DE4339444A1 - Verfahren zum Steuern der Bewegung eines Druckmittelzylinders und Druckmittelzylinder - Google Patents
Verfahren zum Steuern der Bewegung eines Druckmittelzylinders und DruckmittelzylinderInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem kolbenstangenlosen Druckmit
telzylinder. Bei Druckmittelzylindern dieser Art erfolgt die
Bewegung des Kolbens durch einen Druckunterschied zwischen
seinen beiden Stirnseiten. Die Bewegung des Kolbens wird
durch einen seitlichen Ansatz abgenommen, der durch einen
Längsschlitz des Gehäuses nach außen ragt. Der Längsschlitz
ist mindestens auf der Innenseite durch ein Dichtband abge
dichtet, das innerhalb des Kolbens von dem Längsschlitz
abgehoben wird.
Die Bewegung erfolgt bei den zum Stand der Technik gehörenden
Druckmittelzylindern dadurch, daß in den einen Teilinnenraum
Druckluft eingelassen wird, während ein Druckmitteldurchgang
im Bereich des anderen Endes geöffnet wird. Der Kolben wird
dadurch verschoben und die auf der anderen Seite des Kolbens
vorhandene Luft wird durch den Druckmittelauslaß ins Freie
befördert. Der Widerstand, den der Antrieb überwinden muß,
wird unter anderem auch durch den Strömungswiderstand des
Druckmittelauslasses bestimmt. Die Bremsung erfolgt dadurch,
daß an der Antriebsseite des Kolbens der Druck auf Atmo
sphärendruck verringert wird. Der Kolben wird dann bis zum
Stillstand abgebremst, wobei die Bremskraft durch den Strö
mungswiderstand beim Ausströmen der Luft bestimmt wird. Um in
allen Fällen ein sicheres Abbremsen zu gewährleisten, ist der
Strömungswiderstand relativ groß gewählt, d. h. daß die
Öffnungsquerschnitte klein gewählt werden. Diese kleinen
Öffnungsquerschnitte wirken aber während der gesamten Bewe
gung des Kolbens, so daß die mit einem solchen Druckmittel
zylinder erreichbare Geschwindigkeit begrenzt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu
schaffen, bei einem kolbenstangenlosen Druckmittelzylinder
die mögliche Geschwindigkeit unter Ausnutzung der sonstigen
Vorteile des Druckmittelzylinders zu vergrößern.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einen Druckmittel
zylinder mit den Merkmalen des Anspruchs 9 vor. Weiterbildun
gen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprü
che.
Würde man zur Erhöhung der Geschwindigkeit nur den Quer
schnitt des Strömungsmitteldurchgangs vergrößern und damit
den Strömungswiderstand verkleinern, so müßte man für das
Abbremsen eine größere Strecke verwenden, was dazu führen
würde, daß der Druckmittelzylinder nur über einen Teil seiner
Länge zum Antrieb benutzt werden könnte. Der Vorteil der
kolbenstangenlosen Druckmittelzylinder liegt jedoch gerade
darin, daß praktisch die gesamte Länge des Gehäuses auch als
Hubweg zur Verfügung steht.
Nach der Erfindung wird es möglich, größere Querschnitte bei
den Öffnungen zu verwenden, ohne daß dadurch sich die aus
nutzbare Hublänge verringert.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, daß im Stillstand beide
Innenräume des Zylinders entlüftet werden, d. h. daß der
Druck in beiden Innenräumen abgebaut wird. Es kann vorgesehen
sein, daß der Druck, der den Kolben vorwärts bewegt, schon
vor dem Stillstand abgebaut wird, gegebenenfalls gleichzeitig
mit dem Belüften des jeweils anderen Innenraums.
Da Druckmittelzylinder normalerweise in einer Anlage eine
ständig gleiche Funktion übernehmen, kann erfindungsgemäß
vorgesehen sein, daß die Gegenbelüftung zeitabhängig ausge
löst wird, d. h. nach Ablauf einer bestimmten Zeit ab Beginn
der Bewegung. Dieser Zeitpunkt kann auf die jeweilige Anwen
dungssituation abgestimmt werden.
Es kann erfindungsgemäß in Weiterbildung vorgesehen sein, daß
die Position des Kolbens gemessen und dann gegebenenfalls
auch seine Geschwindigkeit ermittelt wird. Auf diese Weise
kann bei der Auslösung der Gegenbelüftung auch die Geschwin
digkeit oder die Position des Kolbens berücksichtigt werden.
Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß bei dem Abbrems
vorgang überprüft wird, ob der Kolben das Ende seines Wegs,
den er zurücklegen soll, auch erreicht. Dies kann beispiels
weise so vor sich gehen, daß nach einer bestimmten Zeit, nach
der der Kolben die Endposition eigentlich erreicht haben
müßte, seine Position festgestellt wird. Es ist ebenfalls
möglich, daß im Augenblick des Abbremsens oder kurz danach
die Geschwindigkeit des Kolbens vermittelt wird. Stellt man
nun fest, daß der Kolben seine Endposition nicht oder wahr
scheinlich nicht erreichen wird, so kann die Abbremsung
unterbrochen werden, indem der Gegendruckaufbau kurzzeitig
unterbrochen wird. Dies kann beispielsweise auch taktend
geschehen, insbesondere, wenn die Überprüfung wiederholt
wird.
Die Erfindung schlägt in Weiterbildung vor, daß am Ende des
Gehäuses ein Stoßdämpfer angeordnet werden kann, der die
restliche kinetische Energie des Kolbens bei Auftreffen an
dem Gehäuseende absorbieren kann. Es kann sich hierbei um
einen üblichen hydraulischen oder sonstigen Stoßdämpfer
handeln. Auf diese Weise wird es möglich, die Baulänge noch
besser auszunutzen, da man die Abbremsung sogar so steuern
kann, daß der Kolben noch mit einer von Null verschiedenen
Geschwindigkeit am Gehäuseende anlangen kann.
Der von der Erfindung vorgeschlagene kolbenstangenlose
Druckmittelzylinder hat eine Steuereinrichtung, die die
Ventile ansteuern kann und derart ausgebildet ist, daß sie
die oben erwähnten Vorgänge durchführen kann.
Erfindungsgemäß kann die Steuereinrichtung ein Zeitglied
aufweisen, das zu Beginn der Bewegung gestartet wird und nach
Ablauf einer eingestellten Zeit die Gegenbelüftung und/oder
die Öffnung des Ventils auf der Antriebsseite auslöst.
Erfindungsgemäß kann der Druckmittelzylinder eine Meßeinrich
tung zur Messung der Position und/oder der Geschwindigkeit
des Kolbens aufweisen. Die Steuereinrichtung kann dann diese
Größen bei der Ansteuerung der Ventile berücksichtigen.
Insbesondere kann vorgesehen sein, daß die Steuereinrichtung
derart ausgebildet ist, daß sie die Ventile taktend betätigen
kann.
Erfindungsgemäß kann der Druckmittelzylinder einen Stoß
dämpfer zur Abbremsung des Kolbens am Ende des Gehäuses
aufweisen.
Es kann vorgesehen sein, daß durch eine Eingabeeinrichtung
oder eine Programmiereinrichtung die Bedingungen, wann eine
Gegenbelüftung erfolgen soll, eingegeben und geändert werden
können.
Der Kolben kann so betrieben werden, daß er in beide Richtun
gen in gleicher Weise arbeitet, so daß er also in beiden
Richtungen mit hoher Geschwindigkeit betrieben werden kann.
Es ist aber ebenfalls möglich, ihn beispielsweise nur in eine
Richtung mit hoher Geschwindigkeit arbeiten zu lassen, ihn
aber in der anderen Richtung dann mit einer gedrosselten
Einrichtung fahren zu lassen.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge ergeben sich aus
den Patentansprüchen, deren Wortlaut durch Bezugnahme zum
Inhalt der Beschreibung gemacht wird, der folgenden Beschrei
bung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie
anhand der Zeichnung. Hierbei zeigt die einzige Zeichnungs
figur schematisch die Anordnung eines Druckmittelzylinders
nach der Erfindung mit der zugehörigen Steuereinrichtung.
Der stark vereinfachte Druckmittelzylinder enthält ein
langgestrecktes Gehäuse 1, das einen im wesentlichen kreis
zylindrischen Innenraum 2 enthält. An der in Fig. 1 oberen
Seite weist das Gehäuse 1 einen sich in Längsrichtung über
die gesamte Länge des Gehäuses 1 erstreckenden Längsschlitz 3
auf, von dem in der Figur die eine Seitenwand zu sehen ist.
Im Bereich beider Enden ist das Gehäuse durch je einen
Abschlußkopf 4 abgeschlossen. Einzelheiten dieser Befestigung
und der zugehörigen Dichtungen sind nicht dargestellt, da
dieser Druckmittelzylinder insoweit bekannt ist.
Im Innern des Gehäuses befindet sich in dem Innenraum 2 ein
Kolben 5, der im Bereich seiner beiden Stirnseiten 6 den
Innenraum 2 vollständig ausfüllt und diesem gegenüber abge
dichtet ist, beispielsweise durch umlaufende Lippendichtungen
o. dgl. Dadurch ist der Innenraum 2 in zwei Teilräume 2a, 2b
aufgeteilt, die durch den Kolben 5 gegenseitig abgedichtet
sind.
Jeder der Abschlußköpfe 4 enthält einen Druckmitteldurchlaß
7, der außerhalb des Druckmittelzylinders über eine Druckmit
telleitung 8 mit einem Ventil 9 verbunden ist. Je nach
gewünschter Bewegung wirken die Druckmitteldurchlässe 7
einmal als Einlaß und einmal als Auslaß. Die Ventile 9 sind
so ausgebildet, daß sie die zugehörige Druckmittelleitung 8
entweder mit Atmosphäre verbinden können, was in dieser
Beschreibung als Öffnung bezeichnet wird. Zum anderen können
sie die Druckmittelleitung 8 auch mit einer nicht dargestell
ten Druckmittelquelle verbinden, beispielsweise einer Druck
luftquelle. Die Ventile 9 werden elektrisch angesteuert. Sie
sind im spannungsfreien Zustand beide offen, damit bei
Ausfall der Spannungsversorgung keine Schäden entstehen.
Die Ansteuerung der Ventile 9 erfolgt über die elektrischen
Steuerleitungen 10 von einer Steuerung 11 her. Die Steuerung
11 enthält eine Steuereinrichtung 12, die die zum Betätigen
der Ventile 9 erforderlichen Signale liefert. Die Steuerung
enthält weiterhin eine Programmiereinheit 13, in der ver
schiedene Parameter der Steuerung eingegeben werden können.
In Längsrichtung des Gehäuses 1 verläuft parallel zum Gehäuse
1 eine Positionsmeßeinheit 14, die über eine Leitung 15 mit
der Steuereinheit 12 verbunden ist. Die Positionsmeßeinheit
14 liefert ein Signal, das der Steuereinheit 12 die augen
blickliche Position des Kolbens 5 angibt. Beispielsweise kann
der seitlich an dem Kolben 5 angebrachte Ansatz 16 mit der
Positionsmeßeinheit 14 zusammenwirken und dadurch die Posi
tion des Kolbens 5 angeben. Die Steuereinrichtung 12 kann aus
den Positionsangaben und ihr aufgrund eines Zeitglieds 17
bekannten Zeitablaufs die Geschwindigkeit des Kolbens berech
nen.
Die Wirkungsweise der Steuerung 11 des von der Erfindung
vorgeschlagenen Druckmittelzylinders ist die folgende:
Soll der Kolben 5 von seiner einen Endstellung, beispiels
weise links in der Figur, nach rechts bewegt werden, so wird
das Ventil 9 auf der rechten Seite geöffnet, d. h. der
Druckmitteldurchlaß 7 an Atmosphäre gelegt. Gleichzeitig wird
zum Auslösen der Bewegung das linke Ventil 9 so geschaltet,
daß der dortige Druckmitteldurchlaß 7 mit einer Druckmittel
quelle verbunden wird. Im linken Teilraum 2a herrscht ein
größerer Druck als im rechten Teilraum 2b, so daß sich der
Kolben 5 in Bewegung versetzt. Kurz vor Erreichen der ge
wünschten Endposition, was entweder aufgrund des Zeitablaufs
mit Hilfe des Zeitglieds 17 oder durch Erreichen einer
bestimmten Position festgestellt wird, wird das Ventil 9 auf
der Seite, zu der sich der Kolben 5 bewegt, so umgeschaltet,
daß die Druckleitung 8 mit der Druckmittelquelle verbunden
wird. Der Raum 2b wird also belüftet. Dies bremst den Kolben
5 stark ab. Gleichzeitig oder auch später kann das dem
anderen Teilraum 2a zugeordnete Ventil 9 so gesteuert werden,
daß der Teilraum 2a entlüftet wird.
Um sicherzustellen, daß der Kolben 5 seine Endposition auch
tatsächlich erreicht, können nun zwei verschiedene Möglich
keiten vorgesehen werden. Zum einen kann die Steuereinrich
tung 12 nach Ablauf einer bestimmten Zeit nach Auslösen der
Gegenbelüftung abfragen, ob der Kolben 5 die Endposition
erreicht hat. Diese Zeit kann am Gerät 13 eingestellt werden.
Eine solche Situation kann auftreten, wenn beispielsweise der
Gegenstand, der von dem Kolben 5 bewegt werden soll, durch
äußere Umstände gehindert oder gehemmt wird. Falls also die
Steuereinheit 12 feststellt, daß die Endposition nicht
erreicht ist, so kann sie durch nochmaliges Entlüften des
Teilraums 2b und Belüften des Teilraums 2a den Kolben noch
weiter bewegen. Steht zu diesem Zeitpunkt der linke Teilraum
2a noch unter Druck, reicht natürlich eine gegebenenfalls
kurzzeitige Entlüftung des Teilraums 2b aus. Diese zeitwei
lige Entlüftung kann durch ein taktendes Ansteuern des
Ventils 9 erreicht werden.
Eine zweite Möglichkeit zur Gewährleistung des sicheren
Erreichens der Endposition kann darin bestehen, daß während
des Abbremsens die Geschwindigkeit ermittelt wird und dann,
wenn diese Geschwindigkeit eine Normalgeschwindigkeit unter
schreitet, schon dann eine Unterbrechung der Bremsung er
folgt, um den Kolben 5 gar nicht erst zum Stillstand kommen
zu lassen.
Ein Anwendungsbeispiel für einen Druckmittelzylinder dieser
Art ist das Abschneiden von Folienbahnen, die kontinuierlich
produziert und aufgerollt werden. Sobald eine Rolle voll ist,
muß die Folienbahn durch ein quer zur Längsrichtung der Folie
bewegtes Messer getrennt werden. Dabei kann die Bewegung der
Folie selbst nicht abgestellt werden. Das Trennmesser ist
direkt an der Kolbenbefestigung des Hochgeschwindigkeits
zylinders montiert und wird mit dem Kolben über die gesamte
Hublänge geführt. Je höher die Geschwindigkeit des Kolbens
ist, desto rechtwinkliger kann das Messer die Folie schnei
den. Dadurch läßt sich die Produktivität einer solchen Anlage
deutlich erhöhen.
Claims (16)
1. Verfahren zur Steuerung der Bewegung des Kolbens (5)
eines Druckmittelzylinders, bei dem
- 1.1 durch Einbringen eines unter Druck stehenden Fluids in den Teilinnenraum (2a, 2b) des Zylinders vor der einen Stirnseite (6) des Kolbens (5) der Kolben (5) angetrieben wird,
- 1.2 während der Bewegung des Kolbens (5) der Innenraum (2b, 2a) des Zylinders vor der anderen Stirnseite (6) des Kolbens (5) entlüftet wird, und
- 1.3 kurz vor Erreichen des Endes der Bewegung der Innenraum (2b, 2a) vor der anderen Stirnseite (6) des Kolbens (5) unter Druck gesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem im Stillstand beide
Teilinnenräume (2a, 2b) des Zylinders entlüftet werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem der
jeweilige Antriebsinnenraum (2a, 2b) schon vor dem
Stillstand entlüftet wird, gegebenenfalls gleichzeitig
mit dem Belüften des jeweils anderen Innenraums (2b,
2a).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei
dem die Gegenbelüftung zeitabhängig ausgelöst wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei
dem die Position und/oder die Geschwindigkeit des
Kolbens (5) gemessen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Gegenbelüftung in
Abhängigkeit von der Position und/oder Geschwindigkeit
des Kolbens (5) ausgelöst wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei
dem nach Beginn des Abbremsens überprüft wird, ob der
Kolben (5) das Ende des Wegs erreicht, und gegebenen
falls die Gegenbelüftung unterbrochen wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei
dem die Bewegung des Kolbens (5) am Ende des Gehäuses
(1) zusätzlich von einem Stoßdämpfer abgebremst wird.
9. Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder, mit
- 9.1 einem einen Innenraum (2) aufweisenden Gehäuse (1)
- 9.2 einem in dem Innenraum (2) verschiebbar angeordne
ten Kolben (5), der
- 9.2.1 den Innenraum (2) in zwei gegenseitig abge dichtete Teilräume (2a, 2b) aufteilt,
- 9.3 im Bereich jedes Endes des Gehäuses (1) je minde
stens einem Druckmitteldurchgang (7), der
- 9.3.1 mit je einem Ventil (9) verbunden ist, sowie mit
- 9.4 einer Steuereinrichtung (12) zum Ansteuern der
Ventile (9), die
- 9.4.1 zur Bewegung des Kolbens (5) das dem einen Teilraum (2a, 2b) zugeordnete Ventil (9) mit einer Druckmittelquelle verbindet und
- 9.4.2 das dem anderen Teilraum (2b, 2a) zugeordnete Ventil (9) öffnet, und
- 9.4.3 kurz vor Erreichen des Endes der Bewegung des Kolbens (5) das diesem Teilraum (2b, 2a) zugeordne te Ventil (9) mit einer Druckmittelquelle verbin det.
10. Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder nach Anspruch 9,
bei dem die Steuereinrichtung (12) im Stillstand die
beiden Teilräumen (2a, 2b) zugeordneten Ventilen (9)
öffnet.
11. Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder nach einem der
Ansprüche 9 oder 10, bei dem die Steuereinrichtung (12)
das den Antrieb bewirkende Ventil (9) schon vor dem
Stillstand öffnet, gegebenenfalls gleichzeitig mit dem
Beginn der Gegenbelüftung.
12. Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder nach einem der
Ansprüche 9 bis 11, bei dem die Steuereinrichtung (12)
ein Zeitglied (17) aufweist, das nach Ablauf einer
eingestellten Zeit die Gegenbelüftung auslöst.
13. Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder nach einem der
Ansprüche 9 bis 12, mit einer Meßeinrichtung (14) zur
Messung der Position und/oder der Geschwindigkeit des
Kolbens (5).
14. Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder nach einem der
Ansprüche 9 bis 13, bei dem die Steuereinrichtung (12)
derart ausgebildet ist, daß sie die Ventile (9) taktend
betätigen kann.
15. Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder nach einem der
Ansprüche 9 bis 14, mit einem Stoßdämpfer zur Abbremsung
des Kolbens (5) am Ende des Gehäuses (1).
16. Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder nach einem der
Ansprüche 9 bis 15, mit einer Eingabeeinrichtung (13)
zum Festlegen und/oder Ändern der Bedingungen des
Gegenbelüftens.
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