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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Betätigung
einer fluidisch betriebenen Stellvorrichtung, die ein Stellglied
aufweist, das eine bewegliche Wand wenigstens eines Arbeitsraumes
bildet, wobei zur Herbeiführung
einer Bewegung des Stellgliedes Betätigungsfluid aus einer Fluidspeichereinrichtung
in den Arbeitsraum eingespeist oder Betätigungsfluid aus dem Arbeitsraum
abgeführt
wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Betätigungsvorrichtung für eine fluidisch
betriebene Stellvorrichtung.
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Mit einem zum Beispiel als Stellkolben
ausgebildeten Stellglied versehene Stellvorrichtungen finden ein
Hauptanwendungsgebiet auf dem Sektor der Fluidtechnik, wo sie meist
als Antriebe zum Bewegen beliebiger Bauteile eingesetzt werden.
Ein Ausführungsbeispiel
für eine
solche Stellvorrichtung geht aus der
EP 0 454 510 A1 hervor, wobei es sich um
einen hydraulisch betriebenen Arbeitszylinder handelt, dessen Stellkolben
zwei Arbeitsräume
voneinander abteilt, die entweder mit einem Betätigungsfluid aus einem Fluidspeicher
beaufschlagbar oder mit einem Tank verbindbar sind, um den Stellkolben zu
verlagern.
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Eine besondere Problematik bei derartigen Stellvorrichtungen
stellt die exakte Positionierung des Stellglieds dar. Noch am genauesten
läßt sich hierbei
mit sogenannten Proportionalventilen arbeiten, die es erlauben,
die in die Arbeitsräume
zuzuführenden
und abzuführenden
Fluidströme
exakt und feinfühlig
einzustellen. Nachteilig sind jedoch die hohen Kosten dieser Ventiltechnik.
Im Vergleich kostengünstiger
sind sogenannte Schaltventile, die digital zwischen Offenstellungen
und Schließstellungen
umschaltbar sind und weniger Fertigungsaufwand bedürfen. Mit
ihnen lassen sich zwar gröbere
Positionierarbeiten mit ausreichender Genauigkeit durchführen, bei
Feinpositionierungen stößt man jedoch
an gewisse Grenzen, vor allem wenn der Stellkolben nur um minimale
Wegstrecken verlagert werden soll.
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Im Falle der
EP 0 454 510 A1 kommen Schaltventile
zur Positionierung des Stellgliedes zum Einsatz. Diese Schaltventile
sind derart miteinander verknüpft,
daß die
Fluidzufuhr aus einem Fluidspeicher in einen der Arbeitsräume gleichzeitig
die Fluidabfuhr aus dem anderen Arbeitsraum hervorruft, so daß sich das
Stellglied verlagert. Zum Halten des Stellgliedes in einer bestimmten
Position wird das Fluidvolumen beider Arbeitsräume eingesperrt. Aufgrund des
trägen
Schaltverhaltens der Ventile ist es aber auch hier schwierig, den
Stellkolben exakt zu positionieren.
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Eine ähnliche Problematik ist auch
dann gegeben, wenn man wie im Falle der
DE 44 22 528 A1 die Ventile
mit dem Betätigungsprinzip
der sogenannten Pulsweitenmodulation betreibt.
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Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art zu schaffen, das bzw. die auf einfache Weise eine präzise Feinpositionierung
des Stellglieds ermöglicht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei
einem Verfahren gemäß Oberbegriff
des Patentanspruches 1 vorgesehen, daß man ein im Vergleich zum
Maximalvolumen des Arbeitsraumes geringeres Speichervolumen der
Fluidspeichereinrichtung abwechselnd entweder mit dem Arbeitsraum
oder mit einer Druckquelle oder Drucksenke verbindet.
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Ferner wird die Aufgabe mit einer
Betätigungsvorrichtung
gemäß Oberbegriff
des Patentanspruches 6 gelöst,
bei der die Fluidspeichereinrichtung ein im Vergleich zum Maximalvolumen
des Arbeitsraumes geringeres Speichervolumen aufweist und bei der
zwischen das Speichervolumen und den Arbeitsraum einerseits sowie
zwischen das Speichervolumen und eine Druckquelle oder eine Drucksenke
andererseits eine die wahlweise Freigabe oder Absperrung der betreffenden
Verbindung ermöglichende
Ventileinrichtung zwischengeschaltet ist, wobei das Speichervolumen
abwechselnd entweder mit dem Arbeitsraum oder mit der Druckquelle
oder der Drucksenke verbindbar ist.
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Auf diese Weise ist die Möglichkeit
gegeben, das Stellglied einer fluidisch betriebenen Stellvorrichtung
ungeachtet der in der Regel vorhandenen Reibungskräfte auch über kurze
Wegstrecken sehr exakt zu positionieren. Das Wirkprinzip basiert
darauf, dem betreffenden Arbeitsraum je nach gewünschter Bewegungsrichtung des
Stellglieds eine gewisse Fluidmenge dosiert zuzuführen oder
zu entnehmen, wobei die Luftmenge durch das Speichervolumen vorgegeben
ist. Dieses Speichervolumen ist kleiner als das Maximalvolumen des
zugeordneten Arbeitsraumes und dabei zweckmäßigerweise verhältnismäßig gering,
wobei die Positioniergenauigkeit in der Regel zunimmt, je geringer
das Speichervolumen ausgeführt
ist. Durch die abwechselnde Verbindung des Speichervolumens mit
entweder dem Arbeitsraum oder einer Druckquelle oder Drucksenke
wird verhindert, daß der
Arbeitsraum unmittelbar mit der Druckquelle oder Drucksenke verbunden
und damit eine unkontrollierte Zuströmung oder Abströmung von
Betätigungsfluid
ermöglicht
wird. Es erfolgt vielmehr durch die portionsweise Zufuhr oder Abfuhr
einer gewissen Fluidmenge ein allmählicher Druckaufbau oder Druckabbau,
woraus sich in kleinen Schritten eine Änderung des Differenzdruckes
beidseits des Stellglieds einstellt, so daß sich das Stellglied verlagert,
wenn die resultierende Differenzkraft größer ist als die Summe der am
Stellglied angreifenden äußeren Kräfte und
der eventuell auftretenden Reibkraft. Bei ausreichend geringem Speichervolumen
läßt sich
so das Stellglied überaus
fein positionieren. Aus der
DE
35 30 787 A1 gehen bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Betätigung
einer Stellvorrichtung hervor, bei der ein konstanter Fluidstrom
in eine Impulsfolge unterteilt wird, die dann unter Zwischenschaltung
einer als Filter wirkenden Ventileinrichtung der Stellvorrichtung
zugeleitet wird. Im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist dort
allerdings die Verwirklichung feiner Positionierungen von der Schaltgeschwindigkeit
der Ventileinrichtung abhängig.
Der Gedanke eines abwechselnden Füllens und Entleerens eines
Speichervolumens zum Erreichen eines dosierten Druckaufbaues oder
Druckabbaues geht aus der
DE
35 30 787 A1 nicht hervor.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Ist die zu betreibende Stellvorrichtung
mit einem Stellglied versehen, das zwei Arbeitsräume voneinander abteilt, sind
zweckmäßigerweise
zwei Speichervolumina vorgesehen, wobei man, um das Stellglied in
einer gewünschten
Stellrichtung zu verlagern, das eine Speichervolumen abwechselnd
mit dem einen Arbeitsraum oder der Druckquelle und das andere Speichervolumen
abwechselnd mit dem anderen Arbeitsraum oder der Drucksenke verbindet. Die
entsprechende Ansteuerung erfolgt vorzugsweise derart zeitlich abgestimmt,
daß die
beiden Speichervolumina gleichzeitig entweder mit dem jeweils zugeordneten
Arbeitsraum oder mit der jeweils zugeordneten Druckquelle bzw. Drucksenke
verbunden werden. Auf diese Weise läßt sich gleichzeitig im einen
Arbeitsraum eine allmähliche
Druckerhöhung und
im anderen Arbeitsraum eine allmähliche Druckreduzierung
erreichen, die letztlich zur gewünschten
Druckdifferenz führt.
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Das Freigeben und Absperren der Verbindung
zwischen den Speichervolumina einerseits sowie den Arbeitsräumen bzw.
der Druckquelle oder der Drucksenke andererseits geschieht zweckmäßigerweise
unter Verwendung zwischengeschalteter Ventileinrichtungen, wobei
zweckmäßigerweise
in jede Verbindung eine eigene Ventileinrichtung eingeschaltet ist.
Die entsprechende Ventileinrichtung kann beispielsweise von einem
einfach aufgebauten 2/2-Wegeventil gebildet sein, das als Schaltventil ausgeführt ist.
Besondere Anforderungen an die Schaltgeschwindigkeit sind dabei
nicht gestellt, da die Arbeitsräume
stets nur mit dem Speichervolumen verbunden werden, das über eine
begrenzte Fluidmenge verfügt.
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Mehrere Ventileinrichtungen können bei
Bedarf auch zu einer oder mehreren Ventileinheiten zusammengefaßt werden,
wobei anstelle zweier 2/2-Wegeventile beispielsweise ein 4/3-Wegeventil treten
könnte.
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Zweckmäßigerweise erfolgt die geschilderte Betätigung nur
während
einer Betriebsphase der Stellvorrichtung, bei der eine feine Positionierung
des Stellglieds erforderlich ist. Während der übrigen Betriebsphasen kann
eine konventionelle Betätigung
erfolgen, wobei die Möglichkeit
vorgesehen sein kann, zur Herbeiführung größerer Verlagerungswege des Kolbens
zumindest zeitweilig eine gleichzeitige Verbindung zwischen dem
Speichervolumen und dem zugeordneten Arbeitsraum sowie der zugeordneten Druckquelle
oder Drucksenke vorzusehen, so daß das Betätigungsfluid ungehindert hindurchströmen kann
und das Speichervolumen wirkungslos ist. Im übergangsbereich zwischen einer
derartigen Betätigung
und der Dosierbetätigung
wäre auch
eine zusätzliche
Betriebsweise auf Basis der sogenannten Pulsbreitenmodulation möglich.
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Je nach Art der Stellvorrichtung
kann das Stellglied beispielsweise von einem linear verschiebbaren
oder auch verschwenkbaren Stellkolben oder von einem Membranglied
gebildet sein. Die Erfindung eignet sich ferner sowohl für sogenannte
einfachwirkend als auch für
sogenannte doppelt• wirkend
angetriebene Stellvorrichtungen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand
der beiliegenden Zeichnung näher
erläutert.
In dieser zeigen:
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1 eine
mögliche
Bauform der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung
in schematischer Darstellung,
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2 eine
weitere Bauvariante der Betätigungsvor
richtung in ebenfalls schematischer Darstellung und
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3 ein
Diagramm zur Verdeutlichung der beim Betreiben der Betätigungsvorrichtung
aus 1 stattfindenden
Verfahrensabläufe.
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Aus 1 geht
eine durch Fluidkraft betreibbare Stellvorrichtung 1 hervor,
die ein Gehäuse 2 aufweist,
in dem ein als Stellkolben ausgebildetes Stellglied 3 axial
bewegbar angeordnet ist.
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Das Stellglied 3 unterteilt
den Innenraum des Gehäuses 2 unter
Abdichtung in zwei axial aufeinanderfolgende Arbeitsräume A1, A2. Jeder Arbeitsraum A1, A2 kommuniziert
mit einer Öffnung 4, 5, über die ein
vorzugsweise pneumatisches Betätigungsfluid zugeführt oder
abgeführt
werden kann.
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Durch die Zufuhr bzw. Abfuhr von
Betätigungsfluid
läßt sich
der in den Arbeitsräumen
A1, A2 herrschende
jeweilige Arbeitsdruck PA1 bzw. PA2 vorgeben. Stellt sich eine ausreichend
große
Druckdifferenz dP ein, verlagert sich das kolbenartige Stellglied 3 in
Richtung des geringeren Arbeitsdruckes, bis wieder Kräftegleichgewicht
herrscht.
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Die Bewegung des Stellglieds 3 ist
außerhalb
des Gehäuses 2 abgreifbar.
Hierzu ist ein mit dem Stellglied 3 bewegungsgekoppeltes
Abtriebsteil 6 vorgesehen, das beim Ausführungsbeispiel
von einer am Stellglied 3 festgelegten und eine der stirnseitigen
Gehäusewände durchsetzenden
Kolbenstange gebildet ist. Die Stellvorrichtung 1 kann
somit als fluidbetätigter
Arbeitszylinder bezeichnet werden.
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Die Stellvorrichtung 1 könnte auch
kolbenstangenlos ausgeführt
sein und beispielsweise über ein
seitlich neben dem Gehäuse 2 angeordnetes
Abtriebsteil verfügen,
das über
einen abgedichteten Längsschlitz
des Gehäuses 2 hindurch
oder magnetisch berührungslos
mit einem Stellkolben axial bewegungsgekoppelt ist.
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Das Stellglied 3 bildet
eine bewegliche Wand von gleichzeitig sowohl dem ersten Arbeitsraum
A1 als auch dem zweiten Arbeitsraum A2. Das momentane Volumen der Arbeitsräume A1, A2 hängt von
der momentanen Axialposition des Stellglieds 3 ab. Jeder
Arbeitsraum hat sein Maximalvolumen, wenn das Stellglied 3 an
der von dem betreffenden Arbeitsraum abgewandten stirnseitigen Wand
des Gehäuses 2 anliegt.
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Die Stellvorrichtung des Ausführungsbeispiels
ist ein Linearantrieb. Die Erfindung läßt sich jedoch beispielsweise
auch bei Schwenk- oder Drehantrieben einsetzen, bei denen das Stellglied
als eine Schwenkbewegung ausführendes
Bauteil ausgebildet ist. Ferner wäre ein Einsatz bei Vorrichtungen möglich, deren
Stellglied als aufgehängte
verformbare Stellmembran ausgeführt
ist.
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Die Betätigung der Stellvorrichtung 1 erfolgt mittels
einer Betätigungsvorrichtung 7.
Wesentlicher Bestandteil dieser Betätigungsvorrichtung 7 ist
eine Fluidspeichereinrichtung 8, die beim Ausführungsbeispiel über zwei
separat voneinander ausgebildete Speichervolumina 12, 13 10 verfügt. Beide
Speichervolumina 12, 13 können aber in einem gemeinsamen Fluidspeichergehäuse untergebracht
sein.
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Das erste Speichervolumen 12 ist über eine Leitung 14 an
eine Druckquelle P angeschlossen. Das zweite Speichervolumen 13 ist über eine
Leitung 14' an
eine Drucksenke R angeschlossen. Die Drucksenke R kann von der Umgebung
bzw. der Atmosphäre
gebildet sein und Atmosphärendruck
aufweisen. Die Druckquelle P liefert unter einem Betätigungsdruck
stehendes Betätigungsfluid,
wobei es sich bei dem Betätigungsdruck
um einen Überdruck handelt,
beispielsweise in der Größenordnung
von 6 bis 10 bar. In die Verbindung zwischen ein jeweiliges Speichervolumen 12, 13 und
die zugeordnete Druckquelle P bzw. Drucksenke R ist eine erste Ventileinrichtung
V1, V2 zwischengeschaltet.
Beide erste Ventileinrichtungen V1, V2 sind zweckmäßigerweise als Schaltventile
in 2/2-Wegebauweise ausgeführt
und werden beispielsgemäß elektromagnetisch
betätigt, wobei
entsprechende Elektromagneteinrichtungen bei 15 angedeutet
sind. In ihrer Grundstellung, die beim Ausführungsbeispiel durch eine Federkraft 16 vorgegeben
ist, nehmen die Ventileinrichtungen V1, V2 eine Schließstellung ein, in der sie die
Verbindung zwischen dem Speichervolumen 12, 13 und
der zugeordneten Druckquelle P bzw. Drucksenke R absperren. Durch
Betätigung
der Elektromagneteinrichtung 15 sind sie in eine Offenstellung
umschaltbar, in der die Fluidver bindung zwischen der Druckquelle
P bzw. der Drucksenke R und dem zugeordneten Speichervolumen 12, 13 freigegeben
ist.
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Anstelle der Elektromagneteinrichtung 15 könnten auch
andersartige Betätigungseinrichtungen vorgesehen
sein, z.B. solche piezoelektrischer Art. Auch könnten die Ventileinrichtungen
insgesamt beispielsweise als Piezoventile ausgeführt sein.
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Die beiden Speichervolumina 12, 13 sind darüber hinaus
unter Zwischenschaltung einer weiteren Ventileinheit V3 an
jeweils einen der beiden Arbeitsräume A1,
A2 angeschlossen. Je nach Schaltstellung
der weiteren Ventileinheit V3 ist auch hier
die entsprechende Verbindung entweder freigegeben oder abgesperrt.
In der in 1 gezeigten
Grundstellung ist die Verbindung beider Speichervolumina 12, 13 zu
den Arbeitsräumen
A1, A2 unterbrochen,
die Ventileinheit V3 nimmt dann die Schließstellung
ein, die beispielsweise durch zwei Federkräfte 17 stabilisiert
sein kann.
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Die Ventileinheit V3 ist
zweckmäßigerweise als
Drei-Stellungs-Ventil
ausgeführt
und beim Ausführungsbeispiel
von einem 4/3-Wegeventil gebildet. Ausgehend von der abgebildeten
Schließstellung läßt es sich
wahlweise in eine von zwei möglichen
Offenstellungen umschalten, wobei in der ersten Offenstellung das
erste Speichervolumen 12 mit dem ersten Arbeitsraum A1 und das zweite Speichervolumen 13 mit
dem zweiten Arbeitsraum A2 verbunden ist, während in
der zweiten Offenstellung das erste Speichervolumen 12 mit
dem zweiten Arbeitsraum A2 und gleichzeitig
das zweite Speichervolumen 13 mit dem ersten Arbeitsraum
A1 verbunden ist. Die in den beiden Offenstellungen
jeweils wirksamen Ventileinrichtungen der Ventileinheit V3 sind in 1 schematisch durch
V3,1 und V3,2 angedeutet.
Zur Betätigung
ist jeder Ventileinrichtung V3,1 bzw. V3,2 zweckmäßigerweise wiederum eine Elektromagneteinrichtung 15 zugeordnet.
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Anstelle der Ventileinheit V3, in der zwei zweite Ventileinrichtungen
V3,1 und V3,2 zusammengefaßt sind,
könnten
auch wenigstens zwei separate Ventileinrichtungen vorgesehen sein,
die vergleichbar den ersten Ventileinrichtungen V1,
V2 aufgebaut sind und jeweils nur die Verbindung
zwischen einem Speichervolumen und einem zugeordneten Arbeitsraum
steuern. Um dann aber in beiden Bewegungsrichtungen des Stellglieds 3 eine
Positionierung vornehmen zu können,
sollten die zweiten Ventileinrichtungen paarweise vorhanden sein,
so daß es
möglich ist,
je nach gewünschter
Verlagerungsrichtung die Speichervolumina mit entweder dem einen
oder dem anderen Arbeitsraum fluidisch zu verbinden. Die beim Ausführungsbeispiel
vorhandene Zusammenfassung in einer als Umschaltventil arbeitenden
Ventileinheit V3 hat den Vorteil eines kompakteren
Aufbaus und einer geringeren Anzahl von Ventilen.
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Es ist ferner eine elektronische
Steuereinrichtung 18 vorgesehen, die über strichpunktiert angedeutete
elektrische oder optische Steuerleitungen 22 mit den verschiedenen
Ventileinrichtungen bzw. deren Betätigungseinrichtungen wie Elektromagneteinrichtungen 15 verbunden
ist und die mit einem Wegaufnehmer 23 zusammenarbeitet,
der auf geeignete Weise mit dem Stellglied 3 gekoppelt
ist. Der Wegaufnehmer könnte
berührungslos
arbeiten oder beispielsweise unter Verwendung einer Potentiometereinrichtung,
die durch Widerstandsänderung Rückschlüsse auf
die aktuelle Ist-Position des Stellglieds 3 ermöglicht.
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Über
die Steuereinrichtung 18 kann nun eine gewünschte Soll-Position
des Stellglieds 3 vorgegeben werden, in die sich das Stellglied 3 ausgehend von
der Ist-Position verlagert, wobei die Positionierung über die
entsprechend angesteuerte Betätigungsvorrichtung 7 erfolgt.
Das dabei zugrundeliegende Arbeitsprinzip sieht vor, daß man die
beiden Speichervolumina 12, 13 abwechselnd entweder
mit einem der Arbeitsräume
A1, A2 oder mit
der zugeordneten Druckquelle P bzw. Drucksenke R verbindet und dadurch
dem einen Arbeitsraum dosierte Mengen von Betätigungsfluid zuführt und
gleichzeitig aus dem anderen Arbeitsraum dosierte Mengen von Betätigungsfluid
abführt,
bis sich zwischen den beiden Arbeitsräumen A1,
A2 eine Druckdifferenz dP einstellt, die
ausreichend hohe Differenzkräfte
hervorruft, um das Stellglied 3 ein Stück weit zu verlagern. Da man sich
bei dieser taktweisen Dosierung ganz allmählich an diejenige Druckdifferenz
herantastet, die ausreicht, um das Stellglied zu verlagern, wird
die Entstehung einer zu großen
Druckdifferenz vermieden, und man ist in der Lage, minimalste Bewegung
des Stellglieds zu erzeugen, um eine zielgenaue Positionierung auch
bei kleinen Wegstrecken des Stellglieds 3 zu erhalten.
Das Grundproblem bei Positionierungen über kurze Wegstrecken besteht
speziell bei Stellkolben darin, daß zunächst die höhere Haftreibung überwunden
werden muß,
um den Stellkolben in Bewegung zu setzen, und daß dann bei konventioneller
Ansteuerung in aller Regel eine zu hohe Druckdifferenz anliegt,
die dazu führt,
daß der
Stellkolben über
das gewünschte
Ziel hinausbewegt wird. Mit der erfindungsgemäßen Ansteuerung kann dieser
Problematik wirksam entgegengewirkt werden.
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Nachfolgend sei unter Bezugnahme
auf die 3 der Betriebsablauf
der Betätigungsvorrichtung 7 geschildert,
der sich abspielt, wenn das Stellglied 3 ausgehend von
der gezeigten Ist-Position 24 in einer durch Pfeil angedeuteten
axialen Stellrichtung 25 in eine strichpunktiert angedeutete
Soll-Position 26 verlagert wird. Den Betrachtungen liegt
dabei ein Zustand bei zunächst
noch stillstehendem Stellglied 3 zugrunde.
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In dem Diagramm der 3 sind jeweils in Abhängigkeit von der Zeit t die
Schaltzustände
der ersten Ventil einrichtungen V1, V2, die in den Speichervolumina 12, 13 herrschenden
Speicherdrücke P1, P2, der Schaltzustand
der Ventileinrichtung V3,1 (Bestandteil
der Ventileinheit V3) und der Differenzdruck
dP in den Arbeitsräumen
A1, A2 aufgetragen.
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Zunächst sei angenommen, daß in den
beiden Arbeitsräumen
A1, A2 Anfangsdrücke herrschen, die
am Stellglied 3 ein Kräftegleichgewicht
bewirken, so daß der
Stellglied 3 in der Ist-Position 24 verharrt. Die
Ventileinrichtungen V1, V2 und
die Ventileinheit V3 befinden sich dabei
in der Schließstellung.
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Nun wird die Ventileinrichtung V1 geöffnet, was
in 3 durch einen ersten
Rechteckimpuls 27 angedeutet ist. Das zu den Arbeitsräumen A1, A2 weiterhin abgesperrte
erste Speichervolumen 12 wird dabei mit Betätigungsfluid
aus der Druckquelle P gefüllt,
wobei der Speicherdruck P1 ansteigt (Anstiegsflanke 28 in 3), bis er dem anliegenden
Betätigungsdruck
entspricht. Anschließend
wird die Ventileinrichtung V1 wieder in
die Schließstellung
umgeschaltet, so daß die
im ersten Speichervolumen 12 befindliche Fluidmenge eingeschlossen
ist. Nun wird die Ventileinheit V3 betätigt, so
daß sie
in die erste Offenstellung umschaltet, in der die Ventileinrichtung V3,1 wirksam ist. Das erste Speichervolumen 12 wird hierdurch
fluidisch mit dem ersten Arbeitsraum A1 verbunden,
so daß Betätigungsfluid
aus dem ersten Speichervolumen 12 in den ersten Arbeitsraum
A1 überströmt, wobei
der Arbeitsdruck PA1 ansteigt und der Speicherdruck
P1 gemäß Absenkungsflanke 32 aus 3 absinkt, bis Druckausgleich
vorliegt. Nun wird die Ventileinheit V3 bzw.
die zugeordnete Ventileinrichtung V3,1 wieder
in die Schließstellung
zurückgeschaltet.
Im ersten Arbeitsraum A1 herrscht nun ein Arbeitsdruck
PA1, der dem Druckniveau des Speicherdruckes
P1 im ersten Speichervolumen 12 entspricht,
das in 3 bei 33 angedeutet
ist.
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Die Betätigung der beiden Ventileinrichtungen
V1, V2 erfolgt zweckmäßigerweise
stets gleichzeitig, so daß sich
bei in Offenstellung befindlicher Ventileinrichtung V1 auch
die andere erste Ventileinrichtung V2 in
Offenstellung befindet. Dabei wird das zweite Speichervolumen 13 an
die Drucksenke R entlastet bzw. entlüftet, so daß in dem zweiten Speichervolumen 13 Umgebungsdruck
herrscht. Das erste Öffnungsintervall
der Ventileinrichtung V2 ist in 3 durch einen Rechteckimpuls 27' angedeutet.
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Bei in die Offenstellung umgeschalteter
Ventileinheit V3 wird gleichzeitig zur Verbindung
zwischen dem ersten Speichervolumen 12 und dem ersten Arbeitsraum
A1 eine Fluidverbindung zwischen dem zweiten
Speichervolumen 13 und dem zweiten Arbeitsraum A2 hergestellt. Die Verbindung des zweiten
Speichervolumens 13 zur Drucksenke R ist dabei abgesperrt.
Dies hat zur Folge, daß zwischen
dem zweiten Arbeitsraum A2 und dem zweiten
Speichervolumen 13 ebenfalls ein Druckausgleich stattfindet, wobei
Betätigungsfluid
aus dem einen höheren
Arbeitsdruck PA2 aufweisenden zweiten Arbeitsraum
A2 in das zweite Speichervolumen 13 überströmt. Der Speicherdruck
P2 steigt dabei entsprechend der Anstiegsflanke 34 gemäß 3 auf ein Druckniveau 33' an, das mit
dem im zweiten Arbeitsraum A2 verbleibenden
Arbeitsdruck PA2 identisch ist.
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Das Öffnungsintervall der Ventileinheit
V3 bzw. der zugehörigen Ventileinrichtung V3,1 ist in 3 bei 35 angedeutet.
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Während
also im Laufe des geschilderten Betätigungszyklus' der Druck im ersten
Arbeitsraum A1 geringfügig erhöht wird, wird der Druck im
zweiten Arbeitsraum A2 gleichzeitig geringfügig abgesenkt. Daraus
resultiert ein erster Anstieg des Differenzdruckes dP zwischen den
beiden Arbeitsdrücken
PA1 und PA2, was
in 3 durch eine Anstiegsflanke 36 verdeutlicht
wird.
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Bei geschlossener Ventileinheit V3 werden anschließend erneut die beiden Ventileinrichtungen V1, V2 in die Offenstellung
umgeschaltet, so daß die beiden
Speichervolumen 12, 13 neuerlich gefüllt bzw. entlüftet werden.
Nach dem anschließenden
Schließen
der beiden Ventileinrichtungen V1, V2 wird die Ventileinheit V3 aus
der zuvor noch eingenommenen Schließstellung erneut in die erste
Offenstellung umgeschaltet, so daß sich die vorstehend beschriebene Verfahrensweise
wiederholt. Bei diesem zweiten Betätigungszyklus ergibt sich im
Stellglied 3 ein weiterer Anstieg des ersten Arbeitsdruckes
PA1 bei gleichzeitiger weiterer Absenkung
des zweiten Arbeitsdruckes PA2, wobei die
sich einstellenden Druckniveaus mit den in den Speichervolumina 12, 13 herrschenden übereinstimmen
und in 3 bei 37, 37' angedeutet sind.
Als Resultat verbleibt dementsprechend ein zweiter Anstieg des Differenzdruckes
dP, was in 3 durch die
Anstiegsflanke 38 verdeutlicht ist.
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Die geschilderten Betätigungszyklen
werden dann so oft wiederholt, bis sich zwischen den beiden Arbeitsräumen A1, A2 die gewünschte Druckdifferenz dP
eingestellt hat, die für
eine geringfügige
Verlagerung des Stellglieds 3 in Stellrichtung 25 sorgt.
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Soll das Stellglied 3 in
entgegengesetzter Stellrichtung 25' verlagert werden, finden die gleichen
Betriebsabläufe
wie vorstehend geschildert statt, jedoch mit dem Unterschied, daß die Ventileinheit
V3 nicht in die erste Offenstellung, sondern
in die zweite Offenstellung umgeschaltet wird, so daß in dieser
zweiten Offenstellung die Ventileinrichtung V3,2 aktiv
ist. Dies führt
dann dazu, daß in
den einzelnen Betätigungszyklen
im ersten Arbeitsraum A1 ein Druckabbau
und im zweiten Arbeitsraum A2 ein Druckaufbau
stattfindet.
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Um die geschilderte Betriebsweise
zu gewährleisten,
sollte ein jeweiliges Speichervolumen volumenmäßig geringer sein als das Maximalvolumen
des zeitweise mit ihm kommunizierenden Arbeitsraumes. Zweckmäßigerweise
wird das Speichervolumen erheblich kleiner gewählt, wobei man sich größenmäßig an der
auszuführenden
Positionieraufgabe orientiert. Die Speichervolumina werden zweckmäßigerweise
um so kleiner gewählt,
je feiner das Stellglied 3 positioniert werden soll. Die
Größe der Speichervolumina
beeinflußt
die Druckerhöhungsschritte
und die Druckabsenkungsschritte in den Arbeitsräumen pro Betätigungszyklus.
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Prinzipiell wäre es auch möglich, nur
einem Arbeitsraum ein Speichervolumen zuzuordnen und durch getaktete
dosierte Druckerhöhung
oder Druckerniedrigung eine Verlagerung des Stellglieds herbeizuführen. Im übrigen könnten die
Speichervolumina auch von Druckmittelkanälen bzw. Druckmittelleitungen
geeigneten Querschnittes und geeigneter Länge gebildet sein.
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Das in 2 gezeigte
Ausführungsbeispiel unterscheidet
sich von demjenigen der 1 lediglich
durch eine Umkehrung der Anordnung der Ventileinheit V3 und
der beiden Ventileinrichtungen V1 und V2. Im übrigen
sind übereinstimmende
Bauteile in 2 mit identischen
Bezugszeichen versehen.
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So ist jedes Speichervolumen 12, 13 fest
an einen der beiden Arbeitsräume
A1, A2 angeschlossen,
und in die jeweilige Verbindung ist eine der Ventileinrichtungen
V1, V2 zwischengeschaltet.
Die Ventileinheit V3 befindet sich nun in
der Verbindung zwischen den Speichervolumina 12, 13 und
der Druckquelle P bzw. der Drucksenke R. In den beiden Offenstellungen
der Ventileinheit V3 wird jeweils das eine Speichervolumen
mit der Druckquelle P und gleichzeitig das andere Speichervolumen
mit der Drucksenke R verbunden. Die Verbindung zwischen den Speichervolumina 12, 13 und
den zugeordneten Arbeitsräumen
A1, A2 wird über die
separaten Ventileinrichtungen V1, V2 getrennt gesteuert. Es versteht sich allerdings,
daß in
dieser Ausführungsform
wie auch im Falle der Ausführungsform
gemäß 1 die beiden Ventileinrichtungen
V1, V2 auch gemeinsamer Bestandteil
einer Ventileinheit sein können.
Auch wäre
es möglich,
anstelle der beiden Speichervolumina 12, 13 gemeinsam
zugeordneten Ventileinheit V3 zwei Paare
von 2/2-Wegeventilen zuzuordnen, die unabhängig voneinander betätigbar sind
und jeweils entweder eine Verbindung zur Druckquelle P oder zur Drucksenke
R ermöglichen.
Die Vereinigung mehrerer Ventilfunktionen in einer umfassenderen
Ventileinheit ermöglicht
allerdings kompaktere Bauformen.
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Zweckmäßigerweise ermöglicht die
Betätigungsvorrichtung
auch noch weitere Betriebsweisen als die geschilderte. Die Anordnung
wird vorzugsweise so getroffen, daß das geschilderte Betätigungsverfahren
stets dann zur Anwendung gelangt, wenn es darum geht, geringe Druckdifferenzen
einzustellen, um feine Positionieraufgaben zu bewältigen. Darüber hinaus
ist es aber ohne weiteres möglich, zur
Herbeiführung
größerer Verlagerungswege
des Stellglieds zumindest zeitweilig eine gleichzeitige Verbindung
zwischen den Speichervolumina 12, 13 sowie dem
zugeordneten Arbeitsraum und der zugeordneten Druckquelle bzw. Drucksenke
vorzunehmen. Hierzu bedarf es lediglich einer Ansteuerung der Ventileinrichtungen
V1, V2 und der Ventileinheit
V3 derart, daß eine durchgängige Verbindung
von der Druckquelle P bzw. der Drucksenke R zum zugeordneten Arbeitsraum
A1, A2 vorliegt.
Auf diese Weise lassen sich rasch große Druckdifferenzen einstellen, um
große
Hübe des
Stellglieds 3 zu verwirklichen. Die "Dosierschaltung" ist dabei praktisch wirkungslos gemacht.
Die Druckdifferenz dP wird dadurch eingestellt, daß man die
Ventileinheit V3 in eine der beiden Offenstellungen
bringt und anschließend die
Ventileinrichtungen V1, V2 in
gewünschter
Weise schaltet.
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Um eine eher mittelgroße Druckdifferenz
dP einzustellen, ist darüber
hinaus eine Ansteuerung nach dem Prinzip der Pulsweitenmodulation
möglich. Hierbei
wird wiederum die Ventileinheit V3 entsprechend
der gewünschten
Stellrichtung 25, 25' in die erste oder zweite Offenstellung
verbracht und belassen und anschließend der Aufbau der erforderlichen Druckdifferenz
durch pulsweitenmodulierte Ansteuerung der Ventileinrichtungen V1, V2 hervorgerufen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Betätigungsverfahren
sind im Vergleich dazu noch erheblich geringere Druckdifferenzen
einstellbar, was nicht nur die Feinpositionierung großer Stellvorrichtungen, sondern
auch eine exakte Positionierung kleinbauender Stellvorrichtungen
ermöglicht,
bei denen die zu steuernden Fluidströme entsprechend klein sind.