DE4201464C2 - Device for damping a piston displaceable in a cylinder in at least one of its end position areas - Google Patents

Device for damping a piston displaceable in a cylinder in at least one of its end position areas

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dämpfung eines in einem Zylinder verschiebbaren Kolbens in wenigstens einem seiner Endlagenbereiche nach der Gattung des Anspruches 1.The invention relates to a device for damping a piston displaceable in a cylinder in at least one its end position ranges according to the preamble of claim 1.

Eine derartige Endlagen-Dämpfungsvorrichtung ist beispiels­ weise aus der DE-A-37 08 989 bekannt. Dort ist beabstandet von der Endlage des Kolbens ein Zylinderschalter am Zylinder angeordnet. Erreicht der sich zur Endlage hin bewegende Kol­ ben die Position dieses Zylinderschalters, so wird der Aus­ laßquerschnitt der sich durch die Kolbenbewegung verklei­ nernden Zylinderkammer sprunghaft verringert, so daß sich die Kolbengeschwindigkeit zur Erzielung eines sanften End­ anschlags ebenfalls verringert. Die bekannte Vorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß bei der Verringerung des Auslaß­ querschnitts ein Kompromiß gefunden werden muß. Ist die Querschnittsverringerung zu stark, so wird zwar ein sanfter Anschlag erreicht, jedoch entsteht bei der Querschnittsum­ schaltung ein starker Ruck, der bei vielen Anwendungen un­ erwünscht ist, da er neben einer Geräuschentwicklung auch noch Erschütterungen der Vorrichtung mit sich bringt. Ist die Querschnittsverringerung dagegen gering, so entsteht zwar nur ein geringer Ruck, andererseits fährt der Kolben dann mit immer noch zu großer Geschwindigkeit in seine End­ lage.Such an end position damping device is an example known from DE-A-37 08 989. Is spaced there a cylinder switch on the cylinder from the end position of the piston arranged. Reaches the Kol moving towards the end position ben the position of this cylinder switch, so the off let cross-section which is reduced by the piston movement nernen cylinder chamber abruptly reduced, so that the piston speed to achieve a smooth end also reduced. The known device has however, the disadvantage of reducing the outlet cross-section a compromise must be found. Is the Cross-sectional reduction too much, so it will be a gentle one  Stop reached, but arises in the cross section switching a strong jerk, which is un is desirable, because in addition to noise, it also still vibrates the device. Is the cross-sectional reduction, on the other hand, is small, so arises only a slight jerk, on the other hand the piston moves then at still too fast in its end location.

Aus der deutschen Zeitschrift Ö + P, 30 (1986) Nr. 6, S. 458-461, ist eine Positionsregeleinrichtung für den Kolben eines Stellzylinders bekannt, der zur Erfassung der Ist-Position Wegeaufnehmer besitzt. Den besonderen Anfor­ derungen einer Dämpfungsvorrichtung trägt die bekannte Anord­ nung indes nicht Rechnung.From the German magazine Ö + P, 30 (1986) No. 6, pp. 458-461, is a position control device for the piston of an actuating cylinder known for detection the actual position has position transducers. The special requirement changes of a damping device carries the known arrangement not account.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Däm­ pfungsvorrichtung zu schaffen, die unabhängig von veränder­ baren Einflüssen gleiche reproduzierbare Abbremsvorgänge nach einer vorgebbaren Funktion gestattet.The invention is therefore based on the object of an insulation creating device that is independent of change same reproducible braking processes permitted according to a predefinable function.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is solved by the features of claim 1.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht insbe­ sondere darin, daß eine echte Geschwindigkeits-Abregelung in den Endlagenbereichen möglich ist, wobei nur dort Positions- Sensorstrecken erforderlich sind, was im Vergleich zur bekann­ ten Positionsregelung zu wesentlich geringeren Sensorkosten führt. Durch die Regelung wird die Geschwindigkeit entlang der gesamten Sensorstrecken bis auf einen Minimalwert herab­ geregelt, wobei äußere Einflüsse praktisch keine Rolle mehr spielen, da die Regelvorrichtung flexibel auf geänderte Ein­ flüsse reagieren kann. Dennoch wird gewährleistet, daß die Endposition in jedem Falle sicher erreicht wird, selbst dann, wenn die Geschwindigkeit aufgrund geänderter Parameter zu früh herabgeregelt worden sein sollte. Hierdurch können hohe Kolbengeschwindigkeiten und geringe Einstellzeiten bei hohem Bedienungskomfort erreicht werden.The advantage of the device according to the invention is in particular special in that a real speed limitation in the end position ranges is possible, with position Sensor paths are required, which can be compared to  position control at significantly lower sensor costs leads. By regulating the speed along of the entire sensor ranges down to a minimum value regulated, whereby external influences practically no longer matter play because the control device flexible to changed on rivers can react. Nevertheless, it is guaranteed that the End position is safely reached in any case, even then, if the speed increases due to changed parameters should have been reduced early. This can cause high Piston speeds and short response times at high Ease of use can be achieved.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im An­ spruch 1 angegebenen Vorrichtung möglich.By the measures listed in the subclaims advantageous training and improvements in the on claim 1 specified device possible.

Die vorgebbare Funktion zur Verringerung des Drosselquer­ schnitts bzw. zur Ansteuerung der Mittel zur Verringerung des Auslaßquerschnitts ist vorzugsweise eine stetige Funk­ tion, sie kann selbstverständlich in Einzelfällen auch eine Treppenfunktion oder dergleichen sein. Hierbei können lineare und nichtlineare Funktionen je nach Erfordernis verwendet werden.The predefinable function to reduce the throttle cross cut or to control the means for reduction the outlet cross section is preferably a continuous radio tion, it can of course also in individual cases a staircase function or the like. Here you can linear and non-linear functions as required be used.

Das Proportionalventil ist zweckmäßigerweise mit einem Tauchankerantrieb als elektromechanischer Umformer versehen, so daß das den Drosselquerschnitt vorgebende Steuersignal direkt dem Proportionalventil über dessen Tauchankerantrieb zugeführt werden kann und einen entsprechenden Drossel­ querschnitt erzeugt.The proportional valve is advantageously with a Submersible anchor drive provided as an electromechanical transducer,  so that the control signal specifying the throttle cross section directly to the proportional valve via its submersible anchor drive can be supplied and a corresponding choke cross section created.

Das Proportionalventil ist zweckmäßigerweise als Schieber­ ventil ausgebildet, insbesondere als 5/3-Proportional-Wege­ ventil, das über Verbindungsleitungen mit den beiden End­ bereichen des doppeltwirkenden Zylinders einerseits sowie mit einer Druckquelle andererseits verbunden ist, die alter­ nativ mit einem der beiden Endbereiche verbindbar ist, während der andere Endbereich mit dem gedrosselten Auslaß verbunden ist.The proportional valve is expediently used as a slide formed valve, especially as a 5/3 proportional way valve that connects to the two ends areas of the double-acting cylinder on the one hand and connected to a pressure source on the other hand, the older one can be natively connected to one of the two end areas, while the other end with the throttled outlet connected is.

Die Steuereinrichtung weist zweckmäßigerweise eine externe oder interne Programmiereinheit auf, um den Sollwertverlauf und die Regeleigenschaften an die Bedürfnisse anpassen zu können. Hierdurch kann beispielsweise auch eine Steuerkenn­ linie vorgegeben werden.The control device expediently has an external one or internal programming unit to set the course of the setpoint and adapt the control properties to the needs can. In this way, for example, a control code can also be line can be specified.

Die Sensormittel und die Steuereinrichtung können in vor­ teilhafter Weise als integrierte Anordnung am Zylinder an­ geordnet sein. Hierdurch wird eine kompakte Einheit erzielt, die durch interne Verdrahtung sehr robust und störungsunan­ fällig ist.The sensor means and the control device can be in front geous way as an integrated arrangement on the cylinder be ordered. This creates a compact unit which is very robust due to internal wiring and is fault-free is due.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dar­ gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläu­ tert. Es zeigen:Embodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description tert. Show it:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem doppelt­ wirkenden Zylinder und zwei Positions-Sensorstrec­ ken entlang den beiden Endbereichen und Fig. 1 shows a first embodiment with a double-acting cylinder and two position Sensorstrec ken along the two end regions and

Fig. 2 als zweites Ausführungsbeispiel eine integrierte Ausführung, bei der Zylinder, Sensorstrecken und Steuereinrichtung in einer kompakten Einheit zu­ sammengefaßt sind. Fig. 2 as a second embodiment, an integrated embodiment in which cylinders, sensor sections and control device are combined in a compact unit.

Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten ersten Aus­ führungsbeispiel ist ein Kolben 10 in einem doppeltwirken­ den Zylinder 11 verschiebbar angeordnet. Eine mit dem Kol­ ben 10 verbundene Kolbenstange 12 ist daher dichtend durch eine Stirnseite des Zylinders 11 durchgeführt. Von beiden Enden des Zylinders 11 aus verlaufen Druckleitungen 13, 14 zu einem 5/3-Proportional-Wegeventil 15, das zur Einstellung eines einem analogen elektrischen Eingangssignal entsprechen­ den öffnungsquerschnitt am Ventilausgang einen Tauchanker­ antrieb 16 als elektromechanischen Umformer aufweist. In der dargestellten Neutralstellung sind die beiden Druckleitun­ gen 13, 14 mit Entlüftungsleitungen 17 verbunden. Eine pneu­ matische oder hydraulische Druckquelle 18 ist vom Zylinder 11 getrennt. In the exemplary implementation shown schematically in Fig. 1 first from a piston slidably disposed in a double-acting cylinder 11 10. A connected to the Kol ben 10 piston rod 12 is therefore sealingly performed by an end face of the cylinder 11 . Pressure lines 13 , 14 run from both ends of the cylinder 11 to a 5/3 proportional directional valve 15 , which has an immersion armature drive 16 as an electromechanical transducer for setting an opening cross-section corresponding to an analog electrical input signal at the valve outlet. In the neutral position shown, the two pressure lines 13 , 14 are connected to ventilation lines 17 . A pneumatic or hydraulic pressure source 18 is separated from the cylinder 11 .

Der Schieberweg des Ventils wird mit Hilfe einer elektro­ nischen Steuereinrichtung 27 eingestellt bzw. geregelt. In der einen Stellrichtung erfolgt eine Verschiebung des Kol­ bens durch Druckbeaufschlagung der einen Kolbenseite in der einen Richtung und in der anderen Stellrichtung durch Druckbeaufschlagung der anderen Kolbenseite in die andere Richtung. Ein derartiges Proportional-Wegeventil wird bei­ spielsweise von der Anmelderin unter der Bezeichnung MPYE- 5-1/8 vertrieben.The slide travel of the valve is set or regulated using an electronic control device 27 . In one setting direction, the piston is displaced by pressurizing one piston side in one direction and in the other setting direction by pressurizing the other piston side in the other direction. Such a proportional directional valve is marketed for example by the applicant under the designation MPYE-5-1 / 8.

Die elektronische Steuereinrichtung 27 ist beispielsweise als Microcontroller ausgebildet und enthält die Steuer- bzw. Regelfunktionen für das Proportional-Wegeventil 15 in Ab­ hängigkeit der Signale von zwei Sensorstrecken 25, 26 und in Abhängigkeit von externen Steuersignalen S. Die Einstellung der Parameter kann beispielsweise über Potentiometer über äußere Einstellvorrichtungen erfolgen. Selbstverständlich ist die elektronische Steuereinrichtung 27 auch über ver­ schiedene Programme und Programmänderungen in ihrem Be­ triebsverhalten einstellbar. Verschiedene Betriebsverhalten können beispielsweise auch über verschiedene Magnetkarten oder dergleichen eingestellt werden.The electronic control device 27 is designed, for example, as a microcontroller and contains the control functions for the proportional directional control valve 15 as a function of the signals from two sensor paths 25 , 26 and as a function of external control signals S. The parameters can be set, for example, via potentiometers via external setting devices. Of course, the electronic control device 27 can also be adjusted in its operating behavior via various programs and program changes. Different operating behavior can also be set, for example, using different magnetic cards or the like.

Die beiden Sensorstrecken 25, 26 erstrecken sich jeweils über die Endbereiche des Zylinders 11, in denen der Kolben 10 vor Erreichen der Endstellung abgebremst werden soll. The two sensor sections 25 , 26 each extend over the end regions of the cylinder 11 , in which the piston 10 is to be braked before the end position is reached.

Im folgenden wird die Wirkungsweise des in Fig. 1 darge­ stellten ersten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Für eine überlagerte Steuerung über eine speicherprogrammierte Steuerung oder eine Steuerzentrale stellt sich die Steuer­ einrichtung 19 wie ein 5/3-Wegeventil dar. Sie wird mit drei verschiedenen Eingangssignalen S angesteuert, die die fol­ genden Steuerbefehle zur Ausführung bringen sollen: Zylinder vor, Zylinder zurück, Mittelstellung. Zunächst wird der Kolben 10 im Normalbetrieb in eine definierte Anfangsposi­ tion gebracht. Dies erfolgt durch eine Referenzbewegung in eine der beiden Endlagen, die durch Ansprechen der Sensor­ strecke 25 bzw. 26 erkannt wird. Bei einer Bewegung des Kol­ bens 10 wird der Kolben sehr schnell auf die gewünschte Ver­ stellgeschwindigkeit gebracht und erreicht nach einer be­ stimmten Zeit die Sensorstrecke 26 bzw. 25.In the following the operation of the Darge presented in Fig. 1 first embodiment will be explained. For a higher-level control via a programmable logic controller or a control center, the control device 19 presents itself as a 5/3-way valve. It is controlled with three different input signals S, which are intended to carry out the following control commands: cylinder forwards, cylinder back , Middle position. First, the piston 10 is brought into a defined initial position in normal operation. This is done by a reference movement in one of the two end positions, which is recognized by responding to the sensor path 25 or 26 . When the piston 10 moves, the piston is brought very quickly to the desired adjusting speed and reaches the sensor section 26 or 25 after a certain time.

Der Istwert der Position des Kolbens 10 in den beiden End­ bereichen ist jeweils der Steuereinrichtung 27 zugeführt, in der ein interner Sollwertverlauf der Geschwindigkeit v1 bzw. v2 in Abhängigkeit der Position des Kolbens 10 in den Endbereichen vorgegeben ist. Über einen laufenden Soll-Ist­ wert-Vergleich wird dann die Geschwindigkeit des Zylinders an den gewünschten Verlauf durch einen Regelvorgang ange­ paßt. Obwohl die Einstellung der Parameter über Potentio­ meter oder dergleichen möglich wäre, erfolgt die Anpassung eines gewünschten Geschwindigkeitsverlaufs bzw. Sollwertver­ laufs über ein externes Eingabegerät 28, das an die Steuer­ einrichtung 27 angeschlossen ist. Hierbei kann es sich um ein Programmiergerät, einen PC oder dergleichen handeln, wo­ bei aus den Daten des Pneumatikantriebs (z. B. Geometrie, Druck usw.) die zur Regelung notwendigen Parameter errech­ net und über eine serielle Schnittstelle an das Steuergerät übertragen werden.The actual value of the position of the piston 10 in the two end areas is supplied to the control device 27 , in which an internal setpoint value course of the speed v1 or v2 is predetermined as a function of the position of the piston 10 in the end areas. The speed of the cylinder is then adjusted to the desired course by means of a control process by means of a current target / actual value comparison. Although the setting of the parameters via potentiometers or the like would be possible, the adaptation of a desired speed curve or setpoint curve takes place via an external input device 28 which is connected to the control device 27 . This can be a programming device, a PC or the like, where the parameters necessary for control are calculated from the data of the pneumatic drive (e.g. geometry, pressure, etc.) and transmitted to the control device via a serial interface.

Bei den Sensorstrecken 25, 26 kann es sich jeweils um eine Reihe von magnetempfindlichen Sensoren handeln, die auf einen Dauermagneten am Kolben ansprechen. Dieser Dauer­ magnet kann beispielsweise als Ringmagnet ausgebildet sein. Andere bekannte Sensorstrecken zur Weg- oder Positionser­ fassung können ebenfalls verwendet werden.The sensor sections 25 , 26 can each be a series of magnetically sensitive sensors which respond to a permanent magnet on the piston. This permanent magnet can for example be designed as a ring magnet. Other known sensor paths for path or position detection can also be used.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel sind wiederum gleiche oder gleichwirkende Bauteile mit den­ selben Bezugszeichen versehen und nicht nochmals beschrieben.In the second exemplary embodiment shown in FIG. 2, the same or equivalent components are again provided with the same reference numerals and are not described again.

Im Unterschied zum zweiten Ausführungsbeispiel sind hier die beiden Sensorstrecken 25 und 26 sowie die elektronische Steuereinrichtung 27 in einer kompakten Baueinheit 29 zu­ sammengefaßt, die ein Gehäuse sein kann, und am Zylinder 11 angebracht. Hierdurch wird aus dem Zylinder 11 und der Bau­ einheit 29 ein einheitliches, kompaktes Bauelement gebildet. An ein Anschlußelement 30 dieser Baueinheit 29 sind die ex­ terne Steuerleitung für die externen Steuersignale S, das externe Eingabegerät 28 sowie der Tauchankerantrieb 16 für das Propotional-Wegeventil 15 angeschlossen. Ein Dauermag­ net 31 am Kolben 10 ist schematisch dargestellt.In contrast to the second exemplary embodiment, the two sensor sections 25 and 26 and the electronic control device 27 are combined in a compact structural unit 29 , which can be a housing, and are attached to the cylinder 11 . As a result, a uniform, compact component is formed from the cylinder 11 and the construction unit 29 . At a connecting element 30 of this unit 29 , the ex-internal control line for the external control signals S, the external input device 28 and the plunger armature drive 16 for the directional control valve 15 are connected. A permanent magnet 31 on the piston 10 is shown schematically.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Dämpfung eines in einem Zylinder ver­ schiebbaren Kolbens in wenigstens einem seiner Endlagenbe­ reiche, mit an einer elektronischen Steuereinrichtung ange­ schlossenen Sensormitteln zur Erfassung wenigstens einer Po­ sition des Kolbens in mindestens einem Endlagenbereich und mit durch die elektronische Steuereinrichtung steuerbaren als Proportionalventil ausgebildeten Mitteln zur Verringe­ rung des Auslaßquerschnittes der auslaßseitigen Zylinder­ kammer bei Erreichen des Endlagenbereiches, dadurch gekenn­ zeichnet, daß einer oder beide Endbereiche des Zylinders (11) mit einer Positions-Sensorstrecke (25, 26) zur Erfassung der jeweiligen Kolbenposition als Istwert-Signal versehen sind, daß die elektronische Steuereinrichtung (27) Mittel zur geregelten Veränderung des Auslaßquerschnittes bis zu einem vorgebbaren minimalen Grenzwert und damit der Abbremsung des Kolbens über den Bereich der Positions-Sensorstrecke (25, 26) aufweist, wobei sie einen vorgebbaren Sollwertverlauf für die Geschwindigkeit als vorgebbare Funktion der jeweiligen erfaß­ ten Kolbenposition aufweist und die Geschwindigkeit des Kol­ bens entsprechend abregelt, wobei der Anschlag mit einer durch den minimalen Grenzwert des Auslaßquerschnitts bestimm­ ten Restgeschwindigkeit erfolgt.1. Device for damping a piston which can be pushed in a cylinder in at least one of its end positions, with sensor means connected to an electronic control device for detecting at least one position of the piston in at least one end position area and with means designed as a proportional valve and controllable by the electronic control device to reduce the outlet cross-section of the exhaust-side cylinder chamber when reaching the end position range, characterized in that one or both end regions of the cylinder ( 11 ) are provided with a position sensor path ( 25 , 26 ) for detecting the respective piston position as an actual value signal, that the electronic control device ( 27 ) has means for the regulated change of the outlet cross-section up to a predeterminable minimum limit value and thus the braking of the piston over the area of the position sensor path ( 25 , 26 ), whereby it has a predefinable one n has the course of the desired value for the speed as a predeterminable function of the respective detected piston position and regulates the speed of the piston accordingly, the stop taking place at a residual speed determined by the minimum limit value of the outlet cross section. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgebbare Funktion eine stetige Funktion ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the predefinable function is a continuous function. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Proportionalventil (15) mit einem Tauch­ ankerantrieb (16) versehen ist.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the proportional valve ( 15 ) is provided with a plunger anchor drive ( 16 ). 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Proportionalventil (15) als Schieberventil ausgebildet ist.4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the proportional valve ( 15 ) is designed as a slide valve. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Proportionalventil als 5/3-Proportional-Wegeventil aus­ gebildet ist, das über Verbindungsleitungen (13, 14) mit den beiden Endbereichen des doppeltwirkenden Zylinders (11) so­ wie mit einer Druckquelle (18) verbunden ist. 5. The device according to claim 4, characterized in that the proportional valve is formed as a 5/3-proportional directional control valve, which via connecting lines ( 13 , 14 ) with the two end regions of the double-acting cylinder ( 11 ) as well as with a pressure source ( 18 ) connected is. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine externe oder interne Programmiereinheit (28) aufweist.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the control device has an external or internal programming unit ( 28 ). 7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Sensormittel (25, 26) und die Steuereinrichtung (27) als integrierte Anordnung (29) am Zy­ linder (11) angeordnet sind.7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor means ( 25 , 26 ) and the control device ( 27 ) as an integrated arrangement ( 29 ) on the cylinder ( 11 ) are arranged.
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