EP0654608A1 - Verfahren zum Steuern der Bewegung eines Druckmittelzylinders und Druckmittelzylinder - Google Patents

Verfahren zum Steuern der Bewegung eines Druckmittelzylinders und Druckmittelzylinder Download PDF

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EP0654608A1 EP94117703A EP94117703A EP0654608A1 EP 0654608 A1 EP0654608 A1 EP 0654608A1 EP 94117703 A EP94117703 A EP 94117703A EP 94117703 A EP94117703 A EP 94117703A EP 0654608 A1 EP0654608 A1 EP 0654608A1
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Abstract

Bei einem kolbenstangenlosen Druckmittelzylinder wird zur Erhöhung der Geschwindigkeit vorgeschlagen, die Abbremsung nicht durch den Strömungswiderstand des aus dem stirnseitigen Ende des Gehäuses ausströmenden Druckmittels zu bewirken, sondern beim Abbremsen in diesen Stirnraum Druckluft einzubringen. Dadurch erfolgt eine schnellere Abbremsung. Die schnellere Abbremsung ermöglicht es, den Querschnitt des Strömungsmittelauslasses zu vergrößern, so daß der Strömungswiderstand kleiner wird. Der kleinere Strömungswiderstand, der während der gesamten Bewegung des Kolbens als Gegenkraft wirkt, ermöglicht eine höhere Geschwindigkeit des Kolbens.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einem kolbenstangenlosen Druckmittelzylinder. 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 abgedichtet, 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 Atmosphärendruck verringert wird. Der Kolben wird dann bis zum Stillstand abgebremst, wobei die Bremskraft durch den Strömungswiderstand 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 Bewegung des Kolbens, so daß die mit einem solchen Druckmittelzylinder 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 Druckmittelzylinder mit den Merkmalen des Anspruchs 9 vor. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
  • Würde man zur Erhöhung der Geschwindigkeit nur den Querschnitt 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 ausnutzbare 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 ausgelöst wird, d. h. nach Ablauf einer bestimmten Zeit ab Beginn der Bewegung. Dieser Zeitpunkt kann auf die jeweilige Anwendungssituation 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 Geschwindigkeit oder die Position des Kolbens berücksichtigt werden.
  • Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß bei dem Abbremsvorgang überprüft wird, ob der Kolben das Ende seines Wegs, den er zurücklegen soll, auch erreicht. Dies kann beispielsweise 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 wahrscheinlich 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 Meßeinrichtung 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 Stoßdämpfer 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 Richtungen 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 Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sowie anhand der Zeichnung. Hierbei zeigt die einzige Zeichnungsfigur 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 kreiszylindrischen 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 abgedichtet 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 Druckmittelleitung 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 dargestellten Druckmittelquelle verbinden, beispielsweise einer Druckluftquelle. 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 verschiedene 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 augenblickliche Position des Kolbens 5 angibt. Beispielsweise kann der seitlich an dem Kolben 5 angebrachte Ansatz 16 mit der Positionsmeßeinheit 14 zusammenwirken und dadurch die Position des Kolbens 5 angeben. Die Steuereinrichtung 12 kann aus den Positionsangaben und ihr aufgrund eines Zeitglieds 17 bekannten Zeitablaufs die Geschwindigkeit des Kolbens berechnen.
  • Die Wirkungsweise der Steuerung 11 des von der Erfindung vorgeschlagenen Druckmittelzylinders ist die folgende:
    Soll der Kolben 5 von seiner einen Endstellung, beispielsweise 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 Druckmittelquelle 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 gewünschten 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 Möglichkeiten vorgesehen werden. Zum einen kann die Steuereinrichtung 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 zeitweilige 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 unterschreitet, schon dann eine Unterbrechung der Bremsung erfolgt, 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 Hochgeschwindigkeitszylinders 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 schneiden. Dadurch läßt sich die Produktivität einer solchen Anlage deutlich erhöhen.

Claims (15)

  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 und vorzugsweise die Gegenbelüftung in Abhängigkeit von der Position und/oder Geschwindigkeit des Kolbens (5) ausgelöst wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem nach Beginn des Abbremsens überprüft wird, ob der Kolben (5) das Ende des Wegs erreicht, und gegebenenfalls die Gegenbelüftung unterbrochen wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Bewegung des Kolbens (5) am Ende des Gehäuses (1) zusätzlich von einem Stoßdämpfer abgebremst wird.
  8. Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder, mit
    8.1 einem einen Innenraum (2) aufweisenden Gehäuse (1)
    8.2 einem in dem Innenraum (2) verschiebbar angeordneten Kolben (5), der
    8.2.1 den Innenraum (2) in zwei gegenseitig abgedichtete Teilräume (2a, 2b) aufteilt,
    8.3 im Bereich jedes Endes des Gehäuses (1) je mindestens einem Druckmitteldurchgang (7), der
    8.3.1 mit je einem Ventil (9) verbunden ist, sowie mit
    8.4 einer Steuereinrichtung (12) zum Ansteuern der Ventile (9), die
    8.4.1 zur Bewegung des Kolbens (5) das dem einen Teilraum (2a, 2b) zugeordnete Ventil (9) mit einer Druckmittelquelle verbindet und
    8.4.2 das dem anderen Teilraum (2b, 2a) zugeordnete Ventil (9) öffnet, und
    8.4.3 kurz vor Erreichen des Endes der Bewegung des Kolbens (5) das diesem Teilraum (2b, 2a) zugeordnete Ventil (9) mit einer Druckmittelquelle verbindet.
  9. Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder nach Anspruch 8, bei dem die Steuereinrichtung (12) im Stillstand die den beiden Teilräumen (2a, 2b) zugeordnete Ventile (9) öffnet.
  10. Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder nach einem der Ansprüche 8 oder 9, bei dem die Steuereinrichtung (12) das den Antrieb bewirkende Ventil (9) schon vor dem Stillstand öffnet, gegebenenfalls gleichzeitig mit dem Beginn der Gegenbelüftung.
  11. Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem die Steuereinrichtung (12) ein Zeitglied (17) aufweist, das nach Ablauf einer eingestellten Zeit die Gegenbelüftung auslöst.
  12. Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder nach einem der Ansprüche 8 bis 11, mit einer Meßeinrichtung (14) zur Messung der Position und/oder der Geschwindigkeit des Kolbens (5).
  13. Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei dem die Steuereinrichtung (12) derart ausgebildet ist, daß sie die Ventile (9) taktend betätigen kann.
  14. Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder nach einem der Ansprüche 8 bis 13, mit einem Stoßdämpfer zur Abbremsung des Kolbens (5) am Ende des Gehäuses (1).
  15. Kolbenstangenloser Druckmittelzylinder nach einem der Ansprüche 8 bis 14, mit einer Eingabeeinrichtung (13) zum Festlegen und/oder Ändern der Bedingungen des Gegenbelüftens.
EP94117703A 1993-11-19 1994-11-10 Verfahren zum Steuern der Bewegung eines Druckmittelzylinders und Druckmittelzylinder Expired - Lifetime EP0654608B1 (de)

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