ITMI990069A1 - Dispositivo per il perfezionamento smorzato di uno stantuffospostabile in un cilindro contro almeno un arresto fisso - Google Patents

Description

Descrizione di una domanda di brevetto per invenzione industriale

DESCRIZIONE

L’invenzione riguarda un dispositivo per il posizionamento smorzato di uno stantuffo, spostabile in un cilindro, contro almeno un arresto fisso, in particolare per il posizionamento finale, con mezzi di sensore, collegati ad un dispositivo di regolazione elettronico, per il rilevamento della posizione dello stantuffo come segnale di valore effettivo e con una disposizione valvolare, regolabile mediante il dispositivo di regolazione, per la frenatura regolata dello stantuffo prima del raggiungimento della rispettiva posizione nominale, mediante influenzamento della contropressione dal lato di efflusso nel cilindro.

In un dispositivo di questo genere, noto dal brevetto DE 4201464 C2, in funzione della posizione viene predeterminato un andamento di valore nominale della velocità per ottenere la frenatura desiderata prima della posizione nominale. Si è però visto che una tale frenatura è eseguibile soltanto molto difficilmente con la precisione desiderata e con un dispendio di regolazione ragionevole.

Uno scopo della presente invenzione consiste perciò nell'indicare un dispositivo con una regolazione di frenatura migliorata, che possa venire realizzato in modo relativamente semplice con grande precisione.

Questo scopo viene raggiunto secondo l'invenzione per il fatto che per la formazione della grandezza di regolazione per la valvola proporzionale è prevista una regolazione di posizione, che è modificata da un valore dipendente dalla velocità e/o accelerazione istantanea dello stantuffo.

La soluzione secondo l'invenzione consiste perciò in una regolazione di posizione semplice, che agisce sulla valvola proporzionale, ove componenti dipendenti dalla velocità e dall'accelerazione vengono aggiunte come grandezze correttive o grandezze additive, per ottenere un comportamento di frenatura ottimale. Il regolatore elettronico è eseguito perciò come regolatore di stato a tre anelli. Grazie alla mancanza di dispositivi di smorzamento meccanici, pneumatici o idraulici, possono venire raggiunti tempi ciclo migliori. I dispositivi di smorzamento meccanici, in particolare per lo smorzamento finale, possono mancare completamente.

Grazie agli accorgimenti riportati nelle sottorivendicazioni sono possibili vantaggiosi perfezionamenti e miglioramenti del dispositivo indicato nella rivendicazione 1.

Lo scarto di regolazione di posizione viene combinato con il valore dipendente dalla velocità e con il valore dipendente dall'accelerazione, preferibilmente in modo additivo o sottrattivo. La velocità e l'accelerazione non devono venire rilevate separatamente, bensì il valore dipendente dalla velocità viene formato differenziando il valore effettivo del segnale di posizione, e il valore dipendente dall'accelerazione differenziando il valore dipendente dalla velocità, per la qual cosa sono necessari soltanto elementi differenziatori, oppure la formazione del differenziale avviene mediante un microcalcolatore, senz'altro presente.

Il valore dipendente dalla velocità e/o il valore dipendente dall'accelerazione e/o il valore dello scarto di regolazione modificato vengono combinati vantaggiosamente in modo moltiplicativo con un fattore di amplificazione del regolatore. La regolazione dei fattori di amplificazione del regolatore può avvenire per esempio mediante organi di regolazione con l'aiuto di tabelle, ove si può tener conto di grandezze influenzanti come masse in movimento, lunghezza del percorso di movimento, tipo di cilindro o simili.

Il valore dello scarto di regolazione modificato può venire combinato in modo vantaggioso additivamente o sottrattivamente anche con un valore di offset, cosicché anche successivamente si può tener conto in modo semplice di grandezze influenzanti risultanti, fenomeni di invecchiamento o simili.

Come disposizione valvolare è adatta soprattutto un valvola proporzionale, in particolare un valvola proporzionale 5/3. Una tale disposizione valvolare è opportunamente in collegamento operativo con le due zone di estremità del cilindro, in particolare tramite condutture in pressione corrispondenti.

Per l'influenzamento della pressione di azionamento del lato d'ingresso e/o della contropressione del lato di uscita attraverso la disposizione valvolare, in modo vantaggioso viene modificata la sezione trasversale dal lato di ingresso e/o di uscita e/o viene realizzata una connessione con una sorgente di contropressione.

Per il rilevamento automatico delle due posizioni finali, il dispositivo di regolazione elettronico presenta in modo vantaggioso un primo modo di apprendimento per il rilevamento di queste posizioni finali. In questo caso sono previsti primi mezzi di comando per l'avvicinamento sequenziale alle due posizioni finali e la memorizzazione dei valori di posizione finale, rilevati nelle corrispondenti posizioni di arresto.

Inoltre il dispositivo di regolazione elettronico può presentare anche un secondo modo di apprendimento per la regolazione di un comportamento di frenatura ottimale. Grazie a questo adattamento viene ottimizzato il comportamento di marcia, la regolazione avvenendo opportunamente mediante corrispondente predeterminazione dei fattori di amplificazione del regolatore, che vengono regolati automaticamente. La regolazione può avvenire anche in alternativa o addizionalmente anche tramite una predeterminazione automatica del valore di offset.

Un esempio d'esecuzione dell'invenzione è rappresentato nel disegno e descritto più in dettaglio nella seguente descrizione.

La figura 1 mostra una rappresentazione schematica di un esempio d’esecuzione dell'invenzione con un cilindro a doppia azione e una valvola proporzionale 5/3, e

la figura 2 mostra uno schema a blocchi per l'illustrazione del modo di funzionamento della regolazione di posizione.

Nel caso dell'esempio d'esecuzione rappresentato schematicamente in figura 1 uno stantuffo 10 è disposto in modo spostabile in un cilindro 11 a doppia azione. Da entrambe le estremità del cilindro 11 si estendono condutture in pressione 13, 14 verso una valvola proporzionale 5/3 15, che per la regolazione di una sezione trasversale di apertura, corrispondente ad un segnale in ingresso elettrico analogico, possiede all'uscita di valvola un organo di azionamento 16 elettrico corrispondente. Nella posizione neutra rappresentata entrambe le condutture in pressione 13, 14 sono connesse con condutture di aerazione 17. Una sorgente di pressione 18 pneumatica o idraulica in questa posizione neutra è separata dal cilindro 11.

La posizione della valvola viene rispettivamente impostata e regolata con l'ausilio di un dispositivo di regolazione 19 elettronico. Nella prima direzione di regolazione uno spostamento dello stantuffo avviene mediante alimentazione con pressione del primo lato di stantuffo nella prima direzione e nell'altra direzione di regolazione mediante alimentazione con pressione dell'altro lato di stantuffo nell'altra direzione. Una simile valvola proporzionale viene commercializzata per esempio dalla richiedente con la denominazione MPYE-5-1/8.

Lo stantuffo 10 aziona una slitta 20, che si muove sul lato esterno del cilindro 11 fra due arresti fissi 21, 22, la cui posizione può anche venire modificata. L'azionamento della slitta 20 mediante lo stantuffo 10 avviene o mediante accoppiamento magnetico, o mediante una connessione diretta meccanica attraverso la fessura del cilindro 11 eseguito come cilindro fessurato, o tramite un'asta di stantuffo non rappresentata, che è connessa all'esterno con la slitta 20.

Un percorso del sensore di posizione 23 per il rilevamento della posizione effettiva della slitta 20 o dello stantuffo 10 è eseguito per esempio come potenziometro lineare e si estende sostanzialmente lungo il cilindro 11. Se soltanto le due posizioni di estremità dello stantuffo 10 devono venire avvicinate in modo regolato o smorzato, questo percorso del sensore di posizione 23 può estendersi anche soltanto lungo le due zone di estremità. Il segnale corrispondente alla posizione effettiva della slitta 20 viene alimentato come segnale di valore effettivo x al dispositivo di regolazione 19 elettronico. Inoltre, nel dispositivo di regolazione 19 elettronico viene alimentato o formato un segnale di valore nominale w, corrispondente alla posizione nominale dello stantuffo 10. Da questi segnali nel dispositivo di regolazione 19 elettronico viene poi formata la grandezza di regolazione y per la regolazione della valvola proporzionale 15.

Questa formazione della grandezza di regolazione y a partire dal segnale di valore effettivo x e dal segnale di valore nominale w viene illustrata più in dettaglio con l'aiuto della figura 2. La regolazione di posizione base consiste nel confrontare il segnale di valore effettivo x in un punto di somma 24 con il segnale di valore nominale w. La differenza viene alimentata ad un secondo punto di somma 25, ove viene eseguita ancora una correzione dipendente dalla velocità e dall'accelerazione. Questa consiste nel formare dal segnale di valore effettivo x mediante un primo stadio differenziatore 26 un segnale x dipendente dalla velocità dello stantuffo. Da questo, in un secondo stadio differenziatore 27 viene formato un segnale x dipendente dall'accelerazione dello stantuffo. Il segnale x dipendente dalla velocità, in un primo stadio moltiplicatore 28 viene amplificato con un fattore di amplificazione del regolatore Kl, e il segnale x dipendente dall'accelerazione, in un secondo stadio moltiplicatore 29, viene amplificato con un secondo fattore di amplificazione del regolatore K2. Nel secondo punto di somma 25 si tiene allora conto in modo sottrattivo delle grandezze .amplificate con questi fattori di amplificazione del regolatore K1 e K2.

Il segnale di uscita del secondo punto di somma 25 viene alimentato con un ulteriore fattore di amplificazione del regolatore KO in un terzo stadio moltiplicatore 30. In un terzo punto di somma 31, collegato in cascata, si tiene conto ancora di un segnale di offset OF come grandezza di correzione, per ottenere infine la grandezza di regolazione Y per la valvola proporzionale 15.

Grazie al dispositivo di regolazione descritto, la posizione nominale di volta in volta predeterminata viene avvicinata in modo smorzato tale per cui mediante frenatura corrispondente dello stantuffo si giunge all'arresto esattamente nella posizione nominale, senza che si manifestino processi di sovraelongazione o forti urti nelle posizioni finali. Questo viene ottenuto mediante l'influenzamento della regolazione, dipendente dalla velocità e dall ' accelerazione.

Per la frenatura dello stantuffo portato molto rapidamente alla velocità di spostamento desiderata, prima del raggiungimento della posizione nominale, mediante corrispondente azionamento della valvola proporzionale 15, innanzitutto viene ridotta sempre più la sezione trasversale di apertura dal lato dell'uscita, ove per una frenatura ancora più intensa addirittura mediante commutazione della valvola proporzionale 15 può venire instaurata anche una contropressione mediante alimentazione con la sorgente di pressione 18. Questi due accorgimenti possono venire impiegati o in alternativa o in modo da completarsi mutuamente, essendo possibile anche un azionamento impulsivo della valvola proporzionale 15.

La regolazione di posizione può riferirsi ad entrambi gli arresti di fine corsa o comprendere anche tutte le posizioni intermedie. Quando lo stantuffo raggiunge una posizione finale, esso viene fissato in questa posizione finale mediante una sollecitazione a compressione. Per il fissaggio di posizioni intermedie entrambi i lati dello stantuffo vengono alimentati con una pressione e/o avviene un fissaggio meccanico.

Nel dispositivo di regolazione 19 elettronico è contenuto un modo di apprendimento, che viene eseguito per esempio automaticamente alla prima messa in funzione. Innanzitutto in un modo di apprendimento statico vengono rilevate le due posizioni finali. A tale scopo lo stantuffo 10 viene spostato in sequenza molto lentamente nelle due posizioni finali, fino a che la slitta 20 non giunge a contatto con il rispettivo arresto fisso 21 o 22. Almeno un arresto fisso 21 o 22 può essere disposto anche in una posizione che differisce da una posizione finale. La rispettiva posizione viene allora memorizzata nel dispositivo di regolazione 19 elettronico come posizione nominale w. Dopo la memorizzazione delle due posizioni finali avviene allora un modo di apprendimento dinamico (adattamento). Qui viene ottimizzato il comportamento di marcia. Lo stantuffo 10 in questo caso viene spostato in modo regolato rispettivamente in una o entrambe le posizioni finali e frenato prima del raggiungimento di queste posizioni finali in una prima regolazione grossolana, in cui i fattori di amplificazione del regolatore possiedono innanzitutto una impostazione di base. In caso di frenatura troppo prematura o troppo ritardata i fattori di amplificazione del regolatore e il segnalò di offset vengono quindi adattati automaticamente, fino a che non si sia raggiunto un comportamento di frenatura ottimale.

I fattori di amplificazione del regolatore possono venire impostati o preimpostati anche con l'ausilio di tabelle per esempio tramite una codificazione DIL. Per la lettura dei valori di tabella per i tre fattori di amplificazione del regolatore si può tener conto per esempio, come parametri, della massa di stantuffo e slitta, del tipo di cilindro, della lunghezza del cilindro e della sezione trasversale del cilindro.

La realizzazione del concetto del regolatore rappresentato in figura 2 avviene per esempio mediante un microcontrollore.

Anche durante il funzionamento può venire mantenuto un adattamento automatico, cioè si possono adattare continuamente variazioni di caratteristiche di scorrimento, masse, fenomeni di invecchiamento e simili, perchè vengano compensati per esempio mediante variazione del valore di offset OF. Anche nel modo di apprendimento primario, il valore di offset può venire regolato o modificato.

Claims (16)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo per il posizionamento smorzato di uno stantuffo, spostabile in un cilindro, contro almeno un arresto fisso, in particolare per il posizionamento di fine corsa, con mezzi di sensore collegati ad un dispositivo di regolazione elettronico, per il rilevamento della posizione dello stantuffo come segnale di valore effettivo, e con una disposizione valvolare, regolabile mediante il dispositivo di regolazione, per la frenatura regolata dello stantuffo prima del raggiungimento della rispettiva posizione nominale mediante influenzamento della contropressione dal lato di deflusso nel cilindro, caratterizzato dal fatto che per la formazione della grandezza di regolazione (y) per la valvola proporzionale (15) è prevista una regolazione di posizione, che è modificata da un valore dipendente dalla velocità (x) e/o accelerazione (x) istantanea dello stantuffo (10).
2. 2. Dispositivo secondo la riv. 1, caratterizzato dal fatto che lo scarto di regolazione di posizione è combinato in modo additivo o sottrattivo con il valore dipendente dalla velocità e con il valore dipendente dall'accelerazione.
3. 3. Dispositivo secondo la riv. 1 o 2, caratterizzato dal fatto che il valore (x), dipendente dalla velocità, è formato mediante formazione del differenziale del valore effettivo del segnale di posizione (x), e il valore (x), dipendente dall'accelerazione, è formato mediante formazione del differenziale del valore (x) dipendente dalla velocità.
4. 4. Dispositivo secondo una delle riv. precedenti, caratterizzato dal fatto che il valore (x), dipendente dalla velocità, e/o il valore (x) dipendente dall'accelerazione, e/o il valore dello scarto di regolazione modificato è combinato moltiplicativamente con un fattore di amplificazione del regolatore (K1, K2, KO).
5. 5. Dispositivo secondo la riv. 4, caratterizzato dal fatto che i fattori di amplificazione del regolatore (K1, K2, K0) sono regolabili mediante organi di regolazione con l'aiuto di tabelle.
6. 6. Dispositivo secondo una delle riv. precedenti, caratterizzato dal fatto che il valore dello scarto di regolazione modificato è combinato in modo additivo o sottrattivo con un valore di offset (OF).
7. 7. Dispositivo secondo una delle riv. precedenti, caratterizzato dal fatto che la disposizione valvolare (15) è una valvola proporzionale, in particolare una valvola proporzionale 5/3.
8. 8. Dispositivo secondo la riv. 7, caratterizzato dal fatto che la disposizione valvolare (15) eseguita come valvola proporzionale, è connessa con entrambe le zone di estremità del cilindro mediante condutture.
9. 9. Dispositivo secondo una delle riv. precedenti, caratterizzato dal fatto che per l'influenzamento della contropressione sul lato di uscita tramite la disposizione . valvolare (15), la sezione trasversale dal lato di uscita viene variata e/o viene realizzata una connessione con una sorgente di contropressione (18).
10. 10. Dispositivo secondo una delle riv . precedenti, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di regolazione (19) elettronico presenta un primo modo di apprendimento per il rilevamento delle due posizioni finali predeterminate da arresti fissi (21, 22).
11. 11. Dispositivo secondo la riv. 10, caratterizzato dal fatto che sono previsti primi mezzi di comando per l'avvicinamento sequenziale alle due posizioni finali e memorizzazione dei valori di posizione finale rilevati nelle corrispondenti posizioni di arresto.
12. 12. Dispositivo secondo la riv. 10 o 11, caratterizzato dal fatto che le posizioni finali sono regolabili mediante variazione della posizione degli arresti fissi (21, 22).
13. 13. Dispositivo secondo una delle riv. precedenti, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di regolazione (19) elettronico presenta un secondo modo di apprendimento per la regolazione di un comportamento di frenatura ottimale.
14. 14. Dispositivo secondo le riv. 4 e 13, caratterizzato dal fatto che la regolazione avviene mediante corrispondente predeterminazione dei fattori di amplificazione del regolatore (Kl, K2, KO).
15. 15. Dispositivo secondo una delle riv. precedenti, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di regolazio elettronico presenta un regolatore di stato a tre anelli.
16. 16. Dispositivo secondo una delle riv. prece caratterizzato dal fatto che i mezzi di sensore rilevamento della posizione dello stantuffo sono esegui potenziometri lineari.