DE19915260B4 - linear actuator - Google Patents

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Abstract

Linearantrieb mit zumindest einem in Längsrichtung über eine Hilfsenergie zwischen zwei Endlagen (14, 16) verschiebbaren Bauteil und mit einer einstellbaren Dämpfungsvorrichtung (18) die das Bauteil in zumindest eine Längsrichtung vor dem Auftreffen auf einen Anschlag (20, 22) in einer Endlage (14, 16) abbremst, wobei die Dämpfungsvorrichtung (18) zumindest einen Sensor (24) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (24) als Beschleunigungsaufnehmer ausgebildet ist, um über den hiermit gewonnenen Messwert für die Auftreffgeschwindigkeit des Bauteils auf den Anschlag (20, 22) zu ermitteln.linear actuator with at least one longitudinally over one Auxiliary power between two end positions (14, 16) displaceable component and with an adjustable damping device (18) the component in at least one longitudinal direction prior to impact on a stop (20, 22) in an end position (14, 16) decelerates, wherein the damping device (18) at least one sensor (24), characterized the sensor (24) is designed as an acceleration sensor, to over the measured value for the impact velocity obtained herewith of the component to the stop (20, 22) to determine.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Stand der TechnikState of technology

Die Erfindung geht aus von einem Linearantrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The Invention is based on a linear drive according to the preamble of claim 1.

Linearantriebe werden genutzt, um lineare Bewegungen zu erzeugen. Anwendungsgebiete sind insbesondere Werkzeugmaschinen, innerbetriebliche Fördersysteme, spurgebundene Fahrzeuge usw. Linearantriebe besitzen zumindest ein Bauteil, das in Längsrichtung über eine Hilfsenergie zwischen zwei Endlagen verschiebbar ist. Die Hilfsenergie kann durch elektrische, elektromagnetische Energie und/oder durch Gasdruck oder Flüssigkeitsdruck usw. eingebracht werden.linear actuators are used to generate linear movements. application areas are in particular machine tools, in-house conveyor systems, track-bound vehicles, etc. Linear drives have at least one Component that extends longitudinally over a Auxiliary power is displaceable between two end positions. The auxiliary energy can be caused by electrical, electromagnetic energy and / or by Gas pressure or fluid pressure, etc. be introduced.

Pneumatische und hydraulische Linearantriebe besitzen einen in einem Zylinder geführten Kolben, der in Längsrichtung zwischen zwei Endlagen verschiebbar ist. In den Endlagen wird der Kolben in der Regel durch Anschläge abgebremst, die von Stirnwänden des Zylinders gebildet sein können.pneumatic and hydraulic linear drives have one in a cylinder out Piston, in the longitudinal direction is displaceable between two end positions. In the end positions of the Piston usually by stops slowed down by the end walls of the cylinder can be formed.

Um zwischen den Endlagen hohe Geschwindigkeiten zu ermöglichen und den Verschleiß des Kolbens und des Anschlags zu minimieren, ist bekannt, mit einer Dämpfungsvorrichtung am Zylinder den Kolben vor dem Auftreffen auf den Anschlag abzubremsen. Bekannte Dämpfungsvorrichtungen bei Pneumatikzylindern besitzen eine Drosselstelle, über die der Austritt von Luft aus dem Zylinder und damit die Auftreffgeschwindigkeit des Kolbens auf den Anschlag beeinflussbar ist. Um den Linearantrieb auf unterschiedliche Randbedingungen einstellen zu können, wie beispielsweise unterschiedliche Lufttemperaturen, Luftdrücke und/oder Verschleiß an der Drosselstelle, werden einstellbare Drosselstellen verwendet.Around to allow high speeds between the end positions and the wear of the piston and minimizing the impact is known, with a damping device on the cylinder, decelerate the piston before hitting the stop. Known damping devices in pneumatic cylinders have a throttle point over the the escape of air from the cylinder and thus the impact velocity of the piston can be influenced on the stop. To the linear drive to be able to adjust to different boundary conditions, such as For example, different air temperatures, air pressures and / or Wear on the throttle point, adjustable throttle points are used.

Aus der DE 42 01 464 A1 geht ein gattungsgemäßer Linearantrieb mit Dämpfungsvorrichtung hervor, welcher einen Sensor umfasst. Durch den Sensor werden Wegpunkte gewonnen, welche einer Regelung der Auftreffgeschwindigkeit des Kolbens als Eingangswerte zugeführt werden. Die gemessenen Wegpunkte werden über eine abzuspeichernde Bremskennlinie unter Berücksichtigung des Zeitverlaufs ausgewertet, und damit Rückschlüsse auf die Geschwindigkeit des Kolbens ziehen zu können und diese zu beeinflussen. Bei einem naturgemäß regelungstechnisch schwierig handhabbaren pneumatischen System führt diese Art der Regelung nur unter weiterer Hinzuziehung von Korrekturverfahren zu befriedigenden Ergebnissen.From the DE 42 01 464 A1 is a generic linear drive with damping device forth, which includes a sensor. Through the sensor waypoints are obtained, which are fed to a control of the impact velocity of the piston as input values. The measured waypoints are evaluated via a braking characteristic to be stored, taking into account the time course, and thus to be able to draw conclusions about the speed of the piston and to influence it. In a naturally difficult-to-handle control pneumatic system, this type of control leads to satisfactory results only with the further involvement of correction methods.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine präzisere Regelung für die Auftreffgeschwindigkeit eines endlagengedämpften Kolbens eines Linearantriebes zu schaffen.It Therefore, the object of the present invention, a more precise control for the Impact speed of an endlagengedämpften piston of a linear drive to accomplish.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Der erfindungsgemäße Linearantrieb besitzt zumindest ein Bauteil, das in Längsrichtung über eine Hilfsenergie zwischen zwei Endlagen verschiebbar ist. Ferner besitzt der Linearantrieb eine einstellbare Dämpfungsvorrichtung, die das Bauteil in zumindest einer Längsrichtung abbremst, bevor dieses auf einen Anschlag in einer Endlage auftrifft.Of the inventive linear drive has at least one component which in the longitudinal direction via an auxiliary power is displaceable between two end positions. Furthermore, the linear drive has a adjustable damping device, which brakes the component in at least one longitudinal direction, before this impinges on a stop in an end position.

Es wird vorgeschlagen, dass die Dämpfungsvorrichtung zumindest einen Sensor aufweist, über den eine Kennzahl für eine Auftreffgeschwindigkeit des ersten Bauteils auf den Anschlag erfassbar ist. Mit der Kennzahl wird eine einfache, schnelle, komfortable und exakte manuelle und insbesondere eine vollständige oder zumindest teilweise automatisierte Einstellung ermöglicht. Der Einstellaufwand und der Verschleiß können reduziert und Kosten eingespart werden.It It is suggested that the damping device has at least one sensor via which a characteristic number for an impact velocity of the first component can be detected on the stop. With the key figure Being a simple, fast, comfortable and accurate manual and especially a complete one or at least partially automated setting allows. The adjustment effort and wear can be reduced and costs saved become.

Die Kennzahl kann mit verschiedenen, dem Fachmann als geeignet erscheinenden Meßverfahren ermittelt werden, beispielsweise durch Erfassen von inneren Spannungen am Anschlag mit Dehnungsmeßstreifen, mit Drucksensoren, die einen Druckaufbau in einem Zylinder und/oder eine Kraft am Anschlag erfassen, mit Geschwindigkeitssensoren, die die Geschwindigkeit des ersten Bauteils vor dem Anschlag erfassen usw.The Code can with various, the expert appears suitable measurement methods be determined, for example, by detecting internal stresses at the stop with strain gauges, with pressure sensors that build up pressure in a cylinder and / or capture a force at the stop, with speed sensors that detect the speed of the first component before the stop etc.

Besonders vorteilhaft ist jedoch der Sensor von einem Beschleunigungsaufnehmer gebildet. Beschleunigungsaufnehmer werden in großen Stückzahlen produziert, beispielsweise Beschleunigungsaufnehmer mit einem Piezoelement für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, sogenannte Klopfsensoren. Beschleunigungsaufnehmer können dadurch besonders kostengünstig hergestellt werden. Ferner können mit Beschleunigungsaufnehmern einfach weiterverwertbare Kennzahlen ermittelt werden.Especially however, the sensor is advantageous from an accelerometer educated. Accelerometers are produced in large numbers, for example Accelerometer with a piezo element for internal combustion engines of motor vehicles, so-called knock sensors. accelerometers can especially cost-effective getting produced. Furthermore, can with accelerometers easily reusable key figures be determined.

Vorteilhaft kann der Beschleunigungsaufnehmer an sämtlichen Stellen des Linearantriebs oder an angrenzenden Bauteilen befestigt werden, zu denen ein Körperschall vom Anschlag übertragbar ist. Um jedoch ein möglichst großes Signal und möglichst wenige und kleine Störgrößen von anderen Vorrichtungen beim Ermitteln der Kennzahl zu erhalten, wird vorgeschlagen, den Sensor bzw. den Beschleunigungsaufnehmer an einem den Anschlag bildenden Bauteil zu befestigen. Der Sensor wird dabei vorzugsweise an bereits vorhandenen Öffnungen und/oder Gewindestangen befestigt, wodurch zusätzliche Bauteile, Montageaufwand und Kosten eingespart werden können.Advantageous can the accelerometer at all points of the linear drive or attached to adjacent components, including a structure-borne noise from the attack is transferable. However, as much as possible great Signal and possible few and small disturbances of get other devices in determining the code is proposed, the sensor or the accelerometer on a To attach the stop forming component. The sensor is preferably on existing openings and / or Threaded rods attached, creating additional components, installation effort and costs can be saved.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Dämpfungsvorrichtung eine Regeleinrichtung aufweist, die die Kennzahl erfaßt und mit einer Stelleinheit auf einen Sollwert regelt. Eine manuelle Einstellung kann durch eine voll- oder teilautomatisierte Einstellung ersetzt werden. Ein aufwendiges Einstellen an schlecht erreichbaren Stellen kann vermieden und der Komfort kann gesteigert werden, beispielsweise von Werkzeugmaschinen usw. Ferner kann eine ermittelte Kennzahl durch einen kontinuierlichen Regelvorgang oder durch mehrere Regelintervalle stets automatisch in einem optimalen Bereich gehalten und dadurch der Verschleiß reduziert und die Schallintensität um den Linearantrieb vermindert werden.In one embodiment of the invention proposed that the damping device comprises a control device which detects the code and controls with an actuator to a desired value. A manual setting can be replaced by a fully or partially automated setting. An elaborate setting of hard to reach places can be avoided and the comfort can be increased, for example, machine tools, etc. Furthermore, a determined ratio can be kept automatically in an optimal range by a continuous control process or by several control intervals and thereby reduces wear and the sound intensity the linear drive can be reduced.

Besonders vorteilhaft ist mit der Regeleinrichtung eine Ersteinstellung durchführbar, wodurch eine manuelle Einstellung vollständig vermieden werden kann. Um zu vermeiden, daß bei der Inbetriebnahme vor einer möglichen automatischen Einstellung der Linearantrieb durch eine zu klein eingestellte Dämpfung zerstört wird, wird vorteilhaft die Dämpfungsvorrichtung ausgehend von einer um einen Sicherheitswert zu großen Dämpfung hin zu einem optimalen Bereich geregelt.Especially An initial setting is advantageously feasible with the control device, whereby a manual adjustment complete can be avoided. To avoid that at startup a possible automatic adjustment of the linear drive by one too small set attenuation destroyed is, advantageously, the damping device starting from a safety value too high attenuation regulated to an optimal range.

Die erfindungsgemäße Lösung kann besonders vorteilhaft bei hydraulischen und insbesondere bei pneumatischen Linearantrieben mit einem in einem Zylinder geführten Kolben eingesetzt werden. Mit einem Beschleunigungsaufnehmer kann an einem Pneumatikzylinder vorteilhaft mit geringem konstruktiven Aufwand eine Kennzahl für die Auftreffgeschwindigkeit eines Kolbens auf einen Anschlag bzw. auf eine Stirnseite des Zylinders ermittelt und ein besonders kostengünstiger sich selbst einstellender Linearantrieb geschaffen werden. Ferner können bei Pneumatikzylindern aufwendige Dichtungen nach au ßen vermieden und besonders schnelle Stellbewegungen erreicht werden.The inventive solution can particularly advantageous in hydraulic and in particular in pneumatic Linear actuators are used with a piston guided in a cylinder. With An accelerometer may be advantageous on a pneumatic cylinder with little design effort a measure of the impact speed a piston on a stop or on an end face of the cylinder determined and a particularly cost-effective self-adjusting Linear drive can be created. Furthermore, in pneumatic cylinders elaborate seals outward Shen avoided and particularly fast positioning movements can be achieved.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Stelleinheit der Regeleinrichtung zumindest eine regelbare Drosselstelle aufweist, über die der Austritt eines Fluids aus dem Zylinder und damit die Auftreffgeschwindigkeit des Kolbens auf den Anschlag regelbar ist. Die Dämpfung mit einer regelbaren Drosselstelle ist besonders kostengünstig und verschleißarm und bietet sich insbesondere bei Pneumatikzylindern an. Denkbar sind jedoch auch verstellbare Stoßdämpfer.In An embodiment of the invention is proposed that the actuator the control device has at least one controllable throttle point over which the exit of a fluid from the cylinder and thus the impact velocity of the piston is adjustable to the stop. The damping with a controllable Throttle is particularly inexpensive and low-wear and especially suitable for pneumatic cylinders. Are conceivable but also adjustable shock absorbers.

Die Regeleinrichtung kann hydraulisch, elektrisch, elektromagnetisch und/oder pneumatisch betrieben sein. Ist die Regeleinrichtung elektrisch betrieben, können meist vorhandene Stromversorgungen genutzt, zusätzliche Bauteile vermieden und Kosten eingespart werden, insbesondere bei pneumatischen Linearantrieben, bei denen kein hydraulisches Druckmittel zur Verfügung steht.The Control device can be hydraulic, electric, electromagnetic and / or pneumatically operated. Is the control device electrical operated, can Most existing power supplies used, additional components avoided and costs are saved, especially in pneumatic linear actuators, where no hydraulic pressure medium is available.

Zeichnungdrawing

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further Advantages are shown in the following description of the drawing. In the drawing is an embodiment represented the invention. The drawing, the description and the Claims included numerous features in combination. The skilled person will become the characteristics appropriately also individually consider and summarize to meaningful further combinations.

Beschreibung des Ausführungsbeispielsdescription of the embodiment

1 zeigt einen pneumatischen Linearantrieb mit einem Kolben 10, der in einem Pneumatikzylinder 12 in Längsrichtung über einen nicht näher dargestellten Druckanschluß mit Druckluft zwischen zwei Endlagen 14, 16 verschiebbar ist. Mit dem Kolben 10 kann über eine Kolbenstange 32 auf ein nicht näher dargestelltes Bauteil eine Stellkraft ausgeübt werden, beispielsweise ein Teil einer Werkzeugmaschine usw. Ferner weist der Linearantrieb eine Dämpfungsvorrichtung 18 auf, die den Kolben 10 in beide Längsrichtungen vor dem Auftreffen auf einen Anschlag 20, 22 in den Endlagen 14, 16 abbremst. 1 shows a pneumatic linear drive with a piston 10 working in a pneumatic cylinder 12 in the longitudinal direction via a pressure connection, not shown, with compressed air between two end positions 14 . 16 is displaceable. With the piston 10 can via a piston rod 32 On a non-illustrated component, a force can be exerted, for example, a part of a machine tool, etc. Furthermore, the linear drive has a damping device 18 on that the piston 10 in both longitudinal directions before hitting a stop 20 . 22 in the end positions 14 . 16 decelerating.

Die Dämpfungsvorrichtung besitzt einen von einem Beschleunigungsaufnehmer gebildeten Sensor 24, über den eine Kennzahl für eine Auftreffgeschwindigkeit des Kolbens 10 auf die vom Zylinder 12 gebildeten Anschläge 20, 22 erfaßbar ist. Der Sensor 24 ist am Zylinder 12 befestigt, und zwar an einer von vier Gewindestangen 34, die zur Befestigung an einem nicht näher dargestellten Bauteil am Zylinder 12 angebracht ist, jedoch nicht zur Befestigung genutzt wird. Zusätzliche Bauteile und Kosten werden eingespart.The damping device has a sensor formed by an accelerometer 24 , via which a code for an impact velocity of the piston 10 on the cylinder 12 formed stops 20 . 22 is detectable. The sensor 24 is on the cylinder 12 attached, on one of four threaded rods 34 , for attachment to a non-illustrated component on the cylinder 12 is attached, but not used for fastening. Additional components and costs are saved.

Die Dämpfungsvorrichtung 18 weist eine Regeleinrichtung 26 auf, die die Kennzahl erfaßt und mit einer Stelleinheit kontinuierlich automatisch auf einen Sollwert regelt. Ferner kann mit der Regeleinrichtung 26 eine Ersteinstellung durchgeführt werden. Die Stelleinheit der Regeleinrichtung 26 besitzt zwei regelbare Drosselstellen 28, 30, über die der Austritt von Luft aus dem Pneumatikzylinder 12 und damit die Auftreffgeschwindigkeit des Kolbens 10 auf die Anschläge 20, 22 regelbar ist. Die Drosselstellen 28, 30 werden elektrisch verstellt.The damping device 18 has a control device 26 on, which detects the code and continuously regulated automatically with a control unit to a target value. Furthermore, with the control device 26 a first adjustment be performed. The actuator of the control device 26 has two adjustable throttle points 28 . 30 , about the leakage of air from the pneumatic cylinder 12 and thus the impact speed of the piston 10 on the attacks 20 . 22 is controllable. The throttle points 28 . 30 are electrically adjusted.

Claims (9)

Linearantrieb mit zumindest einem in Längsrichtung über eine Hilfsenergie zwischen zwei Endlagen (14, 16) verschiebbaren Bauteil und mit einer einstellbaren Dämpfungsvorrichtung (18) die das Bauteil in zumindest eine Längsrichtung vor dem Auftreffen auf einen Anschlag (20, 22) in einer Endlage (14, 16) abbremst, wobei die Dämpfungsvorrichtung (18) zumindest einen Sensor (24) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (24) als Beschleunigungsaufnehmer ausgebildet ist, um über den hiermit gewonnenen Messwert für die Auftreffgeschwindigkeit des Bauteils auf den Anschlag (20, 22) zu ermitteln.Linear drive with at least one longitudinal direction via an auxiliary energy between two end positions ( 14 . 16 ) displaceable component and with an adjustable damping device ( 18 ) the component in at least one longitudinal direction before hitting a stop ( 20 . 22 ) in an end position ( 14 . 16 ) is braked, wherein the damping device ( 18 ) at least one sensor ( 24 ), characterized characterized in that the sensor ( 24 ) is designed as an acceleration sensor in order to determine the impact value of the component against the abutment ( 20 . 22 ) to investigate. Linearantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (24) an einem den Anschlag (20, 22) bildenden Bauteil befestigt ist.Linear drive according to claim 1, characterized in that the sensor ( 24 ) at one the stop ( 20 . 22 ) forming component is attached. Linearantrieb nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsvorrichtung (18) eine Regeleinrichtung (26) aufweist, die die Kennzahl erfasst und mit einer Stelleinheit auf einen Sollwert regelt.Linear drive according to claim 1 to 2, characterized in that the damping device ( 18 ) a control device ( 26 ), which detects the code and controls with an actuator to a target value. Linearantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Regeleinrichtung (26) eine Ersteinstellung durchführbar ist.Linear drive according to claim 3, characterized in that with the control device ( 26 ) a first setting is feasible. Linearantrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (26) kontinuierlich oder in bestimmten Intervallen automatisch die Kennzahl auf einen Sollwert regelt.Linear drive according to claim 3 or 4, characterized in that the control device ( 26 ) continuously or at certain intervals automatically regulates the code to a setpoint. Linearantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein in einem Zylinder (12) geführten Kolben (10) ist.Linear drive according to one of the preceding claims, characterized in that the component in a cylinder ( 12 ) guided piston ( 10 ). Linearantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinheit der Regeleinrichtung (26) zumindest eine regelbare Drosselstelle (28, 30) aufweist, über die der Austritt eines Fluids aus dem Zylinder (12) und damit die Auftreffgeschwindigkeit des Kolbens (10) auf den Anschlag (20, 22) regelbar ist.Linear drive according to claim 3, characterized in that the actuating unit of the control device ( 26 ) at least one controllable throttle point ( 28 . 30 ), via which the exit of a fluid from the cylinder ( 12 ) and thus the impact velocity of the piston ( 10 ) on the stop ( 20 . 22 ) is controllable. Linearantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (12) ein Pneumatikzylinder und der Kolben (10) mit Luftdruck verstellbar ist.Linear drive according to claim 6, characterized in that the cylinder ( 12 ) a pneumatic cylinder and the piston ( 10 ) is adjustable with air pressure. Linearantrieb nach Aspruch 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (26) zumindest teilweise elektrisch betrieben ist.Linear drive according to claim 3 to 8, characterized in that the control device ( 26 ) is at least partially electrically operated.
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