WO2013004690A1 - Pneumatic actuating drive with hydraulic damping - Google Patents

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WO2013004690A1
WO2013004690A1 PCT/EP2012/062900 EP2012062900W WO2013004690A1 WO 2013004690 A1 WO2013004690 A1 WO 2013004690A1 EP 2012062900 W EP2012062900 W EP 2012062900W WO 2013004690 A1 WO2013004690 A1 WO 2013004690A1
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WO
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pneumatic
damping
unit
hydraulic
pneumatic actuator
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Application number
PCT/EP2012/062900
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German (de)
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Inventor
Ernst-Robert KECK
Georg Winkes
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/20—Other details, e.g. assembly with regulating devices
    • F15B15/22—Other details, e.g. assembly with regulating devices for accelerating or decelerating the stroke
    • F15B15/227—Other details, e.g. assembly with regulating devices for accelerating or decelerating the stroke having an auxiliary cushioning piston within the main piston or the cylinder end face
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/06—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor involving features specific to the use of a compressible medium, e.g. air, steam
    • F15B11/072—Combined pneumatic-hydraulic systems
    • F15B11/076—Combined pneumatic-hydraulic systems with pneumatic drive or displacement and speed control or stopping by hydraulic braking

Definitions

  • Pneumatic actuator with hydraulic damping The invention relates to a damped, pneumatic actuator.
  • Actuators are used in an industrial environment to position objects, such as objects, drive elements or valve elements. The objects are to be moved and with ⁇ means of these actuators at defined locations within a specific (VG) to area posi tioning ⁇ . Actuators must have the following properties, which - depending on a particular application case - difference may be weighted ⁇ Lich: precision, high or sufficient adjustment speed, reliability, low price, ge ⁇ ringer maintenance and diagnostic capability.
  • Hydraulic actuators meet the requirements for pre ⁇ cision and setting speed better than pneumatic
  • Actuators This is due to the fact that an on ⁇ operating medium at the pneumatic actuator is compressible, and thus external influences such as load forces, and internal influences such as friction, have a direct influence on the positioning means or in a sol ⁇ chen pneumatic actuator.
  • Pneumatic actuators are generally cost ⁇ cheaper than hydraulic or electric actuators, which is due to in the industrial environment usually existing compressed air, such as instrument air.
  • a pneumatic actuator A pneumatic actuator
  • 06.07.2011 uses a pneumatic, ie by a pneumatic medium or compressed air, in a working cylinder movable piston or a membrane drive for positioning an object.
  • the positioning of the object by the pneumatic actuator is usually carried out by a tax er , wherein an approached in positioning Whether ⁇
  • Our well- or actuator position measured actual position or actual value
  • a force acting on the working piston or the membrane drive is generated by actuating the pneumatic system, for example by opening a valve through which the pneumatic medium flows, and this or the actuator - and thus the object to be positioned - into a desired Po ⁇ sition, ie the set position, pushes.
  • a pneumatic actuator to vary a flowing in the working cylinder compressed air.
  • This ge ⁇ happens either by clocking actuation of the valve or by means of a continuously controlled valve.
  • This is also called servo pneumatics.
  • Such a controlled positioning or the control and regulation of a pneumatic actuator is known from DE 100 21 744 AI. It is also known from the prior art to provide a damping in the pneumatic actuator.
  • Such a damped, pneumatic actuator is known from DE 100 38 734 AI.
  • DE 100 38 734 A1 serves to generate a constant, slow, linear drive movement.
  • This actuator consists of a closed cylinder housing provided with compressed air connections with an integrated longitudinally movable piston connected to a piston rod for transmission of the linear drive movement.
  • the piston rod is in operative connection with a hydraulic damper unit.
  • the damping unit is disposed within the cylinder housing ⁇ and comprises two with a hydraulic fluid ⁇ be filled bellows, which on both sides is arranged on a stationary relative to the cylinder housing, ⁇ medial partition buildin are Untitled.
  • This partition wall has an opening for the overflow of the hydraulic fluid, wherein distal ends of the two bellows are closed by the compressed air acted upon piston.
  • a damped pneumatic actuator in which a controlled means of a pneuma ⁇ table moving piston movement of the actuator is damped by a piston connected to the pneumatically operated hydraulic piston.
  • the invention has for its object to provide a pneumatic actuator, by means of which objects can be positioned with ho ⁇ her accuracy. Also, the invention should allow a simple and inexpensive to implement pneumatic ⁇ actuator.
  • This pneumatic actuator has a pneumatic Ver ⁇ adjusting unit with a pneumatically driven adjusting. Next, this pneumatic actuator on a damping unit.
  • the adjusting element is in operative connection with the damping unit such that the drive of the adjusting element is damped by the damping unit.
  • a damping resistance of the damping unit is adjustable so that a movement of the pneumatically driven adjusting element (11) can be controlled via the setting of the damping resistor.
  • the invention employs a pneumatic drive of the adjusting initiated against an over ih ⁇ ren damping resistor adjustable or adjustable attenuation, whereby the drive movement of the adjusting element is controlled or controlled by the adjustment or regulation of the damping.
  • the fact that the invention thus on the one hand provides for the pneumatic adjustment, on the other hand, the targeted / regulates the pneumatic adjusting unit via the adjustable damping resistance provides damping Dämpfungsein ⁇ uniform, in the invention, the need for adjustment of the adjusting energy via the pneumatic supplied - leads and provided, while on the doctorserba ⁇ re / adjustable damping, which acts on the drive of Ver ⁇ adjusting element, the movement of the adjusting ge ⁇ controls and is controlled.
  • the invention is thus based on a separation of the functions "energy supply”, which is carried out according to the invention on the pneumatics or by the added or discharged compressed air, and "control movement", which in the invention by the input or adjustment of the damping resistor the damping device takes place.
  • the proposed coupling of pneumatic adjustment and adjustable damping thus solves the invention in a simple and effective way, the conflict between accuracy and cost, as otherwise occurs in pure pneumatic actuators on the one hand and pure hydraulic or electric actuators on the other.
  • the invention provides for the separation of the two functions, “energy supply” and “control movement”, and their execution by the respective, correspondingly advantageous system, “pneumatics” and “ ⁇ adjustable damping", a cost-effective actuator with high availability Verstellierizision available.
  • Damping unit in an effective and easy way to a feast ⁇ put of the actuator, for example in a Sollwertpo ⁇ sition, allows to intercept intended not so feedback ⁇ forces. Simplified or in other words, a movement of the actuator can be at any time by Blo ⁇ ckieren There is thus no danger that a failure of one unit will lead to an uncontrolled movement and the invention is also robust or insensitive to contamination, since the pneumatic adjustment unit acts only as "energy supply” and not as " Motion control "- on more complex, pollution-prone Bau ⁇ parts, such as control valves, can do without.
  • the damping unit has a damping medium, in particular a hydraulic medium, such as water, mineral oil, Es ⁇ ter or glycol, which is less compressible than a pneumatic medium of the pneumatic adjustment or as compressed air.
  • a damping medium in particular a hydraulic medium, such as water, mineral oil, Es ⁇ ter or glycol, which is less compressible than a pneumatic medium of the pneumatic adjustment or as compressed air.
  • the hydrau ⁇ mineral medium of the damping unit which controls the movement should be less compressible than the compressed air of the pneumatic adjusting unit. This is the only way to reduce the influence of external influences, such as the load forces, and internal influences, such as friction, in the movement and thus on the positioning and increase the Verstellierizision.
  • the damping medium is an electrorheological fluid.
  • Electrorheological fluids or electrorheological fluids are, as is known, adaptive Materia ⁇ lien whose rheology can be controlled rapidly and reversibly widely by an electric field.
  • ERF electrorheological fluids or electrorheological fluids
  • the damping unit comprises a hydraulic damping cylinder, for example a conventional hydraulic cylinder or a synchronous cylinder, with a hydraulically movable hydraulic damping piston and with a hydraulic damping piston.
  • liquid medium flowed through, adjustable actuator, in ⁇ particular a proportional valve having. While the damping unit on the SET ⁇ development of the proportional valve damping resistance ⁇ stood on or adjusted.
  • the pneumatic adjustment unit comprises a pneumatic cylinder with a pneumatically driven piston and the damping unit the hydraulic damping cylinder with a hydraulic piston, wherein in particular the pneumatic piston and the hydraulic
  • Pistons are coupled at least non-positively.
  • the realization of the principle according to the invention takes place in that a movement of the pneumatic cylinder forcibly also leads to ei ⁇ ner movement of the damping cylinder.
  • the pneumatic adjustment for example a mono- or dop ⁇ pelt-acting diaphragm actuator is a diaphragm actuator.
  • Such membrane drives are known, generally hardy and easy to rea ⁇ taping.
  • the pneumatic adjustment unit comprises an actuator, in particular a directional control valve, via which the pneumatic adjustment unit ⁇ cal with a pneumatic medium
  • this actuator on the pneumatic side is a steady or clocking ⁇ controlled valve.
  • an amount of air flowing into the pneumatic adjusting unit can be varied, whereby ei ⁇ ne steady, sensitive control and adjustment is made possible in the actuator.
  • the damping unit has an actuator, in particular a continuous valve, such as a proportional or a control valve, is adjustable by the ⁇ sen setting of the damping resistance of the damping unit.
  • the setting takes place via an adjustable, continuous transition of a valve opening of such a continuous valve, whereby a valve flow through the flow rate is selectively changed.
  • This acts adjustable flow rate on a sliding object as ⁇ play as a piston of a damping cylinder of the damping unit, so can be adjusted by the setting of the continuous valve, the force on the piston and thus the Dämp ⁇ fung resistance easily.
  • an electronic control unit is provided, using which the adjustment of the adjusting element and thus the drive of the pneumatic control element is adjustable. It can be vorgese ⁇ hen that on the control unit an actuator - in ⁇ example on the pneumatic side and / or on the
  • Actuator has a position and / or distance measuring device, in particular for measuring an actual position of the pneumatically driven adjusting element, wherein the electronic control unit can be configured such that in the context of the control of the actuator, an actual / desired value comparison is feasible.
  • the control ⁇ unit controls the pneumatic valve, such as a cultivated günsti ⁇ ges switching valve having a large cross-section, and opens this valve .
  • the movement of the object only begins when the valve on the "damping side" is also activated and can be slowed down when the setpoint position is reached by continuously activating it.This can be done with high precision, so that compared to conventional pneumatic drives very high positioning accuracy can be achieved.
  • the damping unit a compensation unit, wherein ⁇ play, a pressure chamber - comprising, for compensating for changes in volume and / or thermal expansions in a damping medium of the damper unit - for example of the principle acting similar to a single-tube damper.
  • ⁇ play a pressure chamber - comprising, for compensating for changes in volume and / or thermal expansions in a damping medium of the damper unit - for example of the principle acting similar to a single-tube damper.
  • the adjustment element, as well as thermal expansion of a hydraulic pressure fluid can be compensated in the hydraulic cylinder at ⁇ play volume changes in chambers of a hydraulic cylinder used as damping ⁇ unit during input or output drive.
  • the damping unit has one or more pressure measuring devices, using these one or more pressure measuring devices, for example pressure sensors, a pressure or pressures in a damping medium of the damping unit can be measured or are.
  • This pressure information can be made available to the electronic control unit. Using such pressure information is a load condition of the actuator may, for example, by means of the electrostatic ⁇ African control unit, are identical fied.
  • the size of a load force can be determined if - the air supply pressure ⁇ in the pneumatic adjustment is known with fully open pneumatic valve.
  • Pressure devices or this pressure information is an optimal time for opening the continuous valve on the
  • Attenuation side can be determined. Because after the opening or reversal of the directional valve on the pneumatic side must first be based on the pneumatic side of the pressure and ei ⁇ ne force in the direction of intended movement ( "supply energy").
  • the damping unit is integrated into the adjusting unit, in particular that the damping unit is disposed substantially within the adjustment unit. Thus, it can be provided at ⁇ play, to arrange a hydraulic cylinder of the damping unit within a pneumatic cylinder of the pneu ⁇ matic adjustment unit.
  • a cylinder housing of the hydraulic cylinder fixedly connected to a piston of the pneumatic cylinder, whereas a piston rod of the hydraulic cylinder is fixedly connected to a housing of the pneumatic cylinder.
  • the invention for moving an object, wherein the load to be moved is coupled at least non-positively with the pneumatically driven adjusting element.
  • the movement of the object to be moved for example, a linear movement up to 500 mm or even up to 200 mm or 700 mm, triggered by the pneumatic adjustment unit; the movement of the object to be moved is regulated by the damping unit.
  • the invention can also be provided to use the invention for positioning and / or adjusting an object, in particular a guide blade apparatus on a turbomachine.
  • the vane apparatus can be moved from a co-rotating position into a counter-rotating position.
  • Damping according to a second embodiment shows a pneumatic actuator 1 with hydraulic shear ⁇ 20 according to a first embodiment.
  • This pneumatic actuator 1 with hydraulic damping 20 combines a pneumatic adjustment unit 10 ("pneumatic side") with a hydraulic damping 20 ("hydraulic side”).
  • the pneumatic actuator 1 with hydraulic damping 20 on a pneumatic cylinder 13, in which a pneumatically driven adjusting element 11 is guided or arranged ver ⁇ displaceable.
  • the pneumatically driven Ver control element 11 has a guided in the pneumatic cylinder 13 and there displaceably arranged piston 14, whereby in the pneumatic cylinder 13 on both sides of the piston 14 in its size by the movement of the piston 14 variable (pneumatic) chambers 16, 17 training.
  • the piston 14 on the pneumatic side is connected to both sides with piston rods 9 protruding from the pneumatic cylinder 13, a pivot point 5 being provided at the end of one piston rod 9 for a load (4, 4) to be positioned / positioned by the actuator 1. not shown), in ⁇ example, a vane apparatus of a turbomachine, seen before ⁇ .
  • the pneumatic cylinder 13 is acted upon via a directional control valve 15 with compressed air 12 (pneumatic system).
  • pressure ⁇ air 12 of a (pneumatic) source 18, for example in ⁇ strumenten Kunststoff, - controllably - via the directional valve 15 via two working connections by means of corresponding pressure ⁇ air conduits 19 into the chambers 16, 17 of the pneumatic cylinder 13 can be introduced ,
  • the movement of the pneumatic cylinder 13 or of the piston 14 or the adjusting element 11 of the pneumatic cylinder 13 is braked on the hydraulic side via a hydraulic damping cylinder 22, in short only hydraulic or damping cylinder 22.
  • the hydraulic cylinder 22 has a piston 23, which is guided or displaceable in the hydraulic cylinder 22, whereby in the hydraulic cylinder 22 on both sides of the piston 23 two in their size by the movement of the piston 23 variable chambers 27, 28th form.
  • egg ⁇ ne piston rod 8 is arranged, which protrudes from the Hydraulikzylin ⁇ 22.
  • the hydraulic cylinder 22 or both chambers 27, 28 of the hydraulic cylinder 22 are supplied via a closed hydraulic ⁇ system with hydraulic lines 29 with hydraulic fluid 21, an oil.
  • a controllable / proportional valve 24 is arranged.
  • the (barely compressible) Hydrau ⁇ lik supplementkeit 21 of chamber 27 displaces reversed in chamber 28 or, it is possible via the Proportionalven ⁇ til 24 of the movement of the damper cylinder 22 has an adjustable ⁇ to oppose resistance.
  • the actuator 1 has a position sensor 3 for position or distance measurement, which is also connected via an electrical line 31 to the control unit 2.
  • FIG 1 shows, in this case, the position sensor 3 in the region of the piston rod 9 of the pneumatic cylinder 13 is arranged, whereby he directly the position or the path of the pneumatic adjusting element 11 - and thus the position or the path of the load (4th ) - measures (actual value IW).
  • the control unit 2 compares the actual value IW from the position measurement with a predefinable setpoint SW. If the position of the load to be moved (4) to be changed (ie the desired position SW no longer corresponds to the actual value IW), the electronic control unit 2 controls the pneumatic / directional control valve 15 fully in the intended direction.
  • the pneumatic valve 15 can thus be designed as a cost Wennven ⁇ til 15 with a large cross-section.
  • the movement of the pneumatic piston 13 / pneumatic adjusting ⁇ elements 11 and thus the load (4) begins only at an appreciable speed when the proportional valve 24 is also controlled and can be achieved by continuously reducing the target position or target position / setpoint SW Slowly decelerate the control. This can done with great precision, so that in comparison to conventional pneumatic actuators in the actuator 1, a very high positioning accuracy can be achieved. If a creeping movement of the actuator 1 or of the adjusting element 11 occurs at standstill due to a leakage at the proportional valve 24, this can be compensated for by occasional application of air to the pneumatic side (without activation of the proportional valve 24 on the hydraulic side).
  • the hydraulic side of Stellan ⁇ drive 1 with pressure sensors P 26, 27 is equipped.
  • two pressure sensors P 26, 27 are arranged in the hydraulic lines 29, which respectively measure the pressure state in the two hydraulic chambers 27, 28 of the hydraulic cylinder 22.
  • the two pressure sensors P 26, 27 are connected via electrical lines 31 to the control unit 2.
  • the controller unit 2 can identify the load state of the actuator 1.
  • the control unit 2 with fully open pneumatic directional control valve 15 and known air supply pressure of the instrument air 18, determine the size of a load force and thus the load condition of the actuator 1 using this pressure information.
  • it can also be provided in the actuator 1 or on its pneumatic side, instead of the switching pneumatic valve 15 and the directional control valve 15 to use a continuous or clocking controlled valve, thereby varying the flowing in the pneumatic cylinder 13 compressed air 12. This allows a continuous, sensitive control in the adjustment / movement of the adjusting element 11 and thus the positioning of the load (4) - and thus ensure a high precision positioning of the load (4).
  • FIG 2 also shows a pneumatic actuator 1 with hydraulic damping 20 according to a second embodiment.
  • the damping cylinder 22 is disposed within the hydraulic cylinder 13, whereby a compact design of the actuator ⁇ drive 1 can be realized.
  • the piston 14 of the pneumatic cylinder 13 has a recess 35, in which the hydraulic cylinder 22 is inserted and fixedly connected to the pneumatic piston 30 30th
  • the piston rod 8 of the hydraulic piston 23 projects out of the hydraulic cylinder 22 and extends to the axia ⁇ le end of the pneumatic cylinder 13, with which or in wel ⁇ chem it is firmly connected.
  • Hydraulic system, pneumatic system and control unit 2 are formed in the actuator according to FIG 2 corresponding to those of the Stel ⁇ lantriebs 2 of FIG 1 and are not shown in detail in FIG.
  • FIG 2 also shows the pistons 14, 23 of the Stellan- drive 1 and the piston rod 9 of the pneumatic adjustment ⁇ elements 11 are sealed by means of seals 32 to an off ⁇ or occurrence of the respective fluid 12, 21 into the respective chamber 16, 17 and 27, 28 via the contact point between the piston / piston rod 9, 14, 23 and cylinder 13, 22 to prevent.
  • Load (4) - required energy is supplied via the pneumatic and provided, while on the adjustable / adjustable ⁇ bare damping 20 on the hydraulic side, which acts on the on ⁇ drive of the adjusting element 11, the movement of the control element 11 on is of the pneumatic-controlled side and con trolled ⁇ .

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Abstract

The invention proceeds from a pneumatic actuating drive (1) with a pneumatic adjusting unit (10) with a pneumatically drivable adjusting element (11) and with a damping unit (20), wherein the adjusting element (11) is in an operative connection (30) with the damping unit (20) in such a way that the drive of the adjusting element (11) is damped by the damping unit (20). In order to achieve higher accuracy of positioning of an object (4) by means of the pneumatic actuating drive (1), it is proposed that a damping resistance of the damping unit (20) can be adjusted in such a way that a movement of the pneumatically drivable adjusting element (11) can be controlled via the setting of the damping resistance. The invention opposes a pneumatically initiated drive of the adjusting element (11) with damping (20) which can be set or regulated via the damping resistance thereof, wherein the drive movement of the adjusting element (11) is monitored or controlled via the setting or regulation of the damping (20).

Description

Beschreibung description
Pneumatischer Stellantrieb mit hydraulischer Dämpfung Die Erfindung betrifft einen gedämpften, pneumatischen Stellantrieb . Pneumatic actuator with hydraulic damping The invention relates to a damped, pneumatic actuator.
Stellantriebe werden im industriellen Umfeld verwendet, um Objekte, beispielsweise Gegenstände, Antriebselemente oder Ventilelemente, zu positionieren. Dabei sind die Objekte mit¬ tels dieser Stellantriebe an definierten Stellen innerhalb eines bestimmten (Verstell- ) Bereichs zu bewegen bzw. zu posi¬ tionieren . Stellantriebe müssen folgende Eigenschaften aufweisen, die - in Abhängigkeit eines bestimmten Einsatzfalles - unterschied¬ lich gewichtet sein können: Präzision, hohe bzw. ausreichende Stellgeschwindigkeit, Ausfallsicherheit, niedriger Preis, ge¬ ringer Wartungsaufwand und Diagnosefähigkeit. Actuators are used in an industrial environment to position objects, such as objects, drive elements or valve elements. The objects are to be moved and with ¬ means of these actuators at defined locations within a specific (VG) to area posi tioning ¬. Actuators must have the following properties, which - depending on a particular application case - difference may be weighted ¬ Lich: precision, high or sufficient adjustment speed, reliability, low price, ge ¬ ringer maintenance and diagnostic capability.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Arten von Stell¬ antrieben bekannt (http : //de . wikipedia .org/wiki/Stellantrieb, erhältlich am 06.07.2011), die sich auf Grundlage einer je¬ weils eingesetzten Stellenergie wie folgt unterteilen lassen: pneumatische Stellantriebe, hydraulische Stellantriebe und elektrische Stellantriebe. From the prior art, various types of parking ¬ are known drives (http: // en wikipedia org / wiki / actuator, available on 06/07/2011.), Which can be subdivided on the basis of an adjusting energy per ¬ weils used as follows: pneumatic actuators, hydraulic actuators and electric actuators.
Jeder dieser Arten von Stellantrieben erfüllt die oben geforderten Eigenschaften unterschiedlich gut. Each of these types of actuators performs the above required properties differently well.
Hydraulische Stellantriebe erfüllen die Anforderungen an Prä¬ zision und Stellgeschwindigkeit besser als pneumatische Hydraulic actuators meet the requirements for pre ¬ cision and setting speed better than pneumatic
Stellantriebe. Dieses ist darauf zurückzuführen, dass ein An¬ triebsmedium beim pneumatischen Stellantrieb kompressibel ist und daher äußere Einflüsse, wie beispielsweise Lastkräfte, und innere Einflüsse, wie beispielsweise Reibung, unmittelbar Einfluss auf die Positionierung mittels bzw. bei einem sol¬ chen pneumatischen Stellantrieb haben. Pneumatische Stellantriebe sind hingegen in der Regel kosten¬ günstiger als hydraulische oder elektrische Stellantriebe, was auf im industriellen Umfeld in der Regel vorhandener Druckluft, beispielsweise Instrumentenluft, zurückzuführen ist . Actuators. This is due to the fact that an on ¬ operating medium at the pneumatic actuator is compressible, and thus external influences such as load forces, and internal influences such as friction, have a direct influence on the positioning means or in a sol ¬ chen pneumatic actuator. Pneumatic actuators, however, are generally cost ¬ cheaper than hydraulic or electric actuators, which is due to in the industrial environment usually existing compressed air, such as instrument air.
Ein pneumatischer Stellantrieb A pneumatic actuator
(http : //de . wikipedia . org/wiki /Pneumatik, erhältlich am  (http://en.wikipedia.org/wiki/Pneumatics, available at
06.07.2011) verwendet zur Positionierung eines Objekts einen pneumatisch, d.h. durch ein pneumatisches Medium bzw. Druckluft, in einem Arbeitszylinder bewegbaren Arbeitskolben oder einen Membranantrieb. Die Positionierung des Objekts durch den pneumatischen Stellantrieb erfolgt meist durch eine Steu- ereinheit, wobei eine bei der Positionierung angefahrene Ob¬ jekt- oder Stellantriebsposition gemessen (Istposition bzw. Istwert) , beispielsweise elektrisch gemessen, und mit einer Sollposition bzw. einem Sollwert verglichen wird. Besteht eine Abweichung zwischen Istwert und Sollwert, so wird über Ansteuerung der Pneumatik, beispielsweise durch Öffnen eines von dem pneumatischen Medium durchströmten Ventils, eine auf den Arbeitskolben oder den Membranantrieb wirkende Kraft erzeugt, die diesen bzw. den Stellantrieb - und damit das zu positionierende Objekt - in eine gewünschte Po¬ sition, d.h. die Sollposition, schiebt. 06.07.2011) uses a pneumatic, ie by a pneumatic medium or compressed air, in a working cylinder movable piston or a membrane drive for positioning an object. The positioning of the object by the pneumatic actuator is usually carried out by a tax ereinheit, wherein an approached in positioning Whether ¬ Our well- or actuator position measured (actual position or actual value), for example electrically measured and is compared with a target position or a target value , If there is a deviation between the actual value and the setpoint value, then a force acting on the working piston or the membrane drive is generated by actuating the pneumatic system, for example by opening a valve through which the pneumatic medium flows, and this or the actuator - and thus the object to be positioned - into a desired Po ¬ sition, ie the set position, pushes.
Um eine stetige, feinfühlige Regelung bei der Positionierung des Objekts - und damit eine ausreichend hohe Präzision der Positionierung des Objekts - zu gewährleisten, kann bei einem pneumatischen Stellantrieb vorgesehen werden, eine in den Arbeitszylinder strömende Druckluft zu variieren. Dieses ge¬ schieht entweder durch taktende Ansteuerung des Ventils oder mittels eines kontinuierlich angesteuerten Ventils. Dieses wird auch als Servopneumatik bezeichnet. Eine solche gesteuerte Positionierung bzw. die Ansteuerung und Regelung eines pneumatischen Stellantriebs ist aus der DE 100 21 744 AI bekannt. Auch ist aus dem Stand der Technik bekannt, eine Dämpfung bei dem pneumatischen Stellantrieb vorzusehen. In order to ensure a constant, sensitive control in the positioning of the object - and thus a sufficiently high precision of the positioning of the object - can be provided in a pneumatic actuator to vary a flowing in the working cylinder compressed air. This ge ¬ happens either by clocking actuation of the valve or by means of a continuously controlled valve. This is also called servo pneumatics. Such a controlled positioning or the control and regulation of a pneumatic actuator is known from DE 100 21 744 AI. It is also known from the prior art to provide a damping in the pneumatic actuator.
Ein solcher gedämpfter, pneumatischer Stellantrieb ist aus der DE 100 38 734 AI bekannt. Such a damped, pneumatic actuator is known from DE 100 38 734 AI.
Dieser gedämpfte, pneumatische Stellantrieb aus der This damped, pneumatic actuator from the
DE 100 38 734 AI dient zur Erzeugung einer konstanten, langsamen, linearen Antriebsbewegung. Dieser Stellantrieb besteht aus einem mit Druckluftanschlüssen versehenen, geschlossenen Zylindergehäuse mit einem integrierten längsbewegbaren Kolben, der mit einer Kolbenstange zur Übertragung der linearen Antriebsbewegung verbunden ist. Die Kolbenstange steht mit einer hydraulischen Dämpfereinheit in Wirkverbindung. Die Dämpfereinheit ist innerhalb des Zylindergehäuses ange¬ ordnet und umfasst zwei mit einer Hydraulikflüssigkeit be¬ füllte Faltenbälge, die beidseits an einer ortsfest bezüglich des Zylindergehäuses angeordneten, mittleren Trennwand befes¬ tigt sind. Diese Trennwand weist eine Öffnung zum Überströmen der Hydraulikflüssigkeit auf, wobei distale Enden der beiden Faltenbälge durch die Druckluft beaufschlagbaren Kolben verschlossen sind. DE 100 38 734 A1 serves to generate a constant, slow, linear drive movement. This actuator consists of a closed cylinder housing provided with compressed air connections with an integrated longitudinally movable piston connected to a piston rod for transmission of the linear drive movement. The piston rod is in operative connection with a hydraulic damper unit. The damping unit is disposed within the cylinder housing ¬ and comprises two with a hydraulic fluid ¬ be filled bellows, which on both sides is arranged on a stationary relative to the cylinder housing, ¬ medial partition buildin are Untitled. This partition wall has an opening for the overflow of the hydraulic fluid, wherein distal ends of the two bellows are closed by the compressed air acted upon piston.
Auch aus der US 5,458,047 ist ein gedämpfter, pneumatischer Stellantrieb bekannt, bei welchem eine mittels eines pneuma¬ tisch bewegten Kolbens gesteuerte Bewegung des Stellantriebs durch einen mit dem pneumatisch bewegten Kolben verbundenen Hydraulikkolben gedämpft wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen pneumatischen Stellantrieb anzugeben, mittels welchem sich Objekte mit ho¬ her Genauigkeit positionieren lassen. Auch soll die Erfindung einen einfach und kostengünstig zu realisierenden pneumati¬ schen Stellantrieb ermöglichen. Also, from US 5,458,047 a damped pneumatic actuator is known in which a controlled means of a pneuma ¬ table moving piston movement of the actuator is damped by a piston connected to the pneumatically operated hydraulic piston. The invention has for its object to provide a pneumatic actuator, by means of which objects can be positioned with ho ¬ her accuracy. Also, the invention should allow a simple and inexpensive to implement pneumatic ¬ actuator.
Die Aufgabe wird durch einen pneumatischen Stellantrieb mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. The object is achieved by a pneumatic actuator with the features of the independent claim.
Dieser pneumatische Stellantrieb weist eine pneumatische Ver¬ stelleinheit mit einem pneumatisch antreibbaren Verstellelement auf. Weiter weist dieser pneumatische Stellantrieb eine Dämpfungseinheit auf. This pneumatic actuator has a pneumatic Ver ¬ adjusting unit with a pneumatically driven adjusting. Next, this pneumatic actuator on a damping unit.
Das Verstellelement steht derart in einer Wirkverbindung mit der Dämpfungseinheit, dass der Antrieb des Verstellelements durch die Dämpfungseinheit gedämpft ist. The adjusting element is in operative connection with the damping unit such that the drive of the adjusting element is damped by the damping unit.
Weiter ist bei dem pneumatischen Stellantrieb erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Dämpfungswiderstand der Dämpfungseinheit derart verstellbar ist, dass über die Einstellung des Dämpfungswiderstands eine Bewegung des pneumatisch antreibbaren Verstellelements (11) steuerbar ist. Further, in the pneumatic actuator according to the invention provided that a damping resistance of the damping unit is adjustable so that a movement of the pneumatically driven adjusting element (11) can be controlled via the setting of the damping resistor.
Anschaulich gesehen setzt somit die Erfindung einem pneumatisch initiierten Antrieb des Verstellelements eine über ih¬ ren Dämpfungswiderstand einstellbare bzw. regulierbare Dämp- fung entgegen, wobei über die Einstellung bzw. Regulierung der Dämpfung die Antriebsbewegung des Verstellelements kontrolliert bzw. gesteuert wird. Seen objectively, therefore, the invention employs a pneumatic drive of the adjusting initiated against an over ih ¬ ren damping resistor adjustable or adjustable attenuation, whereby the drive movement of the adjusting element is controlled or controlled by the adjustment or regulation of the damping.
Anders ausgedrückt, dadurch, dass die Erfindung somit einer- seits die pneumatische Verstelleinheit vorsieht, andererseits die die pneumatische Verstelleinheit über den einstellbaren Dämpfungswiderstand gezielt/reguliert dämpfende Dämpfungsein¬ heit vorsieht, wird bei der Erfindung die zur Verstellung des Verstellelements benötigte Energie über die Pneumatik zuge- führt und bereitgestellt, während über die regulierba¬ re/einstellbare Dämpfung, welche auf den Antrieb des Ver¬ stellelements wirkt, die Bewegung des Verstellelements ge¬ steuert und kontrolliert wird. Die Erfindung basiert somit auf einer Trennung der Funktionen „Energie zuführen", was erfindungsgemäß über die Pneumatik bzw. durch die zu- bzw. abgeführte Druckluft erfolgt, und „Bewegung steuern", was bei der Erfindung durch die Ein- bzw. Verstellung des Dämpfungswiderstands der Dämpfungsvorrichtung erfolgt . In other words, the fact that the invention thus on the one hand provides for the pneumatic adjustment, on the other hand, the targeted / regulates the pneumatic adjusting unit via the adjustable damping resistance provides damping Dämpfungsein ¬ uniform, in the invention, the need for adjustment of the adjusting energy via the pneumatic supplied - leads and provided, while on the regulierba ¬ re / adjustable damping, which acts on the drive of Ver ¬ adjusting element, the movement of the adjusting ge ¬ controls and is controlled. The invention is thus based on a separation of the functions "energy supply", which is carried out according to the invention on the pneumatics or by the added or discharged compressed air, and "control movement", which in the invention by the input or adjustment of the damping resistor the damping device takes place.
Bei herkömmlichen pneumatischen Stellantrieben sind diese beiden Funktionen, d.h. „Energie zuführen" und „Bewegung steuern", insoweit vereint, als dass die Bewegung durch Do¬ sierung der zu- oder abströmenden Druckluft, d.h. der zugeführten Energie, geregelt wird. Weil aber hier das Druckmedi¬ um kompressibel ist, gelingt eine exakt kontrollierte Bewe- gungssteuerung über diese Dosierung bei solchen herkömmlichen pneumatischen Stellantrieben nur schlecht, was Einbußen an der Verstellgenauigkeit mit sich bringt. In conventional pneumatic actuators these two functions, ie, "supply energy" and "motion control", in so far combines, as the movement by Do ¬ tion of increasing or compressed air flow, that is the supplied energy is controlled. But because the print medium is compressible ¬ here, manage supply control over this dosage in such conventional pneumatic actuators poorly, bringing losses on the adjustment precision with a precisely controlled movement.
Durch die vorgesehene Kopplung von pneumatischer Verstellung und einstellbarer Dämpfung löst damit die Erfindung in einfacher und effektiver Weise den Konflikt zwischen Genauigkeit und Kosten, wie er sonst bei reinen pneumatischen Stellantrieben einerseits und reinen hydraulischen oder elektrischen Stellantrieben andererseits auftritt. Die Erfindung stellt über die Trennung der beiden Funktionen, „Energie zuführen" und „Bewegung steuern", und deren Ausführung durch das jeweilige, entsprechend vorteilhafte System, „Pneumatik" und „ein¬ stellbare Dämpfung", einen kostengünstigen Stellantrieb mit hoher verfügbarer Verstellpräzision zur Verfügung. The proposed coupling of pneumatic adjustment and adjustable damping thus solves the invention in a simple and effective way, the conflict between accuracy and cost, as otherwise occurs in pure pneumatic actuators on the one hand and pure hydraulic or electric actuators on the other. The invention provides for the separation of the two functions, "energy supply" and "control movement", and their execution by the respective, correspondingly advantageous system, "pneumatics" and " ¬ adjustable damping", a cost-effective actuator with high availability Verstellpräzision available.
Im Vergleich zu hydraulischen Stellantrieben fallen bei der Erfindung deutlich geringere Kosten an, da kein Aggregat zu einer Druckversorgung wie dort erforderlich ist. Auch im Vergleich zu elektrischen Stellantrieben sind die Kosten gerin- ger, insbesondere weil bei der Erfindung keine aus der Elek¬ trik resultierenden Schutzanforderungen zu erfüllen sind. Im Vergleich zu pneumatischen Stellantrieben ist erfindungs- seitig eine wesentlich höhere Laststeifigkeit , d.h. die Fä¬ higkeit des Stellantriebs bei äußerer Belastung möglichst we¬ nig nachzugeben, vorhanden. Äußere Belastungen werden bei der Erfindung durch die Dämpfungseinheit „aufgefangen", welche weniger kompressibel ist als die Pneumatik bei der Erfindung. Daher haben bei der Erfindung die äußeren Einflüsse, wie beispielsweise die Lastkräfte, aber auch innere Einflüsse, wie beispielsweise Reibung, weniger störenden Einfluss auf die Positionierung als bei reinen pneumatischen Stellantrieben. Compared to hydraulic actuators fall in the invention significantly lower costs, since no aggregate to a pressure supply as there is required. Even when compared to electric actuators, the costs are gerin- ger, especially because in the invention does not have to be met from the Elek ¬ trik resulting protection requirements. As compared to pneumatic actuators is Inventions side a significantly higher stability, ie to give the Fä ¬ ability of the actuator when external stress as possible we ¬ nig, present. External loads are "absorbed" in the invention by the damping unit, which is less compressible than the pneumatic system in the invention Therefore, in the invention, the external influences, such as the load forces, but also internal influences, such as friction, less disturbing influence on the positioning as with pure pneumatic actuators.
So zeigt sich bei der Erfindung - verglichen mit pneumatischen Stellantrieben - ein deutlich verringerter Stick-Slip- Effekt (Haftgleiteffekt), d.h. ein Ruckgleiten von gegenein- ander bewegten Festkörpern, in Folge dessen die Erfindung eine höhere Positionierungsgenauigkeit erreicht. Thus, in the invention - compared with pneumatic actuators - a significantly reduced stick-slip effect (stick-slip effect), i. a stick-slip of solids moved against each other, as a result of which the invention achieves a higher positioning accuracy.
Darüber hinaus erweist sich bei der Erfindung von Vorteil, dass sie über ein Blockieren mindestens eine der beiden Ein- heiten, „pneumatische Verstelleinheit" und „einstellbareIn addition, it proves to be advantageous in the invention that they block at least one of the two units, "pneumatic adjustment" and "adjustable
Dämpfungseinheit", auf effektive und einfache Weise ein Fest¬ setzen des Stellantriebs, beispielsweise in einer Sollwertpo¬ sition, ermöglicht, um so nicht beabsichtigte Rückführungs¬ kräfte abzufangen. Vereinfacht bzw. anders ausgedrückt, eine Bewegung des Stellantriebs lässt sich jederzeit durch Blo¬ ckieren einer der beiden Einheiten stoppen. Es besteht somit keine Gefahr, dass ein Ausfall einer Einheit zu einer unkontrollierten Bewegung führt. Außerdem erweist sich die Erfindung robust bzw. unempfindlich gegenüber Verschmutzung, da die pneumatische Verstelleinheit - nur als „Energiezuführung" und eben nicht als „Bewegungssteuerung" - auf komplexere, verschmutzungsanfälligere Bau¬ teile, wie zum Beispiel Regelventile, verzichten kann. Damping unit "in an effective and easy way to a feast ¬ put of the actuator, for example in a Sollwertpo ¬ sition, allows to intercept intended not so feedback ¬ forces. Simplified or in other words, a movement of the actuator can be at any time by Blo ¬ ckieren There is thus no danger that a failure of one unit will lead to an uncontrolled movement and the invention is also robust or insensitive to contamination, since the pneumatic adjustment unit acts only as "energy supply" and not as " Motion control "- on more complex, pollution-prone Bau ¬ parts, such as control valves, can do without.
Auch erweist sich die Erfindung gegenüber hydraulischen Also, the invention proves to be hydraulic
Stellantrieben als wartungsärmer, da die Dämpfungseinheit ein abgeschlossenes System bildet, bei dem zur Dämpfung verwende- te Medien, beispielsweise ein hydraulisches Medium, im ge¬ schlossenen System verbleibt. Auf eine Kühlung sowie auf eine Filtration kann ebenso verzichtet werden. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Actuators as low-maintenance, since the damping unit forms a closed system in which used for damping te media, such as a hydraulic medium in the closed ¬ system remains. On a cooling and on a filtration can also be dispensed with. Preferred developments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Dämpfungseinheit ein Dämpfungsmedium, insbesondere ein hy- draulisches Medium, wie beispielsweise Wasser, Mineralöl, Es¬ ter oder Glycol, aufweist, welches weniger kompressibel ist als ein pneumatisches Medium der pneumatischen Verstelleinheit bzw. als Druckluft. Vereinfacht ausgedrückt, das hydrau¬ lische Medium der Dämpfungseinheit, welches die Bewegung steuert, soll weniger kompressibel sein als die Druckluft der pneumatischen Verstelleinheit. Gerade hierdurch lässt sich dann der Einfluss von äußeren Einflüssen, wie beispielsweise die Lastkräfte, und inneren Einflüssen, wie beispielsweise die Reibung, bei der Bewegung und damit auf die Positionie- rung reduzieren und die Verstellpräzision erhöhen. In a preferred embodiment, it is provided that the damping unit has a damping medium, in particular a hydraulic medium, such as water, mineral oil, Es ¬ ter or glycol, which is less compressible than a pneumatic medium of the pneumatic adjustment or as compressed air. In simplified terms, the hydrau ¬ mineral medium of the damping unit, which controls the movement should be less compressible than the compressed air of the pneumatic adjusting unit. This is the only way to reduce the influence of external influences, such as the load forces, and internal influences, such as friction, in the movement and thus on the positioning and increase the Verstellpräzision.
Auch kann vorgesehen sein, dass das Dämpfungsmedium eine elektrorheologische Flüssigkeit ist. Elektrorheologische Flüssigkeiten, beziehungsweise elektrorheologische Fluide (abgekürzt: ERF) , sind, wie bekannt ist, adaptive Materia¬ lien, deren Fließverhalten durch ein elektrisches Feld in weitem Rahmen schnell und reversibel gesteuert werden kann. Somit lässt sich so auf einfache Weise der Dämpfungswider¬ stand der Dämpfungseinheit bzw. die Dämpfungseigenschaft der Dämpfung durch Anlegen bzw. Verändern einer angelegten, einstellbaren Spannung an die elektrorheologische Flüssigkeit steuern . It can also be provided that the damping medium is an electrorheological fluid. Electrorheological fluids or electrorheological fluids (abbreviated: ERF), are, as is known, adaptive Materia ¬ lien whose rheology can be controlled rapidly and reversibly widely by an electric field. Thus, in a simple manner, the damping resistance of the damping unit or the damping property of the damping can be controlled by applying or changing an applied, adjustable voltage to the electrorheological fluid.
Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Dämpfungseinheit einen hydraulischen Dämpfungszylinder, beispielsweise einen üblichen hydraulischen Zylinder oder einen Gleichgangzylinder, mit einem hydraulisch bewegbaren hydraulischen Dämpfungskolben sowie ein mit einem hydrau- lischen Medium durchströmtes , einstellbares Stellglied, ins¬ besondere ein Proportionalventil, aufweist. Über die Einstel¬ lung des Proportionalventils wird dabei der Dämpfungswider¬ stand der Dämpfungseinheit ein- bzw. verstellt. In a further preferred embodiment, it is provided that the damping unit comprises a hydraulic damping cylinder, for example a conventional hydraulic cylinder or a synchronous cylinder, with a hydraulically movable hydraulic damping piston and with a hydraulic damping piston. liquid medium flowed through, adjustable actuator, in ¬ particular a proportional valve having. While the damping unit on the SET ¬ development of the proportional valve damping resistance ¬ stood on or adjusted.
Auch kann vorgesehen sein, dass die pneumatische Verstelleinheit einen Pneumatikzylinder mit einem pneumatisch antreibbaren Kolben und die Dämpfungseinheit den hydraulischen Dämpfungszylinder mit einem hydraulischen Kolben aufweisen, wobei insbesondere der pneumatische Kolben und der hydraulischeIt can also be provided that the pneumatic adjustment unit comprises a pneumatic cylinder with a pneumatically driven piston and the damping unit the hydraulic damping cylinder with a hydraulic piston, wherein in particular the pneumatic piston and the hydraulic
Kolben zumindest kraftschlüssig gekoppelt sind. Dabei erfolgt die Realisierung des erfindungsgemäßen Prinzips dadurch, dass eine Bewegung des Pneumatikzylinders zwangsweise auch zu ei¬ ner Bewegung des Dämpfungszylinders führt. Pistons are coupled at least non-positively. In this case, the realization of the principle according to the invention takes place in that a movement of the pneumatic cylinder forcibly also leads to ei ¬ ner movement of the damping cylinder.
Durch die Kombination aus „gängiger" Pneumatik und „gängiger" Hydraulik bzw. Hydraulikzylinder und Pneumatikzylinder lässt sich so, auf Grund einfacher und kostengünstiger Standardbauteile, ein einfacher und kostengünstiger, aber wirkungsvol- 1er, Stellantrieb realisieren. The combination of "conventional" pneumatics and "common" hydraulic or hydraulic cylinders and pneumatic cylinders makes it possible to realize a simple and cost-effective, but effective, actuator by virtue of simple and inexpensive standard components.
Auch kann vorgesehen sein, dass die pneumatische Verstelleinheit ein Membranantrieb, beispielsweise ein einfach oder dop¬ pelt wirkender Membranantrieb, ist. Solche Membranantriebe sind im Allgemeinen bekannt, robust und auch einfach zu rea¬ lisieren . Also it can be provided that the pneumatic adjustment, for example a mono- or dop ¬ pelt-acting diaphragm actuator is a diaphragm actuator. Such membrane drives are known, generally hardy and easy to rea ¬ taping.
Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die pneumatische Verstelleinheit ein Stellglied, insbe- sondere ein Wegeventil, aufweist, über welches die pneumati¬ sche Verstelleinheit mit einem pneumatischen Medium In a further preferred embodiment, it is provided that the pneumatic adjustment unit comprises an actuator, in particular a directional control valve, via which the pneumatic adjustment unit ¬ cal with a pneumatic medium
beaufschlagbar ist. Solche kostengünstigen Pneumatik- Wegeventile, beispielsweise Schaltventile, welche auch einen hohen Luftdurchsatz ermöglichen, sind deshalb einsetzbar, da erfindungsgemäß die Pneumatik „nur" die „Energie zuführt", wohingegen die Dämpfungseinheit die „Bewegung steuert", was beispielsweise dort einen Einsatz von komplexeren Stetigventilen erfordern würde. Darüber hinaus erweist sich dadurch, d.h. durch den Einsatz solcher Pneumatik-Wegeventile, die pneumatische Verstelleinheit, kurz „Pneumatik-Seite", als verschmutzungsunempfindlich gegenüber durch Druckluft zugeführte Verschmutzung als sie bei einem Einsatz von Regelven- tilen auf der Pneumatik-Seite wäre. can be acted upon. Such low-cost pneumatic directional control valves, for example, switching valves, which also allow high air flow, are therefore applicable, since according to the invention the pneumatic "only" the "energy supplies", whereas the damping unit "controls the movement", which, for example, there is a use of more complex continuous valves In addition, this proves to be ie by the use of such pneumatic directional control valves, the pneumatic adjustment unit, in short "pneumatic side", as contamination-insensitive to contamination supplied by compressed air than would be the case with the use of control valves on the pneumatic side.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass dieses Stellglied auf der Pneumatik-Seite ein stetiges oder taktend angesteuer¬ tes Ventil ist. Dadurch kann eine in die pneumatische Ver- Stelleinheit strömende Luftmenge variiert werden, wodurch ei¬ ne stetige, feinfühlige Regelung und Verstellung bei dem Stellantrieb ermöglicht wird. In addition, it can be provided that this actuator on the pneumatic side is a steady or clocking ¬ controlled valve. As a result, an amount of air flowing into the pneumatic adjusting unit can be varied, whereby ei ¬ ne steady, sensitive control and adjustment is made possible in the actuator.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Dämpfungseinheit ein Stellglied, insbesondere ein Stetigventil, wie beispielsweise ein Proportional- oder ein Regelventil, aufweist, durch des¬ sen Einstellung der Dämpfungswiderstand der Dämpfungseinheit verstellbar ist. Die Einstellung erfolgt dabei über einen einstellbaren, stetigen Übergang einer Ventilöffnung eines solchen Stetigventils, wodurch ein das Ventil durchströmender Volumenstrom gezielt veränderbar ist. Wirkt dieser einstellbare Volumenstrom auf ein verschiebliches Objekt, wie bei¬ spielsweise auf einen Kolben eines Dämpfungszylinders der Dämpfungseinheit, so lassen sich durch die Einstellung des Stetigventils die Kraft auf den Kolben und damit der Dämp¬ fungswiderstand auf einfache Weise einstellen. It can also be provided that the damping unit has an actuator, in particular a continuous valve, such as a proportional or a control valve, is adjustable by the ¬ sen setting of the damping resistance of the damping unit. The setting takes place via an adjustable, continuous transition of a valve opening of such a continuous valve, whereby a valve flow through the flow rate is selectively changed. This acts adjustable flow rate on a sliding object as ¬ play as a piston of a damping cylinder of the damping unit, so can be adjusted by the setting of the continuous valve, the force on the piston and thus the Dämp ¬ fung resistance easily.
Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist eine elektronische Regeleinheit vorgesehen, unter Verwendung derer die Verstellung des Verstellelements und damit der Antrieb des pneumatischen Stellelements regelbar ist. Dabei kann vorgese¬ hen sein, dass über die Regeleinheit ein Stellglied - bei¬ spielsweise auf der Pneumatik-Seite und/oder auf der In a further preferred embodiment, an electronic control unit is provided, using which the adjustment of the adjusting element and thus the drive of the pneumatic control element is adjustable. It can be vorgese ¬ hen that on the control unit an actuator - in ¬ example on the pneumatic side and / or on the
„Dämpfungs-Seite", insbesondere dort ein Wegeventil und/oder ein Proportionalventil, - ansteuerbar ist bzw. angesteuert wird . Weiter kann hier vorgesehen sein, dass der pneumatische "Damping side", in particular there is a directional control valve and / or a proportional valve, - is controlled or is controlled. Next can be provided here that the pneumatic
Stellantrieb eine Positions- und/oder Wegermessvorrichtung, insbesondere zu einer Messung einer Istposition des pneumatisch antreibbaren Verstellelements, aufweist, wobei die elektronische Regeleinheit derart eingerichtet sein kann, dass im Rahmen der Ansteuerung des Stellglieds ein Ist-/ Sollwert-Vergleich durchführbar ist. Actuator has a position and / or distance measuring device, in particular for measuring an actual position of the pneumatically driven adjusting element, wherein the electronic control unit can be configured such that in the context of the control of the actuator, an actual / desired value comparison is feasible.
Soll beispielsweise eine Position eines zu bewegenden Objekts mittels des Stellantriebs verändert werden, d.h. der Istwert entspricht nicht mehr dem (Weg-) Sollwert, steuert die Regel¬ einheit das Pneumatikventil, beispielsweise ein kostengünsti¬ ges Schaltventil mit großem Querschnitt, an und öffnet dieses Ventil. Die Bewegung des Objekts beginnt erst dann, wenn das Ventil auf der „Dämpfungs-Seite" ebenfalls angesteuert wird und lässt sich beim Erreichen der Sollposition durch kontinuierliches Ansteuern sanft abbremsen. Dieses kann mit hoher Präzision erfolgen, so dass im Vergleich zu konventionellen pneumatischen Antrieben eine sehr hohe Positioniergenauigkeit erreicht werden kann. For example, if a position of an object to be moved by means of the actuator to be changed, ie, the actual value no longer corresponds to the (limit) set point, the control ¬ unit controls the pneumatic valve, such as a kostengünsti ¬ ges switching valve having a large cross-section, and opens this valve , The movement of the object only begins when the valve on the "damping side" is also activated and can be slowed down when the setpoint position is reached by continuously activating it.This can be done with high precision, so that compared to conventional pneumatic drives very high positioning accuracy can be achieved.
Weiterhin ist bei der bevorzugten Weiterbildung vorgesehen, dass die Dämpfungseinheit eine Kompensationseinheit, bei¬ spielsweise eine Druckkammer - beispielsweise vom Prinzip wirkend ähnlich einem Einrohrdämpfer -, zur Kompensation von Volumenänderungen und/oder Wärmedehnungen in einem Dämpfungsmedium der Dämpfungseinheit aufweist. Dadurch können bei¬ spielsweise Volumenänderungen in Kammern eines als Dämpfungs¬ einheit eingesetzten Hydraulikzylinders beim Ein- oder Aus- fahren des Verstellelements sowie Wärmedehnungen einer hydraulischen Druckflüssigkeit in dem Hydraulikzylinder ausgeglichen werden. It is further provided in the preferred further development that the damping unit a compensation unit, wherein ¬ play, a pressure chamber - comprising, for compensating for changes in volume and / or thermal expansions in a damping medium of the damper unit - for example of the principle acting similar to a single-tube damper. Characterized the adjustment element, as well as thermal expansion of a hydraulic pressure fluid can be compensated in the hydraulic cylinder at ¬ play volume changes in chambers of a hydraulic cylinder used as damping ¬ unit during input or output drive.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Dämpfungseinheit eine oder mehrere Druckmessvorrichtungen aufweist, unter Verwendung dieser einen oder mehreren Druckmessvorrichtungen, beispielsweise Drucksensoren, ein Druck bzw. Drücke in einem Dämpfungsmedium der Dämpfungseinheit messbar ist bzw. sind. Diese Druckinformationen können der elektronischen Regeleinheit zur Verfügung gestellt werden. Unter Verwendung solcher Druckinformationen kann, beispielsweise mittels der elektro¬ nischen Regeleinheit, ein Lastzustand des Stellantriebs iden- tifiziert werden. So kann beispielsweise aus diesen Druckin¬ formationen die Größe einer Lastkraft ermittelt werden, falls - bei vollständig geöffnetem Pneumatik-Ventil - der Luftver¬ sorgungsdruck in der pneumatischen Verstelleinheit bekannt ist . It can also be provided that the damping unit has one or more pressure measuring devices, using these one or more pressure measuring devices, for example pressure sensors, a pressure or pressures in a damping medium of the damping unit can be measured or are. This pressure information can be made available to the electronic control unit. Using such pressure information is a load condition of the actuator may, for example, by means of the electrostatic ¬ African control unit, are identical fied. Thus, for example, from these Druckin ¬ formations, the size of a load force can be determined if - the air supply pressure ¬ in the pneumatic adjustment is known with fully open pneumatic valve.
Auch erweist sich hier von Vorteil, dass mittels dieser Also proves to be advantageous that by means of this
Druckvorrichtungen bzw. dieser Druckinformationen ein optimaler Zeitpunkt für ein Öffnen des Stetigventils auf der Pressure devices or this pressure information is an optimal time for opening the continuous valve on the
Dämpfungs-Seite bestimmt werden kann. Denn nach dem Öffnen oder Umsteuern des Wegeventils auf der Pneumatik-Seite muss sich auf der Pneumatik-Seite zunächst der Druck und damit ei¬ ne Kraft in Richtung einer beabsichtigten Bewegung aufbauen („Energie zuführen") . Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Dämpfungseinheit in der Verstelleinheit integriert ist, insbesondere dass die Dämpfungseinheit im Wesentlichen innerhalb der Verstelleinheit angeordnet ist. So kann bei¬ spielsweise vorgesehen sein, einen Hydraulikzylinder der Dämpfungseinheit innerhalb eines Pneumatikzylinders der pneu¬ matischen Verstelleinheit anzuordnen. Um hierbei das Verstellelement zu dämpfen, kann weiter vorgesehen sein, dass ein Zylindergehäuse des Hydraulikzylinders fest mit einem Kolben des Pneumatikzylinders verbunden, wohingegen eine Kol- benstange des Hydraulikzylinders fest mit einem Gehäuse des Pneumatikzylinders verbunden ist. Attenuation side can be determined. Because after the opening or reversal of the directional valve on the pneumatic side must first be based on the pneumatic side of the pressure and ei ¬ ne force in the direction of intended movement ( "supply energy"). In a further preferred refinement, that the damping unit is integrated into the adjusting unit, in particular that the damping unit is disposed substantially within the adjustment unit. Thus, it can be provided at ¬ play, to arrange a hydraulic cylinder of the damping unit within a pneumatic cylinder of the pneu ¬ matic adjustment unit. here, in order to dampen the adjusting element, can further be provided that a cylinder housing of the hydraulic cylinder fixedly connected to a piston of the pneumatic cylinder, whereas a piston rod of the hydraulic cylinder is fixedly connected to a housing of the pneumatic cylinder.
Durch eine derartige integrierte Bauweise von pneumatischer Verstelleinheit und Dämpfungseinheit lassen sich auf einfache Weise kompakt bauende Stellantriebe realisieren. By such an integrated design of pneumatic adjustment and damping unit can be realized in a simple way compact actuators.
Weiterhin kann auch vorgesehen werden, die Erfindung zum Bewegen eines Objekts einzusetzen, wobei die zu bewegende Last mit dem pneumatisch antreibbaren Verstellelement zumindest kraftschlüssig gekoppelt ist. Dabei wird die Bewegung des zu bewegenden Objekts, beispielsweise eine lineare Bewegung bis zu 500 mm oder auch bis zu 200 mm oder 700 mm, durch die pneumatische Verstelleinheit ausgelöst; die Bewegung des zu bewegenden Objekts wird durch die Dämpfungseinheit reguliert. Furthermore, it can also be provided to use the invention for moving an object, wherein the load to be moved is coupled at least non-positively with the pneumatically driven adjusting element. The movement of the object to be moved, for example, a linear movement up to 500 mm or even up to 200 mm or 700 mm, triggered by the pneumatic adjustment unit; the movement of the object to be moved is regulated by the damping unit.
Auch kann vorgesehen sein, die Erfindung zum Positionieren und/oder Verstellen eines Objekts, insbesondere eines Leit- schaufelapparats an einer Turbomaschine, einzusetzen. So kann beispielsweise mittels eines erfindungsgemäßen Stellantriebs der Leitschaufelapparat von einer Mitdrallstellung in eine Gegendrallstellung bewegt werden. Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläu- tert werden. It can also be provided to use the invention for positioning and / or adjusting an object, in particular a guide blade apparatus on a turbomachine. For example, by means of an actuator according to the invention, the vane apparatus can be moved from a co-rotating position into a counter-rotating position. The above-described characteristics, features and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the embodiments, which will be described in more detail in conjunction with the drawings.
Es zeigen: Show it:
FIG 1 einen pneumatischen Stellantrieb mit hydraulischer 1 shows a pneumatic actuator with hydraulic
Dämpfung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und  Damping according to a first embodiment and
FIG 2 einen pneumatischen Stellantrieb mit hydraulischer 2 shows a pneumatic actuator with hydraulic
Dämpfung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. FIG 1 zeigt einen pneumatischen Stellantrieb 1 mit hydrauli¬ scher Dämpfung 20 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Damping according to a second embodiment. 1 shows a pneumatic actuator 1 with hydraulic shear ¬ 20 according to a first embodiment.
Dieser pneumatische Stellantrieb 1 mit hydraulischer Dämpfung 20 kombiniert eine pneumatische Verstelleinheit 10 („Pneuma- tik-Seite") mit einer hydraulischen Dämpfung 20 („Hydraulik- Seite") . Dazu weist der pneumatische Stellantrieb 1 mit hydraulischer Dämpfung 20 einen Pneumatikzylinder 13 auf, in welchem ein pneumatisch antreibbares Verstellelement 11 geführt bzw. ver¬ schieblich angeordnet ist. Das pneumatisch antreibbare Ver- Stellelement 11 weist einen in dem Pneumatikzylinder 13 geführten bzw. dort verschieblich angeordneten Kolben 14 auf, wodurch sich in dem Pneumatikzylinder 13 beiderseits des Kolbens 14 zwei in ihrer Größe durch die Bewegung des Kolbens 14 veränderbare (pneumatische) Kammern 16, 17 ausbilden. This pneumatic actuator 1 with hydraulic damping 20 combines a pneumatic adjustment unit 10 ("pneumatic side") with a hydraulic damping 20 ("hydraulic side"). For this purpose, the pneumatic actuator 1 with hydraulic damping 20 on a pneumatic cylinder 13, in which a pneumatically driven adjusting element 11 is guided or arranged ver ¬ displaceable. The pneumatically driven Ver control element 11 has a guided in the pneumatic cylinder 13 and there displaceably arranged piston 14, whereby in the pneumatic cylinder 13 on both sides of the piston 14 in its size by the movement of the piston 14 variable (pneumatic) chambers 16, 17 training.
Der Kolben 14 auf der Pneumatik-Seite ist beiderseits mit aus dem Pneumatikzylinder 13 herausragenden Kolbenstangen 9 verbunden, wobei am Ende der einen Kolbenstange 9 ein Anlenk- punkt 5 für eine - durch den Stellantrieb 1 zu positionieren- de / positionierbare - Last (4, nicht dargestellt), bei¬ spielsweise ein Leitschaufelapparat einer Turbomaschine, vor¬ gesehen ist. The piston 14 on the pneumatic side is connected to both sides with piston rods 9 protruding from the pneumatic cylinder 13, a pivot point 5 being provided at the end of one piston rod 9 for a load (4, 4) to be positioned / positioned by the actuator 1. not shown), in ¬ example, a vane apparatus of a turbomachine, seen before ¬ .
Der Pneumatikzylinder 13 wird über ein Wegeventil 15 mit Druckluft 12 beaufschlagt (Pneumatiksystem) . Dazu ist Druck¬ luft 12 aus einer (Druckluft-) Quelle 18, beispielsweise In¬ strumentenluft, - regel- bzw. steuerbar - über das Wegeventil 15 über zwei Arbeitsanschlüsse mittels entsprechender Druck¬ luftleitungen 19 in die Kammern 16, 17 des Pneumatikzylinders 13 einleitbar. Die Entlüftung des Pneumatiksystems erfolgt über einen Entlüftungsanschluss an dem Wegeventil 15. The pneumatic cylinder 13 is acted upon via a directional control valve 15 with compressed air 12 (pneumatic system). For this purpose, pressure ¬ air 12 of a (pneumatic) source 18, for example in ¬ strumentenluft, - controllably - via the directional valve 15 via two working connections by means of corresponding pressure ¬ air conduits 19 into the chambers 16, 17 of the pneumatic cylinder 13 can be introduced , The venting of the pneumatic system via a vent port on the directional control valve 15th
Die Bewegung des Pneumatikzylinders 13 bzw. des Kolbens 14 bzw. des Verstellelements 11 des Pneumatikzylinders 13 wird über einen hydraulischen Dämpfungszylinder 22, kurz auch nur Hydraulik- oder Dämpfungszylinder 22, auf der Hydraulik-Seite gebremst . The movement of the pneumatic cylinder 13 or of the piston 14 or the adjusting element 11 of the pneumatic cylinder 13 is braked on the hydraulic side via a hydraulic damping cylinder 22, in short only hydraulic or damping cylinder 22.
Dazu weist der Hydraulikzylinder 22 einen Kolben 23 auf, wel- eher in dem Hydraulikzylinder 22 geführt bzw. dort verschieblich angeordnet ist, wodurch sich in dem Hydraulikzylinder 22 beiderseits des Kolbens 23 zwei in ihrer Größe durch die Bewegung des Kolbens 23 veränderbare Kammern 27, 28 ausbilden. An dem Kolben 23 des Hydraulikzylinders 22 ist ei¬ ne Kolbenstange 8 angeordnet, welche aus dem Hydraulikzylin¬ der 22 ragt. Der Hydraulikzylinder 22 bzw. beide Kammern 27, 28 des Hydraulikzylinders 22 werden über ein geschlossenes Hydraulik¬ system mit Hydraulikleitungen 29 mit Hydraulikflüssigkeit 21, einem Öl, versorgt. Im Hydrauliksystem bzw. im Hydraulikkreislauf ist ein steuer-/regelbares Proportionalventil 24 angeordnet. For this purpose, the hydraulic cylinder 22 has a piston 23, which is guided or displaceable in the hydraulic cylinder 22, whereby in the hydraulic cylinder 22 on both sides of the piston 23 two in their size by the movement of the piston 23 variable chambers 27, 28th form. On the piston 23 of the hydraulic cylinder 22 egg ¬ ne piston rod 8 is arranged, which protrudes from the Hydraulikzylin ¬ 22. The hydraulic cylinder 22 or both chambers 27, 28 of the hydraulic cylinder 22 are supplied via a closed hydraulic ¬ system with hydraulic lines 29 with hydraulic fluid 21, an oil. In the hydraulic system or in the hydraulic circuit, a controllable / proportional valve 24 is arranged.
Weil eine Bewegung des Dämpfungszylinders 22 bzw. des Kolbens 23 des Dämpfungszylinders 22 die (kaum kompressible) Hydrau¬ likflüssigkeit 21 von Kammer 27 in Kammer 28 oder umgekehrt verdrängt, besteht die Möglichkeit über das Proportionalven¬ til 24 der Bewegung des Dämpfungszylinders 22 einen verstell¬ baren Widerstand entgegenzusetzen. Because movement of the damper cylinder 22 and the piston 23 of the damper cylinder 22, the (barely compressible) Hydrau ¬ likflüssigkeit 21 of chamber 27 displaces reversed in chamber 28 or, it is possible via the Proportionalven ¬ til 24 of the movement of the damper cylinder 22 has an adjustable ¬ to oppose resistance.
Wie weiter FIG 1 zeigt, ist ein weiterer, auch verschieb- licher Kolben 7 innerhalb des Hydraulikzylinders 22 angeord¬ net, wodurch sich eine weitere Kammer 6 in dem Dämpfungszylinder 22 ausbildet (Kompensationseinheit 25) . As further 1 shows, is another, also displaceable Licher piston 7 within the hydraulic cylinder 22 angeord ¬ net, resulting in a further chamber 6 in the damping cylinder 22 forms (compensation unit 25).
In dieser weiteren Kammer 6 des Dämpfungszylinders 22 ist Gas unter erhöhtem Druck eingeschlossen und gleicht eine Volumenänderung in den beiden (Hydraulik- ) Kammern 27, 28 beim Ein- und Ausfahren des Kolbens 23 sowie eine Wärmedehnung der Hydraulikflüssigkeit 21 aus. Dies entspricht der Wirkungsweise eines Einrohrdämpfers 25. In this further chamber 6 of the damping cylinder 22 gas is trapped under elevated pressure and compensates for a change in volume in the two (hydraulic) chambers 27, 28 during retraction and extension of the piston 23 and a thermal expansion of the hydraulic fluid 21. This corresponds to the operation of a monotube 25th
Um die Bewegung des Pneumatikzylinders 13 bzw. des Kolbens 14 /Verstelleinheit 11 des Pneumatikzylinders 13 über den hy¬ draulischen Dämpfungszylinder 22 zu dämpfen bzw. zu bremsen, sind die beiden Zylinder 13, 22, der Pneumatikzylinder 13 und der Hydraulikzylinder 22, über ihre jeweiligen Kolbenstangen 9, 8 fest miteinander verbunden 30, wodurch eine Bewegung des Pneumatikzylinders 13 - und der Last (4) - zwangsweise auch zu einer Bewegung des Dämpfungszylinders 22 - führt. Wenn das Proportionalventil 24 des Dämpfungszylinders 22 kom¬ plett geschlossen ist, wird jegliche Bewegung des Hydraulikkolbens 23 und damit des mit dem Hydraulikkolben 23 fest ver- bundenen Pneumatikkolbens 14/Verstellelements 11 - gehemmt, sodass auf diese Weise eine Verblockung des Stellantriebs 1 möglich ist. The movement of the pneumatic cylinder 13 and the piston 14 / adjusting unit 11 of the pneumatic cylinder 13 via the hy ¬-hydraulic damping cylinder for damping 22 and to brake, the two cylinders 13, 22, the pneumatic cylinder 13 and the hydraulic cylinder 22, through their respective Piston rods 9, 8 fixedly connected to each other 30, whereby a movement of the pneumatic cylinder 13 - and the load (4) - forcibly also to a movement of the damping cylinder 22 - leads. When the proportional valve 24 of the damping cylinder 22 is kom ¬ pletely closed, any movement of the hydraulic piston 23 and thus the firmly connected to the hydraulic piston 23-bound pneumatic piston 14 / adjusting element 11 - inhibited, so that is possible in this manner, a blockage of the actuator. 1
Zur Ansteuerung der beiden Ventile 15, 24, d.h. dem Wegeven- til 15 und dem Proportionalventil 24, kommt eine elektroni¬ sche Regeleinheit 2 zum Einsatz, welche über entsprechende elektrische Leitungen mit den Ventilen 15, 24 verbunden ist. For controlling the two valves 15, 24, ie the Wegeven- til 15 and the proportional valve 24, is an electronic ¬ specific control unit 2 is used, which is connected by appropriate electrical cables to the valves 15, 24th
Weiterhin weist der Stellantrieb 1 einen Positionssensor 3 zur Positions- bzw. Wegmessung auf, welcher ebenfalls über eine elektrische Leitung 31 mit Regeleinheit 2 verbunden ist. Furthermore, the actuator 1 has a position sensor 3 for position or distance measurement, which is also connected via an electrical line 31 to the control unit 2.
Wie FIG 1 zeigt, ist in diesem Fall der Positionssensor 3 im Bereich der Kolbenstange 9 des Pneumatikzylinders 13 angeord- net, wodurch er unmittelbar die Position bzw. den Weg des pneumatischen Verstellelements 11 - und damit die Position bzw. den Weg der Last (4) - misst (Istwert IW) . As FIG 1 shows, in this case, the position sensor 3 in the region of the piston rod 9 of the pneumatic cylinder 13 is arranged, whereby he directly the position or the path of the pneumatic adjusting element 11 - and thus the position or the path of the load (4th ) - measures (actual value IW).
Die Regeleinheit 2 vergleicht den Istwert IW aus der Positi- onsmessung mit einem vorgebbaren Sollwert SW. Soll die Position der zu bewegenden Last (4) verändert werden (d.h. der Wegsollwert SW entspricht nicht mehr dem Istwert IW) , so steuert die elektronische Regeleinheit 2 das Pneumatik- /Wegeventil 15 voll in die beabsichtigte Richtung auf. Das Pneumatikventil 15 kann somit als kostengünstiges Schaltven¬ til 15 mit großem Querschnitt ausgeführt werden. The control unit 2 compares the actual value IW from the position measurement with a predefinable setpoint SW. If the position of the load to be moved (4) to be changed (ie the desired position SW no longer corresponds to the actual value IW), the electronic control unit 2 controls the pneumatic / directional control valve 15 fully in the intended direction. The pneumatic valve 15 can thus be designed as a cost Schaltven ¬ til 15 with a large cross-section.
Die Bewegung des Pneumatikkolbens 13/pneumatischen Verstell¬ elements 11 und damit der Last (4) beginnt erst dann mit nen- nenswerter Geschwindigkeit, wenn das Proportionalventil 24 ebenfalls angesteuert wird und lässt sich beim Erreichen der Zielposition bzw. Sollposition/Sollwert SW durch kontinuierliches Verringern der Ansteuerung sanft abbremsen. Dies kann mit großer Präzision geschehen, sodass im Vergleich zu konventionellen pneumatischen Antrieben bei dem Stellantrieb 1 eine sehr hohe Positioniergenauigkeit erreicht werden kann. Wenn im Stillstand aufgrund einer Leckage am Proportionalventil 24 eine schleichende Bewegung des Stellantriebs 1 bzw. des Verstellelements 11 erfolgt, kann durch gelegentliche Luftbeaufschlagung auf der Pneumatik-Seite (ohne Ansteuerung des Proportionalventils 24 auf der Hydraulik-Seite) dies kom- pensiert werden. The movement of the pneumatic piston 13 / pneumatic adjusting ¬ elements 11 and thus the load (4) begins only at an appreciable speed when the proportional valve 24 is also controlled and can be achieved by continuously reducing the target position or target position / setpoint SW Slowly decelerate the control. This can done with great precision, so that in comparison to conventional pneumatic actuators in the actuator 1, a very high positioning accuracy can be achieved. If a creeping movement of the actuator 1 or of the adjusting element 11 occurs at standstill due to a leakage at the proportional valve 24, this can be compensated for by occasional application of air to the pneumatic side (without activation of the proportional valve 24 on the hydraulic side).
Auch denkbar ist der Einsatz eines Sitzventils, z. B. in Cartridge-Bauart , auf der Hydraulik-Seite, sodass die Leckage prinzipbedingt vernachlässigbar gering ist. Also conceivable is the use of a seat valve, z. B. in cartridge design, on the hydraulic side, so that the leakage inherently negligible.
Wie weiter FIG 1 zeigt, ist die Hydraulik-Seite des Stellan¬ triebs 1 mit Drucksensoren P 26, 27 ausgestattet. Dabei sind zwei Drucksensoren P 26, 27 in den Hydraulikleitungen 29 angeordnet, welche jeweils den Druckzustand in den beiden Hy- draulikkammern 27, 28 des Hydraulikzylinders 22 messen. Die beiden Drucksensoren P 26, 27 sind über elektrische Leitungen 31 mit der Regeleinheit 2 verbunden. As further shown in FIG 1, the hydraulic side of Stellan ¬ drive 1 with pressure sensors P 26, 27 is equipped. In this case, two pressure sensors P 26, 27 are arranged in the hydraulic lines 29, which respectively measure the pressure state in the two hydraulic chambers 27, 28 of the hydraulic cylinder 22. The two pressure sensors P 26, 27 are connected via electrical lines 31 to the control unit 2.
Mit Hilfe der (Druck-) Information aus den Drucksensoren P 26, 27 kann die Reglereinheit 2 den Lastzustand des Stellantriebs 1 identifizieren. So kann die Regeleinheit 2, bei vollständig geöffnetem Pneumatik-Wegeventil 15 und bekanntem Luftversorgungsdruck der Instrumentenluft 18, unter Verwendung dieser Druckinformationen die Größe einer Lastkraft und damit den Lastzustand des Stellantriebs 1 bestimmen. With the help of the (pressure) information from the pressure sensors P 26, 27, the controller unit 2 can identify the load state of the actuator 1. Thus, the control unit 2, with fully open pneumatic directional control valve 15 and known air supply pressure of the instrument air 18, determine the size of a load force and thus the load condition of the actuator 1 using this pressure information.
Auch ermöglicht die Druckinformation aus den Drucksensoren P 26, 27 die Bestimmung des optimalen Zeitpunkts zum Öffnen des Proportionalventils 24 auf der Hydraulik-Seite, denn nach dem Öffnen oder Umsteuern auf der Pneumatik-Seite muss sich in dessen Pneumatikzylinder 13 zunächst der Druck und damit eine Kraft in Richtung der beabsichtigten Bewegung aufbauen. Alternativ kann bei dem Stellantrieb 1 bzw. auf dessen Pneumatik-Seite auch vorgesehen sein, anstelle des schaltenden Pneumatikventils 15 bzw. des Wegeventils 15 ein stetiges oder taktend angesteuertes Ventil zu verwenden, um dadurch die in den Pneumatikzylinder 13 strömende Druckluft 12 zu variieren. Dadurch lässt sich eine stetige, feinfühlige Regelung bei der Verstellung/Bewegung des Verstellelements 11 und damit der Positionierung der Last (4) - und damit auch eine hohe Präzision der Positionierung der Last (4) gewährleisten. The pressure information from the pressure sensors P 26, 27, the determination of the optimal timing for opening the proportional valve 24 on the hydraulic side, because after opening or reversing on the pneumatic side must be in the pneumatic cylinder 13, first the pressure and thus a Build up force in the direction of the intended movement. Alternatively, it can also be provided in the actuator 1 or on its pneumatic side, instead of the switching pneumatic valve 15 and the directional control valve 15 to use a continuous or clocking controlled valve, thereby varying the flowing in the pneumatic cylinder 13 compressed air 12. This allows a continuous, sensitive control in the adjustment / movement of the adjusting element 11 and thus the positioning of the load (4) - and thus ensure a high precision positioning of the load (4).
FIG 2 zeigt ebenfalls einen pneumatischen Stellantrieb 1 mit hydraulischer Dämpfung 20 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel . FIG 2 also shows a pneumatic actuator 1 with hydraulic damping 20 according to a second embodiment.
Gleiche Bezugszeichen wie in FIG 1 bezeichnen gleiche Elemente . The same reference numerals as in FIG. 1 designate the same elements.
Bei dem in FIG 2 dargestellten pneumatischen Stellantrieb 1 ist der Dämpfungszylinder 22 innerhalb des Hydraulikzylinders 13 angeordnet, wodurch sich eine kompakte Bauweise des Stell¬ antriebs 1 realisieren lässt. In the pneumatic actuator 1 shown in FIG 2, the damping cylinder 22 is disposed within the hydraulic cylinder 13, whereby a compact design of the actuator ¬ drive 1 can be realized.
Wie FIG 2 zeigt, weist der Kolben 14 des Pneumatikzylinders 13 eine Einsenkung 35 auf, in welche der Hydraulikzylinder 22 eingesetzt und mit dem Pneumatikkolben 14 fest verbunden ist 30. As FIG 2 shows, the piston 14 of the pneumatic cylinder 13 has a recess 35, in which the hydraulic cylinder 22 is inserted and fixedly connected to the pneumatic piston 30 30th
Die Kolbenstange 8 des Hydraulikkolbens 23 ragt aus dem Hy- draulikzylinder 22 heraus und erstreckt sich bis an das axia¬ le Ende des Pneumatikzylinders 13, mit welchem bzw. in wel¬ chem sie fest verbunden ist. The piston rod 8 of the hydraulic piston 23 projects out of the hydraulic cylinder 22 and extends to the axia ¬ le end of the pneumatic cylinder 13, with which or in wel ¬ chem it is firmly connected.
Zur Versorgung der beiden Hydraulikkammern 27, 28 des Hydrau- likzylinders 22 mit der Hydraulikflüssigkeit 21 ist der Kol¬ ben 23 bzw. die Kolbenstange 8 des Hydraulikzylinders 22 mit Bohrungen 33 versehen, welche mit den Hydraulikleitungen 29 des Hydrauliksystems (vgl. FIG 1) verbunden sind. Der Fluss 34 des Hydraulikmediums 21 ist mit Pfeilen 34 verdeutlicht. For supplying the two hydraulic chambers 27, 28 of the hydraulic cylinder 22 with the hydraulic fluid 21 of the Kol ¬ ben is 23 and the piston rod 8 of the hydraulic cylinder 22 with bores 33 is provided, which with the hydraulic lines 29 of the hydraulic system (see FIG. The flow 34 of the hydraulic medium 21 is illustrated by arrows 34.
Hydrauliksystem, Pneumatiksystem sowie Regeleinheit 2 sind bei dem Stellantrieb nach FIG 2 entsprechend denen des Stel¬ lantriebs 2 nach FIG 1 ausgebildet und sind in FIG 2 nicht näher dargestellt. Hydraulic system, pneumatic system and control unit 2 are formed in the actuator according to FIG 2 corresponding to those of the Stel ¬ lantriebs 2 of FIG 1 and are not shown in detail in FIG.
Wie FIG 2 auch zeigt, sind die Kolben 14, 23 des Stellan- triebs 1 sowie die Kolbenstange 9 des pneumatischen Verstell¬ elements 11 mittels Dichtungen 32 abgedichtet, um ein Aus¬ oder Eintreten des jeweiligen Fluids 12, 21 in die jeweilige Kammer 16, 17 bzw. 27, 28 über die Kontaktstelle zwischen Kolben/Kolbenstange 9, 14, 23 und Zylinder 13, 22 zu verhin- dern. As FIG 2 also shows the pistons 14, 23 of the Stellan- drive 1 and the piston rod 9 of the pneumatic adjustment ¬ elements 11 are sealed by means of seals 32 to an off ¬ or occurrence of the respective fluid 12, 21 into the respective chamber 16, 17 and 27, 28 via the contact point between the piston / piston rod 9, 14, 23 and cylinder 13, 22 to prevent.
In seiner Funktionsweise und Ansteuerung entspricht der In its operation and control corresponds to the
Stellantrieb 1 nach FIG 2 dem Stellantrieb 1 nach FIG 1, wo¬ durch auch hier die zur Verstellung des Verstellelements 11 auf der Pneumatik-Seite - und damit zur Positionierung derActuator 1 according to FIG 2 to the actuator 1 according to FIG 1, where ¬ by also here for the adjustment of the adjusting element 11 on the pneumatic side - and thus for the positioning of the
Last (4) - benötigte Energie über die Pneumatik zugeführt und bereitgestellt wird, während über die regulierbare/einstell¬ bare Dämpfung 20 auf der Hydraulik-Seite, welche auf den An¬ trieb des Verstellelements 11 wirkt, die Bewegung des Ver- Stellelements 11 auf der Pneumatik-Seite gesteuert und kon¬ trolliert wird. Load (4) - required energy is supplied via the pneumatic and provided, while on the adjustable / adjustable ¬ bare damping 20 on the hydraulic side, which acts on the on ¬ drive of the adjusting element 11, the movement of the control element 11 on is of the pneumatic-controlled side and con trolled ¬.
Das Prinzip der Stellantriebe 1 aus den FIGen 1 und 2 basie¬ ren bzw. realisieren somit auf einer bzw. eine Trennung der Funktionen „Energie zuführen", was über die Pneumatik bzw. durch die zu- bzw. abgeführte Druckluft 12 auf der Pneumatik- Seite erfolgt, und „Bewegung steuern", was durch die Einbzw. Verstellung des Dämpfungswiderstands der Dämpfung 20 auf der Hydraulik-Seite erfolgt. The principle of the actuators 1 from the Figs 1 and 2 basie ¬ ren and thus realize on an or "out energy," a separation of the functions, which via the pneumatic, or by moving or discharged compressed air 12 on the pneumatic Page takes place, and "control movement", what by the Einbzw. Adjustment of the damping resistance of the damping 20 takes place on the hydraulic side.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele ein- geschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen . Although the invention has been illustrated and described in detail by the preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples. and other variations can be deduced therefrom by the person skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims

Patentansprüche claims
1. Pneumatischer Stellantrieb (1) mit einer pneumatischen Verstelleinheit (10) mit einem pneumatisch antreibbaren Ver- Stellelement (11) sowie mit einer Dämpfungseinheit (20), wo¬ bei das Verstellelement (11) derart in einer Wirkverbindung (30) mit der Dämpfungseinheit (20) steht, dass der Antrieb des Verstellelements (11) durch die Dämpfungseinheit (20) ge¬ dämpft ist, 1. Pneumatic actuator (1) with a pneumatic adjusting unit (10) with a pneumatically driven Ver adjusting element (11) and with a damping unit (20), where ¬ in the adjusting element (11) in such an operative connection (30) with the damping unit (20) that the drive of the adjusting element (11) is damped by the damping unit (20),
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
ein Dämpfungswiderstand der Dämpfungseinheit (20) derart ver¬ stellbar ist, dass über die Einstellung des Dämpfungswiderstands eine Bewegung des pneumatisch antreibbaren Verstellelements (11) steuerbar ist. a damping resistance of the damping unit (20) is ver ¬ adjustable such that on the adjustment of the damping resistance, a movement of the pneumatically driven adjusting element (11) is controllable.
2. Pneumatischer Stellantrieb nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, 2. Pneumatic actuator according to at least one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Dämpfungseinheit (20) ein Dämpfungsmedium (21) aufweist, welches weniger kompressibel ist als ein pneumatisches Medium (12) der pneumatischen Verstelleinheit (10). the damping unit (20) has a damping medium (21) which is less compressible than a pneumatic medium (12) of the pneumatic adjustment unit (10).
3. Pneumatischer Stellantrieb nach Anspruch 1, 3. Pneumatic actuator according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
ein Dämpfungsmedium (21) der Dämpfungseinheit (20) ein Öl oder eine elektrorheologische Flüssigkeit und/oder ein pneu¬ matische Medium (12) der pneumatischen Verstelleinheit (10) Druckluft sind/ist. a damping medium (21) of the damping unit (20) an oil or an electrorheological fluid and / or a pneu matic ¬ medium (12) of the pneumatic adjusting unit (10) of compressed air are / is.
4. Pneumatischer Stellantrieb nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, 4. Pneumatic actuator according to at least one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Dämpfungseinheit (20) einen hydraulischen Dämpfungszylin- der (22) mit einem hydraulisch bewegbaren hydraulischen Dämpfungskolben (23) sowie ein mit einem hydraulischen Mediumthe damping unit (20) has a hydraulic damping cylinder (22) with a hydraulically movable hydraulic damping piston (23) and a hydraulic medium
(21) durchströmtes , einstellbares Stellglied (24) aufweist, durch dessen Einstellung der Dämpfungswiderstand der Dämpfungseinheit (20) verstellbar ist. (21) through-flow, adjustable actuator (24), by the adjustment of the damping resistance of the damping unit (20) is adjustable.
5. Pneumatischer Stellantrieb nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, 5. Pneumatic actuator according to at least one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die pneumatische Verstelleinheit (10) einen Pneumatikzylinder (13) mit einem pneumatisch antreibbaren Kolben (14) und die Dämpfungseinheit (20) einen hydraulischen Dämpfungszylinderthe pneumatic adjusting unit (10) comprises a pneumatic cylinder (13) with a pneumatically driven piston (14) and the damping unit (20) a hydraulic damping cylinder
(22) mit einem hydraulischen Kolben (23) aufweisen/aufweist, wobei der pneumatische Kolben (14) und der hydraulische Kol¬ ben (23) zumindest kraftschlüssig gekoppelt (30) sind. (22) with a hydraulic piston (23) have /, wherein the pneumatic piston (14) and the hydraulic Kol ¬ Ben (23) at least non-positively coupled (30).
6. Pneumatischer Stellantrieb nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, 6. Pneumatic actuator according to at least one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die pneumatische Verstelleinheit (10) ein Membranantrieb (10) ist. the pneumatic adjusting unit (10) is a diaphragm drive (10).
7. Pneumatischer Stellantrieb nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, 7. Pneumatic actuator according to at least one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die pneumatische Verstelleinheit (10) ein Stellglied (15) aufweist, über welches die pneumatische Verstelleinheit (10) mit einem pneumatischen Medium (12) beaufschlagbar ist, und/oder dass die Dämpfungseinheit (20) ein Stellglied (24) aufweist, durch dessen Einstellung der Dämpfungswiderstand der Dämpfungseinheit (20) verstellbar ist. the pneumatic adjustment unit (10) has an actuator (15) via which the pneumatic adjustment unit (10) can be acted upon by a pneumatic medium (12), and / or that the damping unit (20) has an actuator (24) by its adjustment the damping resistance of the damping unit (20) is adjustable.
8. Pneumatischer Stellantrieb nach mindestens dem Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (15) der pneumatischen Verstelleinheit (10) ein stetiges oder taktend angesteuertes Ventil (15) ist. 8. Pneumatic actuator according to at least claim 7, characterized in that the actuator (15) of the pneumatic adjusting unit (10) is a continuous or clocked controlled valve (15).
9. Pneumatischer Stellantrieb nach mindestens einem der vor- anstehenden Ansprüche, 9. Pneumatic actuator according to at least one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
der pneumatische Stellantrieb (1) eine elektronische Regel¬ einheit (2) aufweist, unter Verwendung derer ein Stellglied (15, 24) zu einem Antrieb des Verstellelements (11) ansteuer- bar ist. the pneumatic actuator (1) has an electronic control ¬ unit (2), using which an actuator (15, 24) to a drive of the adjusting element (11) can be controlled bar.
10. Pneumatischer Stellantrieb nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, 10. Pneumatic actuator according to at least one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
der pneumatische Stellantrieb (1) eine Positions- und/oder Wegermessvorrichtung (3) zu einer Messung einer Istposition des pneumatisch antreibbaren Verstellelements (11) aufweist, wobei eine elektronische Regeleinheit (2) des pneumatischen Stellantriebs (1) derart eingerichtet ist, dass zur Ansteue- rung eines Stellglieds (15, 24) des pneumatischen Stellantriebs (1) ein Ist-/Sollwert-Vergleich durchführbar ist. the pneumatic actuator (1) has a position and / or distance measuring device (3) for measuring an actual position of the pneumatically driven adjusting element (11), wherein an electronic control unit (2) of the pneumatic actuator (1) is set up such that for Ansteue - tion of an actuator (15, 24) of the pneumatic actuator (1) an actual / target value comparison is feasible.
11. Pneumatischer Stellantrieb nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, 11. Pneumatic actuator according to at least one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Dämpfungseinheit (20) eine Kompensationseinheit (25) zur Kompensation von Volumenänderungen und/oder Wärmedehnungen in einem Dämpfungsmedium (21) der Dämpfungseinheit (20) aufweist. the damping unit (20) has a compensation unit (25) for compensation of volume changes and / or thermal expansions in a damping medium (21) of the damping unit (20).
12. Pneumatischer Stellantrieb nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, 12. Pneumatic actuator according to at least one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Dämpfungseinheit (20) eine oder mehrere Druckmessvorrich¬ tungen (26) aufweist, unter Verwendung dessen ein Druck bzw. derer Drücke eines Dämpfungsmediums (21) der Dämpfungseinheit (22) messbar ist bzw. sind. having the damping unit (20) one or more Druckmessvorrich ¬ obligations (26), using which a pressure or pressures which a damping medium (21) of the damping unit (22) is measured and shown.
13. Pneumatischer Stellantrieb nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, 13. Pneumatic actuator according to at least one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Dämpfungseinheit (20) in der pneumatischen Verstelleinheit (10) integriert ist. the damping unit (20) in the pneumatic adjusting unit (10) is integrated.
14. Pneumatischer Stellantrieb nach mindestens einem der vor- anstehenden Ansprüche eingesetzt zum Bewegen eines Objekts14. Pneumatic actuator according to at least one of the preceding claims used for moving an object
(4), wobei das zu bewegende Objekt (4) mit dem pneumatisch antreibbaren Verstellelement (10) zumindest kraftschlüssig gekoppelt (5) ist, wobei (4), wherein the object to be moved (4) with the pneumatically driven adjusting element (10) at least frictionally coupled (5), wherein
- die Bewegung des zu bewegenden Objekts (4) durch die pneu- matische Verstelleinheit (10) ausgelöst wird und  - The movement of the object to be moved (4) by the pneumatic adjusting unit (10) is triggered and
- die Bewegung des zu bewegenden Objekts (4) durch die Dämpfungseinheit (20) reguliert wird. - The movement of the object to be moved (4) by the damping unit (20) is regulated.
15. Pneumatischer Stellantrieb nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, 15. Pneumatic actuator according to at least one of the preceding claims,
eingesetzt zu einer Positionierung und/oder Verstellung eines Leitschaufelapparats (4) an einer Turbomaschine, wobei das zu positionierende/verstellende Objekt (4) mit dem pneumatisch antreibbaren Verstellelement (10) zumindest kraftschlüssig gekoppelt (5) ist. used for positioning and / or adjusting a vane apparatus (4) on a turbomachine, wherein the object (4) to be positioned / adjusted is at least frictionally coupled (5) to the pneumatically driven adjusting element (10).
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