DE19955270A1 - System for monitoring hydraulic cylinders including working cylinders and positioning cylinders e.g. for clamping and tightening engineering, includes sensors for detecting position - Google Patents
System for monitoring hydraulic cylinders including working cylinders and positioning cylinders e.g. for clamping and tightening engineering, includes sensors for detecting positionInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Überwachung der Arbeitsfunktionen von Hydraulikzylindern, bei denen die Arbeitszylinder von Stellzylindern angesteuert werden.The invention relates to a system for monitoring the Working functions of hydraulic cylinders, in which the working cylinders of Actuating cylinders can be controlled.
Hydraulikzylinder werden vielfach eingesetzt, so auch in der Spanntechnik. Ihr Einsatz wird stark von den örtlichen Gegebenheiten beeinflußt. Somit ergeben sich oft schwierige Einsatzbedingungen, durch die auch der Zugang zu den Hydraulikzylindern erschwert ist. Gerade diese Bedingungen, wie Feuchtigkeit, Chemikalien, elektrische und magnetische Störfelder, Vibrationen, Erschütterungen usw. erfordern eine exakte Überwachung der Funktionsabläufe aller Hydraulikzylinder.Hydraulic cylinders are widely used, including in clamping technology. you Use is strongly influenced by the local conditions. Hence result often difficult operating conditions, which also means access to the Hydraulic cylinders is difficult. These conditions, like moisture, Chemicals, electrical and magnetic interference fields, vibrations, Vibrations etc. require exact monitoring of the Functional sequences of all hydraulic cylinders.
Es ist bekannt, an den unzugänglichsten Stellen Hydraulikzylinder einzusetzen, die mit einer eigenen Pumpe zur Erzeugung des Arbeitsdruckes versehen sind. Im Falle eines Absinkens des Flüssigkeitsdruckes würde die Pumpe verstärkt weiter arbeiten, was bedeutet, daß sich Leckagen am Ort nicht immer feststellen lassen. Die Folge davon ist eine mangelnde Spannkraft. Es ist zwar bekannt die Stellung des Zylinderkolbens zu überwachen, damit ist aber noch keine Aussage über den Druckaufbau und die Haltekraft der Kolbenstange eindeutig gegeben. Auch die bekannten Widerstands- und Ultraschallmeßeinrichtungen geben nicht exakt die tatsächlichen Verhältnisse am Ort wieder.It is known to use hydraulic cylinders in the most inaccessible places, which are equipped with their own pump for generating the working pressure. In the event of a drop in fluid pressure, the pump would be reinforced keep working, which means that leakages are not always on site have it determined. The consequence of this is a lack of resilience. It is known to monitor the position of the cylinder piston, but that is still no statement about the pressure build-up and the holding force of the piston rod clearly given. The well-known resistance and Ultrasonic measuring devices do not exactly give the actual conditions in place again.
Hier setzt die Erfindung ein, deren Aufgabe darin besteht, den Flüssigkeitsdruck in der Hydraulik und das Flüssigkeitsvolumen gleichzeitig zu überwachen unter Berücksichtigung der Temperatureinflüsse in Abhängigkeit der Kolbenhübe und Wege.This is where the invention comes in, the object of which is to Fluid pressure in the hydraulics and the fluid volume increase simultaneously monitor taking into account the temperature influences depending the piston strokes and paths.
Die Lösung der Aufgabe ist den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche zu entnehmen.The solution to the problem is the characteristic features of the claims remove.
Die Erfindung ist in den Zeichnungsbeispielen näher beschrieben.The invention is described in more detail in the drawing examples.
Fig. 1 zeigt das Zusammenwirken von Stellzylinder und Arbeitszylinder Fig. 1 shows the interaction of the actuating cylinder and working cylinder
Fig. 2 zeigt das Zusammenwirken mehrerer Hydraulikzylinder Fig. 2 shows the interaction of several hydraulic cylinders
Fig. 3 zeigt eine Weg- und Positionserfassung Fig. 3 shows a path and position detection
Fig. 4 zeigt eine Hydraulikeinspeisung Fig. 4 shows a hydraulic feed
In Fig. 1 ist der Arbeitszylinder 1 dargestellt. Dieser ist mir einem Druckraum 11 zum Spannen und mit einen Druckraum 12 zum Entspannen versehen. In dem Zylinder gleitet der Kolben 10 mit seiner Kolbenstange 13. Der Stellzylinder 2 besitzt die Druckräume 21 u. 22, in denen der Kolben 20 mit der Kolbenstange 23 gleitend geführt ist. An der Wandung des Zylinders 2 sind die Positionssensoren 4 angeordnet, zwischen denen die Kolbenposition des Kolben 20 ermittelt wird. Diese Messgröße wird von den Sensoren 4 an die Auswerteeinheit 6, die mit einer Steuereinheit versehen ist, weiter geleitet. Darüber hinaus ist der Weg, den die Kolbenstange 23 zurücklegt, erfaßbar, und zwar vom Sensor 5, der dieser Kolbenstange zugeordnet ist. Dieser am Sensor 5 ermittelte Wert ist ebenfalls der Auswerteeinheit 6 zuführbar, so daß in dieser Auswerteeinheit über die Sensoren 4 eine Positionserfassung und/oder über den Sensor 5 eine Wegmessung ansteht. Der vom Sensor 5 erfaßte Weg ist damit umgekehrt proportional dem Weg, den die Kolbenstange 13 im Arbeitszylinder 1 zurücklegt. Durch die Überwachung von Weg und Position des Stellzylinderkolbens durch die Sensoren 4 u. 5 wird gleichzeitig das Hydraulikvolumen im System erfaßt, so daß jede Volumenänderung erkennbar und erfaßbar ist. Es wird Fälle geben, in denen nur die Positionserfassung oder die Wegmessung in die Überwachung einbezogen sind.In Fig. 1, the working cylinder 1 is shown. This is provided with a pressure chamber 11 for tensioning and a pressure chamber 12 for relaxation. The piston 10 slides with its piston rod 13 in the cylinder. The actuating cylinder 2 has the pressure chambers 21 u. 22 , in which the piston 20 is slidably guided with the piston rod 23 . The position sensors 4 , between which the piston position of the piston 20 is determined, are arranged on the wall of the cylinder 2 . This measured variable is passed on from the sensors 4 to the evaluation unit 6 , which is provided with a control unit. In addition, the path that the piston rod 23 travels can be detected by the sensor 5 , which is assigned to this piston rod. This determined on the sensor 5 value is also fed to the evaluation unit 6, so that in this evaluation unit, a position detection and / or is present on the sensors 4 via the sensor 5 a displacement measurement. The path detected by the sensor 5 is therefore inversely proportional to the path that the piston rod 13 travels in the working cylinder 1 . By monitoring the path and position of the actuating cylinder piston by the sensors 4 u. 5 , the hydraulic volume in the system is recorded at the same time, so that every change in volume is recognizable and recordable. There will be cases in which only position detection or distance measurement are included in the monitoring.
Die Sensoren 4 erfassen die jeweilige Position des Kolben 20 und sind so eingestellt, daß sie nur einen vorgegebenen Hub zulassen und bei jeder Abweichung davon ein Störsignal melden. Dieses wäre auch dann gegeben, wenn im Arbeitszylinder ein zu hoher Hydraulikbedarf entsteht. Die Druckkammer 21 des Stellzylinders 2 und die Druckkammer 11 des Arbeitszylinders 1 sind durch die Hydraulikleitung 7 verbunden. In dieser Hydraulikleitung 7 ist ein Drucksensor 3 angeordnet, der den Druck in dieser Hydraulikleitung mißt. Seine Werte gehen ebenfalls in die Auswerteeinheit 6 ein. Damit lassen sich der Hydraulikdruck und der Kolbenhub im Stellzylinder gleichzeitig erfassen. Durch die zusätzliche Überwachung der Hydraulikleitung 7 durch den Drucksensor 3 lassen sich Fehler leicht orten und dem jeweiligen Zylinder zuordnen. Darüber hinaus kann der Verbindungsleitung 7 ein Temperatursensor 14 zugeordnet werden, so daß die Temperaturschwankungen in der Hydraulik erkennbar und erfaßbar sind. Zur Sicherstellung eines einwandfreien Arbeitsablaufes ist das Zylindervolumen im Stellzylinder 2 grösser als das Zylindervolumen im Arbeitszylinder 1. Damit soll einmal eine ev. im System vorhandenen Elastizität, z. B. bedingt durch ein Nachgeben des Werkstückes, ausgeglichen werden und zum anderen sicher gestellt sein, daß der Arbeitszylinder immer in seine vorgegebene Stellung fahrbar ist.The sensors 4 detect the respective position of the piston 20 and are set in such a way that they only allow a predetermined stroke and report an interference signal in the event of any deviation therefrom. This would also be the case if there is an excessive hydraulic requirement in the working cylinder. The pressure chamber 21 of the actuating cylinder 2 and the pressure chamber 11 of the working cylinder 1 are connected by the hydraulic line 7 . In this hydraulic line 7 , a pressure sensor 3 is arranged, which measures the pressure in this hydraulic line. Its values are also included in the evaluation unit 6 . This enables the hydraulic pressure and the piston stroke in the actuating cylinder to be recorded simultaneously. The additional monitoring of the hydraulic line 7 by the pressure sensor 3 makes it easy to locate errors and to assign them to the respective cylinder. In addition, a temperature sensor 14 can be assigned to the connecting line 7 , so that the temperature fluctuations in the hydraulics can be recognized and ascertained. To ensure a perfect workflow, the cylinder volume in the actuating cylinder 2 is larger than the cylinder volume in the working cylinder 1 . This should be a possible elasticity in the system, e.g. B. due to a yielding of the workpiece, to be compensated and on the other hand be sure that the working cylinder is always mobile in its predetermined position.
Zur Betätigung des Arbeitszylinders 1 wird über die Hydraulikzuleitung 9 Druck im Druckraum 22 des Stellzylinders 2 aufgebaut. Der Kolben 20 fährt nach unten und drückt die Hydraulikflüssigkeit aus dem Druckraum 21 über die Hydraulikleitung 7 in den Druckraum 11 des Arbeitszylinders 2. Damit fährt der Kolben 10 nach oben und die Kolbenstange 13 wird gegen das Werkstück oder Werkzeug geführt und setzt dieses fest. Die in dem Druckraum 12 vorhandene Hydraulikflüssigkeit wird ventilgesteuert über die Hydraulikleitung 8 abgeführt. To actuate the working cylinder 1 , pressure is built up in the pressure chamber 22 of the actuating cylinder 2 via the hydraulic feed line 9 . The piston 20 moves downward and presses the hydraulic fluid from the pressure chamber 21 via the hydraulic line 7 into the pressure chamber 11 of the working cylinder 2 . The piston 10 thus moves upwards and the piston rod 13 is guided against the workpiece or tool and fixes it. The hydraulic fluid present in the pressure chamber 12 is discharged in a valve-controlled manner via the hydraulic line 8 .
Tritt im Arbeitszylinder 1 irgend ein Fehler ein, z. B. eine Leckage, so baut sich der geforderte Druck am Werkstück nicht auf. Die Folge davon ist, daß der Druck im Stellzylinder 2 erhöht wird, also mehr Hydraulik in den Druckraum 22 gelangt. Das bedeutet, daß der Kolben 20 weiter nach unten gedrückt wird und damit an dem Sensor 4 und/oder dem Sensor 5 den eingestellten Wert überschreitet. Der Sensor 4 und/oder Sensor 5 gibt dann eine Fehlermeldung an die Auswerteeinheit, womit über deren Steuereinheit Sofortmaßnahmen getroffen werden. Unabhängig davon wird mittels des Drucksensors 3 ständig der Druck in der Hydraulikleitung 7 gemessen. Damit werden nicht nur Fehler in dieser Leitung festgestellt, sondern jedweder Druckabfall im System.If any error occurs in cylinder 1 , e.g. B. a leak, the required pressure on the workpiece does not build up. The consequence of this is that the pressure in the actuating cylinder 2 is increased, that is to say more hydraulics enter the pressure chamber 22 . This means that the piston 20 is pressed further down and thus exceeds the set value on the sensor 4 and / or the sensor 5 . The sensor 4 and / or sensor 5 then sends an error message to the evaluation unit, which means that immediate measures are taken via its control unit. Regardless of this, the pressure in the hydraulic line 7 is continuously measured by means of the pressure sensor 3 . This not only detects faults in this line, but also any pressure drop in the system.
Die Überwachungsfunktion kann auf mehrere Arbeitszylinder und Stellzylinder erweitert werden. Dieses zeigt Fig. 2The monitoring function can be extended to several working cylinders and actuating cylinders. This is shown in FIG. 2
Die Arbeitszylinder 1 und 1a werden von dem Stellzylinder 2 über Hydraulikleitung 7 in ihre Arbeitsteilung gefahren. Für das Rückfahren der Arbeitszylinder in ihre Grundstellung dient ein weiterer Stellzylinder 2a. Beide Stellzylinder sind mit Sensoren 4 bzw. 5 bestückt, die auf eine gemeinsame Auswerteeinheit 6 arbeiten. Damit wird nicht nur der Hydraulikzufluss sondern auch der Hydraulikabfluss und darüber hinaus der Spann- und Entspannvorgang überwacht. In der Hydraulikzuleitung 7 ist neben dem Drucksensor 3 ein weiterer Sensor 14 vorgesehen, der die Temperatur in dieser Leitung überwacht und entsprechende Signale an die Auswerteeinheit gibt. Temperatur bedingte Schwankungen in der Hydraulik, die zu Volumensänderungen führen lassen sich damit erfassen. Der Temperatursensor 14 kann im Bedarfs fall auch in der Leitung 8 installiert sein.The working cylinders 1 and 1 a are driven by the actuating cylinder 2 via hydraulic line 7 into their division of labor. A further actuating cylinder 2 a serves to return the working cylinders to their basic position. Both actuating cylinders are equipped with sensors 4 and 5 , which work on a common evaluation unit 6 . This not only monitors the hydraulic inflow but also the hydraulic outflow and also the tensioning and relaxation process. In addition to the pressure sensor 3, a further sensor 14 is provided in the hydraulic feed line 7 , which monitors the temperature in this line and sends corresponding signals to the evaluation unit. Temperature-related fluctuations in the hydraulics that lead to changes in volume can thus be recorded. The temperature sensor 14 can also be installed in line 8 if necessary.
Die Wirkungsweise gem. Fig. 2 ist folgende:
Zur Einleitung des Spannvorganges wird im Stellzylinder 2 in Kammer 22 ein
Druck aufgebaut, durch den der Kolben 20 nach unten in die gezeigte Stellung
gefahren wird. Die in Kammer 21 anstehende Hydraulik ist über
Hydraulikleitung 7 in die Kammern 11 der Arbeitszylinder 1 u. 1a gedrückt
worden. Beide Arbeitszylinder sind somit in die gezeigte Stellung gefahren. Der
Stellzylinder 2 ist dementsprechend so ausgelegt und in seinem
Zylindervolumen so bemessen, daß er zumindest ein Hydraulikvolumen
umfaßt, das dem Hydraulikbedarf der angeschlossenen Arbeitszylinder
entspricht. Über den ganzen Spannvorgang sind Kolbenweg und Kolbenstellung
im Stellzylinder erfaßt worden, so daß jede Abweichung vom Sollwert sofort
erkennbar ist. Gleichzeitig werden der Druck und die Temperatur in der
Hydraulikleitung 7 und gegebenenfalls in der Hydraulikleitung 8 gemessen und
ihre Werte festgehalten. In der Auswerteeinheit 6 findet somit im Prinzip ein
Soll- Istwert- Vergleich aller eingegeben Werte statt.The mode of action acc. Figure 2 is as follows:
To initiate the tensioning process, a pressure is built up in the actuating cylinder 2 in chamber 22 , through which the piston 20 is moved downward into the position shown. The hydraulic system in chamber 21 is via hydraulic line 7 in the chambers 11 of the working cylinder 1 u. 1a has been pressed. Both working cylinders have thus moved into the position shown. The actuating cylinder 2 is accordingly designed and dimensioned in its cylinder volume so that it comprises at least a hydraulic volume that corresponds to the hydraulic requirements of the connected working cylinders. The piston travel and piston position in the actuating cylinder have been recorded over the entire clamping process, so that any deviation from the nominal value can be recognized immediately. At the same time, the pressure and the temperature in the hydraulic line 7 and possibly in the hydraulic line 8 are measured and their values recorded. In principle, a setpoint / actual value comparison of all entered values takes place in the evaluation unit 6 .
Werden die Arbeitszylinder 1 u. 1a zurückgestellt, so wird im Stellzylinder 2a die Kammer 22 mit Druck beaufschlagt. Damit wird der Kolben 20 im Stellzylinder 2a nach unten gefahren und die Hydraulik aus Kammer 21 in die Kammern 12 der Arbeitszylinder 1 u. 1a über Leitung 8 gedrückt, so daß die Kolben 10 der Arbeitszylinder nach unten fahren. Die Hydraulik in den Kammern 11 der Arbeitszylinder wird hierbei zurück in die Kammer 21 des Stellzylinders 2 gefördert. Die Überwachung der Druckkammern in den Arbeits- und Stellzylindern findet somit sowohl während des Spannvorganges als auch beim Entspannvorgang statt. Damit ist sicher gestellt, daß alle Fehler erkannt und erfaßt werden.If the working cylinder 1 u. Reset 1a, as is applied in the adjusting cylinder 2 a chamber 22 with pressure. So that the piston 20 is moved down in the actuating cylinder 2 a and the hydraulics from chamber 21 into the chambers 12 of the working cylinder 1 u. 1a pressed via line 8 , so that the pistons 10 of the working cylinders move downwards. The hydraulics in the chambers 11 of the working cylinders are conveyed back into the chamber 21 of the actuating cylinder 2 . The monitoring of the pressure chambers in the working and adjusting cylinders thus takes place both during the tensioning process and during the relaxation process. This ensures that all errors are recognized and recorded.
Das gezeigte Beispiel ist von zwei Arbeitszylindern ausgegangen, selbstverständlich können mehrere Arbeitszylinder an die Stellzylinder angeschlossen werden. Dieses bedingt lediglich eine entsprechende Auslegung der Stellzylinder an die benötigen Volumen in den Arbeitszylindern.The example shown is based on two working cylinders, Of course, several working cylinders can be attached to the actuating cylinders be connected. This only requires an appropriate interpretation the actuating cylinder to the required volume in the working cylinders.
Die Sensoren 4 können auf verschiedenen Arten ihre Aufgaben erfüllen, jedes bekannte Mess-System zur Erfassung von Stellungen und Wegen ist anwendbar. Für die Stellzylinder hat sich ein System bewährt, das sowohl den Weg als auch die Position gleichzeitig erfasst. Dieses ist in Fig. 3 gezeigt.The sensors 4 can perform their tasks in various ways, any known measuring system for detecting positions and paths can be used. A system has proven itself for the actuating cylinders, which records both the path and the position at the same time. This is shown in Fig. 3.
Die Kolbenstange 23 des Stellzylinder 2 ist durch den Kolben 20 und auch durch den Zylinderboden hindurchgeführt. Der untere Teil der Kolbenstange ist als Tauchkern 17 ausgebildet. Unmittelbar an den Kolbenboden schließt sich eine Tauchspule 16 an, in die der Tauchkern 17 hineintaucht. Damit wird die Kolbenstellung des Kolben 20 und der von ihm zurückgelegte Weg erfaßt. Diese Werte gehen dann in die Auswerteeinheit 6 ein. The piston rod 23 of the actuating cylinder 2 is guided through the piston 20 and also through the cylinder base. The lower part of the piston rod is designed as a plunger core 17 . A plunger coil 16 , into which the plunger core 17 plunges, adjoins the piston crown directly. This detects the piston position of the piston 20 and the path covered by it. These values then go into the evaluation unit 6 .
Das Hydraulikvolumen unterliegt in der Regel gewissen Schwankungen. Diese sind bedingt durch Temperatureinflüsse, durch gewisse Elastizitäten während des Spannvorganges oder durch kleine Leckagen usw. Das Hydraulikvolumen in den Kammern der Arbeits- und Stellzylinder einschließlich der Verbindungsleitungen soll aber weitestgehend const. gehalten werden. Das bedeutet, daß Verluste ausgeglichen werden müssen. Dieses ist in Fig. 4 gezeigt.The hydraulic volume is usually subject to certain fluctuations. These are caused by temperature influences, by certain elasticities during the clamping process or by small leaks etc. The hydraulic volume in the chambers of the working and actuating cylinders including the connecting lines should be largely constant. being held. This means that losses have to be made up for. This is shown in Fig. 4.
Die Leitungen 7 und 8 sind über ein Schaltventil 18 verbunden. Dieses Schaltventil 18 ist einmal von der Auswerteeinheit 6 in Abhängigkeit der gemessenen Werte ansteuerbar, und zwar immer dann wenn der Entspannvorgang eingeleitet ist und zum anderen direkt von der Steuereinheit der Auswerteeinheit beeinflußbar. Wird über Leitung 8 die Druckkammer 12 beaufschlagt, fährt der Kolben 10 nach unten und drückt die Hydraulik über Leitung 7 in die Kammer 21 des Stellzylinders 2. Der Kolben 20 des Stellzylinders fährt hoch. Wird hierbei ein Volumenabfall im System registriert, so geht ein Steuersignal von der Auswerteeinheit 6 an das Schaltventil 18, dieses öffnet und aus Leitung 8 wird Hydraulik in die Leitung 7 geleitet. Damit infolge eines Druckanstieges keine Rückwirkung auf den Kolben 10 entsteht ist dem Schaltventil 18 ein Druckregelventil 19 zugeordnet. Diese Druckregelventil sorgt da für, daß nur soviel Hydraulik in den Regelkreislauf gelangt, wie erforderlich um den Kolben 20 des Stellzylinders 2 in die korrekte Ausgangsstellung zu bringen. Um auch kleinen Leckagen entgegen zu wirken, kann das Schaltventil 18 in Intervallen oder durch Steuerbefehle betätigt werden.The lines 7 and 8 are connected via a switching valve 18 . This switching valve 18 can be controlled on the one hand by the evaluation unit 6 as a function of the measured values, specifically whenever the relaxation process is initiated and on the other hand can be influenced directly by the control unit of the evaluation unit. If the pressure chamber 12 is acted upon via line 8 , the piston 10 moves downward and presses the hydraulic system via line 7 into the chamber 21 of the actuating cylinder 2 . The piston 20 of the actuating cylinder starts up. If a drop in volume is registered in the system, a control signal goes from the evaluation unit 6 to the switching valve 18 , which opens and from line 8 hydraulics are conducted into line 7 . So that there is no reaction to the piston 10 as a result of an increase in pressure, the switching valve 18 is assigned a pressure control valve 19 . This pressure control valve ensures that only as much hydraulic fluid enters the control circuit as is necessary to bring the piston 20 of the actuating cylinder 2 into the correct starting position. In order to counteract even small leaks, the switching valve 18 can be actuated at intervals or by control commands.
Claims (5)
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| DE1999155270 DE19955270A1 (en) | 1999-11-17 | 1999-11-17 | System for monitoring hydraulic cylinders including working cylinders and positioning cylinders e.g. for clamping and tightening engineering, includes sensors for detecting position |
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