EP0111637A1 - Einrichtung zum Erfassen und Regeln der Geschwindigkeit des Kolbens eines Arbeitszylinders - Google Patents

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EP0111637A1
EP0111637A1 EP83109166A EP83109166A EP0111637A1 EP 0111637 A1 EP0111637 A1 EP 0111637A1 EP 83109166 A EP83109166 A EP 83109166A EP 83109166 A EP83109166 A EP 83109166A EP 0111637 A1 EP0111637 A1 EP 0111637A1
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EP
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piston
pressure medium
speed
throttle
pressure
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EP83109166A
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French (fr)
Inventor
Hans Friedrich Dipl.-Ing. Meyer
Werner Dannenberg
Rolf Heise
Hans Jürgen Ing-grad. Pfeifer
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Wabco Westinghouse Steuerungstechnik and Co GmbH
Original Assignee
Wabco Westinghouse Steuerungstechnik and Co GmbH
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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
    • F15B21/00—Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
    • F15B21/08—Servomotor systems incorporating electrically operated control means
    • F15B21/087—Control strategy, e.g. with block diagram

Definitions

  • the invention relates to a device for detecting and regulating the speed of the piston of a working cylinder according to the preamble of patent claim 1.
  • Devices of this type are required, for example, in industrial use of working cylinders in order to be able to keep the speed of the piston approximately constant even when the piston rod is subjected to changing loads. It is conceivable for this purpose to determine the speed of the working piston by means of a sensor device arranged in the region of the piston rod and an evaluation and control circuit connected to the sensor device, to compare the actual speed value with a predetermined desired speed value and with to control a pressure control valve based on a signal derived from the difference value.
  • the pressure control valve must be arranged between the pressure medium source and the inlet valve upstream of the pressure medium chamber of the working cylinder.
  • Such a device has the disadvantage that with a rapidly decreasing load on the piston rod, in particular after a previous pressure increase in the pressure medium chamber of the working cylinder, the working piston cannot be decelerated quickly enough and thus the piston speed cannot be influenced in this phase.
  • the invention is therefore based on the object of providing a device of the type mentioned at the outset which makes it possible to maintain a predetermined piston speed or to achieve a predetermined course of the piston speed even with changing loading of the piston rod.
  • the invention offers the advantage in particular of achieving an almost constant piston speed both with rapidly changing loads on the piston rod and with fluctuations in the working pressure.
  • the figure shows a working cylinder with a device for generating piston speed-dependent signals and a throttle valve device with the pressure medium outlet valves of the pressure medium chambers of the Ar beitszylinders is connected.
  • the working cylinder shown in the figure consists essentially of a cylinder 1, in which a piston 4 provided with a circumferential seal 3 is arranged.
  • the piston 4 is connected to a piston rod 9 which is led out of the cylinder 1 through a recess provided in the cylinder cover 7.
  • a sealing ring 8 surrounding the piston rod 9 is mounted in the recess.
  • the piston 4 divides the working cylinder 9 into a first pressure medium chamber 10 on the piston rod side and a second pressure medium chamber 2 opposite the first pressure medium chamber 10 on the other side of the piston 4.
  • the first pressure medium chamber 10 has a pressure medium connection 41, which is connected via a first pressure medium line 40 to a first valve device 34, consisting of a first - inlet and outlet valve, is connected.
  • a pressure medium connection 39 leading to the second pressure medium chamber 2 is connected to a second valve device 35, consisting * of inlet and outlet valves.
  • the inputs of the valve devices 34, 35 are connected to a pressure medium source 33 via pressure medium lines 45, 44.
  • the outlet valve of the first valve device 34 and the outlet valve of the second valve device 35 are connected via a shuttle valve 32 to a common pressure medium line 31, 30.
  • a first branch line 18 leads from the pressure medium line 30 to a first switchable throttle 22, 26.
  • a second branch line 19 leads to a second switchable throttle 23, 27, a third branch line 20 leads to a third switchable throttle 24, 28 and a fourth branch line 21 leads to a fourth switchable throttle 25, 29.
  • the switchable throttles each consist of a simple directional valve with a downstream throttle.
  • the valve devices 34, 35 can be combined into a single multi-way valve device.
  • the switchable chokes 22, 26, 27, 24, 28, and 25, 29 are via control lines 16, 17, 15, 14 with the outputs an electronic evaluation and control circuit 12 connected.
  • a first input of the electronic evaluation and control circuit 12 is connected via a signal line 11 to a sensor 6, which is arranged in the cylinder cover 7 of the working cylinder 1 perpendicular to the piston rod 9.
  • the sensor 6 and the piston rod 9 are designed such that when the piston rod 9 drives past a pole piece of the sensor 6, signals are generated which represent the instantaneous speed of the piston 4 and the piston rod 9, respectively.
  • the piston rod 9 sensed by the sensor 6 can, for example, have a thread 5 and be surrounded by a jacket made of non-magnetizable material.
  • a second input 13 of the electronic evaluation and control circuit is used to enter target values.
  • the TARGET speed value is compared with the ACTUAL speed value and, when a difference between the two values occurs, a control signal is generated which is applied to one or more of the switchable chokes.
  • the valve devices 34, 35 connected to the pressure medium source are connected via control lines 37, 36 to a switching device, not shown here.
  • the first pressure medium chamber 10 is via the pressure medium connection 41, the outlet valve of the 3/2-way valve 34, the Shuttle valve 32 and the downstream throttles 22, 26, 23, 27, 24, 28, 25, 29 vented to the atmosphere.
  • the magnetic field building up between the piston rod 9 and the pole piece of the sensor 6 alternately becomes stronger and weaker as the piston rod 9 passes the sensor 6, depending on whether there is an increase or a decrease in the thread mentioned above under the pole piece of the sensor 6.
  • the sensor 6 outputs an output voltage, which can be sinusoidal, for example.
  • This output voltage passes through the signal line 11 to the evaluation circuit of the electronic evaluation and control circuit 12.
  • the evaluation circuit is designed, for example, in such a way that it generates a pulse when the magnetic field reaches a strength which can only be achieved when an increase in the thread length passes the pole piece of the sensor. 6 occurs.
  • the pulses occurring per unit of time are counted by the evaluation circuit and the speed of the piston 4 or the piston rod 9 is thus determined.
  • the ACTUAL speed determined in this way is compared with a TARGET speed given to the evaluation circuit via line 13. If the ACTUAL speed value exceeds the TARGET speed value, an output signal is generated.
  • one or more throttles are controlled via lines 17, 16, 15, 14.
  • the pressure reduction in the first pressure medium limiter 10 is throttled until the ACTUAL -Speed corresponds to the TARGET speed.
  • the pressure reduction in the first pressure medium limiter 10 is throttled until the ACTUAL -Speed corresponds to the TARGET speed.
  • four switchable throttles with the same throttle cross-section it is possible to obtain up to four different throttle cross-sections by simultaneously controlling several throttles. If the throttles have different throttle cross sections, considerably more different effective throttle cross sections can be set in a known manner for venting the pressure medium chambers of the working cylinder.
  • a constant pressure in one of the two pressure medium chambers 10 or 2 and throttled pressure reduction in the other Pressure medium chamber 2 or 10 it is also possible to achieve different constant piston speeds, regardless of whether the piston rod 9 and thus the piston 4 are loaded more or less.

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Abstract

Der Arbeitszylinder (1) weist eine Einrichtung (6) zum Erfassen der IST-Geschwindigkeit des Kolbens (4) auf. Der IST-Geschwindigkeitswert wird von einer elektronischen Auswerte- und Regelschaltung (12) mit einem SOLL-Geschwindigkeitswert verglichen. Bei einer Differenz zwischen IST-Geschwindigkeit und SOLL-Geschwindigkeit wird von der elektronischen Auswerte- und Regelschaltung (12) ein Regelsignal auf eine Drosseleinrichtung gegeben, welche unterschiedliche Drosselquerschnitte aufweist (26,27,28,29). Die Drosselventileinrichtung ist den Auslaßventilen (34,35) des Arbeitszylinders (1) nachgeschaltet. Bei Beaufschlagung des Kolbens (4) mit einem konstanten Druck kann bei sich ändernder Belastung der Kolbenstange (9) durch Verändern der Druckabbaugeschwindigkeit die Kolbengeschwindigkeit konstant gehalten werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Erfassen und Regeln der Geschwindigkeit des Kolbens eines Arbeitszylinders gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Derartige Einrichtungen werden z.B. bei industriellem Einsatz von Arbeitszylindern benötigt, um auch bei wechselnder Belastung der Kolbenstange die Geschwindigkeit des Kolbens annähernd konstant halten zu können. Denkbar ist es, zu diesem Zweck mittels einer im Bereich der Kolbenstange angeordneten Sensoreinrichtung und einer mit der Sensoreinrichtung verbundenen Auswerte- und Regelschaltung die Geschwindigkeit des Arbeitskolbens zu ermitteln, den Geschwindigkeits-IST-Wert mit einem vorgegebenen Geschwindigkeits-SOLL-Wert zu vergleichen und mit einem vom Differenzwert abgeleiteten Signal ein Druckregelventil anzusteuern. Das Druckregelventil muß zu diesem Zweck zwischen der Druckmittelquelle und dem der Druckmittelkammer des Arbeitszylinders vorgeschalteten Einlaßventil angeordnet sein.
  • Eine derartige Einrichtung hat den Nachteil, daß bei einer sich schnell verringernden Belastung der Kolbenstange, insbesondere nach einer vorangegangenen Druckerhöhung in der Druckmittelkammer des Arbeitszylinders, der Arbeitskolben nicht schnell genug verzögert werden kann und somit in dieser Phase die Kolbengeschwindigkeit nicht beeinflußbar ist.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche es ermöglicht, auch bei wechselnder Belastung der Kolbenstange eine vorgegebene Kolbengeschwindigkeit zu halten bzw. einen vorgegebenen Verlauf der Kolbengeschwindigkeit zu erzielen.
  • Diese Aufgabe wird mit der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen aufgezeigt.
  • Die Erfindung bietet insbesondere den Vorteil, sowohl bei sich schnell ändernden Belastungen der Kolbenstange als auch bei Schwankungen des Arbeitsdruckes eine nahezu konstante Kolbengeschwindigkeit zu erzielen.
  • Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nachstehend näher erläutert.
  • Die Abbildung zeigt einen Arbeitszylinder mit einer Einrichtung zum Erzeugen von kolbengeschwindigkeitsabhängigen Signalen sowie einer Drosselventileinrichtung die mit den Druckmittelauslaßventilen der Druckmittelkammern des Arbeitszylinders verbunden ist.
  • Der in der Abbildung gezeigte Arbeitszylinder besteht im wesentlichen aus einem Zylinder 1, in welchem ein mit einer umlaufenden Dichtung 3 versehener Kolben 4 angeordnet ist. Der Kolben 4 ist mit einer Kolbenstange 9 verbunden, die durch eine im Zylinderdeckel 7 vorgesehene Ausnehmung aus dem Zylinder 1 herausgeführt ist. In der Ausnehmung ist ein die Kolbenstange 9 umschließender Dichtring 8 gelagert. Der Kolben 4 unterteilt den Arbeitszylinder 9 in eine kolbenstangenseitige erste Druckmittelkammer 10 und eine der ersten Druckmittelkammer 10 gegenüber auf der anderen Seite des Kolbens 4 liegende zweite Druckmittelkammer 2. Die erste Druckmittelkammer 10 weist einen Druckmittelanschluß 41 auf, welcher über eine erste Druckmittelleitung 40 mit einer ersten Ventileinrichtung 34, bestehend aus einem ersten - Einlaß- und Auslaßventil, verbunden ist. Über eine zweite Druckmittelleitung 38 steht ein zur zweiten Druckmittelkammer 2 führender Druckmittelanschluß 39 mit einer zweiten Ventileinrichtung 35, bestehend* aus Einlaß- und Auslaßventil, in Verbindung. Die Eingänge der Ventileinrichtungen 34, 35 sind über Druckmittelleitungen 45, 44 mit einer Druckmittelquelle 33 verbunden. Das Auslaßventil der ersten Ventileinrichtung 34 und das Auslaßventil der zweiten Ventileinrichtung 35 sind über ein Wechselventil 32 an eine gemeinsame Druckmittelleitung 31,30 angeschlossen. Von der Druckmittelleitung 30 führt eine erste Zweigleitung 18 zu einer ersten schaltbaren Drossel 22, 26. Eine zweite Zweigleitung 19 führt zu einer zweiten schaltbaren Drossel 23, 27, eine dritte Zweigleitung 20 führt zu einer dritten schaltbaren Drossel 24, 28 und eine vierte Zweigleitung 21 führt zu einer vierten schaltbaren Drossel 25, 29. Die schaltbaren Drosseln bestehen jeweils aus einem einfachen Wegeventil mit nachgeschalteter Drossel. Die Ventileinrichtungen 34, 35 können zu einer einzigen Mehrwegeventileinrichtung zusammengefaßt sein. Die schaltbaren Drosseln 22, 26, 27, 24, 28, und 25, 29 sind über Steuerleitungen 16, 17, 15, 14 mit den Ausgängen einer elektronischen Auswerte- und Regelschaltung 12 verbunden. Ein erster Eingang der elektronischen Auswerte- und Regelschaltung 12 ist über eine Signalleitung 11 mit einem Sensor 6 verbunden, welcher im Zylinderdeckel 7 des Arbeitszylinders 1 senkrecht zur Kolbenstange 9 angeordnet ist. Der Sensor 6 und die Kolbenstange 9 sind so ausgebildet, daß beim Vorbeifahren der Kolbenstange 9 an einem Polschuh des Sensors 6 Signale erzeugt werden, welche die augenblickliche Geschwindigkeit des Kolbens 4 bzw. der Kolbenstange 9 darstellen. Die vom Sensor 6 abgetastete Kolbenstange 9 kann z.B. Gewinde 5 aufweisen und von einem Mantel aus nicht magnetisierbarem Material umgeben sein.
  • Auf die Ermittlung der Kolbengeschwindigkeit und die Ausbildung der Mittel zum Feststellen der Kolbengeschwindigkeit - wird hier nicht näher eingegangen, da verschiedene für diesen Zweck einsetzbare Einrichtungen bekannt sind. Ein zweiter Eingang 13 der elektronischen Auswerte- und Regelschaltung dient zur Eingabe von SOLL-Wert-Vorgaben. In der elektronischen Auswerte- und Regelschaltung 12 wird der SOLL-Geschwindigkeitswert mit dem IST-Geschwindigkeitswert verglichen und bei Auftreten einer Differenz zwischen den beiden Werten ein Regelsignal erzeugt, welches auf eine oder mehrere der schaltbaren Drosseln gegeben wird. Die mit der Druckmittelquelle verbundenen Ventileinrichtungen 34, 35 stehen über Steuerleitungen 37, 36 mit einer hier nicht gezeigten Schalteinrichtung in Verbindung.
  • Im folgenden wird die Funktion der erfinduhgsgemäßen Einrichtung näher erläutert.
  • Es wird angenommen, daß über das 3/2-Wegeventil 35 sowie die Druckmittelleitung 38 in die zweite Druckmittelkammer 2 Druckmittel eingesteuert und so der Kolben 4 mit der Kolbenstange 9 in Richtung auf die kolbenstangenseitige erste Druckmittelkammer 10 zu verschoben wird. Die erste Druckmittelkammer 10 wird über den Druckmittelanschluß 41, das Auslaßventil des 3/2-Wegeventil 34, das Wechselventil 32 und die nachgeschalteten Drosseln 22, 26, 23, 27, 24, 28, 25, 29 zur Atmosphäre hin entlüftet. Das sich zwischen der Kolbenstange 9 und dem Polschuh des Sensors 6 aufbauende Magnetfeld wird beim Vorbeifahren der Kolbenstange 9 am Sensor 6 wechselweise stärker und wieder schwächer, je nachdem ob sich unter dem Polschuh des Sensors 6 eine Erhöhung oder eine Vertiefung des oben erwähnten Gewindes befindet. Der Sensor 6 gibt eine Ausgangsspannung ab, die z.B. sinusförmig verlaufen kann. Diese Ausgangsspannung gelangt über die Signalleitung 11 zur Auswerteschaltung der elektronischen Auswerte- und Regelschaltung 12. Die Auswerteschaltung ist z.B. so ausgebildet, daß sie einen Impuls erzeugt, wenn das Magnetfeld eine Stärke erreicht, die nur beim Vorbeifahren einer Erhöhung des Gewindes am Polschuh des Sensors-6 auftritt. Von der Auswerteschaltung werden die pro Zeiteinheit auftretenden Impulse gezählt und so die Geschwindigkeit des Kolbens 4 bzw. der Kolbenstange 9 ermittelt. Die so ermittelte IST-Geschwindigkeit wird mit einer über die Leitung 13 auf die Auswerteschaltung gegebenen SOLL-Geschwindigkeit verglichen. Überschreitet der IST-Geschwindigkeitswert den SOLL-Geschwindigkeitswert, so wird ein Ausgangssignal erzeugt. Je nachdem wie groß die Differenz zwischen der IST-Geschwindigkeit und der SOLL-Geschwindigkeit ist, werden über die Leitungen 17, 16, 15, 14 ein oder mehrere Drosseln angesteuert.-Der Druckabbau in der ersten Druckmittelkarmer 10 wird solange gedrosselt durchgeführt bis die IST-Geschwindigkeit der SOLL-Geschwindigkeit entspricht. Bei Einsatz von vier schaltbaren Drosseln mit gleichem Drosselquerschnitt ist es möglich durch gleichzeitiges Ansteuern von mehreren Drosseln bis zu vier verschiedene Drosselquerschnitte zu erhalten. Wenn die Drosseln verschiedene Drosselquerschnitte aufweisen, können in bekannter Weise erheblich mehr verschiedene wirksame Drosselquerschnitte für die Entlüftung der Druckmittelkammern des Arbeitszylinders eingestellt werden. Bei Einsteuerung eines konstanten Druckes in eine der beidenDruckmittelkammern 10 bzw. 2 und gedrosseltem Druckabbau in der jeweils anderen Druckmittelkammer 2 bzw. 10 ist es.auch möglich, unterschiedliche konstante Kolbengeschwindigkeiten zu erzielen, unabhängig davon, ob die Kolbenstange 9 und somit der Kolben 4 stärker oder schwächer belastet werden.
  • Es ist denkbar, die einzelnen schaltbaren Drosseln als kompakte Mehrstellungs-Drosselventileinrichtung auszubilden.

Claims (4)

1. Einrichtung zum Erfassen und Regeln der Geschwindigkeit des Kolbens eines Arbeitszylinders mit folgenden Merkmalen:
a) in einem Zylinder ist ein mit einer Kolbenstange verbundener Kolben vorgesehen;
b) der Kolben unterteilt den Zylinder in eine kolbenstangenseitige erste Druckmittelkammer und eine der kolbenstangenseitigen Druckmittelkammer gegenüber, auf der anderen Seite des Kolbens liegende zweite Druckmittelkammer;
c) es ist eine Mehrwegeventileinrichtung (34, 35),bestehend aus Einlaß- und Auslaßventilen/vorgesehen, über welche die erste Druckmittelkammer und die zweite Druckmittelkammer mit Druckmittel beaufschlagbar bzw. druckentlastbar sind;
d) es ist eine Sensoreinrichtung zum Feststellen der Geschwindigkeit des Kolbens vorgesehen;
e) die Sensoreinrichtung ist mit einer Auswerteschaltung verbunden, welche die von der Sensoreinrichtung gelieferten IST-Geschwindigkeitswerte mit vorgegebenen SOLL-Geschwindigkeitswerten vergleicht und bei Überschreiten oder Unterschreiten vorgegebener Werte Ausgangssignale auf eine Ventileinrichtung zur Regelung des Druckes im Arbeitszylinder gibt;
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
f) den Auslaßventilen der Mehrwegeventileinrichtung (34, 35) ist eine schaltbare Drosseleinrichtung mit mehreren Drosselquerschnitten (22, 26, 23, 27, 24, 28, 25, 29) zugeordnet;
g) die Drosseleinrichtung ist derart mit der Mehrwegeventileinrichtung (34, 35) verbunden, daß beim Druckabbau in einer Druckmittelkammer (10, 2) die Abluft über die schaltbare Drosseleinrichtung (22, 26, 23, 27, 24, 28, 25, 29) zur Atmosphäre hin geführt wird;
h) die Drosseleinrichtung ist in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Auswerteschaltung (12) schaltbar.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrwegeventileinrichtung aus einem ersten Einlaß-und Auslßaventil (34), welches der ersten Druckmttelkammer (10) zugeordnet ist und einem zweiten Einlaß- und Auslaßventil (35), welches der zweiten Druckmittelkammer (2) zugeordnet ist, besteht und daß die Auslaßventile über ein Wechselventil (32) an eine gemeisame Druckmittelleitung (31, 30) angeschlossen sind.
3. Einrichtung nach Anspruch-1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseleinrichtung aus mehreren.schaltbaren Drosseln besteht, die einzeln oder kombiniert ansteuerbar sind.
4. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosseleinrichtung unterschiedliche Drosselquerschnitte aufweist.
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