DE4440310C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Vermeidung von Stößen oder Schlägen eines druckmittelbetätigten Kolbens in seinen Endlagen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Vermeidung von Stößen oder Schlägen eines druckmittelbetätigten Kolbens in seinen EndlagenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Vermeidung von Stößen oder Schlägen eines
druckmittelbetätigten Kolbens in seinen Endlagen in einem hyd
raulischen oder pneumatischen Stellantrieb einer Arbeitsma
schine wie Baumaschinen inklusive Bagger, Pflugbagger, Pla
nierraupen und Kranen, welche hydraulische oder pneumatische
Zylinder und Motoren als Stellantriebe verwenden.
Im allgemeinen sind Baumaschinen wie Bagger, Pflugbagger, Pla
nierraupen und Kranen Maschinen, welche mittels hydraulischer
oder pneumatischer Kraft mechanische Arbeiten verrichten.
Solche Baumaschinen können Stöße oder Schläge verursachen,
welche durch abruptes Öffnen und Schliessen von Druckmittel-
Durchgängen hervorgerufen werden, wenn der Stellantrieb
schnell startet oder stoppt. Es ist nicht zu verhindern, dass
die Stöße oder Schläge die Dauerhaftigkeit verkleinern und die
erwartete Lebensdauer der Baumaschinen vermindern.
Ferner werden diese Stöße oder Schläge auf den Rahmen der Ma
schinen übertragen und verursachen heftige Vibrationen, wo
durch die Arbeitseffizienz des Fahrers vermindert wird.
Üblicherweise wird zur Vermeidung oder zur Verminderung von
ernsthaften Folgen der Stöße oder Schläge in hydrauli
schen/pneumatischen Schaltungen ein stoßfreies Ventil oder ei
ne Mündung verwendet. Es ist jedoch bekannt, dass die Wirkung
dieses stoßfreien Ventils oder der Mündung ungenügend ist und
die Konstruktion und Steuerung davon schwierig sind.
Zusätzlich würde, um die Stöße oder Schläge an den Enden des
Kolbenhubes des Antriebs (zum Beispiel eines hydraulischen Zy
linders) zu verhindern, ein mechanisches Polster an den Enden
des Kolbens des hydraulischen Zylinders installiert. Dies
verursachte jedoch wiederum ein Problem, da präzisionsmechani
sche Fertigung benötigt wurde und weil das Polster infolge von
Reibung oder infolge von Stößen oder Schlägen des Polsters
selbst beschädigt oder zerstört werden konnte.
Demzufolge besteht eine starke Nachfrage nach einer wirksamen
und wesentlichen Lösung zur Vermeidung von Stößen oder Schlä
gen in hydraulischen oder pneumatischen Stellantrieben von Ar
beitsmaschinen.
Es ist in diesem Zusammenhang anzumerken, dass es sich bei dem
beschriebenen Stand der Technik um interne Kenntnisse und Er
fahrungen der Anmelderin handelt, die nicht druckschriftlich
belegt sind.
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrich
tung zur wirksamen Vermeidung von Stößen oder Schlägen in ei
nem hydraulischen oder pneumatischen Stellantrieb einer Ar
beitsmaschine bereitzustellen, welche die bestehenden Nachtei
le beseitigen und eine einfache und zuverlässige Steuerung er
möglichen, indem Stöße oder Schläge in den Endlagen des Kol
bens, verursacht durch schnelles Öffnen und Schliessen von
Druckmittel-Durchgängen, verhindert werden, um dadurch die
Dauerhaftigkeit und die erwartete Lebensdauer der Maschinen zu
verbessern und eine angenehme Arbeitsumgebung zu gewährleis
ten.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach
Patentanspruch 1 bzw. durch eine Vorrichtung nach Patentan
spruch 4 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrich
tung nach der Erfindung bilden die Gegenstände der Ansprüche 2
und 3 bzw. 5.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm, das die gesamte Struktur
eines hydraulischen Systems zeigt, das mit einer Vorrichtung
zur Vermeidung von Stößen oder Schlägen gemäss der vorliegen
den Erfindung ausgerüstet ist;
Fig. 2 Kurven eines eingegebenen Befehlssignals für den Stel
lantrieb und eines Befehlssignals für den Stellantrieb, wel
ches durch Tiefpass-Filterung erhalten wurde;
Fig. 3 Kurven eines Befehlssignals für den Stellantrieb, wel
ches eine stabile Stoßvermeidungsoperation erzeugt;
Fig. 4A und 4B ein Flussdiagramm, welches ein Verarbeitungs
programm der Steuerung nach Fig. 1 für die Vermeidung von Stö
ßen oder Schlägen gemäss der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 5 eine Grafik, welche einen Wechsel des Stoßvermeidungs
intervalls zufolge des Befehlssignals für den Antrieb zeigt;
Fig. 6A und 6B ein Flussdiagramm, welches ein anderes Verar
beitungsprogramm der Steuerung nach Fig. 1 für die Vermeidung
von Stößen oder Schlägen gemäss der vorliegenden Erfindung
darstellt.
In der folgenden Beschreibung wird eine bevorzugte Ausfüh
rungsform der Erfindung in Zusammenhang und anhand eines Beispiels
einer hydraulischen Maschine erklärt, dies um die Er
klärung einfach zu halten. Für einen Fachmann ist es jedoch
naheliegend, dass die vorliegende Erfindung leicht auf eine
pneumatische Maschine angewendet werden kann und dass in die
sem Falle die entsprechenden Elemente der hydraulischen Ma
schine, die im folgenden erklärt werden, einfach durch die
gleichwertigen Elemente, welche dieselben Funktionen überneh
men, zu ersetzen wären.
Bezugnehmend auf Fig. 1 versorgen veränderliche Verstellpumpen
20a und 20b, welche durch einen Motor 10 angetrieben werden,
die Stellantriebe 60a und 60b mit einer angemessenen Menge Öl,
welches aus einem Öltank 1 stammt. Die elektromagnetisch ge
steuerten Proportional-Ventile 50a und 50b, von denen jedes
durch eine Steuerung 40 gesteuert wird, sind an Öldurchgängen,
welche zwischen den Pumpen 20a und 20b sowie den Stellantrie
ben 60a und 60b gebildet sind, installiert. Die Steuerung 40
beinhaltet einen Mikrocomputer, welcher ein den Arbeitsbedin
gungen entsprechendes Programm enthält, um eine arithmetische
Operation sowohl für die Befehlssignale für den Antrieb, wei
che von den Eingangseinheiten 31 und 32, welche je Steuerungs
hebel 31a und 31b besitzen, empfangen werden, als auch für die
Verlagerungsdaten in Zusammenhang mit den Positionen der Kol
ben 62a und 62b, welche durch die Sensoren 70a und 70b detek
tiert werden, auszuführen und damit die Ventile 50a und 50b zu
steuern.
Detaillierte Beschreibungen des durch den Mikrocomputer ausge
führten Programms werden später dargestellt werden.
Die entsprechenden Ventile 50a und 50b öffnen und schliessen
Öldurchgänge, welche sich zu grossen Kammern 63a und 63b und
kleinen Kammern 64a und 64b der Stellantriebe 60a und 60b
erstrecken, in Abhängigkeit der Bewegungen von Schiebern 51a
und 51b, die beide durch die Steuerung 40 gesteuert werden, um
die Kolben 62a und 62b der Stellantriebe 60a und 60b hin und
her zu bewegen. In Fig. 1 werden zwei elektromagnetisch ge
steuerte Proportional-Ventile und zwei hydraulische Stellan
triebe beschrieben. Es sollte jedoch zur Kenntnis genommen
werden, dass die Anzahl dieser Elemente erhöht werden kann.
Inzwischen wird, gemäss der vorliegenden Erfindung, in denje
nigen Fällen wo die Befehlssignale für den Antrieb, welche
durch die Eingangseinheiten 31 und 32 empfangen werden und zur
Steuerung 40 geleitet werden, rechteckige Pulse sind, ein
Transformer zur Transformierung der Befehlssignale für den An
trieb von rechteckigen Pulsen zu glatten Befehlssignalen für
den Antrieb vorgesehen, entweder bei den Eingangseinheiten 31
und 32, der Steuerung 40, oder bei einer Position zwischen den
Eingangseinheiten 31 und 32 und der Steuerung 40, damit die
Stöße oder Schläge verhindert werden, die durch ein schnelles
Antreiben der Ventile 50a und 50b verursacht werden können. In
dieser Ausführungsform wird ein Tiefpass-Filter als Transfor
mator benutzt.
Bezugnehmend auf Fig. 2, wird das rechteckige, eingegebene Be
fehlssignal für den Antrieb Vm nach der Tiefpass-Filterung zu
einem glatten Befehlssignal für den Antrieb Vf transformiert,
bei dem die Ränder geglättet sind.
Demzufolge werden die Öldurchgänge der Stellantriebe 60a und
60b selbst dann nicht rasch geöffnet und geschlossen, wenn das
eingegebene Befehlssignal für den Antrieb abrupt wechselt,
weil die elektromagnetisch gesteuerten proportionalen Ventile
50a und 50b durch das Tiefpass-gefilterte glatte Befehlssignal
für den Antrieb Vf gesteuert wird, wodurch Stöße oder Schläge
des Stellantriebs und ebenso die auf die umgebende Maschine
übertragenen Stöße oder Schläge vermieden werden.
Gemäß Fig. 3 wird ein Stoßvermeidungssignal Vc Tiefpass-
gefiltert, um unter Verwendung des Programms, welches in der
Steuerung 40 enthalten ist, das glatte Befehlssignal für den
Antrieb Vf zu erzeugen, wenn die eingegebenen Befehlssignale
für den Antrieb Vm angewendet werden, um die Fortbewegung des
Kolbens über die Zeit t0 weiterzuführen, bei der die Stoßver
meidungsoperation an den Startpositionen der Stoßvermeidung im
Bereich der Enden des Kolbenhubes im Stellantrieb gestartet
wird.
Hier ist das Stoßvermeidungssignal Vc gleich dem minimalen
Wert des eingegebenen Befehlssignals für den Antrieb Vm. Das
heisst, selbst wenn das eingegebene Befehlssignal für den An
trieb Vm an den Enden des Kolbenhubes eine Grösse und eine
Richtung hat, welche mechanische Stöße oder Schläge bewirken
könnten, wird das eingegebene Befehlssignal für den Antrieb zu
einem glatten Befehlssignal für den Antrieb Vf transformiert,
um die Stöße oder Schläge zu verhindern.
Die Startposition für die Stoßvermeidung wird auf einen fes
ten, absoluten Wert der Verlagerung festgesetzt, wo der Stel
lantrieb mit der minimalen Geschwindigkeit vorrückt, welche
dem Minimum des Befehlssignals für den Antrieb als Antwort auf
das Tiefpass-gefilterte glatte Befehlssignal für den Antrieb
entspricht.
Inzwischen kann eine bevorzugte Ausführungsform des Tiefpass-
Filters mit dem Tiefpass-Filter-Algorithmus ausgeführt werden,
indem das Programm, welches in der Steuerung 40 enthalten ist,
benutzt wird.
Fig. 4A und 4B zeigen Flussdiagramme des Programms, welches im
Mikrocomputer für die Ausführung des Tiefpass-Filter-
Algorithmus enthalten ist.
In Schritt 4-1 werden Verlagerungsdaten vom Ausgang der Senso
ren 70a und 70b empfangen und eine Kolbenhubstrecke aus den
Verlagerungsdaten mittels einer vorgegebenen arithmetischen
Operation berechnet.
In Schritt 4-2 wird beurteilt, ob der Kolben innerhalb eines
Stoßvermeidungsintervalls eines Vorhubs davon positioniert
ist, ob gegenwärtig ein Befehlssignal für den Antrieb für den
Vorhub empfangen wird, und ob das Befehlssignal für den An
trieb der vorausgehenden Probe und das Befehlssignal für den
Antrieb der gegenwärtigen Probe beide auf denselben Vorhub an
gewendet werden oder nicht.
Sofern die Bedingungen für Schritt 4-2 erfüllt sind, wird in
Schritt 4-3 beurteilt, ob die vorliegende Kolbenhubstrecke das
Maximum ist.
Sofern die Bedingungen für Schritt 4-3 erfüllt sind, wird in
Schritt 4-4 das minimale Befehlssignal für den Antrieb für den
Vorhub als neues Befehlssignal für den Antrieb bestimmt, dann
wird zum nächsten Schritt "a" vorgerückt.
Sofern die Bedingungen für Schritt 4-3 nicht erfüllt sind, das
Stoßvermeidungsintervall eines Vorhubs davon positioniert ist,
gegenwärtig ein Befehlssignal für den Antrieb für den Vorhub
empfangen wird, ein Befehlssignal für den Antrieb der voraus
gehenden Probe und ein Befehlssignal für den Antrieb der ge
genwärtigen Probe beide für denselben Vorhub sind, und der
Kolben nicht das Hubende des Vorhubs erreicht hat, wird in
Schritt 4-5 ein Stoßvermeidungssignal erzeugt und ein Tief
pass-gefilterter Wert eines minimalen Befehlssignals für den
Antrieb als neues Befehlssignal für den Antrieb bestimmt, da
nach wird zum nächsten Schritt "a" vorgerückt.
In Schritt 4-6 wird beurteilt, ob der Kolben innerhalb eines
Stoßvermeidungsintervalls eines Rückhubs davon positioniert
ist, ob zur Zeit ein Befehlssignal für den Antrieb für den
Rückhub empfangen wird, und ob das Befehlssignal für den An
trieb der vorausgehenden Probe und das Befehlssignal für den
Antrieb der gegenwärtigen Probe beide auf denselben Rückhub
angewendet werden oder nicht.
Sofern die Bedingungen für Schritt 4-6 erfüllt sind, wird in
Schritt 4-7 beurteilt, ob die gegenwärtige Kolbenhubstrecke
das Maximum ist.
Sofern die Bedingungen für Schritt 4-7 erfüllt sind, wird in
Schritt 4-8 das minimale Befehlssignal für den Antrieb für den
Rückhub als neues Befehlssignal für den Antrieb bestimmt, dann
wird zum nächsten Schritt "a" vorgerückt.
Sofern die Bedingungen für Schritt 4-7 nicht erfüllt sind, das
Stoßvermeidungsintervall eines Rückhubs davon positioniert
ist, gegenwärtig ein Befehlssignal für den Antrieb für den
Rückhub empfangen wird, ein Befehlssignal für den Antrieb der
vorausgehenden Probe und ein Befehlssignal für den Antrieb der
gegenwärtigen Probe beide für denselben Rückhub sind, und der
Kolben nicht das Hubende des Rückhubs erreicht hat, wird in
Schritt 4-9 ein Stoßvermeidungssignal erzeugt und ein Tief
pass-gefilterter Wert eines minimalen Befehlssignals für den
Antrieb als neues Befehlssignal für den Antrieb bestimmt, da
nach wird zum nächsten Schritt "a" vorgerückt.
Wenn alle Bedingungen der Schritte 4-2 und 4-6 nicht erfüllt
sind, das heisst, wenn der Kolben nicht innerhalb des Stoßvermeidungsintervalls
positioniert ist, gegenwärtig ein Befehls
signal für den Antrieb für den Rückhub innerhalb des Stoßver
meidungsintervalls des Vorhubs empfangen wird, und ein Be
fehlssignal für den Antrieb für den Vorhub innerhalb des Stoß
vermeidungsintervalls des Rückhubs empfangen wird, wird in
Schritt 4-10 beurteilt, ob das Befehlssignal für den Antrieb
für den Vorhub empfangen wurde oder nicht.
Sofern die Bedingungen für Schritt 4-10 erfüllt sind, wird in
Schritt 4-11 beurteilt, ob das Befehlssignal für den Antrieb
der vorausgehenden Probe und das Befehlssignal für den Antrieb
der gegenwärtigen Probe beide auf denselben Hub angewendet
werden oder nicht.
Sofern die Bedingungen für Schritt 4-11 erfüllt sind, wird in
Schritt 4-12 ein stoßfreies Signal erzeugt und ein Tiefpass-
gefilterter Wert des Befehlssignals für den Antrieb als neues
Befehlssignal für den Antrieb bestimmt, danach wird zum nächs
ten Schritt "a" vorgerückt.
Sofern die Bedingungen von Schritt 4-11 nicht erfüllt sind,
das heisst, wenn ein Befehlssignal für den Antrieb empfangen
wird, das eine Umkehr des Kolbenhubes vorschreibt, wird in
Schritt 4-13 ein Rücksetzsignal erzeugt und ein Tiefpass-
gefiltertes Signal des Befehlssignals für den Antrieb wird als
neues Befehlssignal für den Antrieb bestimmt, danach wird zum
nächsten Schritt "a" vorgerückt.
Sofern die Bedingungen von Schritt 4-10 nicht erfüllt sind,
wird in Schritt 4-14 beurteilt, ob das Befehlssignal für den
Antrieb für den Rückhub empfangen wurde oder nicht.
Sofern die Bedingungen für Schritt 4-14 erfüllt sind, wird in
Schritt 4-15 beurteilt, ob das Befehlssignal für den Antrieb
der vorausgehenden Probe und das Befehlssignal für den Antrieb
der gegenwärtigen Probe beide auf denselben Hub angewendet
werden.
Sofern die Bedingungen für Schritt 4-15 erfüllt sind, wird in
Schritt 4-16 das stoßfreie Signal erzeugt und der Tiefpass-
gefilterte Wert des Befehlssignals für den Antrieb wird als
das neue Befehlssignal für den Antrieb bestimmt, danach wird
zum nächsten Schritt "a" vorgerückt.
Sofern die Bedingungen von Schritt 4-15 nicht erfüllt sind,
das heisst, wenn ein Befehlssignal für den Antrieb empfangen
wird, das die Umkehr des Kolbenhubes vorschreibt, wird in
Schritt 4-17 das Rücksetzsignal erzeugt und der Tiefpass-
gefilterte Wert des Befehlssignals für den Antrieb wird als
das neue Befehlssignal für den Antrieb bestimmt, danach wird
zum nächsten Schritt "a" vorgerückt.
Wenn alle Bedingungen der Schritte 4-2, 4-6, 4-10 und 4-14
nicht erfüllt sind, das heisst zum Beispiel in denjenigen Fäl
len wo sich das Befehlssignal für den Antrieb in einem neutra
len Zustand befindet, wird in Schritt 4-18 beurteilt, ob das
Befehlssignal für den Antrieb der vorausgehenden Probe und das
Befehlssignal für den Antrieb der gegenwärtigen Probe beide
auf denselben Hub angewendet werden.
Sofern die Bedingungen von Schritt 4-18 erfüllt sind, wird in
Schritt 4-19 ein stoßfreies Signal erzeugt und der Tiefpass-
gefilterte Wert des Befehlssignals für den Antrieb wird als
das neue Befehlssignal für den Antrieb bestimmt, danach wird
zum nächsten Schritt "a" vorgerückt.
Sofern die Bedingungen von Schritt 4-18 nicht erfüllt sind,
das heisst, wenn ein Befehlssignal für den Antrieb empfangen
wird, das die Umkehr des Kolbenhubes vorschreibt, wird in
Schritt 4-20 das Rücksetzsignal erzeugt und das Tiefpass-
gefilterte Signal des Befehlssignals für den Antrieb wird als
das neue Befehlssignal für den Antrieb bestimmt.
In Schritt 4-21 wird das Befehlssignal für den Antrieb der ge
genwärtigen Probe durch das Befehlssignal für den Antrieb der
vorausgehenden Probe ersetzt, um die Zeit für die Probenahme
zu erhöhen.
In Schritt 4-22 wird das Tiefpass-gefilterte Befehlssignal für
den Antrieb auf ein Intervall zwischen dem maximalen Wert und
dem minimalen Wert des in der Praxis verfügbaren Befehlssig
nals für den Antrieb begrenzt.
In Schritt 4-23 kehrt das Programm an seinen Startpunkt zu
rück, um eine endlose Schlaufe zu bilden.
Fig. 6A und 6B zeigen eine andere Ausführungsform des Tief
pass-Filter-Algorithmus.
In Schritt 6-1 wird das eingegebene Befehlssignal für den An
trieb von den Eingangseinheiten 30a und 30b der Fig. 1 empfan
gen.
In Schritt 6-2 wird ein Stoßvermeidungsintervall D durch das
Ausführen einer funktionalen Operation, welche das in Schritt
6-1 empfangene eingegebene Befehlssignal für den Antrieb als
Parameter benutzt, derart festgesetzt, dass eine funktionale
Beziehung zwischen dem eingegebenen Befehlssignal für den An
trieb und dem Stoßvermeidungsintervall die in der Grafik der
Fig. 5 gezeigte Form annimmt.
In Schritt 6-3 werden Verlagerungsdaten des Antriebs von den
Sensoren 70a und 70b der Fig. 1 sowie die Kolbenhubstrecke des
Stellantriebs durch das Ausführen einer arithmetischen Opera
tion, welche die empfangenen Verlagerungsdaten verwendet, emp
fangen.
In Schritt 6-3 wird beurteilt, ob der Kolben innerhalb des
Stoßvermeidungsintervalls des Vorhubs positioniert ist, ob zur
Zeit ein Befehlssignal für den Antrieb für den Vorhub des Kol
bens empfangen wird, und ob das Befehlssignal für den Antrieb
der vorausgehenden Probe und das Befehlssignal für den Antrieb
der gegenwärtigen Probe beide auf denselben Hub angewendet
werden oder nicht.
Sofern die Bedingungen für Schritt 6-4 erfüllt sind, wird in
Schritt 6-5 beurteilt, ob die gegenwärtige Kolbenhubstrecke
das Maximum ist oder nicht.
Sofern die Bedingungen für Schritt 6-5 erfüllt sind, wird in
Schritt 6-6 das minimale Befehlssignal für den Antrieb für den
Vorhub als neues Befehlssignal für den Antrieb bestimmt, da
nach wird zum nächsten Schritt "b" vorgerückt.
Sofern die Bedingungen für Schritt 6-5 nicht erfüllt sind, das
heisst, wenn der Kolben innerhalb eines Stoßvermeidungsinter
valls eines Vorhubs davon positioniert ist, gegenwärtig ein
Befehlssignal für den Antrieb für den Vorhub empfangen wird,
ein Befehlssignal für den Antrieb der vorausgehenden Probe und
ein Befehlssignal für den Antrieb der gegenwärtigen Probe bei
de auf denselben Vorhub angewendet werden, und der Kolben das
Hubende des Vorhubs noch nicht erreicht, wird in Schritt 6-7
ein Stoßvermeidungssignal erzeugt und ein Tiefpass-gefilterter
Wert eines minimalen Befehlssignals für den Antrieb als neues
Befehlssignal für den Antrieb bestimmt, danach wird zum nächs
ten Schritt "b" vorgerückt.
In Schritt 6-8 wird beurteilt, ob der Kolben innerhalb des
Stoßvermeidungsintervalls des Rückhubs davon positioniert ist,
ob zur Zeit ein Befehlssignal für den Antrieb für den Rückhub
des Kolbens empfangen wird, und ob das Befehlssignal für den
Antrieb der vorausgehenden Probe und das Befehlssignal für den
Antrieb der gegenwärtigen Probe beide auf denselben Hub ange
wendet werden.
Sofern die Bedingungen für Schritt 6-8 erfüllt sind, wird in
Schritt 6-9 beurteilt, ob die gegenwärtige Kolbenhubstrecke
der minimale Wert ist oder nicht.
Sofern die Bedingungen für Schritt 6-9 erfüllt sind, wird in
Schritt 6-10 das minimale Befehlssignal für den Antrieb für
den Rückhub als neues Befehlssignal für den Antrieb bestimmt,
danach wird zum nächsten Schritt "b" vorgerückt.
Sofern die Bedingungen für Schritt 6-9 nicht erfüllt sind, das
heisst, wenn der Kolben innerhalb eines Stoßvermeidungs
intervalls eines Rückhubs davon positioniert ist, gegenwärtig
ein Befehlssignal für den Antrieb für den Rückhub empfangen
wird, ein Befehlssignal für den Antrieb der vorausgehenden
Probe und ein Befehlssignal für den Antrieb der gegenwärtigen
Probe beide auf denselben Rückhub angewendet werden, und der
Kolben das Hubende des Rückhubs noch nicht erreicht, wird in
Schritt 6-11 ein Stoßvermeidungssignal erzeugt und ein Tief
pass-gefilterter Wert des minimalen Befehlssignals für den An
trieb als neues Befehlssignal für den Antrieb bestimmt, danach
wird zum nächsten Schritt "b" vorgerückt.
Wenn alle Bedingungen der Schritte 6-4 und 6-8 nicht erfüllt
sind, das heisst, wenn der Kolben nicht innerhalb des Stoßver
meidungsintervalls positioniert ist, ein Befehlssignal für den
Antrieb für den Rückhub innerhalb des Stoßvermeidungsinter
valls des Vorhubs empfangen wird, oder ein Befehlssignal für
den Antrieb für den Vorhub innerhalb des Stoßvermeidungsinter
valls des Rückhubs empfangen wird, wird in Schritt 6-12 beur
teilt, ob das Befehlssignal für den Antrieb für den Vorhub
empfangen wird oder nicht.
Sofern die Bedingungen für Schritt 6-12 erfüllt sind, wird in
Schritt 6-13 beurteilt, ob das Befehlssignal für den Antrieb
der vorausgehenden Probe und das Befehlssignal für den Antrieb
der gegenwärtigen Probe beide auf denselben Hub angewendet
werden.
Sofern die Bedingungen für Schritt 6-13 erfüllt sind, wird in
Schritt 6-14 das stoßfreie Signal erzeugt und der Tiefpassge
filterte Wert des Befehlssignals für den Antrieb als neues Be
fehlssignal für den Antrieb bestimmt, danach wird zum nächsten
Schritt "b" vorgerückt.
Sofern die Bedingungen von Schritt 6-13 nicht erfüllt sind,
das heisst, wenn ein Befehlssignal für den Antrieb empfangen
wird, das die Umkehr des Kolbenhubes vorschreibt, wird in
Schritt 6-15 ein Rücksetzsignal erzeugt und das Tiefpass-
gefilterte Signal des Befehlssignals für den Antrieb wird als
neues Befehlssignal für den Antrieb bestimmt, danach wird zum
nächsten Schritt "b" vorgerückt.
Sofern die Bedingungen von Schritt 6-12 nicht erfüllt sind,
wird in Schritt 6-16 beurteilt, ob das Befehlssignal für den
Antrieb für den Rückhub empfangen wird oder nicht.
Sofern die Bedingungen für Schritt 6-16 erfüllt sind, wird in
Schritt 6-17 beurteilt, ob das Befehlssignal für den Antrieb
der vorausgehenden Probe und das Befehlssignal für den Antrieb
der gegenwärtigen Probe beide auf denselben Hub angewendet
werden.
Sofern die Bedingungen für Schritt 6-17 erfüllt sind, wird in
Schritt 6-18 das stoßfreie Signal erzeugt und der Tiefpass-
gefilterte Wert des Befehlssignals für den Antrieb als neues
Befehlssignal für den Antrieb bestimmt, danach wird zum nächs
ten Schritt "b" vorgerückt.
Sofern die Bedingungen von Schritt 6-17 nicht erfüllt sind,
das heisst, wenn das Befehlssignal für den Antrieb empfangen
wird das die Umkehr des Kolbenhubes vorschreibt, wird in
Schritt 6-19 ein Rücksetzsignal erzeugt und das Tiefpass-
gefilterte Signal des Befehlssignals für den Antrieb wird als
neues Befehlssignal für den Antrieb bestimmt, danach wird zum
nächsten Schritt "b" vorgerückt.
Wenn alle Bedingungen der Schritte 6-4, 6-8, 6-12 und 6-16
nicht erfüllt sind, das heisst zum Beispiel in denjenigen Fäl
len wo sich das Befehlssignal für den Antrieb in einem neutra
len Zustand befindet, wird in Schritt 6-20 beurteilt, ob das
Befehlssignal für den Antrieb der vorausgehenden Probe und das
Befehlssignal für den Antrieb der gegenwärtigen Probe beide
auf denselben Hub angewendet werden.
Sofern die Bedingungen von Schritt 6-20 erfüllt sind, wird in
Schritt 6-21 das stoßfreie Signal erzeugt und der Tiefpass-
gefilterte Wert des Befehlssignals für den Antrieb wird als
das neue Befehlssignal für den Antrieb bestimmt, danach wird
zum nächsten Schritt "b" vorgerückt.
Sofern die Bedingungen von Schritt 6-20 nicht erfüllt sind,
das heisst, wenn ein Befehlssignal für den Antrieb empfangen
wird, das die Umkehr des Kolbenhubes vorschreibt, wird in
Schritt 6-22 das Rücksetzsignal erzeugt und das Tiefpass-
gefilterte Signal des Befehlssignals für den Antrieb wird als
neues Befehlssignal für den Antrieb bestimmt.
In Schritt 6-23 wird das Befehlssignal für den Antrieb der ge
genwärtigen Probe durch das Befehlssignal für den Antrieb der
vorausgehenden Probe ersetzt um die Zeit für die Probenahme zu
erhöhen.
In Schritt 6-24 wird das Tiefpass-gefilterte Befehlssignal für
den Antrieb auf ein Intervall zwischen dem maximalen Wert und
dem minimalen Wert des in der Praxis verfügbaren Befehlssig
nals für den Antrieb begrenzt.
In Schritt 6-25 kehrt das Programm an seinen Startpunkt zurück
um eine endlose Schlaufe zu bilden.
In der oben erwähnten Ausführungsform führt das im Mikrocompu
ter der Steuerung enthaltene Programm die Operation der Tief
pass-Filterung für die rechteckige Welle des eingegebenen Be
fehlssignals für den Antrieb durch, um die glatte Welle des
Befehlssignals für den Antrieb zu erzeugen. Der hydraulische
Stellantrieb wird durch das glatte Befehlssignal für den An
trieb gesteuert, damit die Stöße oder Schläge wegen raschem
Öffnen und Schliessen der Öldurchgänge und die Stöße oder
Schläge an den Enden des Kolbenhubes des hydraulischen Stel
lantriebs verhindert werden können.
Darüber hinaus kann die Effizienz der Stoßvermeidung durch An
passen der Bandbreite des Tiefpass-Filters optimiert werden.
Wie oben beschrieben, verhindert die vorliegende Erfindung
wirkungsvoll Stöße oder Schläge wegen raschem Öffnen und
Schliessen der Öldurchgänge des hydraulischen Stellantriebs
und die Stöße oder Schläge an den Enden des Kolbenhubes des
hydraulischen Stellantriebs ebenso wie die Vibrationen, welche
durch die Stöße oder Schläge verursacht werden. Deshalb kann
die Dauerhaftigkeit und die erwartete Lebensdauer der Maschi
nen verbessert und eine angenehme Arbeitsumgebung gewährleis
tet werden.
Claims (5)
1. Verfahren zur Vermeidung von Stößen oder Schlägen eines druck
mittelbetätigten Kolbens (62a, 62b) in seinen Endlagen in einem hyd
raulischen oder pneumatischen Stellantrieb (60a, 60b) einer Arbeits
maschine, wobei der Druckmittelfluß zu dem Stellantrieb (60a, 60b)
durch ein Ventil (50a, 50b) gesteuert wird, in folgenden Schritten:
- a) Eingeben eines Befehlssignals für den Stellantrieb (60a, 60b),
- b) Erfassen der Verlagerung des Kolbens (62a, 62b) und Erzeugen ei nes Verlagerungssignals,
- c) Erzeugen eines Ventilstellsignals aus dem eingegebenen Befehls signal und dem Verlagerungssignal und Umwandeln des Ventilstell signals mittels einer Programmsteuerung in ein tiefpaßgefilter tes Befehlssignal, das zur Steuerung des den Stellantrieb (60a, 60b) steuernden Ventils (50a, 50b) verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
dem Schritt b) und dem Schritt c) in einem zusätzlichen Schritt ein
Stoßvermeidungsintervall des Stellantriebs (60a, 60b) durch Ausfüh
ren einer funktionalen Operation unter Verwendung des eingegebenen
Befehlssignals als Parameter festgelegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schritt c) beinhaltet:
einen ersten Schritt zum Berechnen einer Kolbenhubstrecke aus der erfaßten Verlagerung des Kolbens (62a, 62b);
einen zweiten Schritt zum Beurteilen, ob der Kolben (62a, 62b) in nerhalb eines Stoßvermeidungsintervalls seines Vorhubes positioniert ist, ob gegenwärtig ein Befehlssignal in dem Vorhub empfangen wird und ob oder ob nicht das Befehlssignal der vorausgehenden Abfrage und das Befehlssignal der gegenwärtigen Abfrage für denselben Vorhub angelegt werden;
einen dritten Schritt, falls die Bedingung des zweiten Schrittes er füllt ist, zum Beurteilen, ob die gegenwärtige Kolbenhubstrecke das Maximum ist;
einen vierten Schritt, falls die Bedingung des dritten Schrittes er füllt ist, zum Bestimmen eines minimalen Befehlssignals für den Vor hub als neues Befehlssignal;
einen fünften Schritt, falls die Bedingung des dritten Schrittes nicht erfüllt ist, zum Erzeugen eines Stoßvermeidungssignals und zum Bestimmen eines tiefpaßgefilterten Wertes eines minimalen Befehls signals als neues Befehlssignal;
einen sechsten Schritt zum Beurteilen, ob der Kolben (62a, 62b) in nerhalb des Stoßvermeidungsintervalls seines Rückhubes positioniert ist, ob gegenwärtig ein Befehlssignal für den Rückhub empfangen wird und ob oder ob nicht das Befehlssignal der vorausgehenden Abfrage und das Befehlssignal der gegenwärtigen Abfrage für denselben Rück hub angelegt werden;
einen siebenten Schritt, falls die Bedingung des sechsten Schrittes erfüllt ist, zum Beurteilen, ob die gegenwärtige Kolbenhubstrecke das Maximum ist;
einen achten Schritt, falls die Bedingung des siebenten Schrittes erfüllt ist, zum Bestimmen des minimalen Befehlssignals für den Rückhub als ein neues Befehlssignal;
einen neunten Schritt, falls die Bedingung des siebenten Schrittes nicht erfüllt ist, zum Erzeugen eines Stoßvermeidungssignals und zum Bestimmen eines tiefpaßgefilterten Wertes des minimalen Befehlssig nals als ein neues Befehlssignal;
einen zehnten Schritt, wenn alle Bedingungen des zweiten und des sechsten Schrittes nicht erfüllt sind, zum Beurteilen, ob das Be fehlssignal für den Vorhub empfangen wird oder nicht;
einen elften Schritt, falls die Bedingung des zehnten Schrittes er füllt ist, zum Beurteilen, ob oder ob nicht das Befehlssignal der vorausgehenden Abfrage und das Befehlssignal der gegenwärtigen Ab frage für denselben Hub angelegt werden;
einen zwölften Schritt, falls die Bedingung des elften Schrittes er füllt ist, zum Erzeugen eines stoßfreien Signals und zum Bestimmen eines tiefpaßgefilterten Wertes des Befehlssignals als ein neues Be fehlssignal;
einen dreizehnten Schritt, falls die Bedingung des elften Schrittes nicht erfüllt ist, zum Erzeugen eines Rücksetzsignals und zum Bestimmen eines tiefpaßgefilterten Wertes des Befehlssignals als ein neues Befehlssignal;
einen vierzehnten Schritt, falls die Bedingung des zehnten Schrittes nicht erfüllt ist, zum Beurteilen ob oder ob nicht das Befehlssignal für den Rückhub empfangen wird;
einen fünfzehnten Schritt, falls die Bedingung des vierzehnten Schrittes erfüllt ist, zum Beurteilen, ob das Befehlssignal der vo rausgehenden Abfrage und das Befehlssignal der gegenwärtigen Abfrage für denselben Hub angelegt werden;
einen sechzehnten Schritt, falls die Bedingung des fünfzehnten Schrittes erfüllt ist, zum Erzeugen des stoßfreien Signals und zum Bestimmen des tiefpaßgefilterten Wertes des Befehlssignals als das neue Befehlssignal;
einen siebzehnten Schritt, falls die Bedingung des fünfzehnten Schrittes nicht erfüllt ist, zum Erzeugen des Rücksetzsignals und zum Bestimmen des tiefpaßgefilterten Wertes des Befehlssignals als das neue Befehlssignal;
einen achtzehnten Schritt, wenn alle Bedingungen des zweiten, sechs ten, zehnten und vierzehnten Schrittes nicht erfüllt sind, zum Beur teilen, ob das Befehlssignal der vorausgehenden Abfrage und das Be fehlssignal der gegenwärtigen Abfrage für denselben Hub angelegt werden;
einen neunzehnten Schritt, falls die Bedingung des achtzehnten Schrittes erfüllt ist, zum Erzeugen des stoßfreien Signals und zum Bestimmen des tiefpaßgefilterten Wertes des Befehlssignals als das neue Befehlssignal;
einen zwanzigsten Schritt, falls die Bedingung des achtzehnten Schrittes nicht erfüllt ist, zum Erzeugen des Rücksetzsignals und zum Bestimmen des tiefpaßgefilterten Wertes des Befehlssignals als das neue Befehlssignal;
einen einundzwanzigsten Schritt zum Ersetzen des Befehlssignals der gegenwärtigen Abfrage durch das Befehlssignal der vorausgehenden Ab frage, um so die Abfragezeit zu verlängern; und
einen zweiundzwanzigsten Schritt zum Begrenzen des tiefpaßgefilter ten Befehlssignals auf ein Intervall zwischen dem maximalen Wert und dem minimalen Wert des Befehlssignals, das in der Praxis verfügbar ist.
einen ersten Schritt zum Berechnen einer Kolbenhubstrecke aus der erfaßten Verlagerung des Kolbens (62a, 62b);
einen zweiten Schritt zum Beurteilen, ob der Kolben (62a, 62b) in nerhalb eines Stoßvermeidungsintervalls seines Vorhubes positioniert ist, ob gegenwärtig ein Befehlssignal in dem Vorhub empfangen wird und ob oder ob nicht das Befehlssignal der vorausgehenden Abfrage und das Befehlssignal der gegenwärtigen Abfrage für denselben Vorhub angelegt werden;
einen dritten Schritt, falls die Bedingung des zweiten Schrittes er füllt ist, zum Beurteilen, ob die gegenwärtige Kolbenhubstrecke das Maximum ist;
einen vierten Schritt, falls die Bedingung des dritten Schrittes er füllt ist, zum Bestimmen eines minimalen Befehlssignals für den Vor hub als neues Befehlssignal;
einen fünften Schritt, falls die Bedingung des dritten Schrittes nicht erfüllt ist, zum Erzeugen eines Stoßvermeidungssignals und zum Bestimmen eines tiefpaßgefilterten Wertes eines minimalen Befehls signals als neues Befehlssignal;
einen sechsten Schritt zum Beurteilen, ob der Kolben (62a, 62b) in nerhalb des Stoßvermeidungsintervalls seines Rückhubes positioniert ist, ob gegenwärtig ein Befehlssignal für den Rückhub empfangen wird und ob oder ob nicht das Befehlssignal der vorausgehenden Abfrage und das Befehlssignal der gegenwärtigen Abfrage für denselben Rück hub angelegt werden;
einen siebenten Schritt, falls die Bedingung des sechsten Schrittes erfüllt ist, zum Beurteilen, ob die gegenwärtige Kolbenhubstrecke das Maximum ist;
einen achten Schritt, falls die Bedingung des siebenten Schrittes erfüllt ist, zum Bestimmen des minimalen Befehlssignals für den Rückhub als ein neues Befehlssignal;
einen neunten Schritt, falls die Bedingung des siebenten Schrittes nicht erfüllt ist, zum Erzeugen eines Stoßvermeidungssignals und zum Bestimmen eines tiefpaßgefilterten Wertes des minimalen Befehlssig nals als ein neues Befehlssignal;
einen zehnten Schritt, wenn alle Bedingungen des zweiten und des sechsten Schrittes nicht erfüllt sind, zum Beurteilen, ob das Be fehlssignal für den Vorhub empfangen wird oder nicht;
einen elften Schritt, falls die Bedingung des zehnten Schrittes er füllt ist, zum Beurteilen, ob oder ob nicht das Befehlssignal der vorausgehenden Abfrage und das Befehlssignal der gegenwärtigen Ab frage für denselben Hub angelegt werden;
einen zwölften Schritt, falls die Bedingung des elften Schrittes er füllt ist, zum Erzeugen eines stoßfreien Signals und zum Bestimmen eines tiefpaßgefilterten Wertes des Befehlssignals als ein neues Be fehlssignal;
einen dreizehnten Schritt, falls die Bedingung des elften Schrittes nicht erfüllt ist, zum Erzeugen eines Rücksetzsignals und zum Bestimmen eines tiefpaßgefilterten Wertes des Befehlssignals als ein neues Befehlssignal;
einen vierzehnten Schritt, falls die Bedingung des zehnten Schrittes nicht erfüllt ist, zum Beurteilen ob oder ob nicht das Befehlssignal für den Rückhub empfangen wird;
einen fünfzehnten Schritt, falls die Bedingung des vierzehnten Schrittes erfüllt ist, zum Beurteilen, ob das Befehlssignal der vo rausgehenden Abfrage und das Befehlssignal der gegenwärtigen Abfrage für denselben Hub angelegt werden;
einen sechzehnten Schritt, falls die Bedingung des fünfzehnten Schrittes erfüllt ist, zum Erzeugen des stoßfreien Signals und zum Bestimmen des tiefpaßgefilterten Wertes des Befehlssignals als das neue Befehlssignal;
einen siebzehnten Schritt, falls die Bedingung des fünfzehnten Schrittes nicht erfüllt ist, zum Erzeugen des Rücksetzsignals und zum Bestimmen des tiefpaßgefilterten Wertes des Befehlssignals als das neue Befehlssignal;
einen achtzehnten Schritt, wenn alle Bedingungen des zweiten, sechs ten, zehnten und vierzehnten Schrittes nicht erfüllt sind, zum Beur teilen, ob das Befehlssignal der vorausgehenden Abfrage und das Be fehlssignal der gegenwärtigen Abfrage für denselben Hub angelegt werden;
einen neunzehnten Schritt, falls die Bedingung des achtzehnten Schrittes erfüllt ist, zum Erzeugen des stoßfreien Signals und zum Bestimmen des tiefpaßgefilterten Wertes des Befehlssignals als das neue Befehlssignal;
einen zwanzigsten Schritt, falls die Bedingung des achtzehnten Schrittes nicht erfüllt ist, zum Erzeugen des Rücksetzsignals und zum Bestimmen des tiefpaßgefilterten Wertes des Befehlssignals als das neue Befehlssignal;
einen einundzwanzigsten Schritt zum Ersetzen des Befehlssignals der gegenwärtigen Abfrage durch das Befehlssignal der vorausgehenden Ab frage, um so die Abfragezeit zu verlängern; und
einen zweiundzwanzigsten Schritt zum Begrenzen des tiefpaßgefilter ten Befehlssignals auf ein Intervall zwischen dem maximalen Wert und dem minimalen Wert des Befehlssignals, das in der Praxis verfügbar ist.
4. Vorrichtung zur Vermeidung von Stößen oder Schlägen eines
druckmittelbetätigten Kolbens (62a, 62b) in seinen Endlagen in einem
hydraulischen oder pneumatischen Stellantrieb (60a, 60b) einer Ar
beitsmaschine, mit einem Ventil (50a, 50b) zur Steuerung des Druck
mittelflusses zu dem Stellantrieb (60a, 60b), wobei die Vorrichtung
umfaßt:
einen Sensor (70a, 70b) zum Erfassen der Verlagerung des Kolbens (62a, 62b) des Stellantriebs (60a, 60b);
eine Steuereinheit zum Erzeugen eines Ventilstellsignals aus einem über eine Eingabeeinrichtung (31, 32) eingegebenen Befehlssignal für den Stellantrieb (60a, 60b) und einem Verlagerungssignal aus dem Sensor (70a, 70b);
und eine Programmsteuerung (in 40) zum Umwandeln des Ventilstellsig nals in ein tiefpaßgefiltertes Befehlssignal, das zur Steuerung des den Stellantrieb (60a, 60b) steuernden Ventils (50a, 50b) verwendet wird.
einen Sensor (70a, 70b) zum Erfassen der Verlagerung des Kolbens (62a, 62b) des Stellantriebs (60a, 60b);
eine Steuereinheit zum Erzeugen eines Ventilstellsignals aus einem über eine Eingabeeinrichtung (31, 32) eingegebenen Befehlssignal für den Stellantrieb (60a, 60b) und einem Verlagerungssignal aus dem Sensor (70a, 70b);
und eine Programmsteuerung (in 40) zum Umwandeln des Ventilstellsig nals in ein tiefpaßgefiltertes Befehlssignal, das zur Steuerung des den Stellantrieb (60a, 60b) steuernden Ventils (50a, 50b) verwendet wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das
Ventilstellsignal ein Rechteckimpulssignal ist.
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