EP3445977A1 - Verfahren zur druckluftversorgung eines druckluftverbrauchers, ventileinrichtung und datenträger mit einem computerprogramm - Google Patents

Verfahren zur druckluftversorgung eines druckluftverbrauchers, ventileinrichtung und datenträger mit einem computerprogramm

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EP3445977A1
EP3445977A1 EP17717658.3A EP17717658A EP3445977A1 EP 3445977 A1 EP3445977 A1 EP 3445977A1 EP 17717658 A EP17717658 A EP 17717658A EP 3445977 A1 EP3445977 A1 EP 3445977A1
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EP
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fluid
valve
pressure
compressed air
mass flow
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Matthias Doll
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Definitions

  • the invention relates to a method for supplying compressed air to a compressed air consumer, which has two fluidically separated, kinematically coupled working spaces, wherein each of the work spaces is assigned an independently controllable valve arrangement which between a blocking position, a first functional position for a fluidically communicating connection with a fluid source and a second Functional position for a fluidic communication with a fluid sink can be adjusted. Furthermore, the invention relates to a valve device for operating a compressed air consumer and a data carrier with a computer program for storage in a processing device of a valve device.
  • a method for compressed air supply of a compressed air consumer to determine a position of a movable component of the compressed air consumer, such as a working piston of a pneumatic cylinder, along a path of movement using a distance measuring system and provided by the Wegmesssystem
  • a processing of the position signal takes place, for example, to obtain from an absolute amount of the position signal and / or a temporal change of the position signal at least one information about a movement of the movable component of the compressed air consumer.
  • a valve arrangement associated with the processing device is subsequently activated in order to influence a fluid flow into a working space or from a working space of the compressed air consumer such that the movable component of the compressed air consumer reaches a predetermined position along the path of movement and / or at a predetermined speed along the path Movement can be moved.
  • the position signal of the displacement measuring system it is thus possible to control or regulate a valve position of the valve arrangement.
  • the change in the valve position as a function of the pressure conditions on the compressed air consumer and a compressed air source leads to different fluid flow rates to the compressed air consumer, which are detected by the processing device indirectly via the position signal of the position measuring system and lead to a renewed adjustment of the valve position.
  • the object of the invention is to provide a method for compressed air supply of a compressed air consumer, a valve device and a data carrier with a computer program for storage in a processing device of a valve device, which allows an improved provision of compressed air for a compressed air consumer.
  • each of the two valve assemblies individually as a function of a predetermined movement give up for the compressed air consumer and in, preferably exclusively, dependence on at least two pressure values from the group: supply pressure, first working space pressure, second working space pressure, outlet pressure, for providing a predeterminable course for a fluid mass flow or for providing a predeterminable course for one Fluid pressure in the respective working space or for providing a predetermined course of a valve cross-section is set.
  • a motion task can be, for example, moving a machine component coupled to the compressed air consumer along a, in particular rectilinear, movement path from a first functional position into a second functional position.
  • the motion task may have other constraints such as a maximum amount of time for the movement of the machine component
  • a coordination for the control of the two valve assemblies is required, which is performed for example by a processing device.
  • This coordination comprises the determination of at least two pressure values, which can be determined by means of pressure sensors on or in fluid lines, with which the valve arrangements are connected to the compressed air consumer or to a fluid source or a fluid sink. It is particularly preferably provided that the coordination of the control of the two valve arrangements is carried out exclusively on the basis of pressure values, so that elaborate metrological devices such as, for example, a displacement measuring system can be dispensed with.
  • Supply pressure is a pressure provided by a fluid source.
  • a working space pressure a pressure is referred to, which is present in a working space of the compressed air consumer.
  • the outlet pressure is a pressure which is present at a fluid outlet of a valve arrangement.
  • the processing device provided for carrying out the method serves for controlling the two valve arrangements and performs the control of the two valve arrangements in such a way that for at least one of the working spaces of the air consumer a course of a fluid mass flow or a fluid pressure can be specified or a valve cross-section of the valve assembly , which is assigned to the respective working space, can be adjusted.
  • fluid mass flows for the working spaces of a double-acting pneumatic cylinder designed to move a machine component can be set such that a moving speed of a piston rod of the pneumatic cylinder is within a predeterminable speed window and immediately before reaching a mechanically determined end position.
  • Position for the machine component and / or the piston rod is a deceleration of the piston rod.
  • the fluid mass flows for the working spaces of the compressed air consumer can be dimensioned such that the deceleration occurs as a result of energy-efficient operation of the compressed air consumer.
  • an energy supply to the compressed air consumer which takes place by providing compressed air, be dimensioned such that the supplied energy is exactly sufficient to move the compressed air consumer from a first functional position to a second functional position, without that at the end of the course of movement additional energy must be supplied to decelerate the compressed air consumer.
  • a size ratio between the two variable-sized working spaces is constant, can be brought about by providing fluid flows to the respective working spaces, which are also in a constant relationship to each other, a uniform movement of the pneumatic actuator.
  • a ventilation of a first working space with a predeterminable course for a first fluid pressure and a venting of a second working space with a predeterminable course for a second fluid mass flow or a predefinable course for a valve position of the second working space assigned Neten valve assembly takes place. Ventilation of the first working space with a predeterminable course for the first fluid pressure is of particular interest when the compressed air consumer, which is in particular a consumer
  • Can act pneumatic cylinder is oversized for the movement task to be performed. This can be the case, for example, if, for cost reasons and / or availability reasons, standard cylinders are used in a machine design, which optionally provide a larger lift and / or a greater maximum force than is required by the motion task.
  • a machine design which optionally provide a larger lift and / or a greater maximum force than is required by the motion task.
  • an energy-efficient operation of the compressed air consumer can be ensured despite a certain oversizing of the compressed air consumer.
  • an operating mode can also be spoken of a virtual supply pressure for the compressed air consumer, which is provided by means of those valve assembly which is assigned to this working space.
  • a fluid mass flow for the venting of the other working space a defined, in particular constant, moving speed for the actuator element of the compressed air consumer can be ensured.
  • it can be provided to influence a valve position for that valve arrangement which is connected to the working space to be relieved, in accordance with a predeterminable course, in order to limit a maximum speed for the actuator element in a simple manner.
  • a position of a movably received in an actuator housing actuator element is determined based on at least one fluid mass flow, which flows through one of the valve assemblies.
  • a position of the actuator element can be determined without a complex displacement measuring system, this applies, for example, in an embodiment of the compressed air consumer as
  • Pneumatic cylinder in which the actuator element can be formed by way of example by the working piston and the associated piston rod.
  • the position determined as a result can be used, for example, to influence a course of movement for the compressed air consumer, for example to ensure a smooth approach to a position.
  • the at least one fluid mass flow is determined with the following steps: determination of a first fluid pressure in a first section of a fluid channel of a valve arrangement which extends between an input connection for a fluidically communicating connection with a fluid source or fluid sink and a valve element a second fluid pressure in a second portion of the fluid passage of the valve assembly that extends between the valve member and an output port for fluidly communicating with a compressed air consumer, determining a flow value for the valve element from the two fluid pressures and a flow function, associating the flow value with a predeterminable fluid volume flow or fluid mass flow for the pressurized fluid, which is provided for the flow through the fluid channel, to a conductance and determination of a required Betchenistsene Rgie for an actuating device, which is designed for actuation of the valve element, and providing the actuating energy to the actuating device for setting the predeterminable fluid volume flow or fluid mass flow.
  • the objective of this method is thus to be able to set a fluid volume flow or fluid mass flow for the compressed air consumer to a predeterminable fluid volume flow on the basis of the determined pressure values and with knowledge of the fluid properties of the valve element used and thus directly influence a movement behavior of the compressed air consumer which is, for example, a pneumatic drive, in particular a pneumatic cylinder or pneumatic rotary actuator, to be able to take.
  • the fluid volume flow describes the flowing fluid volume per unit time.
  • the density of the fluid is additionally taken into account, whereby the calculation effort can be reduced.
  • the metrological effort for the control or regulation of the compressed air supply for the compressed air consumer can be kept low.
  • the valve element in response to a provision of energy, in particular electrical or fluid energy, to an actuator freely, in particular proportional to the amount of energy provided between a closed position with separate connection of the two fluid channel sections and an open position with free communicating connection of the two Fluid channel sections, can be moved.
  • a flow value is determined in a subsequent step on the basis of the fluid pressures and a flow function.
  • the flow function is, for example, a family of curves or a map in which the flow characteristics of the valve element for a fluid flowing through the valve element, depending on the pressure conditions before and after the valve element and in further dependence on a valve position of the valve element are deposited.
  • Flow value is then combined with a predeterminable fluid volume flow or fluid mass flow for the pressurized fluid to form a conductance.
  • This conductance is needed to determine an actuation energy for the actuator, which is designed for the actuation of the valve element.
  • the determined actuation energy is provided to the actuating device for setting the predeterminable fluid volume flow or fluid mass flow. It is preferably provided to cyclically repeat the method described above in more detail in order to allow, by way of example, regulation of at least one fluid volume flow or fluid mass flow for the compressed air consumer.
  • valve assembly is operated in the manner of a flow control valve, which can be dispensed with a complex and costly mass flow sensor in contrast to a flow control valve, since the entire determination of the fluid volume flow or fluid mass flow through the valve assembly is based on the pressure values from the pressure sensors be provided on or in the fluid channel.
  • the flow value is determined from the flow function, which is set in relation to a quotient of the first fluid pressure and the second fluid pressure and / or that the actuation energy is determined on the basis of the conductance and a, in particular experimentally determined, valve characteristic.
  • the pressure ratio across the valve element which can be determined as the quotient of the first fluid pressure and the second fluid pressure, is the quantity with which a precise assignment to flow properties of the valve element for a fluid through which the valve element flows, regardless of a level of the fluid pressure in the fluid channel, can be created.
  • the valve characteristic represents a relationship between a supply of energy, in particular electrical or fluidic energy, to the valve element and a resulting Functional position for the valve element ago. It is preferably provided to set the valve characteristic in relation to the determined conductance in order to be able to determine therefrom the energy required for achieving a desired functional position of the valve element for the actuating device.
  • the object of the invention is for a valve device of the type mentioned, which is designed for compressed air supply of a compressed air consumer having two fluidly isolated, kinematically coupled work spaces, each of the work spaces is assigned an independently controllable valve assembly, with the features of claim 8.
  • each of the valve arrangements comprises a fluid channel which is formed between an inlet connection for a fluidically communicating connection with a fluid source or fluid sink and an outlet connection for a fluidically communicating connection with a compressed air consumer, and a valve element which influences a cross section of the fluid channel is arranged movably in the fluid channel and to which an actuating device for changing a functional position is assigned, and a processing device for providing actuating energy to the actuating device, wherein a first pressure sensor is associated with a first section of the fluid channel between the input port and the valve element the second portion of the fluid channel between the valve element and the output port, a second pressure sensor is associated, wherein the processing means for performing a method n ach one of claims 1 to 7 is formed.
  • valve device it is provided that the respective second sections of the respective fluid Channels are connected to a common output terminal and that the input terminals are connected to different fluid sources or fluid sinks.
  • the processing device is connected to two pairs of two independently controllable valve arrangements, wherein the second portions of the respective fluid channels are respectively connected in pairs to a common output terminal and wherein a first input terminal of each pair with a Fluid source and a second input port of each pair is connected to a fluid sink, characterized in that the processing device is designed for a synchronous compressed air supply to the two working spaces with predeterminable fluid volume flow by selectively controlling the respective valve assemblies.
  • the valve arrangement is preferably designed as a proportional valve, in particular as a fluidically pilot-operated proportional valve.
  • the object of the invention is achieved by a data carrier with a computer program that is designed to be stored in a processing device of a valve device, wherein the computer program when processed in a processor of the processing device causes a method according to one of claims 1 to 5.
  • the data carrier may be a portable carrier medium, such as a CD, a DVD or a USB memory.
  • the data carrier can be designed as a drive or solid-state memory of a data server in which a plurality of different data are stored, to which a data server is stored Remote access can be accessed by the processing device, in particular on a data cloud / cloud.
  • Figure 1 is a schematic representation of a first embodiment of a fluidic system with a valve device and a compressed air consumer having two kinematically coupled to each other working spaces.
  • a fluidic system 1 shown in FIG. 1 is designed purely by way of example for providing a linear movement and for this purpose comprises a valve device 2 and a compressed air consumer 3.
  • the valve device 2 is designed as a pneumatic full bridge circuit with a total of four valve elements designed as 2/2-way proportional valves 4, 5, 6 and 7 realized, wherein each of the valve elements 4, 5, 6 and 7 purely by way of example as a solenoid valve with a magnetic drive 8, 9, 10 and 11 is formed as an actuating device.
  • the actuating device may also be designed as a piezo drive or magnetostrictive or otherwise suitable drive.
  • Each of the valve elements 4, 5, 6 and 7 can be switched with a suitable loading of the associated magnetic drives 8, 9, 10 and 11 with electrical energy between two functional positions, in particular a blocking position and an open position.
  • the magnetic drives 8, 9, 10 and 11 via control lines 15, 16, 17 and 18 are electrically connected to a processing device 19, the one Part of the valve device 2 forms and includes a microprocessor or microcontroller by way of example.
  • Each of the valve elements 4, 5, 6 and 7 is connected via fluid lines 20 to 27 associated with fluidic nodes 28 to 31 and forms with each paired fluid lines 20 to 27 each have a valve arrangement not designated in detail.
  • the fluid lines 20 to 23 are respectively designated as the first section of a fluid channel of the respective valve element 4, 5, 6 and 7.
  • the fluid lines 24 to 27, however, are referred to as second sections of a fluid channel of the respective valve element 4, 5, 6 and 7.
  • the fluid lines 20 and 21 open together at a fluidic node 28, the fluid lines 22 and 23 open together at the fluidic node 30, the fluid lines 24 and 25 open together at the fluidic node 29 and the fluid lines 26 and 27 open together at the fluidic node 31 from.
  • the fluidic node 28 is connected via a supply line 36 to a fluid source 32, while the fluidic node 30 is connected via an exhaust duct 37 with a fluid outlet, which is associated with a muffler 33.
  • the fluidic node 29 forms a first working port of the valve device 2 and is connected to a fluid port via a first connecting line 38
  • the supply line 36, the exhaust air line 37, the first connecting line 38 and the second connecting line 40 is connected to a fluid port 41 of the compressed air consumer 3.
  • at least one of the pressure sensors is arranged in a housing for the valve device or outside of such a housing.
  • the compressed air consumer 3 is designed purely by way of example as a double-acting pneumatic cylinder, in which a working piston 50, also referred to as a movable wall, is received linearly movable in a cylinder recess 51 of a cylinder housing 52 and thereby separates a first variable-size working space 53 from a second variable-volume working space 54.
  • the working piston 50 is connected to a piston rod 55, which passes through the cylinder housing 52 on the front side and can be displaced together with the working piston 50 along a rectilinear movement path 56 relative to the cylinder housing 52.
  • the working piston 50 is to be moved, starting from the position shown in FIG. 1, so that one end face of the working piston 50 is in contact with an opposing inner surface 58 of the working piston 50 Cylinder housing 52 is coming.
  • the predeterminable movement profile is embodied such that initially a uniform acceleration of the working piston 50 to a predefinable target speed, then a uniform movement of the working piston while maintaining the target speed and finally a deceleration of the working piston 50 to a vanishing speed.
  • valve element 4 and of the valve element 6 are provided by way of example, wherein a fluidically communicating connection between the fluid source 32, the fluidic node 29 and the second fluid port 39 is established via the valve element 4 and via the valve element 6 a fluidically communicating connection between the first fluid port 41, the fluidic node 31 and the fluid outlet with associated muffler 33 is made.
  • the processing device 19 first determines the sensor signals of the pressure sensors 42 to 45 in order to be able to calculate pressure ratios over the two valve elements 4 and 6. On the basis of these pressure ratios, in a subsequent step in the processing device 19 for each of the Venues tilelemente 4 and 6, a flow value for the respective valve element 4, 6 are determined from the two fluid pressures and a flow function. Subsequently, a linkage of the respective determined flow value with a predeterminable fluid volume flow or fluid mass flow, which is to be made available to the respective working space 53, 54, in order to achieve the desired movement of the working piston 50 according to the movement profile.
  • the result of this combination is referred to as conductance and is required to determine a required actuation energy for the respective magnetic drive 8, 10.
  • the actuation energy is determined for each of the magnetic drives 8, 10 by linking the conductance with a, in particular experimentally determined, valve characteristic. Subsequently, the actuation energy to the respective magnetic drives 8, 10 is provided and there leads to a movement of the respective unspecified valve spool of the respective valve elements 4, 6 and thus to a release of a fluidly communicating connection between the respective fluidic nodes 28 and 29 and 31 and 30.
  • a respective fluid volume flow or fluid mass flow is established between the fluid source 32 and the working space 54 and between the working space 53 and the muffler 33, which changes with a change in the pressures in the respective fluid lines 20 to 27 goes along.
  • the processing device 19 By cyclically recurring determination of the sensor signals of the pressure sensors 42 to 45 and the subsequent processing of the pressure ratios according to the above procedure, the processing device 19, the fluid volume flows for the two working chambers 53, 54 of the compressed air consumer 3 set so that the desired movement profile for the working piston 50 is maintained.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Druckluftversorgung eines Druckluftverbrauchers (3), der zwei fluidisch getrennte, kinematisch gekoppelte Arbeitsräume (53, 54) aufweist, wobei jedem der Arbeitsräume (53, 54) eine unabhängig ansteuerbare Ventilanordnung zugeordnet ist, die zwischen einer Sperrstellung, einer ersten Funktionsstellung für eine fluidisch kommunizierende Verbindung mit einer Fluidquelle (32) und einer zweiten Funktionsstellung für eine fluidisch kommunizierende Verbindung mit einer Fluidsenke (33) eingestellt werden kann und wobei jede der beiden Ventilanordnungen individuell in Abhängigkeit von einer vorgebbaren Bewegungsaufgabe für den Druckluftverbraucher (3) und in, vorzugsweise ausschließlicher, Abhängigkeit von wenigstens zwei Druckwerten aus der Gruppe: Versorgungsdruck, erster Arbeitsraumdruck, zweiter Arbeitsraumdruck, Auslassdruck, für eine Bereitstellung eines vorgebbaren Verlaufs für einen Fluidmassenstrom oder für eine Bereitstellung eines vorgebbaren Verlaufs für einen Fluiddruck im jeweiligen Arbeitsraum oder für eine Bereitstellung eine vorgebbaren Verlaufs eines Ventilquerschnitts eingestellt wird.

Description

Verfahren zur Druckluftversorgung eines Druckluftverbrauchers, Ventileinrichtung und Datenträger mit einem
Computerprogramm
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Druckluftversorgung eines Druckluftverbrauchers, der zwei fluidisch getrennte, kinematisch gekoppelte Arbeitsräume aufweist, wobei jedem der Arbeitsräume eine unabhängig ansteuerbare Ventilanordnung zugeordnet ist, die zwischen einer Sperrstellung, einer ersten Funktionsstellung für eine fluidisch kommunizierende Verbindung mit einer Fluidquelle und einer zweiten Funktionsstellung für eine fluidisch kommunizierende Verbindung mit einer Fluidsenke eingestellt werden kann. Ferner betrifft die Erfindung eine Ventileinrichtung zum Betreiben eines Druckluftverbrauchers und einen Datenträger mit einem Computerprogramm zur Speicherung in einer Verarbeitungseinrichtung einer Ventileinrichtung .
Gemäß einem der Anmelderin bekannten, druckschriftlich nicht niedergelegten Stand der Technik ist bei einem Verfahren zur Druckluftversorgung eines Druckluftverbrauchers vorgesehen, eine Position einer beweglichen Komponente des Druckluftverbrauchers, beispielsweise eines Arbeitskolbens eines Pneumatikzylinders, längs eines Bewegungswegs mit Hilfe eines Wegmesssystems zu ermitteln und ein vom Wegmesssystem bereitgestelltes Positionssignal an eine Verarbeitungseinrichtung bereitzustellen, in der eine Verarbeitung des Positionssignals erfolgt, um beispielsweise aus einem absoluten Betrag des Positionssignals und/oder einer zeitlichen Veränderung des Positionssignals wenigstens eine Information über eine Bewegung der beweglichen Komponente des Druckluftverbrauchers zu erhalten. Mit dieser Information wird anschließend eine der Verarbeitungseinrichtung zugeordnete Ventilanordnung angesteuert, um einen Fluidstrom in einen Arbeitsraum oder aus einem Arbeitsraum des Druckluftverbrauchers derart zu beeinflussen, dass die bewegliche Komponente des Druckluftverbrauchers an eine vorgegebene Position längs des Bewegungswegs und/oder mit einer vorgegebenen Geschwindigkeiten längs des Bewegungswegs bewegt werden kann. Auf Basis des Positionssignals des Wegmesssystems kann somit eine Steuerung oder Regelung einer Ventilstellung der Ventilanordnung erfolgen. Dabei führt die Veränderung der Ventilstellung in Abhängigkeit von den Druckverhältnissen am Druckluftverbraucher und einer Druckluftquelle zu unterschiedlichen Fluidvolumenströmen zum Druckluftverbraucher, die von der Verarbeitungseinrichtung mittelbar über das Positionssignal des Wegmesssystems erfasst werden und zu einer neuerlichen Anpassung der Ventilstellung führen .
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Druckluftversorgung eines Druckluftverbrauchers, eine Ventileinrichtung und einen Datenträger mit einem Computerprogramm zur Speicherung in einer Verarbeitungseinrichtung einer Ventileinrichtung bereitzustellen, mit denen eine verbesserte Bereitstellung von Druckluft für einen Druckluftverbraucher ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird für ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass jede der beiden Ventilanordnungen individuell in Abhängigkeit von einer vorgebbaren Bewegungs- aufgäbe für den Druckluf verbraucher und in, vorzugsweise ausschließlicher, Abhängigkeit von wenigstens zwei Druckwerten aus der Gruppe: Versorgungsdruck, erster Arbeitsraumdruck, zweiter Arbeitsraumdruck, Auslassdruck, für eine Bereitstellung eines vorgebbaren Verlaufs für einen Fluidmas- senstrom oder für eine Bereitstellung eines vorgebbaren Verlaufs für einen Fluiddruck im jeweiligen Arbeitsraum oder für eine Bereitstellung eine vorgebbaren Verlaufs eines Ventilquerschnitts eingestellt wird.
Bei einem als Aktor ausgebildeten Druckluftverbraucher, insbesondere einem Pneumatikzylinder, kann eine Bewegungsaufgabe beispielhaft darin bestehen, eine mit dem Druckluftverbraucher gekoppelte Maschinenkomponente längs eines, insbesondere geradlinigen, Bewegungswegs aus einer ersten Funktionsstellung in eine zweite Funktionsstellung zu bewegen. Ferner kann die Bewegungsaufgabe weitere Randbedingungen wie eine maximale Zeitdauer für die Bewegung der Maschinenkomponente
und/oder eine minimale und/oder eine maximale Beschleunigung bei der Bewegung der Maschinenkomponente umfassen. Um den Bedingungen der Bewegungsaufgabe gerecht zu werden, ist eine Koordination für die Ansteuerung der beiden Ventilanordnungen erforderlich, die beispielsweise von einer Verarbeitungseinrichtung durchgeführt wird. Diese Koordination umfasst die Ermittlung von wenigstens zwei Druckwerten, die mit Hilfe von Drucksensoren an oder in Fluidleitungen ermittelt werden können, mit denen die Ventilanordnungen mit dem Druckluftverbraucher oder mit einer Fluidquelle oder einer Fluidsenke verbunden sind. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Koordination der Ansteuerung der beiden Ventilanordnungen ausschließlich auf Basis von Druckwerten durchgeführt wird, so dass auf aufwändige messtechnische Einrichtungen wie beispielsweise ein Wegmesssystem verzichtet werden kann. Als Versorgungsdruck wird ein Druck bezeichnet, der von einer Fluidquelle bereitgestellt wird. Als Arbeitsraumdruck wird ein Druck bezeichnet, der in einem Arbeitsraum des Druckluft Verbrauchers vorliegt. Als Auslassdruck wird ein Druck bezeichnet, der an einem Fluidauslass einer Ventilanordnung vorliegt .
Die zur Durchführung des Verfahrens vorgesehene Verarbeitungseinrichtung dient zur Ansteuerung der beiden Ventilanordnungen und nimmt die Ansteuerung der beiden Ventilanordnungen in einer Weise vor, dass für wenigstens einen der bei den Arbeitsräume des Luftverbrauchers ein Verlauf eines Fluidmassenstroms oder eines Fluiddrucks vorgegeben werden kann oder ein Ventilquerschnitt der Ventilanordnung, die dem jeweiligen Arbeitsraum zugeordnet ist, eingestellt werden kann .
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche .
Zweckmäßig ist es, wenn eine Belüftung eines ersten Arbeitsraums mit einem vorgebbaren Verlauf für einen ersten Fluid- massenstrom und eine Entlüftung eines zweiten Arbeitsraums mit einem vorgebbaren Verlauf für einen zweiten Fluidmassen- strom, insbesondere bei konstantem Verhältnis von erstem Fluidmassenstrom zu zweitem Fluidmassenstrom, erfolgt. Hierdurch können beispielsweise Fluidmassenströme für die Arbeitsräume eines doppeltwirkend ausgebildeten Pneumatikzylin ders, der zur Bewegung einer Maschinenkomponente vorgesehen ist, derart eingestellt werden, dass eine Bewegungsgeschwindigkeit einer Kolbenstange des Pneumatikzylinders innerhalb eines vorgebbaren Geschwindigkeitsfensters liegt und unmittelbar vor einem Erreichen einer mechanisch bedingten End- Stellung für die Maschinenkomponente und/oder die Kolbenstange eine Abbremsung der Kolbenstange erfolgt. Durch diese Ab- bremsung kann vermieden werden, dass die Maschinenkomponente und/oder die Kolbenstange auf einen Endanschlag aufläuft und dadurch verschleißt. Zudem können die Fluidmassenströme für die Arbeitsräume des Druckluftverbrauchers derart bemessen sein, dass sich die Abbremsung als Resultat eines energieeffizienten Betriebs des Druckluftverbrauchers einstellt. Hierzu kann beispielhaft vorgesehen werden, eine Energiezufuhr an den Druckluftverbraucher, die durch Bereitstellung von Druckluft erfolgt, derart zu bemessen, dass die zugeführte Energie exakt dazu ausreicht, den Druckluftverbraucher aus einer ersten Funktionsstellung in eine zweite Funktionsstellung zu bewegen, ohne dass am Ende des Bewegungsverlaufs zusätzliche Energie zur Abbremsung des Druckluftverbrauchers zugeführt werden muss. Bei einer Versorgung eines Druckluftverbrauchers, bei dem ein Größenverhältnis zwischen den beiden größenveränderlichen Arbeitsräumen konstant ist, kann durch Bereitstellung von Fluidströmen an die jeweiligen Arbeitsräume, die ebenfalls in einem konstanten Verhältnis zueinander stehen, eine gleichförmige Bewegung des Druckluftaktors herbeigeführt werden.
Dies gilt insbesondere dann, wenn für den ersten Fluidmassenstrom und für den zweiten Fluidmassenstrom jeweils ein konstanter Verlauf vorgesehen ist.
Bei einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Belüftung eines ersten Arbeitsraums mit einem vorgebbaren Verlauf für einen ersten Fluiddruck und eine Entlüftung eines zweiten Arbeitsraums mit einem vorgebbaren Verlauf für einen zweiten Fluidmassenstrom oder einem vorgebbaren Verlauf für eine Ventilstellung der dem zweiten Arbeitsraum zugeord- neten Ventilanordnung erfolgt. Eine Belüftung des ersten Arbeitsraums mit einem vorgebaren Verlauf für den ersten Fluid- druck ist insbesondere dann von Interesse, wenn der Druck- luftverbraucher , bei dem es sich insbesondere um einen
Pneumatikzylinder handeln kann, für die auszuführende Bewegungsaufgabe überdimensioniert ist. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn bei einer Maschinenkonstruktion aus Kostengründen und/oder Verfügbarkeitsgründen auf Standardzylinder zurückgegriffen wird, die gegebenenfalls einen größeren Hub und/oder eine größere Maximalkraft bereitstellen, als dies durch die Bewegungsaufgabe erfordert wird. In einem solchen Fall kann durch Begrenzung des Fluiddrucks, der an den zu belüftenden Arbeitsraum bereitgestellt wird, trotz einer gewissen Überdimensionierung des Druckluftverbrauchers ein energieeffizienter Betrieb des Druckluftverbrauchers gewährleistet werden. Bei einer solchen Betriebsweise kann auch von einem virtuellen Versorgungsdruck für den Druckluftverbraucher gesprochen werden, der mit Hilfe derjenigen Ventilanordnung bereitgestellt wird, die diesem Arbeitsraum zugeordnet ist. Darüber hinaus kann durch Vorgabe eines Fluidmassenstroms für die Entlüftung des anderen Arbeitsraums eine definierte, insbesondere konstante, Bewegungsgeschwindigkeit für das Aktorelement des Druckluftverbrauchers gewährleistet werden. Alternativ kann vorgesehen sein, eine Ventilstellung für diejenige Ventilanordnung, die mit dem zu entlastenden Arbeitsraum verbunden ist, gemäß einem vorgebbaren Verlauf zu beeinflussen, um hierüber in einfacher Weise eine Maximalgeschwindigkeit für das Aktorelement zu begrenzen.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Position eines beweglich in einem Aktorgehäuse aufgenommenen Aktorelements anhand wenigstens eines Fluidmassenstroms ermittelt wird, der eine der Ventilanordnungen durchströmt. Somit kann ohne ein aufwändiges Wegmesssystem eine Position des Aktorelements ermittelt werden, dies gilt beispielsweise bei einer Ausführung des Druckluftverbrauchers als
Pneumatikzylinder, bei dem das Aktorelement exemplarisch durch den Arbeitskolben und die damit verbundene Kolbenstange gebildet werden kann. Die hierdurch ermittelte Position kann beispielhaft dazu genutzt werden, Einfluss auf einen Bewegungsverlauf für den Druckluftverbraucher zu nehmen, beispielsweise um ein sanftes Anfahren einer Position zu gewährleisten .
Bevorzugt ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Fluidmassenstrom mit den nachfolgenden Schritten ermittelt wird: Ermitteln eines ersten Fluiddrucks in einem ersten Abschnitt eines Fluidkanals einer Ventilanordnung, der sich zwischen einem Eingangsanschluss für eine fluidisch kommunizierende Verbindung mit einer Fluidquelle oder Fluidsenke und einem Ventilelement erstreckt, Ermitteln eines zweiten Fluiddrucks in einem zweiten Abschnitt des Fluidkanals der Ventilanordnung, der sich zwischen dem Ventilelement und einem Ausgangs - anschluss für eine fluidisch kommunizierende Verbindung mit einem Druckluftverbraucher erstreckt, Ermitteln eines Durchflusswerts für das Ventilelement aus den beiden Fluiddrücken und einer Durchflussfunktion, Verknüpfen des Durchflusswerts mit einem vorgebbaren Fluidvolumenstrom oder Fluidmassenstrom für das druckbeaufschlagte Fluid, der zur Durchströmung des Fluidkanals vorgesehen ist, zu einem Leitwert und Ermittlung einer benötigten Betätigungsenergie für eine Betätigungseinrichtung, die für eine Betätigung des Ventilelements ausgebildet ist, und Bereitstellen der Betätigungsenergie an die Betätigungseinrichtung zur Einstellung des vorgebbaren Fluid- volumenstroms oder Fluidmassenstroms . Die Zielsetzung dieses Verfahrens besteht somit darin, anhand der ermittelten Druckwerte und in Kenntnis der fluidtechni- schen Eigenschaften des verwendeten Ventilelements einen Fluidvolumenstrom oder Fluidmassenstrom für den Druckluftverbraucher auf einen vorgebbaren Fluidvolumenstrom einstellen zu können und damit unmittelbar Einfluss auf ein Bewegungs- verhalten des Druckluftverbrauchers, bei dem es sich beispielsweise um einen Druckluftantrieb, insbesondere um einen Pneumatikzylinder oder pneumatischen Schwenkantrieb handelt, nehmen zu können. Der Fluidvolumenstrom beschreibt das strömende Fluidvolumen pro Zeiteinheit. Beim Fluidmassenstrom wird zusätzlich die Dichte des Fluids mit berücksichtigt, wodurch der Berechnungsaufwand reduziert werden kann. Zudem Somit kann auch der messtechnische Aufwand für die Steuerung oder Regelung der Druckluftversorgung für den Druckluftverbraucher gering gehalten werden. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass für die Durchführung des Verfahrens lediglich Drucksensoren erforderlich sind, die zur Ermittlung von Fluiddrücken in den jeweiligen Abschnitten des Fluidka- nals der Ventilanordnung ausgebildet sind. Abgesehen davon, dass hierdurch auf ein typischerweise recht kostenintensives Wegmesssystem verzichtet werden kann, ergeben sich weitere Vorteile dadurch, dass die Drucksensoren in unmittelbarer Nähe des Ventilelements sowie einer Verarbeitungseinrichtung angeordnet werden können, die für eine Auswertung der Drucksignale der Drucksensoren sowie für eine Ansteuerung der Betätigungseinrichtung ausgebildet ist. Somit kann eine elektrische Verbindung zwischen den Drucksensoren und der Verarbeitungseinrichtung mit kurzen elektrischen Leitungen verwirklicht werden.
Für die Durchführung des Verfahrens ist vorgesehen, sowohl den Druck in dem ersten Fluidkanalabschnitt als auch in dem zweiten Fluidkanalabschnitt zu ermitteln, wobei die Ventilkanalabschnitte in Abhängigkeit von einer Funktionsstellung des Ventilelements fluidisch getrennt voneinander oder fluidisch kommunizierend miteinander verbunden sind. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Ventilelement in Abhängigkeit von einer Bereitstellung von Energie, insbesondere elektrischer oder fluidischer Energie, an eine Betätigungseinrichtung frei, insbesondere proportional zur bereitgestellten Energiemenge, zwischen einer Schließstellung mit getrennter Verbindung der beiden Fluidkanalabschnitte und einer Öffnungsstellung mit freier kommunizierender Verbindung der beiden Fluidkanalabschnitte, bewegt werden kann.
Nachdem eine Ermittlung des ersten Fluiddrucks und des zweiten Fluiddrucks erfolgt ist, wird in einem nachfolgenden Schritt anhand der Fluiddrücke und einer Durchflussfunktion ein Durchflusswert ermittelt. Bei der Durchflussfunktion handelt es sich beispielsweise um eine Kurvenschar oder ein Kennfeld, in der/in dem Strömungseigenschaften des Ventilelements für ein Fluid, das das Ventilelement durchströmt, in Abhängigkeit von den Druckbedingungen vor und nach dem Ventilelement und in weiterer Abhängigkeit von einer Ventilstellung des Ventilelements hinterlegt sind. Der ermittelte
Durchflusswert wird anschließend mit einem vorgebbaren Fluid- volumenstrom oder Fluidmassenstrom für das druckbeaufschlagte Fluids verknüpft, um einen Leitwert zu bilden. Dieser Leitwert wird dazu benötigt, eine Betätigungsenergie für die Betätigungseinrichtung, die für die Betätigung des Ventilelements ausgebildet ist, zu ermitteln. Anschließend erfolgt die Bereitstellung der ermittelten Betätigungsenergie an die Betätigungseinrichtung zur Einstellung des vorgebbaren Fluidvo- lumenstroms oder Fluidmassenstroms . Vorzugsweise ist vorgesehen, das vorstehend näher beschriebenen Verfahren zyklisch zu wiederholen, um hierüber beispielhaft eine Regelung wenigstens eines Fluidvolumenstroms oder Fluidmassenstroms für den Druckluftverbraucher zu ermöglichen .
Bei dieser Vorgehensweise wird die Ventilanordnung in der Art eines Durchflussregelventils betrieben, wobei im Unterschied zu einem Durchflussregelventil auf einen aufwändigen und kostenintensiven Massenstromsensor verzichtet werden kann, da die gesamte Ermittlung des Fluidvolumenstroms oder Fluidmassenstroms durch die Ventilanordnung auf Basis der Druckwerte erfolgt, die von den Drucksensoren am oder im Fluidkanal bereitgestellt werden.
Vorteilhafthafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Zweckmäßig ist es, wenn der Durchflusswert aus der Durchflussfunktion ermittelt wird, die in Beziehung zu einem Quotienten des ersten Fluiddrucks und des zweiten Fluiddrucks gesetzt wird und/oder dass die Betätigungsenergie anhand des Leitwerts und einer, insbesondere experimentell ermittelten, Ventilkennlinie ermittelt wird. Das Druckverhältnis über dem Ventilelement, das als Quotient des ersten Fluiddrucks und des zweiten Fluiddrucks ermittelt werden kann, ist diejenige Größe, anhand derer unabhängig von einem Niveau des Fluiddrucks im Fluidkanal eine präzise Zuordnung zu Strömungseigenschaften des Ventilelements für ein Fluid, das das Ventilelement durchströmt, geschaffen werden kann. Die Ventilkennlinie stellt einen Zusammenhang zwischen einer Bereitstellung von Energie, insbesondere elektrischer oder fluidischer Energie, an das Ventilelement und einer daraus resultierenden Funktionsstellung für das Ventilelement her. Bevorzugt ist vorgesehen, die Ventilkennlinie in Beziehung zu dem ermittelten Leitwert zu setzen, um daraus die zur Erzielung einer angestrebten Funktionsstellung des Ventilelements notwendige Energie für die Betätigungseinrichtung ermitteln zu können.
Die Aufgabe der Erfindung wird für eine Ventileinrichtung der eingangs genannten Art, die zur Druckluftversorgung eines Druckluftverbrauchers ausgebildet ist, der zwei fluidisch getrennte, kinematisch gekoppelte Arbeitsräume aufweist, wobei jedem der Arbeitsräume eine unabhängig ansteuerbare Ventilanordnung zugeordnet ist, mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Hierbei umfasst jede der Ventilanordnungen einen Fluid- kanal, der zwischen einem Eingangsanschluss für eine fluidisch kommunizierende Verbindung mit einer Fluidquelle oder Fluidsenke und einem Ausganganschluss für eine fluidisch kommunizierende Verbindung mit einem Druckluftverbraucher ausgebildet ist, sowie ein Ventilelement, das für eine Beeinflussung eines Querschnitts des Fluidkanals beweglich im Fluidka- nal angeordnet ist und dem eine Betätigungseinrichtung zur Veränderung einer Funktionsposition zugeordnet ist, und eine Verarbeitungseinrichtung für eine Bereitstellung von Betätigungsenergie an die Betätigungseinrichtung, wobei einem ersten Abschnitt des Fluidkanals zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ventilelement ein erster Drucksensor zugeordnet ist und wobei einem zweiten Abschnitt des Fluidkanals zwischen dem Ventilelement und dem Ausganganschluss ein zweiter Drucksensor zugeordnet ist, wobei die Verarbeitungseinrichtung für eine Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.
Bei einer Weiterbildung der Ventileinrichtung ist vorgesehen, dass die jeweiligen zweiten Abschnitte der jeweiligen Fluid- kanäle zu einem gemeinsamen Ausgangsanschluss verbunden sind und dass die Eingangsanschlüsse mit unterschiedlichen Fluid- quellen oder Fluidsenken verbunden sind.
In weiterer Ausgestaltung der Ventileinrichtung ist vorgesehen, dass die Verarbeitungseinrichtung mit zwei Paaren von jeweils zwei unabhängig voneinander ansteuerbaren Ventilanordnungen verbunden ist, wobei die zweiten Abschnitte der jeweiligen Fluidkanäle jeweils paarweise zu einem gemeinsamen Ausgangsanschluss verbunden sind und wobei ein erster Ein- gangsanschluss jedes Paars mit einer Fluidquelle und ein zweiter Eingangsanschluss jedes Paars mit einer Fluidsenke verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung für eine synchrone Druckluftversorgung der beiden Arbeitsräume mit vorgebbaren Fluidvolumenstromen durch wahlweise Ansteuerung der jeweiligen Ventilanordnungen ausgebildet ist.
Vorzugsweise ist die Ventilanordnung als Proportionalventil, insbesondere als fluidisch vorgesteuertes Proportionalventil, ausgebildet .
Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Datenträger mit einem Computerprogramm, das zur Speicherung in einer Verarbeitungseinrichtung einer Ventileinrichtung ausgebildet ist, gelöst, wobei das Computerprogramm bei Verarbeitung in einem Prozessor der Verarbeitungseinrichtung ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 bewirkt. Dabei kann es sich bei dem Datenträger portables Trägermedium wie beispielsweise eine CD, eine DVD oder einen USB-Speicher handeln. Alternativ kann der Datenträger als Laufwerk oder Festkörperspeicher eines Datenservers ausgebildet sein, in dem eine Vielzahl von unterschiedlichen Daten abgespeichert sind, auf die über einen Fernzugriff von der Verarbeitungseinrichtung zugegriffen werden kann, insbesondere auf eine Datenwolke/Cloud .
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines fluidischen Systems mit einer Ventileinrichtung und einem Druckluftverbraucher, der zwei kinematisch miteinander gekoppelte Arbeitsräume aufweist.
Ein in der Figur 1 gezeigtes fluidisches System 1 ist rein exemplarisch zur Bereitstellung einer Linearbewegung ausgebildet und umfasst hierzu eine Ventileinrichtung 2 und einen Druckluftverbraucher 3. Beispielhaft ist die Ventileinrichtung 2 als pneumatische Vollbrückenschaltung mit insgesamt vier jeweils als 2/2 -Wege-Proportionalventile ausgebildeten Ventilelementen 4, 5, 6 und 7 verwirklicht, wobei jedes der Ventilelemente 4, 5, 6 und 7 rein exemplarisch als Magnetventil mit einem Magnetantrieb 8, 9, 10 und 11 als Betätigungseinrichtung ausgebildet ist. Bei einer alternativen, nicht näher dargestellten Ausführungsform kann die Betätigungseinrichtung auch als Piezoantrieb oder magnetostriktiver oder anderweitig geeigneter Antrieb ausgebildet sein.
Jedes der Ventilelemente 4, 5, 6 und 7 kann bei geeigneter Beaufschlagung der zugeordneten Magnetantriebe 8, 9, 10 und 11 mit elektrischer Energie zwischen zwei Funktionsstellungen, insbesondere einer Sperrstellung und einer Öffnungsstellung, umgeschaltet werden. Hierzu sind die Magnetantriebe 8, 9, 10 und 11 über Steuerleitungen 15, 16, 17 und 18 mit einer Verarbeitungseinrichtung 19 elektrisch verbunden, die einen Bestandteil der Ventileinrichtung 2 bildet und beispielhaft einen Mikroprozessor oder Mikrocontroller umfasst.
Jedes der Ventilelemente 4, 5, 6 und 7 ist über zugeordnete Fluidleitungen 20 bis 27 mit fluidischen Knotenpunkten 28 bis 31 verbunden und bildet mit den jeweils paarweise zugeordneten Fluidleitungen 20 bis 27 jeweils eine nicht näher bezeichnete Ventilanordnung. Dabei werden die Fluidleitungen 20 bis 23 jeweils als erster Abschnitt eines Fluidkanals des jeweiligen Ventilelements 4, 5, 6 und 7 bezeichnet. Die Fluidleitungen 24 bis 27 werden hingegen als zweite Abschnitte eines Fluidkanals des jeweiligen Ventilelements 4, 5, 6 und 7 bezeichnet. Dabei münden die Fluidleitungen 20 und 21 gemeinsam an einem fluidischen Knotenpunkt 28 aus, die Fluidleitungen 22 und 23 münden gemeinsam an dem fluidischen Knotenpunkt 30 aus, die Fluidleitungen 24 und 25 münden gemeinsam an dem fluidischen Knotenpunkt 29 aus und die Fluidleitungen 26 und 27 münden gemeinsam an dem fluidischen Knotenpunkt 31 aus.
Rein exemplarisch ist der fluidische Knotenpunkt 28 über eine Versorgungsleitung 36 mit einer Fluidquelle 32 verbunden, während der fluidische Knotenpunkt 30 über eine Abluftleitung 37 mit einem Fluidauslass verbunden ist, dem ein Schalldämpfer 33 zugeordnet ist. Der fluidische Knotenpunkt 29 bildet einen ersten Arbeitsanschluss der Ventileinrichtung 2 und ist über eine erste Anschlussleitung 38 mit einem Fluidanschluss
39 des Druckluftverbrauchers 3 verbunden, während der fluidische Knotenpunkt 31 einen zweiten Arbeitsanschluss der Ventileinrichtung 2 bildet und über eine zweite Anschlussleitung
40 mit einem Fluidanschluss 41 des Druckluftverbrauchers 3 verbunden ist. Rein exemplarisch ist vorgesehen, dass der Versorgungsleitung 36, der Abluftleitung 37, der ersten Anschlussleitung 38 sowie der zweiten Anschlussleitung 40 jeweils ein Drucksensor 42 bis 45 zugeordnet ist, der jeweils für eine Erfassung des jeweiligen Fluiddrucks in der zugeordneten Leitung 36, 37, 38 und 40 sowie für eine Bereitstellung eines druckabhängigen Sensorsignals über eine jeweils zugeordnete Sensorleitung 46 bis 49 an die Verarbeitungseinrichtung 19 ausgebildet ist. Bei einer nicht näher dargestellten Ausführungsform ist wenigstens einer der Drucksensoren in einem Gehäuse für die Ventileinrichtung oder außerhalb eines solchen Gehäuses angeordnet .
Der Druckluftverbraucher 3 ist rein exemplarisch als doppeltwirkender Pneumatikzylinder ausgebildet, bei dem ein auch als bewegliche Wand bezeichneter Arbeitskolben 50 linearbeweglich in einer Zylinderausnehmung 51 eines Zylindergehäuses 52 aufgenommen ist und dadurch einen ersten größenvariablen Arbeitsraum 53 von einem zweiten größenvariable Arbeitsraum 54 trennt. Beispielhaft ist der Arbeitskolben 50 mit einer Kolbenstange 55 verbunden, die das Zylindergehäuse 52 stirnseitig durchsetzt und zusammen mit dem Arbeitskolben 50 längs eines geradlinigen Bewegungswegs 56 relativ zum Zylindergehäuse 52 verschoben werden kann.
Rein exemplarisch soll nachstehend beschrieben werden, welche Schritte in dem fluidischen System 1 durchzuführen sind, um eine Bewegung des Arbeitskolbens 50 mit der gekoppelten Kolbenstange 55 gemäß einem vorgebbaren Bewegungsprofil zu bewirken. Beispielhaft soll der Arbeitskolben 50 ausgehend von der Position gemäß der Darstellung der Figur 1 so bewegt werden, dass eine Stirnseite des Arbeitskolbens 50 in Anlage zu einer gegenüberliegend angeordneten Innenoberfläche 58 des Zylindergehäuses 52 kommt. Beispielhaft ist das vorgebbare Bewegungsprofil derart ausgebildet, das zunächst eine gleichförmige Beschleunigung des Arbeitskolbens 50 bis auf eine vorgebbare Zielgeschwindigkeit, anschließend eine gleichförmige Bewegung des Arbeitskolbens unter Beibehaltung der Zielgeschwindigkeit und zum Schluss eine Abbremsung des Arbeits - kolbens 50 bis auf eine verschwindende Geschwindigkeit erfolgt .
Für die geplante Bewegung des Arbeitskolbens 50 ist eine Zufuhr von druckbeaufschlagtem Fluid an den Arbeitsraum 54 erforderlich, während eine Abfuhr von Fluid aus dem Arbeitsraum 53 vorgesehen werden muss. Um das gewünschte Bewegungsprofil erzielen zu können, ist die Bereitstellung von vorgebbaren Fluidvolumenströmen zweckmäßig, da hierüber die Bewegungsgeschwindigkeit für den Arbeitskolben präzise eingestellt werden kann. Dementsprechend ist beispielhaft eine Ansteuerung des Ventilelements 4 sowie des Ventilelements 6 vorzusehen, wobei über das Ventilelement 4 eine fluidisch kommunizierende Verbindung zwischen der Fluidquelle 32, dem fluidischen Knotenpunkt 29 und dem zweiten Fluidanschluss 39 hergestellt wird und wobei über das Ventilelement 6 eine fluidisch kommunizierende Verbindung zwischen dem ersten Fluidanschluss 41, dem fluidischen Knotenpunkt 31 und dem Fluidauslass mit zugeordneten Schalldämpfer 33 hergestellt wird.
Um die Bewegung des Arbeitskolbens 50 gemäß dem vorstehend geschilderten Bewegungsprofil durchführen zu können, ermittelt die Verarbeitungseinrichtung 19 zunächst die Sensorsignale der Drucksensoren 42 bis 45, um Druckverhältnisse über den beiden Ventilelementen 4 und 6 berechnen zu können. Anhand dieser Druckverhältnisse kann in einem nachfolgenden Schritt in der Verarbeitungseinrichtung 19 für jedes der Ven- tilelemente 4 und 6 ein Durchflusswert für das jeweilige Ventilelement 4, 6 aus den beiden Fluiddrücken und einer Durchflussfunktion ermittelt werden. Anschließend erfolgt eine Verknüpfung des jeweils ermittelten Durchflusswerts mit einem vorgebbaren Fluidvolumenstrom oder Fluidmassenstrom, der dem jeweiligen Arbeitsraum 53, 54 zur Verfügung gestellt werden soll, um die gewünschte Bewegung des Arbeitskolbens 50 gemäß dem Bewegungsprofil zu erzielen. Das Ergebnis dieser Verknüpfung wird als Leitwert bezeichnet und wird zur Ermittlung einer benötigten Betätigungsenergie für den jeweiligen Magnetantrieb 8, 10 benötigt. Die Betätigungsenergie wird für jeden der Magnetantriebe 8, 10 durch Verknüpfung des Leitwerts mit einer, insbesondere experimentell ermittelten, Ventilkennlinie ermittelt. Anschließend wird die Betätigungsenergie an die jeweiligen Magnetantriebe 8, 10 bereitgestellt und führt dort zu einer Bewegung der jeweiligen, nicht näher bezeichneten Ventilschieber der jeweiligen Ventilelemente 4, 6 und somit zur einer Freigabe einer fluidisch kommunizierenden Verbindung zwischen den jeweiligen fluidischen Knotenpunkten 28 und 29 bzw. 31 und 30.
Durch die Ansteuerung der jeweiligen Ventilelemente der 4, 6 stellt sich jeweils ein Fluidvolumenstrom oder Fluidmassenstrom zwischen der Fluidquelle 32 und dem Arbeitsraum 54 sowie zwischen dem Arbeitsraum 53 und dem Schalldämpfer 33 ein, der mit einer Änderung der Drücke in den jeweiligen Fluidlei- tungen 20 bis 27 einhergeht. Durch zyklisch wiederkehrende Bestimmung der Sensorsignale der Drucksensoren 42 bis 45 sowie die nachfolgende Verarbeitung der Druckverhältnisse gemäß der vorstehenden Vorgehensweise kann die Verarbeitungseinrichtung 19 die Fluidvolumenströme für die beiden Arbeitsräume 53, 54 des Druckluftverbrauchers 3 so einstellen, dass das gewünschte Bewegungsprofil für den Arbeitskolben 50 eingehalten wird.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Druckluf versorgung eines Druckluftverbrauchers (3) , der zwei fluidisch getrennte, kinematisch gekoppelte Arbeitsräume (53, 54) aufweist, wobei jedem der Arbeitsräume (53, 54) eine unabhängig ansteuerbare Ventilanordnung zugeordnet ist, die zwischen einer Sperrstellung, einer ersten Funktionsstellung für eine fluidisch kommunizierende Verbindung mit einer Fluidquelle (32) und einer zweiten Funktionsstellung für eine fluidisch kommunizierende Verbindung mit einer Fluidsenke (33) eingestellt werden kann und wobei jede der beiden Ventilanordnungen individuell in Abhängigkeit von einer vorgebbaren Bewegungsaufgabe für den Druckluftverbraucher (3) und in, vorzugsweise ausschließlicher, Abhängigkeit von wenigstens zwei Druckwerten aus der Gruppe: Versorgungsdruck, erster Arbeitsraumdruck, zweiter Arbeitsraumdruck, Auslassdruck, für eine Bereitstellung eines vorgebbaren Verlaufs für einen Fluidmassenstrom oder für eine Bereitstellung eines vorgebbaren Verlaufs für einen Fluiddruck im jeweiligen Arbeitsraum oder für eine Bereitstellung eine vorgebbaren Verlaufs eines Ventilquerschnitts eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Belüftung eines ersten Arbeitsraums (53, 54) mit einem vorgebbaren Verlauf für einen ersten Fluidmassenstrom und eine Entlüftung eines zweiten Arbeitsraums (53, 54) mit einem vorgebbaren Verlauf für einen zweiten Fluidmassenstrom, ins- besondere bei konstantem Verhältnis von erstem Fluidmassenstrom zu zweitem Fluidmassenstrom, erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für den ersten Fluidmassenstrom und für den zweiten Fluidmas senstrom jeweils ein konstanter Verlauf vorgesehen ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Belüftung eines ersten Arbeitsraums (53, 54) mit einem vorgebbaren Verlauf für einen ersten Fluiddruck und eine Ent lüftung eines zweiten Arbeitsraums (53, 54) mit einem vorgeb baren Verlauf für einen zweiten Fluidmassenstrom oder einem vorgebbaren Verlauf für eine Ventilstellung der dem zweiten Arbeitsraum (53, 54) zugeordneten Ventilanordnung erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Position eines beweglich in einem Aktorgehäuse (52) aufgenommenen Aktorelements (50) anhand wenigstens eines Fluidmassenstroms ermittelt wird, der eine der Ventilanordnungen durchströmt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Fluidmassenstrom mit den nachfolgenden Schritten ermittelt wird: Ermitteln eines ersten Fluiddrucks in einem ersten Abschnitt (20, 21, 22, 23) eines Fluidkanals einer Ventilanordnung (2) , der sich zwischen einem Eingangs- anschluss (28, 30) für eine fluidisch kommunizierende Verbin dung mit einer Fluidquelle (32) oder Fluidsenke (33; 68) und einem Ventilelement (4, 5, 6, 7) erstreckt, Ermitteln eines zweiten Fluiddrucks in einem zweiten Abschnitt (24, 25, 26, 27) des Fluidkanals der Ventilanordnung (2) , der sich zwischen dem Ventilelement (4, 5, 6, 7) und einem Ausgangsan- schluss (29, 31) für eine fluidisch kommunizierende Verbindung mit einem Druckluftverbraucher (3) erstreckt, Ermitteln eines Durchflusswerts für das Ventilelement (4, 5, 6, 7) aus den beiden Fluiddrücken und einer Durchflussfunktion, Verknüpfen des Durchflusswerts mit einem vorgebbaren Fluidvolu- menstrom oder Fluidmassenstrom für das druckbeaufschlagte Fluid, der zur Durchströmung des Fluidkanals (20 bis 27) vorgesehen ist, zu einem Leitwert und Ermittlung einer benötigten Betätigungsenergie für eine Betätigungseinrichtung (8, 9, 10, 11) , die für eine Betätigung des Ventilelements (4, 5, 6, 7) ausgebildet ist, und Bereitstellen der Betätigungsenergie an die Betätigungseinrichtung (8, 9, 10, 11) zur Einstellung des vorgebbaren Fluidvolumenstroms oder Fluidmassenstrom.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflusswert aus der Durchflussfunktion ermittelt wird, die in Beziehung zu einem Quotienten des ersten Fluiddrucks und des zweiten Fluiddrucks gesetzt wird und/oder dass die Betätigungsenergie anhand des Leitwerts und einer, insbesondere experimentell ermittelten, Ventilkennlinie ermittelt wird .
8. Ventileinrichtung zur Druckluftversorgung eines Druck- luftverbrauchers (3) , der zwei fluidisch getrennte, kinematisch gekoppelte Arbeitsräume (53, 54) aufweist, wobei jedem der Arbeitsräume (53, 54) eine unabhängig ansteuerbare Ventilanordnung zugeordnet ist, wobei jede der Ventilanordnungen einen Fluidkanal umfasst, der zwischen einem Eingangsan- schluss (28, 30) für eine fluidisch kommunizierende Verbindung mit einer Fluidquelle (32) oder Fluidsenke (33) und einem Ausganganschluss (29, 31) für eine fluidisch kommunizierende Verbindung mit einem Druckluftverbraucher (3) ausgebildet ist, sowie ein Ventilelement (4, 5, 6, 7) , das für eine Beeinflussung eines Querschnitts des Fluidkanals beweglich im Fluidkanal angeordnet ist und dem eine Betätigungseinrichtung (8, 9, 10, 11) zur Veränderung einer Funktionsposition zugeordnet ist, sowie einer Verarbeitungseinrichtung (19) für eine Bereitstellung von Betätigungsenergie an die Betätigungseinrichtung (8, 9, 10, 11) umfasst, wobei einem ersten Abschnitt (20, 21, 22, 23) des Fluidkanals zwischen dem Ein- gangsanschluss (28, 30) und dem Ventilelement (4, 5, 6, 7) ein erster Drucksensor (43, 44) zugeordnet ist und wobei einem zweiten Abschnitt (24, 25, 26, 27) des Fluidkanals zwischen dem Ventilelement (4, 5, 6, 7) und dem Ausganganschluss (29, 31) ein zweiter Drucksensor (42, 45) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung (19) für eine Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.
9. Ventileinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen zweiten Abschnitte (24, 25, 26, 27) der jeweiligen Fluidkanäle zu einem gemeinsamen Ausgangsan- schluss (29, 31) verbunden sind und dass die Eingangsanschlüsse (28, 30) mit unterschiedlichen Fluidquellen (32) oder Fluidsenken (33) verbunden sind.
10. Ventileinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung (19) mit zwei Paaren von jeweils zwei unabhängig voneinander ansteuerbaren Ventil - anordnungen verbunden ist, wobei die zweiten Abschnitte (24, 25, 26, 27) der jeweiligen Fluidkanäle jeweils paarweise zu einem gemeinsamen Ausgangsanschluss (29, 31) verbunden sind und wobei ein erster Eingangsanschluss (28) jedes Paars mit einer Fluidquelle (32) und ein zweiter Eingangsanschluss (30) jedes Paars mit einer Fluidsenke (33) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung (19) für eine synchrone Druckluftversorgung der beiden Arbeitsräume (53, 54) mit vorgebbaren Fluidvolumenströmen durch wahlweise Ansteuerung der jeweiligen Ventilanordnungen ausgebildet ist.
11. Ventileinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung als Proportionalventil, insbe- sondere als fluidisch vorgesteuertes Proportionalventil, ausgebildet ist.
12. Datenträger mit einem Computerprogramm, das zur Speicherung in einer Verarbeitungseinrichtung einer Ventileinrichtung ausgebildet ist und das bei Verarbeitung in einem Pro- zessor der Verarbeitungseinrichtung (19) ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 bewirkt.
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