduzierventile 64a, 64b wie folgt. Der Druck der von der Druckfluidzufuhrquelle 22 zugeführten Druckluft wird reduziert, so dass die Druckluft einer an der Ablassseite angeordneten Zylinderkammer 34b (34a) des Zylinders 12 zugeführt wird. Dementsprechend wird der Druck in der Zylinderkammer 34b (34a) auf der Ablassseite auf einem zuvor eingestellten Druck gehalten. Wenn der Druck in der Zylinderkammer 34b (34a) auf der Ablassseite höher ist als der voreingestellte Druck, wird das Druckfluid nach außen abgeführt. Dementsprechend wird der Druck in der Zylinderkam­ mer 34b (34a) auf der Ablassseite auf einem vorher eingestell­ ten vorbestimmten Druck gehalten.
Fig. 13 zeigt ein Drucksteuerventil 300, das aus dem ersten Entlastungsdruckreduzierventil 64a, dem zweiten Entlastungs­ druckreduzierventil 64b und dem schaltenden Magnetventil 24 besteht, die in integrierter Weise miteinander verbunden sind.
Das Drucksteuerventil 300 weist einen Ventilkörper 302 mit im wesentlichen zylindrischer Gestalt, einen Solenoid-betätigten Ventilkörper 304, der integral mit einem Seitenabschnitt des Ventilkörpers 302 verbunden ist, und ein Paar von Kappen elementen 306 auf, die zum Schließen von an beiden Enden des Ventilkörpers 302 ausgebildeten Öffnungen vorgesehen sind.
Das erste Entlastungsdruckreduzierventil 64a und das zweite Entlastungsdruckredzierventil 64b sind symmetrisch an der Innenseite des Ventilkörpers 302 angeordnet. Daher wird lediglich das erste Entlastungsdruckreduzierventil 64a im Detail beschrieben. Entsprechende Aufbauelemente des zweiten Entlastungsdruckreduzierventiles 64b werden durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet und auf ihre erneute detaillierte Beschreibung wird verzichtet.
Das erste Entlastungsdruckreduzierventil 64a und das zweite Entlastungsdruckreduzierventil 65b sind vorgesehen, um eine Verbindung über einen Verbindungsdurchgang 308 mit kreisförmi­ gem Querschnitt herzustellen, der an einem im wesentlichen zentralen Abschnitt des Ventilkörpers 302 ausgebildet ist. Der Verbindungsdurchgang 308 ist vorgesehen, um über einen später beschriebenen ersten Durchgang 310 (vgl. Fig. 17) eine Verbindung mit der Druckzufuhrquelle 22 herzustellen.
Der Ventilkörper 302 umfasst den ersten Durchgang 310 (vgl. Fig. 15) zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem Geschwindigkeitssteuerventil 20 und dem schaltenden Magnetven­ til 24, einen zweiten Durchgang 314 (vgl. Fig. 16) zur Abfuhr des von der Druckfluidzufuhrquelle 22 dem Magnetventil 24 über eine an der Innenseite ausgebildete Kammer 312 zugeführten Druckfluids und einen dritten Durchgang 318 für die Zufuhr der Druckluft von dem schaltenden Magnetventil 24 in die Kammer 312 des Ventilkörpers 302 entsprechend der Schaltwirkung einer Spule 316, die an der Innenseite des schaltenden Magnetventils 24 vorgesehen ist.
Das erste Entlastungsdruckreduzierventil 64a weist eine Ventilführung 328 auf, die an ihrem ersten Ende einen sich verjüngenden Abschnitt 320 und an ihrem zweiten Ende einen Stiftabschnitt 326 zur Anlage gegen ein Verschiebungselement 324 aufweist, das eine gleitende Bewegung entlang einer Kammer 322 vollzieht, sowie ein erstes Federelement 330, das an dem Verschiebungselement 324 befestigt ist und die Ventilführung 328 in Richtung des Pfeiles D presst, und ein zweites Federelement 332, das an dem sich verjüngenden Abschnitt 320 befestigt ist und die Ventilführung 328 in Richtung des Pfeiles C presst. Das erste Federelement 320 ist so vor­ gesehen, dass eine Vorspannkraft mit Hilfe eines mit einer Einstellschraube 334 in Eingriff stehenden aufnehmenden Elementes 336 einstellbar ist. Daher ist die Ventilführung 328 in im wesentlichen horizontaler Richtung entsprechend der Druckeinstellwirkung des ersten Federelements 320 und des zweiten Federelements 332 verschiebbar.
Die Einstellschraube 334 ist an einem Mutterelement 338 befestigt, um um das Rotationszentrum der Einstellschraube 334 eine Drehung in einer vorbestimmten Richtung zu vollziehen. Die Einschraubtiefe kann erhöht oder verringert werden, indem das Mutterelement 338 gedreht wird, um dadurch die Einstell­ schraube 334 integral mitzudrehen.
Der sich verjüngende Abschnitt 320 der Ventilführung 328 sitzt auf dem Sitzabschnitt auf. Das Stiftelement 326 ist vor­ gesehen, um eine Durchgangsöffnung 340 zu verschließen, die durch das Verschiebungselement 324 ausgebildet ist. Daher wird das Stiftelement 326 der Ventilführung 328 von dem Ver­ schiebungselement 324 abgehoben, wenn der Druck (Ablassdruck) zu der von dem dritten Durchgang 318 zugeführten Druckluft die Vorspannkraft des ersten Federelements 330 überwindet. Dementsprechend wird die von der Durchgangsöffnung 340 des Verschiebungselements 324 abgeführte Druckluft von einem Ablassanschluss 342 nach außen abgeführt.
Wie oben beschrieben wurde, kann der Ablassdruck der von dem Zylinder 12 abgeführten Druckluft auf einem gewünschten minimalen voreingestellten Druck gehalten werden, indem die Einschraubtiefe der Einstellschraube 334 vergrößert oder verringert wird, um die Vorspannkraft des ersten Federelements 330 einzustellen.
Der Eingangsmessschaltkreis 1 gemäß dem in Fig. 19 gezeigten Stand der Technik ist nachteilig, weil die sog. Antwortzeit­ verzögerung auftritt, bei der die Zeit bis zum Beginn der Verschiebung des Kolbens verzögert wird, wenn die Betätigung des Zylinders nach einer längeren Pause erneut gestartet wird.
Dies bedeutet, das folgender Nachteil auftritt. Wenn der Zylinder für eine längere Zeitdauer gestoppt wird (wenn die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens für eine längere Zeitdauer unterbrochen wird), wird die Durchflussrate auf der Zufuhrseite beim erneuten Starten der Betätigung gedrosselt. Aus diesem Grund ist eine längere Zeitdauer erforderlich, um durch Aufladen der Druckluft einen vorbestimmten Druck zum Antrieb des Kolbens zu erhalten. Der Start des Kolbens wird dementsprechend verzögert und die Antwortzeitverzögerung tritt auf.
Im Gegensatz dazu ist der Stellgliedsteuerschaltkreis 60 gemäß der dritten Ausführungsform an dem Zufuhrdurchgang 16 mit dem ersten Geschwindigkeitssteuerventil 16 ausgestattet, das in der selben Weise aufgebaut ist, wie der Eingangsmessschalt­ kreis 1. Das ersten Geschwindigkeitssteuerventil 16 wird dazu verwendet, die Durchflussrate der der ersten Zylinderkammer 34a zuzuführenden unter Druck stehenden Luft zu steuern. Andererseits ist das Entlastungsdruckreduzierventil 64b zwischen dem Ablassdurchgang 16 und der Druckfluidzufuhrquelle 22 für die von dem Zylinder 12 abzuführende Druckluft vorgesehen. Der Ablassdruck der zweiten Zylinderkammer 34b wird mit Hilfe der von dem zweiten Entlastungsdruckreduzier­ ventil 64b geladenen Druckluft auf dem zuvor eingestellten vorbestimmten Druck gehalten.
Daher wird, wenn die Betätigung des Zylinders 12 für eine längere Zeitdauer gestoppt wird, die Druckluft über das zweite Entlastungsdruckredzierventil 64b (oder das erste Entlastungs­ druckredzierventil 64a) aufgeladen. Somit wird die Zylinder­ kammer 34b an der Ablassseite (oder die erste Zylinderkammer 34a) auf dem vorbestimmten Druck gehalten. Als Folge hiervon wird der Druck in der zweiten Zylinderkammer 34b (oder der ersten Zylinderkammer 34a), von der die Druckluft abgeführt wird, auf einem bestimmten Wert gehalten. Dementsprechend wird die Zeit zum Aufladen der zweiten Zylinderkammer 34b oder der ersten Zylinderkammer 34a mit Druckluft verkürzt. Dadurch kann die Antwortzeitverzögerung im Vergleich mit dem Eingangsmess­ schaltkreis 1 gemäß dem Stand der Technik reduziert werden (vgl. Fig. 18).

Claims (15)

1. Stellgliedsteuerschaltkreis auf der Basis der Verwendung eines Eingangsmessschaltkreises zur Steuerung der Ver­ schiebungsgeschwindigkeit eines Stellgliedes, mit:
einem Minimaldruckhaltemechanismus zur Durchführung eines Steuerung, so dass ein frei fließender Zustand gegeben ist, wenn ein Druckfluid dem Stellglied (10) zugeführt wird, während der Druck des von dem Stellglied (12) abgeführten Druckfluides auf einem voreingestellten vorbestimmten Druck gehalten wird,
wobei der Minimaldruckhaltemechanismus ein erstes Druck­ steuerventil (26, 54) an einer Seite eines ersten Durchgangs (14) des Stellgliedes (12) und ein zweites Drucksteuerventil (28, 58) an einer Seite eines zweiten Durchgangs (18) des Stellgliedes (12) aufweist.
2. Stellgliedsteuerschaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Drucksteuerventil (26, 54) und das zweite Drucksteuerventil (28, 58) aus im wesentlichen gleichen Aufbauelementen bestehen und dass der Steuerschaltkreis folgende Elemente aufweist:
einen Ventilkörper (104, 201) mit einem ersten Anschluss (100) und einem zweiten Anschluss (102),
ein Kontrollventil (30) für die Abfuhr des von dem ersten Anschluss (100) zugeführten Druckfluids von dem zweiten Anschluss (102) in dem frei fließenden Zustand und für die Verhinderung des Flusses des Druckfluides von dem zweiten Anschluss (102) zu dem ersten Anschluss (100) und
einem Entlastungsventil (32) mit einer Minimaldruckhalte­ funktion zum Aufrechterhalten des Druckes des von dem Stellglied (12) abgeführten Druckfluids auf einem zuvor eingestellten vorbestimmten Druck.
3. Stellgliedsteuerschaltkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Entlastungsventil (32) ein Ver­ schiebungselement (118, 238) zum Aufsetzen auf einem Sitz­ abschnitt (122, 236) entsprechend einer Vorspannkraft eines Federelements (120, 234) aufweist, und dass das Verschiebungs­ element (118, 238) von dem Sitzabschnitt (122, 236) abgehoben wird, wenn der Druck des in den Ventilkörper (104, 201) eingeführten Druckfluides die Vorspannkraft des Federelements (120, 234) überwindet.
4. Stellgliedsteuerschaltkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied aus einem pneumatischen Zylinder (12) besteht.
5. Stellgliedsteuerschaltkreis auf der Basis der Verwendung eines Eingangsmessschaltkreises zur Steuerung der Ver­ schiebungsgeschwindigkeit eines Stellgliedes, mit:
einem Pneumatikzylinder (12) mit einem Paar von Anschlüssen für die Zufuhr und Abfuhr von Druckluft und einem Kolben (36) zur Verschiebung entlang von Zylinderkammern (34a, 34b) entsprechend der Wirkung der von den jeweiligen Anschlüssen zugeführten Druckluft,
einem Schaltmechanismus (24) für die Zufuhr der von einer Druckluftzufuhrquelle (22) abgeführten Druckluft, wobei ein Umschalten zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen des Pneumatikzylinders (12) erfolgt,
einem ersten Geschwindigkeitssteuerventil (16) und einem zweiten Geschwindigkeitssteuerventil (20) zwischen dem Pneumatikzylinder (12) und dem Schaltmechanismus zur Steuerung einer Durchflussrate der den Zylinderkammern (34a, 34b) zuzuführenden Druckluft, und
einem ersten Drucksteuerventil (26) und einem zweiten Drucksteuerventil (28) zwischen dem Schaltmechanismus (24) und dem ersten Geschwindigkeitssteuerventil (16) und dem zweiten Geschwindigkeitssteuerventil (20) zur Durchführung einer Steuerung derart, dass ein frei fließender Zustand gegeben ist, wenn die Druckluft dem Pneumatikzylinder (12) zugeführt wird, während ein Ablassdruck der von der Zylinderkammer (34b, 34a) abgeführten Druckluft auf einem zuvor eingestellten vorbestimmten Druck gehalten wird.
6. Stellgliedsteuerschaltkreis nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das erste Drucksteuerventil (26) als auch das zweite Drucksteuerventil (28) ein Kontrollventil (30) und ein Entlastungsventil (32) aufweisen, die in Reihe angeordnet sind.
7. Stellgliedsteuerschaltkreis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Entlastungsventil (32) ein Ver­ schiebungselement (118, 238) zum Aufsetzen auf einem Sitz­ abschnitt (122, 236) entsprechend einer Vorspannkraft eines Federelements (120, 234) aufweist, und dass das Verschiebungs­ element (118, 238) von dem Sitzabschnitt (122, 236) abgehoben wird, wenn der Druck der in einen Ventilkörper (104, 201) eingeführten Druckluft die Vorspannkraft des Federelements (120, 234) überwindet.
8. Stellgliedsteuerschaltkreis nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Drucksteuerventil (26) und das zweite Drucksteuerventil (28) jeweils ein Kontrollventil (30) und ein Entlastungsventil (32) aufweisen, die parallel zueinander angeordnet sind.
9. Stellgliedsteuerschaltkreis nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Entlastungsventil (32) ein Ver­ schiebungselement (118, 238) zum Aufsetzen auf einem Sitz­ abschnitt (122, 236) entsprechend einer Vorspannkraft eines Federelements (120, 234) aufweist, und dass das Verschiebungs­ element (118, 238) von dem Sitzabschnitt (122, 236) abgehoben wird, wenn der Druck der in einen Ventilkörper (104, 201) eingeführten Druckluft die Vorspannkraft des Federelements (120, 234) überwindet.
10. Stellgliedsteuerschaltkreis nach Anspruch 5, gekenn­ zeichnet, durch ein Steuerventil (200a, 200b), das durch integrales Zusammensetzen des Geschwindigkeitssteuerventils (52, 56) und des Drucksteuerventils (54, 58) gebildet wird.
11. Stellgliedsteuerschaltkreis nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (200a, 200b) folgende Elemente aufweist:
ein erstes Kontrollventil (4) und ein variables Drosselventil (5), die koaxial in dem Inneren des ersten Ventilkörpers (201) angeordnet sind,
ein zweites Kontrollventil (30) und ein Entlastungsventil (32), die in dem Inneren eines zweiten Ventilkörpers (202) angeordnet sind, wobei der zweite Ventilkörper (202) um ein Rotationszentrum einer Achse des ersten Ventilkörpers (201) drehbar vorgesehen ist, und
einem dritten Ventilkörper (206), der um ein Rotationszentrum eines Vorsprungs (304) des zweiten Ventilkörpers (202) drehbar vorgesehen ist,
wobei der erste Ventilkörper (201), der zweite Ventilkörper (202) und der dritte Ventilkörper (206) durch integriertes Zusammensetzen gebildet werden.
12. Stellgliedsteuerschaltkreis auf der Basis der Verwendung eines Eingangsmessschaltkreises für die Steuerung der Verschiebungsgeschwindigkeit eines Stellgliedes, mit:
einem Pneumatikzylinder (12), der ein Paar von Anschlüssen für die Zufuhr und Abfuhr von Druckluft und einen Kolben (36) zur Verschiebung entlang von Zylinderkammern (34a, 34b) ent­ sprechend einer Wirkung der von den jeweiligen Anschlüssen zugeführten Druckluft aufweist,
einem Schaltmechanismus (24) für die Zufuhr der von einer Druckluftzufuhrquelle (22) abgeführten Druckluft, wobei eine Umschaltung zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen des Pneumatikzylinders (12) erfolgt, und
einem Drucksteuerventil mit Entlastungsmechanismus (300) zwischen der Druckluftzufuhrquelle (22) und dem Schaltmecha­ nismus (24) zum Halten des Abführdruckes der von der Zylinder­ kammer (34b, 34a) abgeführten Druckluft auf einem zuvor eingestellten vorbestimmten Druck.
13. Stellgliedsteuerschaltkreis nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucksteuerventil mit Entlastungs­ mechanismus (300) ein Paar von Entlastungsdruckreduzierventi­ len (64a, 64b) aufweist, und dass das Entlastungsdruck­ reduzierventil (64a, 64b) den Druck einer an einer Abfuhrseite angeordneten Zylinderkammer (34b, 34a) auf dem zuvor einge­ stellten Druck hält, indem der Druck der Druckluft von der Druckluftzufuhrquelle (22) reduziert wird, um die Druckluft der Zylinderkammer (34b, 34a) auf der Abfuhrseite zuzuführen.
14. Stellgliedsteuerschaltkreis nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Entlastungsdruckreduzierventil (64a, 64b) den Druck der auf einer Abfuhrseite angeordneten Zylinderkammer (34b, 34a) auf dem zuvor eingestellten vorbestimmten Druck hält, indem Druckluft nach außen abgelas­ sen wird, wenn der Druck der auf der Abfuhrseite angeordneten Zylinderkammer (34b, 34a) höher ist als ein voreingestellter Druck.
15. Stellgliedsteuerschaltkreis nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Paar von Entlastungsdruckreduzierven­ tilen (64a, 64b) koaxial in einem Ventilkörper (202) an­ geordnet ist, und dass ein Schaltmechanismus (24) integral mit dem Ventilkörper (302) ausgebildet und zusammengesetzt ist, um Durchflussdurchgänge für die Zufuhr der Druckluft um­ zuschalten.
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