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EP0177481A1 - Regelungsverfahren für einen Fluidzylinder - Google Patents

Regelungsverfahren für einen Fluidzylinder Download PDF

Info

Publication number
EP0177481A1
EP0177481A1 EP85890218A EP85890218A EP0177481A1 EP 0177481 A1 EP0177481 A1 EP 0177481A1 EP 85890218 A EP85890218 A EP 85890218A EP 85890218 A EP85890218 A EP 85890218A EP 0177481 A1 EP0177481 A1 EP 0177481A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
cylinder
force
measured
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP85890218A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0177481B1 (de
Inventor
Friedrich Dipl. Ing. Dr. Bauer
Herbert Dipl Ing. Kühnelt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hoerbiger Ventilwerke GmbH and Co KG
Original Assignee
Hoerbiger Ventilwerke GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hoerbiger Ventilwerke GmbH and Co KG filed Critical Hoerbiger Ventilwerke GmbH and Co KG
Publication of EP0177481A1 publication Critical patent/EP0177481A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0177481B1 publication Critical patent/EP0177481B1/de
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F15B9/00—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member
    • F15B9/02—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type
    • F15B9/03—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type with electrical control means

Definitions

  • the invention relates to a control method for a fluid cylinder for monitoring the position or regulating the movements of the piston, which is slidably guided in a cylinder tube and is acted upon by pressure medium on at least one side, the piston being moved to and in at least one predetermined position is held.
  • displacement transducers are used to determine the respective position and movements of the piston, the signals of which are evaluated in the regulating device. As soon as the piston leaves its predetermined position, the pressure of the pressure medium acting on the piston is changed such that the piston is returned to the desired position.
  • the position transducers show the respective position of the piston in the cylinder with great accuracy and react without significant delay. Nevertheless, vibrations and overrides occur with these known regulations.
  • the invention is based on the object of improving the previously known control methods in such a way that precise control of the movements of the piston of a fluid cylinder and reliable maintenance of the selected target position is possible in a simple manner without mechanical additional devices.
  • the control method according to the invention is characterized in that, in order to hold the piston in the approached position, the force exerted between the piston and the cylinder via the parts sliding on one another is carried, in particular the frictional force acting via the seals of the piston and / or the piston rod, is measured, and the application of pressure medium to the piston is changed in the sense of a reduction in the measured force.
  • This procedure already detects the disturbing forces acting on the piston before they cause the piston to move. This makes it possible to counteract the disruptive forces in good time with control measures. If, for example, the load transferred to the piston via the piston rod changes or the pressure of the pressure medium acting on the piston changes, e.g. due to a leaky valve or leakage, the control can intervene correctively before the piston leaves the desired position.
  • control accuracy is not affected by the frictional forces, which can also be relatively large. With the aid of the method according to the invention, it is thus avoided in all disturbances in the balance of forces of a pneumatic or hydraulic fluid cylinder that the piston executes unintentional or uncontrolled movements.
  • the force transmitted between the piston and the cylinder is measured by determining the resulting pressure force exerted on the piston by the pressure medium and comparing it with the load force transmitted via the piston rod or the supporting force acting on the cylinder. With this measure, all disturbing forces are detected, which cause the piston to move out of the desired position could cause effect, so that an inadvertent displacement of the piston is reliably avoided by timely corrective intervention of the control.
  • the resulting pressure force exerted by the pressure medium on the piston can be determined simply by measuring the pressure of the pressure medium prevailing in the cylinder spaces on the two sides of the piston and from this the resulting pressure force is calculated taking into account the different pressurized piston surfaces.
  • the load force transmitted via the piston rod or the supporting force of the cylinder is advantageously measured with the aid of a force transducer which is installed in the piston rod or in the abutment of the cylinder.
  • Another embodiment variant of the control method according to the invention is that the force transmitted between the piston and the cylinder is measured by measuring the forces acting in each case in the cylinder tube in the region of the two ends of the cylinder and then the difference between the forces measured in the region of the two ends Forces is formed.
  • Hiebei is based on the knowledge that, apart from any reaction forces of the pressure medium, which act on the cylinder tube through the ends of the cylinder, only the forces transmitted by the piston and any brake are introduced into the cylinder tube in the axial direction of the cylinder. The total in the axial direction between the piston and the Forces transmitted to the cylinder barrel can therefore be determined by forming the difference between the forces measured in the region of the two ends of the cylinder barrel.
  • a simple way of determining the forces acting in the cylinder tube is to place force transducers on the cylinder tube, e.g. Strain gauges to attach and measure with them the forces acting in the area of the two ends of the cylinder tube.
  • the forces acting in the cylinder tube can also be generated using pressure transmitters, e.g. Pressure transducers, piezoresistive or magneto-elastic sensors are measured, which are provided between the cylinder tube and the cylinder cover at each end of the cylinder.
  • the cylinder tube can be supported on each side by three or four sensors.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of the circuit diagram of a position control of a fluid cylinder using the method according to the invention
  • Fig. 2 a fluid cylinder with another force measuring system is partially shown in the axial central section
  • Fig. 3 shows the schematic circuit diagram of a further embodiment of a control according to the method according to the invention.
  • a fluid cylinder which consists of a cylinder tube 1, in which a piston. 2 is slidably guided with a piston seal 3.
  • the cylinder tube 1 is closed at both ends by covers 4 and 5.
  • a piston rod 6 connected to the piston 2 is led out through the cover 5 and is sealed by a rod seal 7 accommodated in the cover 5.
  • the piston rod 6 is partially hollow.
  • a control valve 11 is provided, which alternately connects a pressure source 12 via fluid lines 13 and 14 to the cylinder spaces 15 and 16 on the two sides of the piston 2.
  • the control valve 11 is controlled via an amplifier 17 by a control device 18.
  • the amplifier 17 is connected to the control device 18 via a line 19 and to the control valve 11 via a line 20.
  • the control device 18 has an input 21 for the input of a target value and two further inputs 22 and 23, via which the measured values are input.
  • the input 22 is connected to the displacement transducer 10 via a signal line 24, in which a transducer 25 is connected, and a signal line 26, which comes from a further transducer 27, connects to the input 23.
  • the transducer 27 is connected via two lines 28 and 29 to a set of force transducers 30 and 31, which are each arranged in the region of one end of the fluid cylinder.
  • strain gauges are provided as force transducers, which are arranged at the ends of the cylinder tube 1 on the outside of the same.
  • FIG. 2 Another embodiment is shown in FIG. 2, in which pressure transmitters 32 are used.
  • the cylinder tube 1 is clamped there between the covers 4 with the aid of tie rods 33 acting on them.
  • Pressure transmitters 32 e.g. Pressure transducers, piezoresistive or magneto-elastic sensors, are arranged at each end of the fluid cylinder between the cylinder tube 1 and the cylinder cover 4, three or four sensors being expediently provided on each side.
  • the force transmitted between the piston 2 and the cylinder tube 1 is determined by forming the difference between the pressure forces measured at the two ends of the cylinder tube 1.
  • FIG. 3 differs from the control according to FIG. 1 in that a pressure sensor 34, 35 is connected to each of the two cylinder spaces 15, 16 for measuring the force that is transmitted between the piston 2 and the cylinder , each with a line 36.37 a difference generator 38 are connected. From this, the line 28 leads, as in the exemplary embodiment according to FIG. 1, to the measurement transducer 27.
  • the piston rod 6 is also provided with a force transducer 39 which, via the line 29, again as in FIG. 1, with the measurement transducer 27 in Connection is established.
  • the pressure in the two cylinder spaces 15, 16 is measured with the aid of the two pressure sensors 34, 35, from which the resulting force exerted on the piston 2 by the pressure medium can be calculated taking into account the different pressurized piston surfaces.
  • the force transducer 39 measures the respective load force that acts in the piston rod 6. The forces determined in this way are compared with one another in the transducer 27 and the signal obtained therefrom is fed to the control device 18. The load force could also be measured on the abutment of the fluid cylinder shown schematically in FIG. 3 and designated 40. If necessary, the force transducer 39 would be provided on the abutment 40 instead of on the piston rod 6.
  • the control device 18 When monitoring the position or regulating the movements of the piston 2 with the aid of the controls shown in the drawings, the control device 18 is given a setpoint value via the input 21, for example a specific position of the piston in the cylinder tube 1. With the aid of the displacement sensor 10 and its sensing rod 9 the respective position of the piston 2 is determined, the measured signals being passed on to the control device 18 via the transducer 25. From this is the control valve 11 in via the amplifier 17 actuated in such a way that the piston 2 is displaced into the position predetermined by the desired value. The piston 2 is then to be held in this position.
  • the control device 18 must intervene in a corrective manner.
  • the displacement sensor 10 only detects a malfunction that has occurred after the piston 2 has changed its position.
  • the force that is transmitted between the piston 2 and the cylinder via the parts sliding on one another is continuously monitored to hold the piston 2 in the approached position, and the application of pressure medium to the piston 2 in the sense of a reduction in the measured Power changes.
  • the force transmitted between the piston 2 and the cylinder tube 1 via the piston seal 3 is measured with the aid of the force transducers 30, 31 by forming the difference, the signal obtained being fed via the transducer 27 to the control device 18.
  • pressure transducers 32 are provided instead of the force transducers 30, 31, the force transmitted between the piston 2 and the cylinder tube 1 also being determined by forming the difference.
  • the pressure of the pressure medium in the two cylinder tubes 15, 16 is monitored with the aid of the two pressure sensors 34, 35 and the force exerted on the piston 2 by the pressure medium is calculated therefrom.
  • This force is compared to the load force acting on the piston rod 6 is measured by the force transducer. In this way, all disturbing forces that could move the piston are detected, and in addition to the frictional force between the piston 2 and the cylinder tube 1, the frictional force transmitted to the piston rod seal 7 is also taken into account in particular.
  • the signals obtained in this way are evaluated in the transducer 27, from where the resulting signal is fed to the control device 18, which changes the application of pressure medium to the piston 2 in the sense of a reduction in the measured force.

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Abstract

Ein Regelungsverfahren für einen Fluidzylinder zum Überwachen der Position oder Regeln der Bewegungen des Kolbens (2), der in einem Zylinderrohr (1) gleitend geführt und auf wenigstens einer Seite von einem Druckmittel beaufschlagt ist. Der Kolben (2) wird in eine vorausbestimmte Position gefahren und gegen die Einwirkung allfälliger Störkräfte in dieser Position gehalten. Dies geschieht dadurch, daß die Kraft, die zwischen dem Kolben (2) und dem Zylinder über die aufeinander gleitend geführten Teile übertragen wird, insbesondere die über die Dichtungen (3,7) des Kolbens (2) und/oder der Kolbenstange (6) wirkende Reibungskraft, gemessen und die Beaufschlagung des Kolbens (2) mit Druckmittel im Sinne einer Verringerung der gemessenen Kraft verändert wird.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelungsverfahren für einen Fluidzylinder zum Überwachen der Position oder Regeln der Bewegungen des Kolbens, der in einem Zylinderrohr gleitend geführt und auf wenigstens einer Seite von einem Druckmittel beaufschlagt ist, wobei der Kolben in wenigstens eine vorausbestimmte Position gefahren und in dieser gehalten wird.
  • Bei den bekannten Verfahren zum Regeln und Positionieren von Fluidzylindern werden zur Feststellung der jeweiligen Lage und der Bewegungen des Kolbens Wegaufnehmer verwendet, deren Signale in der Regeleinrichtung ausgewertet werden. Sobald der Kolben seine vorgegebene Position verläßt, wird der Druck des auf den Kolben wirkenden Druckmittels so verändert, daß der Kolben wieder in die Sollstellung zurückgeführt wird. Die Wegaufnehmer zeigen mit großer Genauigkeit die jeweilige Position des Kolbens im Zylinder an und reagieren auch ohne wesentliche Verzögerung. Trotzdem treten bei diesen bekannten Regelungen Schwingungen und Übersteuerungen auf. Insbesondere ist es praktisch nicht möglich, den Kolben eines pneumatischen Stellzylinders bei einer Änderung der auf die Kolbenstange wirkenden Kraft oder bei einer unbeabsichtigten Änderung des Druckes des Druckmittels, z.B. durch Leckverluste, in seiner Lage sicher zu arretieren.
  • Zur Abhilfe ist es schon bekannt, pneumatische Stellzylinder mit hydraulischen Zylindern zur Steuerung der Position zu kombinieren. Dadurch wird der erforderliche technische Aufwand erheblich vergrößert, meist verdoppelt. Für das Halten des Kolbens in einer bestimmten Position sind weiterhin mechanische Bremsvorrichtungen bekannt, die den Kolben im Zylinderrohr oder die Kolbenstange arretieren. Auch diese Zusatzeinrichtungen sind nachteilig, weil sie den technischen Aufwand vergrößern, zusätzlichen Raum beanspruchen, zusätzlich betätigt werden müssen und Funktionsstörungen verursachen können.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die bisher bekannten Regelungsverfahren so zu verbessern, daß ohne mechanische Zusatzeinrichtungen eine genaue Regelung der Bewegungen des Kolbens eines Fluidzylinders und eine sichere Einhaltung der gewählten Sollposition auf einfache Weise möglich ist.
  • Das erfindungsgemäße Regelungsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß zum Halten des Kolbens in der angefahrenen Position die Kraft, die zwischen dem Kolben und dem Zylinder über die aufeinander gleitend geführten Teile, übertragen wird, insbesondere die über die Dichtungen des Kolbens und/oder der Kolbenstange wirkende Reibungskraft, gemessen und die Beaufschlagung des Kolbens mit Druckmittel im Sinne einer Verringerung der gemessenen Kraft verändert wird. Durch diese Vorgangsweise werden die auf den Kolben wirkenden Störkräfte bereits festgestellt, bevor sie eine Bewegung des Kolbens verursachen. Dies macht es möglich, den Störkräften rechtzeitig durch regelungstechnische Maßnahmen entgegenzuwirken. Wenn sich z.B. die über die Kolbenstange auf den Kolben übertragene Last ändert oder der Druck des auf den Kolben wirkenden Druckmittels verändert wird, z.B. auf Grund eines undichten Ventils oder von Leckverlusten, kann die Regelung schon korrigierend eingreifen, bevor der Kolben die Sollstellung verläßt. Die Regelgenauigkeit wird durch die Reibungskräfte, die hiebei auch verhältnismäßig groß sein können, nicht beeinträchtigt. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird somit bei allen Störungen des Kräftegleichgewichtes eines pneumatischen oder hydraulischen Fluidzylinders vermieden, daß der Kolben unbeabsichtigte oder unkontrollierte Bewegungen ausführt.
  • Nach einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Regelungsverfahrens wird die zwischen dem Kolben und dem Zylinder übertragene Kraft gemessen, indem die vom Druckmittel auf den Kolben ausgeübte resultiere.nde Druckkraft festgestellt und mit der über die Kolbenstange übertragenen Lastkraft oder der auf den Zylinder wirkenden Abstützkraft verglichen wird. Mit dieser Maßnahme werden alle Störkräfte erfaßt, die eine Verschiebung des Kolbens aus der Sollstellung bewirken könnten, so daß durch rechtzeitiges korrigierendes Eingreifen der Regelung eine unbeabsichtigte Verschiebung des Kolbens sicher vermieden wird.
  • Die vom Druckmittel auf den Kolben ausgeübte resultierende Druckkraft kann einfach dadurch festgestellt werden, daß der in den Zylinderräumen auf den beiden Seiten des Kolbens herrschende Druck des Druckmittels gemessen und daraus die resultierende Druckkraft unter Berücksichtigung der unterschiedlichen druckbeaufschlagten Kolbenflächen errechnet wird. Es wäre aber auch denkbar, zur Ermittlung der Druckkraft in den Kolben Druck- oder Kraftaufnehmer einzubauen.
  • Die über die Kolbenstange übertragene Lastkraft oder die Abstützkraft des Zylinders wird vorteilhaft mit Hilfe eines Kraftaufnehmers gemessen, der in die Kolbenstange oder in das Widerlager des Zylinders eingebaut ist.
  • Eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Regelungsverfahrens besteht darin, daß die zwischen dem Kolben und dem Zylinder übertragene Kraft gemessen wird, indem im Bereich der beiden Enden des Zylinders die dort im Zylinderrohr jeweils wirkenden Kräfte gemessen werden und sodann die Differenz der im Bereich der beiden Enden gemessenen Kräfte gebildet wird. Hiebei wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß außer allfälligen Reaktionskräften des Druckmittels, die über die den Zylinder an seinen Enden abschließenden Deckel auf das Zylinderrohr wirken, nur die vom Kolben und einer allfälligen Bremse übertragenen Kräfte in Achsrichtung des Zylinders in das Zylinderrohr eingeleitet werden. Die in Achsrichtung insgesamt zwischen dem Kolben und dem Zylinderrohr übertragenen Kräfte können daher durch Differenzbildung der im Bereich der beiden Enden des Zylinderrohres gemessenen Kräfte festgestellt werden.
  • Eine einfache Möglichkeit zur Feststellung der im Zylinderrohr wirkenden Kräfte besteht darin, am Zylinderrohr Kraftmeßgeber, z.B. Dehnmeßstreifen, anzubringen und mit diesen die jeweils im Bereich der beiden Enden des Zylinderrohres wirkenden Kräfte zu messen. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens können aber auch die im Zylinderrohr wirkenden Kräfte mit Hilfe von Druckgebern, z.B. Druckmeßdosen, piezoresistiven oder magnetoelastischen Gebern, gemessen werden, die zwischen dem Zylinderrohr und den Zylinderdeckeln an jedem Ende des Zylinders vorgesehen sind. Beispielsweise kann das Zylinderrohr auf jeder Seite über je drei oder vier Geber abgestützt sein.
  • In den Zeichnungen ist das erfindungsgemäße Regelungsverfahren an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung das Schaltbild einer Positionsregelung eines Fluidzylinders unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, in Fig. 2 ist ein Fluidzylinder mit einem anderen Kraftmeßsystem im axialen Mittelschnitt teilweise dargestellt und Fig. 3 zeigt das schematische Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Regelung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
  • In Fig. 1 ist ein Fluidzylinder gezeigt, der aus einem Zylinderrohr 1 besteht, in dem ein Kolben. 2 mit einer Kolbendichtung 3 gleitend geführt ist. Das Zylinderrohr 1 ist an seinen beiden Enden durch Deckel 4 und 5 abgeschlossen. Durch den Deckel 5 ist eine mit dem Kolben 2 verbundene Kolbenstange 6 herausgeführt, die durch eine im Deckel 5 untergebrachte Stangendichtung 7 abgedichtet ist. Vom Kolben 2 ausgehend ist die Kolbenstange 6 teilweise hohl ausgebildet. In den Hohlraum 8 ragt ein Fühlstab 9 eines Wegaufnehmers 10 hinein, der auf dem Deckel 4 angeordnet ist. Für die Betätigung des Kolbens 2 ist ein Steuerventil 11 vorgesehen, das eine Druckquelle 12 über Fluidleitungen 13 und 14 abwechselnd mit den Zylinderräumen 15 und 16 auf den beiden Seiten des Kolbens 2 verbindet.
  • Das Steuerventil 11 wird über einen Verstärker 17 durch eine Regeleinrichtung 18 gesteuert. Der Verstärker 17 steht über eine Leitung 19 mit der Regeleinrichtung 18 und über eine Leitung 20 mit dem Steuerventil 11 in Verbindung. Die Regeleinrichtung 18 besitzt einen Eingang 21 für die Eingabe eines Sollwertes und zwei weitere Eingänge 22 und 23, über die die Meßwerte eingegeben werden. Der Eingang 22 ist über eine Signalleitung 24, in die ein Meßwertwandler 25 eingeschaltet ist, mit dem Wegaufnehmer 10 verbunden und an den Eingang 23 schließt eine Signalleitung 26 an, die von einem weiteren Meßwertwandler 27 kommt. Der Meßwertwandler 27 ist über zwei Leitungen 28 und 29 mit je einem Satz von Kraftmeßgebern 30 und 31 verbunden, die jeweils im Bereich eines Endes des Fluidzylinders angeordnet sind.
  • Aus der Zeichnung ist zu erkennen, daß in das Zylinderrohr 1 in Achsrichtung außer den Reaktionskräften der Deckel 4,5 nur Kräfte eingeleitet werden, die vom Kolben 2 über die Kolbendichtung 3 durch Reibung oder über eine allenfalls vorgesehene Bremseinrichtung übertragen werden. Mit den Kraftmeßgebern 30,31 werden die Kräfte gemessen, die im Bereich der beiden Enden des Fluidzylinders im Zylinderrohr 1 insgesamt wirken. Anschließend wird die Differenz der beiden gemessenen Kräfte gebildet, wobei sich die Reaktionskräfte der beiden Deckel 4,5 gegenseitig aufheben und als Ergebnis die Kraft verbleibt, die zwischen dem Kolben 2 und dem Zylinderrohr 1 übertragen wird.
  • Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind Dehnmeßstreifen als Kraftmeßgeber vorgesehen, die an den Enden des Zylinderrohres 1 an der Außenseite desselben angeordnet sind. In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform gezeigt, bei der Druckgeber 32 verwendet werden. Das Zylinderrohr 1 ist dort zwischen den Deckeln 4 mit Hilfe von an diesen angreifenden Zugankern 33 eingespannt. Die Druckgeber 32, z.B. Druckmeßdosen, piezoresistive oder magnetoelastische Geber, sind an jedem Ende des Fluidzylinders zwischen dem Zylinderrohr 1 und dem Zylinderdeckel 4 angeordnet, wobei zweckmäßig jeweils drei oder vier Geber auf jeder Seite vorgesehen sind. Auch bei dieser Anordnung wird die zwischen dem Kolben 2 und dem Zylinderrohr 1 übertragene Kraft durch Differenzbildung der an den beiden Enden des Zylinderrohres 1 gemessenen Druckkräfte ermittelt.
  • Die in Fig. 3 gezeigte Anordnung unterscheidet sich von der Regelung nach Fig. 1 dadurch, daß zur Messung der Kraft, die zwischen dem Kolben 2 und dem Zylinder übertragen wird, an die beiden Zylinderräume 15,16 je ein Druckaufnehmer 34,35 angeschlossen ist, die je über eine Leitung 36,37 mit einem Differenzbildner 38 verbunden sind. Von diesem führt die Leitung 28 wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 zum Meßwertwandler 27. In Fig. 3 ist außerdem die Kolbenstange 6 mit einem Kraftaufnehmer 39 versehen, der über die Leitung 29, wiederum wie in Fig. 1, mit dem Meßwertwandler 27 in Verbindung steht. Mit Hilfe der beiden Druckaufnehmer 34, 35 wird der Druck in den beiden Zylinderräumen 15,16 gemessen, woraus unter Berücksichtigung der unterschiedlichen druckbeaufschlagten Kolbenflächen die vom Druckmittel jeweils auf den Kolben 2 ausgeübte resultierende Kraft errechnet werden kann. Der Kraftaufnehmer 39 mißt die jeweilige Lastkraft, die in der Kolbenstange 6 wirkt. Die so festgestellten Kräfte werden im Meßwertwandler 27 miteinander verglichen und das daraus erhaltene Signal wird der Regeleinrichtung 18 zugeführt. Die Lastkraft könnte auch an dem in Fig. 3 schematisch dargestellten und mit 40 bezeichneten Widerlager des Fluidzylinders gemessen werden. Gegebenenfalls würde der Kraftaufnehmer 39 statt an der Kolbenstange 6 am Widerlager 40 vorgesehen sein.
  • Beim Überwachen der Position oder Regeln der Bewegungen des Kolbens 2 mit Hilfe der in den Zeichnungen dargestellten Regelungen wird der Regeleinrichtung 18 über den Eingang 21 ein Sollwert vorgegeben, z.B. eine bestimmte Lage des Kolbens im Zylinderrohr 1. Mit Hilfe des Wegaufnehmers 10 und dessen Fühlstabes 9 wird die jeweilige Lage des Kolbens 2 festgestellt, wobei di-e gemessenen Signale über den Meßwertwandler 25 an die Regeleinrichtung 18 weitergegeben werden. Von dieser wird über den Verstärker 17 das Steuerventil 11 in der Weise betätigt, daß der Kolben 2 in die durch den Sollwert vorgegebene Lage verschoben wird. In dieser Lage soll der Kolben 2 sodann festgehalten werden. Wenn die vorgegebene Lage des Kolbens 2, z.B. durch Krafteinwirkung von außen über die Kolbenstange 6 oder durch Leckverluste in den Druckleitungen, gestört wird, muß die Regeleinrichtung 18 korrigierend eingreifen. Der Wegaufnehmer 10 stellt eine aufgetretene Störung aber erst fest, nachdem der Kolben 2 seine Lage verändert hat.
  • Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zum Halten des Kolbens 2 in der angefahrenen Position die Kraft, die zwischen dem Kolben 2 und dem Zylinder über die aufeinander gleitend geführten Teile übertragen wird, laufend überwacht und die Beaufschlagung des Kolbens 2 mit Druckmittel im Sinne einer Verringerung der gemessenen Kraft verändert. Bei der Regelung nach Fig. 1 wird die zwischen dem Kolben 2 und dem Zylinderrohr 1 über die Kolbendichtung ,3 übertragene Kraft mit Hilfe der Kraftmeßgeber 30,31 durch Differenzbildung gemessen, wobei das erhaltene Signal über den Meßwertwandler 27 der Regeleinrichtung 18 zugeführt wird. Gemäß Fig. 2 sind anstelle der Kraftmeßgeber 30,31 Druckgeber 32 vorgesehen, wobei die zwischen dem Kolben 2 und dem Zylinderrohr 1 übertragene Kraft gleichfalls durch Differenzbildung ermittelt wird. Bei der Variante nach Fig.. 3 wird dagegen mit Hilfe der beiden Druckaufnehmer 34,35 der Druck des Druckmittels in den beiden Zylinderrohren 15,16 überwacht und daraus die auf den Kolben 2 vom Druckmittel ausgeübte Kraft errechnet. Diese Kraft wird mit der Lastkraft verglichen, die in der Kolbenstange 6 vom Kraftaufnehmer gemessen wird. Auf diese Weise werden alle Störkräfte erfaßt, die den Kolben verschieben könnten, und es wird außer der Reibungskraft zwischen dem Kolben 2 und dem Zylinderrohr 1 insbesondere auch die an der Kolbenstangendichtung 7 übertragene Reibungskraft berücksichtigt. Die so erhaltenen Signale werden im Meßwertwandler 27 ausgewertet, von wo das resultierende Signal der Regeleinrichtung 18 zugeführt wird, die die Beaufschlagung des Kolbens 2 mit Druckmittel im Sinne einer Verringerung der gemessenen Kraft verändert.
  • Mit Hilfe der Messung der Kräfte, die zwischen dem Kolben 2 und dem Zylinder übertragen werden, ist es möglich, der Regeleinrichtung 18 ein Störsignal schon zu übermitteln, bevor der Kolben 2 eine durch die Störung verursachte Bewegung ausführt. Die Regeleinrichtung 18 kann dann über das Steuerventil 11 schon korrigierend eingreifen, bevor der Kolben 2 die vorgegebene Sollstellung verläßt. In gleicher Weise kann die Regeleinrichtung 18 frühzeitig reagieren, wenn z.B. durch Undichtheiten im Steuerventil 11 oder durch Leckverluste im Leitungssystem der Druck in einem der Zylinderräume 15,16 verringert und dadurch der stabile Zustand des Kolbens 2 gestört wird. Auch Änderungen der über die Kolbenstange 6 übertragenen Lastkraft werden selbsttätig sofort berücksichtigt, ohne daß eine Verschiebung des Kolbens 2 erfolgt. Das beschriebene Verfahren kann somit bei jeder Oberwachung, Regelung oder Steuerung von pneumatischen oder hydraulischen Fluidzylindern vorteilhaft angewendet werden.

Claims (7)

1. Regelungsverfahren für einen Fluidzylinder zum Überwachen der Position oder Regeln der Bewegungen des Kolbens, der in einem Zylinderrohr gleitend geführt und auf wenigstens einer Seite von einem Druckmittel beaufschlagt ist, wobei der Kolben in wenigstens eine vorausbestimmte Position gefahren und in dieser gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Halten des Kolbens (2) in der angefahrenen Position die Kraft, die zwischen dem Kolben (2) und dem Zylinder über die aufeinander gleitend geführten Teile übertragen wird, insbesondere die über die Dichtungen (3,7) des Kolbens (2) und/oder der Kolbenstange (6) wirkende Reibungskraft, gemessen und die Beaufschlagung des Kolbens (2) mit Druckmittel im Sinne einer Verringerung der gemessenen Kraft verändert wird.
2. Regelungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem Kolben (2) und dem Zylinder übertragene Kraft gemessen wird, indem die vom Druckmittel auf den Kolben (2) ausgeübte resultierende Druckkraft festgestellt und mit der über die Kolbenstange (6) übertragenen Lastkraft oder der auf den Zylinder wirkenden Abstützkraft verglichen wird.
3. Regelungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Zylinderräumen (15,16) auf den beiden Seiten des Kolbens (2) herrschende Druck des Druckmittels gemessen und daraus die vom Druckmittel auf den Kolben (2) ausgeübte resultierende Druckkraft unter Berücksichtigung der unterschiedlichen druckbeaufschlagten Kolbenflächen errechnet wird.
4. Regelungsverfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die über die Kolbenstange (6) übertragene Lastkraft oder die Abstützkraft des Zylinders mit Hilfe eines Kraftaufnehmers (39) gemessen wird, der in die Kolbenstange (6) oder in das Widerlager (40) des Zylinders eingebaut ist.
5. Regelungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem Kolben (2) und dem Zylinder übertragene Kraft gemessen wird, indem im Bereich der beiden Enden des Zylinders die dort im Zylinderrohr (1) jeweils wirkenden Kräfte gemessen werden und sodann die Differenz der im Bereich der beiden Enden gemessenen Kräfte gebildet wird.
6. Regelungsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die im Zylinderrohr (1) wirkenden Kräfte durch an diesem angebrachte Kraftmeßgeber (30,31), z.B. Dehnmeßstreifen, gemessen werden.
7. Regelungsverfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die im Zylinderrohr (1) wirkenden Kräfte mit Hilfe von Druckgebern (32), z.B. Druckmeßdosen, piezoresistiven oder magnetoelastischen Gebern, gemessen werden, die zwischen dem Zylinderrohr (1) und den Zylinderdeckeln (4,5) an jedem Ende des Zylinders vorgesehen sind.
EP85890218A 1984-09-17 1985-09-10 Regelungsverfahren für einen Fluidzylinder Expired EP0177481B1 (de)

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