DE69711548T2

DE69711548T2 - Spannvorrichtung mit Vorrichtung zum Erfassen der Position des Spannarms

Info

Publication number: DE69711548T2
Application number: DE69711548T
Authority: DE
Inventors: Michael J. Golden
Original assignee: Norgren Automotive Inc
Current assignee: Norgren Automotive Inc
Priority date: 1996-11-18
Filing date: 1997-11-13
Publication date: 2002-11-07
Anticipated expiration: 2017-11-14
Also published as: US5875417A; EP0842741B1; ATE215423T1; EP0842741A1; ES2173397T3; DE69711548D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Klemmen mit einem Dreharm.
Klemmen werden bei industriellen Anwendungen benutzt, um Werkstücke an vorbestimmten Stellen während Arbeitsoperationen unter Kraft zusammenzuhalten, wie beim spanabhebenden Bearbeiten, Schweißen usw. Eine typische durch Fluiddruck betätigte Klemme verwendet einen durch Fluiddruck betätigten Zylinderkolben- Fluidmotor mit einem durch unter Druck stehendem Fluid innerhalb des Zylindergehäuses gleitenden Kolben. Die Bewegung des Kolbens fährt eine Kolbenstange mit einem aus einem Ende des Zylinders herausragenden Ende aus und zieht diese zurück. Das Ende der Kolbenstange ist mit einem Gelenk verbunden, um eine zumindest einen drehbaren Klemmenarm tragende Welle bei dem Herausfahren und Zurückziehen der Kolbenstange in zwei Richtungen aus einer ersten offenen Position in eine zweite, mit dem Werkstück in Eingriff tretenden geschlossenen Position zu drehen.
Bei Hochgeschwindigkeits-Produktionsvorgängen ist es erforderlich, zu wissen, wann der Klemmenarm geöffnet und/oder geschlossen ist, bevor der nächste Vorgang eingeleitet werden kann. Elektromechanische Grenzschalter wurden an einer oder beiden der geöffneten und geschlossenen Position des Klemmenarms befestigt und mechanisch mit dem Klemmenarm in Eingriff gebracht, um die geöffnete oder geschlossene Position des Arms zu erfassen. Die EP-A-0 439 063, die eine Klemme mit den Merkmalen des Oberbegriffs des beigefügten unabhängigen Anspruchs 1 offenbart, beschreibt eine modifizierte Anordnung, bei der ein Grenzschalter durch einen Nocken betätigt wird, der sich auf der Welle befindet, die den Klemmenarm dreht, wenn der Klemmenarm in seiner Klemmposition ist. Solche Grenzschalter unterliegen der Gefahr eines Bruches, einer Fehlausrichtung, Abnutzung usw.
Annäherungsschalter wurden auch an entgegengesetzten Enden des zur Drehung des Klemmenarms verwendeten Fluidzylinders befestigt, um die Kolbenposition innerhalb des Zylinders zu erfassen. Annäherungsschalter liefern hierdurch eine indirekte Anzeige der Drehposition des Klemmenarms durch Erfassung, ob der Kolben oder die Kolbenstange in der ausgefahrenen oder zurückgezogenen Position äquivalent einer geschlossenen oder geöffneten Position des Klemmenarms ist.
Jedoch liefert die Verwendung von zylinderbetätigten Annäherungsschaltern nur eine indirekte Anzeige der Position des Klemmenarms. Eine Beschädigung des Klemmenarms kann ergeben, dass die Klemme vollständig wirkungslos beim Festklemmen eines Werkstückes ist, während die Annäherungsschalter immer noch eine Anzeige über die geöffnete oder geschlossene Klemmenarmposition liefern. Zusätzlich treibt, wenn ein Werkstück fehlt, verformt oder gebogen ist, der Fluidzylinder dem Klemmenarm in dieselbe geschlossene Position, und die Annäherungsschalter liefern eine Anzeige über eine vollständig geschlossene Klemmenarmposition. Wenn das Werkstück nicht in seiner Position ist, kann der Klemmenarm, der sich unter der Kraft des unter Druck stehenden Fluids bewegt, auf das Werkstück treffen und dieses deformieren.
Wichtiger ist, dass Annäherungsschalter, Grenzschalter usw., die zur direkten oder indirekten Erfassung der Position eines Klemmenarms während der Bewegung zwischen der geöffneten und der geschlossenen Position verwendet werden, dies nur in der vollständig geöffneten und vollständig geschlossenen Position tun. Bei bestimmten Hochgeschwindigkeits-Montagevorgängen kann dies die Einleitung des nächsten Vorgangs verzögern, bis der Klemmenarm die vollständig geöffnete oder vollständig geschlossene Position erreicht hat; wo die nächsten Einleitungsvorgänge tatsächlich schon vor der Bewegung des Klemmenarms in die vollständig geöffnete oder vollständig geschlossene Position gestartet werden könnten.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Klemme mit einem Schwenkarm vorzusehen, die einen verbesserten Klemmenarm-Positionsdetektor aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Klemme mit einem schwenkbaren Klemmenarm vorgesehen, der fest auf einer drehbaren Welle angeordnet ist, welche durch eine äußere Leistungsquelle zwischen einer ersten und einer zweiten Endposition drehbar ist, und mit Positionserfassungsmitteln, die mit der drehbaren Welle gekoppelt sind, um die Position des Klemmenarms zu erfassen, worin die Positionserfassungsmittel die absolute Position des Klemmenarms in allen Positionen des Klemmenarms erfassen.
Bevorzugte Aspekte der Klemme nach der Erfindung sind in den angefügten Ansprüche 2 bis 18 angegeben.
Die verschiedenen Merkmale, Vorteile und anderen Verwendungen der vorliegenden Erfindung werden offensichtlicher durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen, in welchen:
Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer leistungsbetätigten Klemme nach der vorliegenden Erfindung, die einen daran befestigten Klemmenarm- Positionsdetektor aufweist;
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht entlang 2-2 in Fig. 1;
Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Arbeitsweise der Klemme nach der vorliegenden Erfindung wiedergibt;
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild eines Beispiels für die Positionserfassung des Klemmenarms nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ist ein detailliertes Schaltbild des Beispiels für die Klemmenarm-Positionserfassung nach Fig. 4;
Fig. 6 ist ein Blockschaltbild eines anderen Beispiels für die Klemmenarm-Positionserfassung;
Fig. 7 ist ein Flussdiagramm eines MPU-Vorgangs;
Fig. 8 ist ein Flussdiagramm einer Klemmenbewegungs- Zeitfehler/Warmbefehlsfolge; und
Fig. 9 ist ein Flussdiagramm einer Klemmenarm- Positionserfassung und Bewegungszeit- Berechnungsfolge.
In den Zeichnungen und insbesondere in den Fig. 1 und 2 ist eine typische durch Fluiddruck betätigte Klemme 10 mit einer Klemmenarm- Positionserfassungsvorrichtung 12 dargestellt, die gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Die Klemme 10 enthält ein Gehäuse 13, das aus zwei verbundenen Gehäuseteilen 14 und 16 gebildet ist. Ein Ende des Klemmengehäuses 13 ist fest an einer nicht gezeigten externen Leistungsquelle wie einem durch Fluiddruck betätigten Zylinder angeordnet. Eine einziehbar in dem Zylinder angeordnete Kolbenstange ist mit einer innerhalb des Klemmengehäuses 13 aufgenommenen Verlängerungsstange 17 verbunden. Wie im Einzelnen im US-Patent Nr. 4 021 027 beschrieben ist, sind die Kolbenstange und die Verlängerungsstange 17, die miteinander verbunden sind, mit einem innerhalb des Klemmengehäuses 13 befestigten Verbindungsstück 18 gekoppelt. Eine der Laschen des Verbindungsstücks 18 ist in festem Eingriff mit einer Wellenlasche 22, derart, dass das Verbindungsstück 18 eine lineare Bewegung der Zylinderstange und der Verlängerungsstange 17 in eine Schwenk- oder Drehbewegung der daran befestigten Wellenlasche 22 umwandet.
Ein Ende der Wellenlasche 22 erstreckt sich von dem Klemmengehäuseteil 14 nach außen. Eine Gewindebohrung 26 ist in dem äußeren Ende 24 ausgebildet und empfängt ein Befestigungsstück, um einen Klemmenarm 30 an der drehbaren Wellenlasche 22 zu befestigen.
Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, hat der Klemmenarm 30 ein erstes Ende 32, das an der drehbaren Wellenlasche 22 befestigt ist. Ein zweites Ende 34 liegt dem ersten Ende 32 des Klemmenarms 30 gegenüber und trägt typischerweise ein nicht gezeigtes Werkstück-Eingriffsteil.
In den Fig. 1 und 2 ist der Klemmenarm 30 durch die Bezugszahl 33 in einer ersten, normal geschlossenen Position dargestellt, in welcher das zweite Ende 34 des Klemmenarms 30 mit einem nicht gezeigten Werkstück in Eingriff ist. Das Zurückziehen der Kolbenstange des Zylinders und der Verlängerungsstange 17 bewirkt eine Drehung der Wellenlasche 22 in einer Richtung, wodurch der Klemmenarm 30 aus der ersten Position in eine zweite, durch die Bezugszahl 36 gezeigte Position gedreht wird. In der zweiten Position befindet sich das zweite Ende 34 des Klemmenarms 30 im Abstand von einem Werkstück.
Das Herausfahren der Kolbenstange des Zylinders und der Verlängerungsstange 17 bewirkt eine Drehung der Wellenlasche 22 in entgegengesetzter Richtung, wodurch der Klemmenarm 30 aus der zweiten Position in die erste Position geschwenkt oder gedreht wird.
Der Klemmenarm-Positionsdetektor 12 ist innerhalb eines Gehäuses oder einer fest an dem Klemmengehäusebereich 16 befestigten Abdeckung angebracht. Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, ist die Abdeckung 40 mittels mehrerer Befestigungsstücke 42 an dem Klemmengehäusebereich 16 befestigt. Eine gedruckte Schaltungsplatte 44 ist mittels nicht gezeigter Abstandshalte innerhalb der Abdeckung 40 befestigt und trägt die operativen Komponenten des Positionsdetektors 12.
Wie nachfolgend im Einzelnen beschrieben wird, sind mehrere Tasten oder Schalter 46, 48, 50 und 52 auf oder unter der Abdeckung 40 montiert und mit ausgewählten Komponenten auf der gedruckten Schaltungsplatte 44 verbunden. Die Tasten 46 und 48 sind jeweils Tasten für eine Zunahme der Winkelposition in Auf- und Abwärtsrichtung. Die Tasten 50 und 52 sind jeweils mit der Öffnungs- und Schließbewegung des Klemmenarms 30 verbunden. Ebenfalls an der Abdeckung 40 befestigt und mit Komponenten der gedruckten Schaltungsplatte 44 verbunden sind mehrere Lichtquellen wie LEDs 54, 56 und 58. Die erste LED 54 liefert eine Anzeige, wenn der Klemmenarm 30 eine erste voreingestellte Position erreicht, wie nachfolgend definiert wird. Die dritte LED 56 wird beleuchtet, wenn der Klemmenarm 30 einen zweiten, verschiedenen Einstellpunkt erreicht. Die zweite LED 58 liefert eine Anzeige für die Leistungseinschaltung.
Ein allgemein durch die Bezugszahl 60 gezeigter Verbinder ist durch die Abdeckung 40 mit Leitern verbunden, die sich von der gedruckten Schaltungsplatte 44 erstrecken. Der Verbinder 60 liefert eine trennbare Verbindung mit einem externen Leiter oder Kabel 62, der zu einer externen Steuervorrichtung wie einer programmierbaren logischen Steuervorrichtung (PLC) läuft.
Es wird kurz auf Fig. 3 Bezug genommen, in der ein Diagramm gezeigt ist, das die typische Arbeitsweise der Klemme 10 sowie die Funktion des Klemmenarm- Positionsdetektors 12 illustriert. Im normalen Betrieb, in welchem der Klemmenarm 30 sich von der vollständig geschlossenen Position 33 zu der zweiten, vollständig geöffneten Position 36 bewegt, ist die Zeit gegenüber dem Schwenk-/Drehwinkel des Klemmenarms 30 durch die ausgezogene Linie gezeigt und folgt im Allgemeinen einer S-förmigen Kurve. Es wird z.B. angenommen, dass, wenn der Klemmenarm 30 die zweite, vollständig geöffnete Position, die durch die Bezugszahl 36 bezeichnet ist, erreicht, sich von der vollständig geschlossenen Position 33 um einen 90º-Winkel bewegt hat. Die Bewegung des Klemmenarm 30 von der vollständig geöffneten Position 36 in die vollständig geschlossene Position 33 folgt einer umgekehrten Richtung entlang der in Fig. 3 dargestellten Kurve.
Um die Produktion zu erhöhen, indem der nächste Schritt des Montagevorgangs initiiert wird, gerade bevor der Klemmenarm 30 die zweite, vollständig geöffnete Position 36 oder die erste, vollständig geschlossene Position 33 erreicht, können vorbestimmte Winkelpositions-Einstellpunkte eingerichtet werden, um den nächsten Schritt oder Vorgang in dem Montageprozess zu initiieren, wenn der Klemmenarm 30 während seiner Schwenkbewegung zwischen der ersten und der zweiten Position 33 und 36 eine Winkelposition erreicht, die äquivalent einem der eingerichteten Einstellpunkte äquivalent ist. Ein erster Einstellpunkt 64 ist in Fig. 3 gezeigt, gerade bevor der Klemmenarm 30 die zweite, vollständig geöffnete Position 36 erreicht. Nur beispielhaft ist der erste Einstellpunkt 64 auf 72º der Winkeldrehung oder Bewegung des Klemmenarms 30 gegenüber der ersten, geschlossenen Position 33 eingestellt. Offensichtlich können andere Winkelpositionen für den ersten Einstellpunkt 64 gewählt werden in Abhängigkeit von den Anforderungen einer besonderen Anwendung. Der Positionsdetektor 12 nach der vorliegenden Erfindung, zusätzlich zu der Ermöglichung der programmierbaren Einstellung des ersten Einstellpunktes 64 ergibt auch ein Ausgangssignal, wenn der Klemmenarm 30 den ersten Einstellpunkt 64 erreicht und an diesem vorbeigeht bei der Bewegung des Klemmenarms 30, von der ersten, vollständig geschlossenen Position 33 zu der zweiten, vollständig geöffneten Position 36. Dieses Ausgangssignal 105 kann durch die externe Steuervorrichtung verwendet werden, um den nächsten Arbeitsgang zu initiieren.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, liefert, wenn angenommen wird, dass der Klemmenarm 30 angenähert eine volle Sekunde benötigt, um sich von der ersten, vollständig geschlossenen Position 33 zu der zweiten, vollständig geöffneten Position 36 oder umgekehrt zu bewegen, die Erzeugung des Ausgangssignals 105, wenn der Klemmenarm 33 bei 72º des Weges den ersten Einstellpunkt 64 erreicht, ein Initiierungssignal, um den nächsten Arbeitsgang früher in der gesamten Klemmenbewegungs- Zykluszeit zu starten. Wie beispielsweise in Fig. 3 gezeigt ist, beträgt die durch die Bezugszahl 68 angezeigte Zeitersparnis, die sich aus der Erzeugung des Ausgangssignals 105 am ersten Einstellpunkt 64 ergibt, anstatt dass der Klemmenarm 30 die zweite, vollständig geöffnete Position 36 erreicht, angenähert 200 ms.
Ein zweiter Einstellpunkt 66 kann eingerichtet werden, gerade bevor der Klemmenarm 30 die erste, vollständig geschlossene Position 33 bei der Bewegung aus der zweiten, vollständig geöffneten Position 36 erreicht. Der zweite Einstellpunkt 66 bei 18º ist in Fig. 3 nur beispielhaft gezeigt, da jede Winkelzunahme für den zweiten Einstellpunkt 66 gewählt werden kann. Ein Ausgangssignal 107 wird erzeugt, wenn der Klemmenarm 30 in derselben Weise wie vorstehend beschrieben den zweiten Einstellpunkt 66 erreicht und diesen zu der ersten Position 33 hin passiert.
Obgleich der erste und der zweite Einstellpunkt 64 und 66 vorzugsweise auf Winkelpositionen eingestellt sind, die sich von der ersten und der zweiten Bewegungsendposition 33 und 36 des Klemmenarms 30 unterscheiden, ist augenscheinlich, dass die Einstellpunkte 64 und 66 auch auf die erste und die zweite Bewegungsendposition 33 und 36 des Klemmenarms 30 eingestellt werden können, um die vollständig geschlossene Position 33 oder die vollständig geöffnete Position 36 des Klemmenarms zu erfassen.
Der Positionsdetektor 12 enthält Mittel zum Erfassen oder Fühlen der absoluten Position des Klemmenarms 30. Jeder Positionssensor 70 kann bei der vorliegenden Erfindung benutzt werden. Nur beispielhaft umfasst der Positionssensor 70 ein Servo- Drehpotentiometer oder einen Servowiderstand, der, wenn er mit einer geeignete Spannungsquelle verbunden ist, einen variablen Ausgangsstrom über einen variablen Widerstand, der sich durch die Drehung des bewegbaren Teils 72 des Potentiometers 70 ergibt, liefert. Das bewegbare Teil 72 ist fest und drehbar mit einer Wellenkupplung 74 verbunden, die von der Wellenlasche 22 getragen wird, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Auf diese Weise führt eine Drehung der Wellenlasche 22 in zwei Richtungen zu einer gleichen und gleichzeitigen Drehung der Wellenkupplung 74 und des bewegbaren Teils 72 des Potentiometers 70 in zwei Richtungen.
Gemäß den Fig. 1, 2, 3, 4 und 5 wird die Eingangsleistung durch den einzelnen Leiter bzw. das Kabel 62 und den in Fig. 1 gezeigten Verbinder 60 von einer Gleichrichtungs- und Hochspannungs- Leistungszuführungsschaltung 80 empfangen. Die Schaltung 80 bewirkt eine Gleichrichtung über eine Brücke 82 und ist in der Lage, eine elektrische Leistung von 12 V bis 120 V Wechsel- oder Gleichspannung zu empfangen. Das Ausgangssignal der Gleichrichtungs- und Hochspannungs-Leistungszuführungsschaltung 80 wird in einen Spannungsregler 84 eingegeben, der eine Gleichspannung mit niedrigem Pegel, die mit VCC bezeichnet ist, zu den in dem Positionsdetektor 12 verwendeten elektronischen Komponenten liefert.
Die Programmierschalter 46, 48, 50 und 52 werden über die Schalterlogik 86 eingegeben, um getrennt Erhöhungs-, Herabsetzungs-, Schließ- und Öffnungssignale zu einem Paar von programmierbaren Widerstandsschaltungen 88 und 90 zu liefern. Die programmierbaren Widerstandsschaltung 88 und 90 sind jeweils vorgesehen für die Einrichtung der Öffnungs- und Schließ- Einstellpunkte 64 und 66. Die programmierbaren Widerstandsschaltungen 88 und 90, welche nicht flüchtige digitale E2POT-Potentiometerschaltungen sein können, die Xicor, Inc. als Chip Nr. X9312 hergestellt werden, umfassen allgemein eine Widerstandsanordnung von 99 in Reihe verbundenen Widerständen, deren Verbindungen mit der Source-Verbindung von einem von mehreren Feldeffekttransistoren verbunden sind. Die Gates jedes Transistors sind mit einer elektrisch löschbaren programmierbaren Speicheranordnung verbunden. Die Drainverbindungen jedes Transistors sind parallel zu dem bewegbaren Teil oder bewegbaren Teil oder Wischer 72 des Potentiometers 70 verbunden.
Eingangssignale zu der programmierbaren Speicheranordnung in jeder programmierbaren Widerstandsschaltung 88 und 90 werden durch die Tasten 46, 48, 50 und 52 empfangen. Um den ersten Einstellpunkt 84 einzustellen, wird die Öffnungstaste 50 gedrückt gehalten und dann wird entweder eine der Erhöhungs- oder Herabsetzungstasten 46 und 48 mehrere Male aufeinander folgend gedrückt, um eine bestimmte winkelmäßige Zunahme in Grad für den ersten Einstellpunkt 64 auszuwählen. Derselbe Vorgang wird mit der Schließtaste 52 und einer der Tasten 46 und 48 angewendet, um den zweiten Einstellpunkt 66 einzustellen. Diese Werte werden in der Speicheranordnung jeder programmierbaren Widerstandsschaltung 88 und 90 gespeichert, und sie wählen aus, welcher Transistor aktiviert wird, um hierdurch eine variable Spannung entsprechend den Einstellpunkten 64 und 66 zu liefern. Diese Spannungen werden von den programmierbaren Widerstandsschaltungen 88 und 90 zu einem Fensterkomparator 92 ausgegeben, der auch das Ausgangssignal des bewegbaren Teils 72 des Potentiometers 70 empfängt. Auf diese Weise wird die absolute Winkelposition des bewegbaren Klemmenarms 30 durch das Potentiometer 70 erfasst und mit dem ersten und zweiten Winkelpositions- Einstellpunkt 64 und 66 verglichen. Das Komparator- Ausgangssignal 94 ändert den Zustand, wenn die Spannung des Wischers 72 niedriger ist als die Spannung entsprechend dem zweiten Einstellpunkt 66. Das Komparator-Ausgangssignal 96 ändert seinen Zustand, wenn die Wischerspannung größer ist als die Spannung entsprechend dem ersten Einstellpunkt 64, wie in Fig. 3 gezeigt ist.
Für links- und rechtshändige Anwendung wird eine Drahtbrücke 71 verwendet, um die Enden des Potentiometers 70 zu wechseln.
Die Ausgangssignale 94 und 96 des Komparators 92 werden in Datenauswahlvorrichtungen 98 bzw. 100 eingegeben. Die Datenauswahlvorrichtungen 98 und 100 wählen einen von zwei Eingängen aus, nämlich ein von einer Fehlerblinkerschaltung 102 erzeugtes Fehlerblinker- Eingangssignal oder das jeweilige der Ausgangssignale 94 und 96 von dem Fensterkomparator 92, das anzeigt, dass der Klemmenarm 30 einen der Einstellpunkte 64 und 66 erreicht hat. Die Datenauswahlvorrichtungen 98 und 100 wählen unter einer Eingangssteuerung, wie nachfolgend beschrieben wird, eines der Eingangssignal von dem Fehlerblinker 102 oder der Ausgangssignale 94 und 96 des Komparators aus und geben das jeweilige Signal zu einer der zwei Ausgangstreiberschaltungen 104 und 106 weiter.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, sind die erste und die zweite LED 54 und 56 mit den Ausgängen der Datenauswahlvorrichtungen 100 bzw. 98 verbunden, um eine Anzeige zu liefern, wenn der erste oder der zweite Einstellpunkte 64 und 66 von dem Klemmenarm 30 erreicht wird.
Der Ausgang jeder Datenauswahlvorrichtung 98 und 100 ist auch mit einer opto-gekoppelten Treiberschaltung in dem Treiber 104 bzw. 106 verbunden. Der Ausgang der Datenauswahlvorrichtung 98 erregt, wenn er aktiviert ist, eine lichtlimitierende Diode, die mit einem Feldeffekttransistor optisch gekoppelt ist, um den Transistor in den leitenden Zustand zu bringen und hierdurch ein Signal 105 auf der Ausgangsleitung über dem Verbinder 16 zu liefern. Eine ähnliche Treiberschaltung ist mit der anderen Datenauswahlvorrichtung 100 verbunden und erzeugt das Ausgangssignal 107.
Der Positionsdetektor 12 ist auch mit einer Kurzschluss- oder Überstrom-Schutzschaltung versehen. Ein Rücken-zu-Rücken-Fotodiodenpaar ist in Reihe mit der Ausgangsstufe jedes der Treiber 104 und 106 verbunden und leitet einen vorbestimmten Strom, der durch ein Paar von Widerständen geliefert wird. Die Fotodioden leiten bei einem vorbestimmten Strom, der für einen Kurzschluss eingestellt ist, extern zu der Detektorschaltung. Wenn sie leiten, treiben die Fotodioden einen zweiten Transistor, um ein Eingangssignal zu der Datenauswahlvorrichtung 98 und 100 zu liefern. Dies schaltet die Datenauswahlvorrichtung so, dass das Ausgangssignal des Fehlerblinkers 102 als Eingangssignal gewählt wird anstelle eines Ausgangssignals auf der Leitung 94 und 96 von dem Fensterkomparator 92. Das Ausgangssignal der Datenauswahlvorrichtung 98 oder 100 treibt dann die angemessene LED 54 oder 56, um abwechselnd die LED 54 oder 56 mit der Aufleuchtrate des Fehlerblinkers 102 aufleuchten zu lassen, um eine Kurzschlussanzeige außerhalb des Positionsdetektors 12 zu liefern. Zur selben Zeit wird die Ausgangsschaltung mit dem Fehler abgeschaltet.
Eine Leistungsrücksetzschaltung 109, IC-Nummer MAX810, hält die Ausgänge der Datenauswahlvorrichtungen 98 und 100 aus, wenn die Leistung unterbrochen ist, dann wieder zugeführt wird zu der Positionserfassungsschaltung, um einen Fehler zu löschen.
Fig. 6 zeigt ein anderes Beispiel eines Positionsdetektors. Bei diesem Beispiels führt eine zentrale Verarbeitungseinheit oder MPU 110, die jeder geeignete Mikroprozessor usw. sein kann, ein in einem Speicher gespeichertes Steuerprogramm aus. Der Prozessor oder "MPU" 110 kommuniziert mit einem Speicher 112 wie einem EEPROM.
Das Ausgangssignal des Positionssensors 70 wird in eine Pufferschaltung 114 eingegeben und dann in einen Analog/Digital(A/D)-Wandler 116, um ein digitales Eingangssignal für den MPU 110 zu liefern, das repräsentativ für die von dem Positionssensor 70 gemessene absolute Winkelposition des Klemmenarms 30 ist. Eine geeignete Bezugsspannung 118 wird zu dem A/D-Wandler 116 geliefert.
Der MPU 110 liefert Ausgangssignale zu einem wahlweisen Bus-Sende-Empfangs-Gerät 120, das eine bidirektionale Datenkommunikation zwischen dem MPU und einem externen Netzwerk durchführt. Das Sende/Empfangs- Gerät 120 ist mit dem Verbinder 60 verbunden, um eine Datenkommunikation zwischen dem MPU 110 und einer externen Steuervorrichtung durchzuführen. Eine geeignete Leistungszuführung, wie die vorbeschriebene und in Fig. 4 gezeigte Gleichrichtungs- und HVPS- Leistungszuführung 80 kann durch den Verbinder 60 zu der MPU 110 und dem Rest der in Fig. 6 gezeigten Positionsdetektorschaltung erfolgen.
Die in Fig. 6 gezeigte Arbeitweise ist ähnlich der vorstehend beschriebenen und in den Fig. 1 bis 5 gezeigten. Der Positionssensor 70 erfasst die absolute Winkelposition des Klemmenarms 30 in allen Positionen des Klemmenarms 30 zwischen der ersten, geschlossenen Position 33 und der zweiten, geöffneten Position 36. Das Positionssignal wird in den MPU 110 eingegeben, der sie mit den Winkelpositions-Voreinstellungen 64 und 66 vergleicht, die von einer externen Tastatur 122, Tastenblock usw. in dem MPU 110 programmierbar betätigbar sind, oder über das externe Netzwerk kommuniziert und in dem Speicher 112 gespeichert werden. Wenn der Klemmenarm 30 einen der Einstellpunkte 64, 66 erreicht, liefert der MPU 110 ein Ausgangssignal über ein Bus-Sende/Empfangs-Gerät 120 und den Verbinder 60 zu einem externen Netzwerk oder nicht gezeigten externen Steuergerät.
Der MPU 110 führt ein gespeichertes Steuerprogramm aus, das funktionsmäßig in den Fig. 7 und 9 gezeigt ist, um die geöffnete und geschlossene Position der Klemme 30 zu bestimmen, das Auslesen von existierenden ersten und zweiten Einstellpunkten 64 und 66 oder das Schreiben von neuen ersten und zweiten Einstellpunkten 64 und 66, sowie die Erzeugung von verschiedenen Fehlermeldungen. Das externe Netzwerk oder Steuergerät kann mit dem MPU 110 auf verschiedene Weise kommunizieren, einschließlich eines Schreib- oder Lesebefehls von dem externen Steuergerät zu jeder Zeit, einem programmierbaren Zeitgeber, welcher dem MPU 110 ermöglicht, Ausgangsdaten in einem festen periodischen Zeitintervall zu übertragen, oder der MPU 110 kann programmiert sein, um eine freilaufende Zustandsänderungsnachricht bei jedem Mal, wenn der MPU 110 eine Änderung in seinem Eingangszustand fühlt, zu übertragen.
Nur beispielhaft ist der MPU 110 so programmiert, dass er zwei Klemmen bestimmte Fehlermeldungen oder Kennzeichen liefert, nämlich minimale Klemmenbewegungszeit überschritten (MTE) und Klemmenbewegungs- Geschwindigkeitswarnung (FSW). Die minimale Bewegungszeit ist die klemmenspezifizierte Hubzeitgrenze. Wenn die Bewegungszeit der Schwenkbewegung des Klemmenarms 30 zwischen der ersten und der zweiten Position geringer als die spezifizierte Bewegungszeit ist, wird ein Fehler oder eine Warnung erzeugt.
Die Klemmenbewegungszeit wird berechnet durch:
(R · 10)/(0 - C) = K
(T · K)/10 = Bewegungszeit
worin T = t ms von der toten Zone zu der offenen Zone oder von der toten Zone zur geschlossenen Zone zählt.
R = Gesamtklemmendrehung in ganzen Graden
0 = Offener Punkt in Graden
C = geschlossener Punkt in Graden
Eine neue Konstante wird berechnet, wann immer der offene Punkt, der geschlossene Punkt oder der Bewegungswinkel geändert wird.
Bei jedem Mal, bei dem die minimale Klemmenhubspezifikation nicht getroffen wird, wird ein Zähler erhöht. Der MPU 110 kann eine Lesefunktion ausführen, um zu bewirken, dass der Zählerausgangswert zu dem externen Steuergerät übertragen wird. Dies ist in dem in Fig. 8 dargestellten Flussdiagramm gezeigt, in welchem eine Fehlerwarnung erzeugt wird, nachdem die minimale Klemmenhub-Bewegungszeitspezifikation zum fünften Mal nicht getroffen wurde.
Fig. 9 stelle in Flussdiagramm einer Steuerprogrammfolge dar, um die Klemmenarmposition sowie die Klemmhub-Bewegungszeit zu bestimmen.
Der MPU 110 ist auch zur Aktivierung oder zum Aufleuchten der LEDs 54 und 56 in Abhängigkeit von der Position des Klemmenarms in der Lage. Der Klemmenarm 30 wird als in der offenen Zone angesehen, wenn der Drehwinkel des Klemmenarms größer als oder gleich dem ersten Einstellpunkt 64 ist. Der Klemmenarm 30 wird als in der geschlossenen Zone angesehen, wenn der Drehwinkel des Klemmenarms 30 geringer als der oder gleich dem zweiten Einstellpunkt 66 ist. Der Klemmenarm 30 wird als in einer toten Zone angesehen, wenn er weder in der offenen Zone noch in der geschlossenen Zone ist. Z.B. deaktiviert der MPU 110 beide LEDs 54 und 56, wenn der Klemmenarm 30 in der toten Zone ist oder die Positionserfassungsvorrichtung in einem Leistungsbetrieb ist. Die LED 54 wird erleuchtet, wenn der Klemmenarm 30 in der offenen Zone ist. Umgekehrt wird die LED 56 erleuchtet, wenn der Klemmenarm 30 in der geschlossenen Zone ist. Beide LEDs 54 und 56 leuchten auf, wenn der Klemmenarm in der toten Zone ist und ein Fehler erfasst oder erzeugt wurde. Die LED 56 wird aktiviert und die LED 54 leuchtet auf, wenn der Klemmenarm in der geschlossenen Zone ist und ein Fehler erfasst wird. Demgegenüber wird die LED 54 konstant erleuchtet und die LED 56 leuchtet auf, wenn der Klemmenarm 30 in der offenen Zone ist und ein Fehler erfasst wird.
Zusammengefasst wurde eine einzigartige Klemme offenbart, welche einzigartig die absolute Winkelposition des drehbaren oder schwenkbaren Klemmenarms bestimmt. Zumindest einer oder vorzugsweise zwei Winkeleinstellpunkte oder -positionen können durch Programmierung eingestellt werden. Eine Steuerschaltung kann einen Ausgang aktivieren, wenn der Klemmenarm einen der Winkeleinstellpunkte erreicht, wodurch einem externen Steuergerät ermöglicht wird, nachfolgende Arbeitsoperationen zu initiieren, bevor der Klemmenarm die vollständig geöffnete oder vollständig geschlossene Position erreicht.
Die vorstehend spezifisch beschriebene Klemme überwindet mehrere Nachteile, die bei vorher bekannten Klemmen gefunden wurden, die typischerweise durch ein Fluid angetrieben werden. Am bezeichnetesten bestimmt der Detektor die absolute Position des Klemmenarms, wodurch eine größere Genauigkeit im Vergleich zu der indirekten Anzeige der Klemmenarmposition über am Kolben/Zylinder befestigte Annäherungsschalter erhalten wird. Weiterhin ist der Detektor an einer Standardklemme ohne wesentliche Änderungen der Klemme befestigbar. Der Detektor ist ebenfalls einfach verwendbar für linkshändige und rechtshändige Anwendungen ohne Veränderung der Klemme. Schließlich können Einstellpunkte an jeder gewünschten Winkelposition eingestellt und leicht entsprechend den Erfordernissen einer besonderen Anwendung neu eingestellt werden.

Claims

1. Klemme (10) mit einem als Drehpunkt dienenden Klemmarm (30), der auf einer drehbaren Welle (22) ortsfest montiert ist, die durch eine externe Energiequelle zwischen den ersten und zweiten Endpositionen (33, 36) drehbar ist, und mit Positionserkennungsmittel (12), das zum Erkennen der Position des Klemmenarms (30) an die drehbare Welle (22) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionserkennungsmittel (12) die absolute Position des Klemmenarms (30) bei allen Positionen des Klemmenarms (30) erfasst.

2. Klemme nach Anspruch 1, worin das Erkennungsmittel (12) ein Ausgangssignal (105, 107) generiert, das der absoluten Position des Klemmenarms (30) entspricht.

3. Klemme nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, weiter gekennzeichnet durch Mittel (88, 90) Zum Festlegen eines Sollwerts (64, 66), der einer Winkelposition des Klemmenarms (30) entspricht.

4. Klemme nach Anspruch 3, worin der Sollwert (64, 66) variabel ist.

5. Klemme nach Anspruch 3 oder 4, weiter gekennzeichnet durch Mittel zur veränderbaren Einstellung des Sollwerts (64, 66).

6. Klemme nach einem der Ansprüche 3 bis 5, worin der Sollwert (64, 66) in vorbestimmten Winkelstufen einstellbar ist.

7. Klemme nach Anspruch 6, worin der Sollwert (64, 66) in Winkelstufen über einen festen Winkelbereich einstellbar ist.

8. Klemme nach Anspruch 3 oder einen dazugehörigen Anspruch, worin der Sollwert (64, 66) anders als die ersten und zweiten Endpositionen des Klemmenarms (30) ist.

9. Klemme nach Anspruch 3 oder einen dazugehörigen Anspruch, weiter gekennzeichnet durch Vergleichermittel (92), die auf das Ausgangssignal (105, 107) ab dem Erkennungsmittel (12) und den Mitteln (88, 90) zum Festlegen des Sollwerts (64, 66) ansprechen, zum Generieren eines Ausgangssignals 94. 96), wenn das Ausgangssignal (105, 107) ab dem Erkennungsmittel (12), das der absoluten Position des Klemmenarms (30) entspricht, dem Sollwert (64, 66) angepasst ist.

10. Klemme nach Anspruch 9, weiter gekennzeichnet durch Steckverbindermittel (60), die auf der Klemme (10) montiert sind, zum Anschluss des Stroms an das Erkennungsmittel (12) und zum Anschließen des Ausgangssignals (94, 96) des Vergleichermittels (92) an eine externe Steuerung.

11. Klemme nach Anspruch 10, weiter gekennzeichnet durch Mittel, die an die Anschlussmittel (60) gekoppelt werden, die den Ausgang der Vergleichermittel (92) mit der externen Steuerung verbinden, zur Erkennung eines Überstroms; und Mitteln, die auf die Überstrom-Erkennungsmittel ansprechen, zum Auswählen eines Fehlersignals anstatt des Ausgangs der Vergleichermittel (92), wenn ein Überstrom festgestellt wird und zum Ausschalten eines Ausgangssignals zu der externen Steuerung.

12. Klemme nach einem der Ansprüche 1 bis 11, weiter gekennzeichnet durch Mittel zum Einrichten erster und zweiter unterschiedlicher Sollwerte (64, 66), wobei jeder einer bestimmten Winkelposition des Klemmenarms (30) entspricht.

13. Klemme nach Anspruch 12, worin die ersten und zweiten Sollwerte (64, 66) jeweils verschieden von den ersten und zweiten Endpositionen (33, 36) des Klemmenarms (30) sind.

14. Klemme nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, worin die ersten und zweiten Sollwerte (64, 66) in vorbestimmten Winkelstufen einstellbar sind.

15. Klemme nach Anspruch 14, worin die ersten und zweiten Sollwerte (64, 66) in Winkelstufen über einen festgelegten Winkelbereich einstellbar sind.

16. Klemme nach einem der Ansprüche 12 bis 15, weiter gekennzeichnet durch Vergleichermittel (92), die auf das Ausgangssignal (105, 107) ab dem Erkennungsmittel (12) und den Mitteln (88, 90) zum Einrichten der ersten und zweiten Sollwerte (64, 66) zum Generieren eines Ausgangssignals (94, 96) ansprechen, wenn das Ausgangssignal (105, 107) ab dem Erkennungsmittel (12), das mit der absoluten Position des Klemmenarms (30) übereinstimmt, einem der ersten und zweiten Sollwerte (64, 66) entspricht.

17. Klemme nach einem der Ansprüche 1. bis 16, worin der Klemmenarm-Positionsdetektor (12) an der Klemme (10) montiert ist.

18. Klemme nach einem der Ansprüche 1 bis 17, weiter gekennzeichnet durch eine Zentraleinheit (110), die ein im Speicher (112) gespeichertes Steuerungsprogramm ausführt;

das Erkennungsmittel (12) das ein Ausgangssignal (105, 107) generiert, welches der absoluten Position des Klemmenarms (30) entspricht, das Ausgangssignal (105, 107) des Erkennungsmittels (12) in die Zentraleinheit (110) eingegeben wird;

mindestens einen im Speicher (112) gespeicherten Sollwert (64, 66), wobei der mindestens eine Sollwert (64, 66), der einen Winkelposition des Klemmenarms (30) entspricht;

die Zentraleinheit (110) einschließlich Mitteln zum Vergleich des Ausgangssignals (105, 107) ab dem Erkennungsmittel (12) mit dem mindestens einem Sollwert (64, 66) und eine Ausgangsleistung generierend, wenn das Ausgangssignal (105, 107) des Erkennungsmittels (12) dem Sollwert (64, 66) entspricht.