DE102007010115A1

DE102007010115A1 - Pneumatic drive for automation engineering applications, has electronic evaluation unit determining speed and/or acceleration of piston and diagnostic information for operating condition control by analysis of flow of binary signals

Info

Publication number: DE102007010115A1
Application number: DE102007010115A
Authority: DE
Inventors: Heinz Gödert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2007-02-28
Publication date: 2008-09-04

Abstract

The drive has a pressurizing medium-subjectable piston (3) axially and movably arranged with an integrated position sensor (5) in a cylinder housing (1). A cylinder switch (2) accommodates two sensor elements (7a 7b) that are arranged to each other in a defined distance (A). Binary signals of the sensor elements are fed to a downstream electronic evaluation unit, which determines a speed and/or acceleration of the piston and diagnostic information for operating condition control by analysis of temporal flow of the binary signals.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Pneumatikantrieb mit einem Zylindergehäuse, in dem ein druckmittelbeaufschlagbarer Kolben mit integriertem Positionsgeber axial bewegbar angeordnet ist, wobei das Zylindergehäuse mindestens einen hierzu korrespondierenden Zylinderschalter zur binären Detektion der Stellung des Kolbens bei Passage des Zylinderschalters aufweist.The The present invention relates to a pneumatic drive with a Cylinder housing in which a druckmittelbeaufschlagbarer Piston arranged with an integrated position sensor axially movable is, wherein the cylinder housing at least one for this purpose corresponding cylinder switch for binary detection having the position of the piston at passage of the cylinder switch.

Das Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf die Automatisierungstechnik, und zwar auf solche Anwendungen, bei denen pneumatische Systeme zum Einsatz kommen, welche u. a. Pneumatikantrieb als Organ zur Positionierung benutzen, wie beispielsweise bei der Handhabungstechnik. Im Rahmen derartiger pneumatischer Systeme wird vielfältige Sensortechnik verwendet, beispielsweise um die aktuelle Stellung des Kolbens eines Pneumatikantriebs zu erfassen, so dass eine zentrale Steuereinheit die Information erhält, ob der Pneumatikantrieb sich nach Beaufschlagung mit Druckluft in der gewünschten Stellung befindet, um hiervon abhängig weitere Bewegungen innerhalb des pneumatischen Systems zu steuern oder dieses ggf. abzuschalten, falls eine logische Fehlfunktion vorliegt. Solche und ähnliche Betriebszustandskontrollen an pneumatischen Systemen erfordern eine entsprechende Signalverarbeitung. Als Voraussetzung wäre es erforderlich, dass die Sensortechnik zusätzlich zu den üblichen Funktionen der Erfassung einer Position weitere Funktionen im Bereich Überwachung und Diagnose, indem weitere Messgrößen ermittelt werden, wie Geschwindigkeit und Beschleunigung des zu detektierenden Bauteils am Erfassungsort, welche nach einer entsprechenden signaltechnischen Aufbereitung auch für die entsprechenden Steuerungs- und Diagnosefunktionen zur Verfügung stehen.The Field of application of the present invention extends primarily on the automation technology, namely on such applications, at which pneumatic systems are used, which u. a. pneumatic drive as an organ for positioning use, such as in the handling technique. In the context of such pneumatic systems is manifold Sensor technology used, for example, the current position of the Piston of a pneumatic actuator to capture, so that a central Control unit receives the information, whether the pneumatic drive after applying compressed air in the desired Position is dependent on this for further movements within to control the pneumatic system or shut it down, if necessary, if there is a logical malfunction. Such and similar Operating state controls on pneumatic systems require one appropriate signal processing. As a prerequisite would be It requires that the sensor technology in addition to the usual Functions of the detection of a position further functions in the area monitoring and diagnostics, by determining further measured variables be as speed and acceleration of the detected Component at the detection point, which after a corresponding signal technical Preparation also for the appropriate control and Diagnostic functions are available.

Gemäß des allgemeinen Standes der Technik werden herkömmliche Zylinderschalter lediglich zur binären Detektion der Stellung des Kolbens bei Passage des Zylinderschalters verwendet. Sobald der Kolben eine bestimmte Position relativ zum Zylinderschalter erreicht hat, wird der binäre Schaltimpuls generiert, welcher einer übergeordneten Steuerung signalisiert, dass die durch definierte Anordnung des Zylinderschalters außen am Zylindergehäuse vorgegebene Position des innenliegenden Kolbens erreicht ist.According to the In general prior art, conventional cylinder switches only for binary detection of the position of the piston used on passage of the cylinder switch. Once the piston is a has reached certain position relative to the cylinder switch is the binary switching pulse generated, which a parent Control signalizes that by defined arrangement of the cylinder switch Outside predetermined position on the cylinder housing of the internal piston is reached.

Neben dieser einfachen Sensorapplikation werden in industriellen pneumatischen Systemen weitere Sensoren eingesetzt, um spezielle Informationen für Steuerungs- und Diagnosezwecke zu gewinnen.Next This simple sensor application are used in industrial pneumatic Systems used more sensors to get specific information for control and diagnostic purposes.

Aus der DE 102 59 394 A1 geht ein Einrichtung zur Betriebszustandskontrolle bei einem u. a. pneumatischen System hervor, insbesondere für einen Pneumatikantrieb. Diese Betriebszustandskontrolle macht von einem Durchflussmesser als zusätzliches Sensorelement Gebrauch. Es wird vorgeschlagen, die Leitung zur Versorgung des Pneumatikantriebs mit Druckmittel mit einem Diagnosemodul zu versehen, welches den Fluiddurchfluss mittels eines Durchflussmessers erfasst. Das Diagnosemodul besitzt zu diesem Zwecke eine integrierte Durchgangsleitung, die zur Diagnose mit dem Durchflussmesser versehen ist und die zusammen mit einer Reihe dazu angeordneter weiterer Leitungen den Durchgang bildet. Wenigstens eine der Leitungen ist mit mindestens zwei integrierten elektrischen oder optischen Leitungen zur Daten- oder Energieübertragung versehen. Das Diagnosemodul steht mit einer Diagnosedaten empfangenen Steuer- oder Überwachungszentrale elektrisch oder optisch in Verbindung. Nachteilig bei dieser technischen Lösung ist jedoch der relativ hohe Aufwand an elektronischen Bauelementen und die in Form des Durchflussmessers erforderliche zusätzliche Sensorik. Die zusätzlich zu installierende Sensortechnik liefert nur eine relativ begrenzte Zustandsüberwachung, da nur die in Bezug zum Durchfluss stehenden Störungen erkannt werden können.From the DE 102 59 394 A1 is a device for operating state control in a pneumatic system among other things, especially for a pneumatic drive. This operating state control makes use of a flow meter as an additional sensor element. It is proposed to provide the line for supplying the pneumatic drive with pressure medium with a diagnostic module, which detects the fluid flow rate by means of a flow meter. The diagnostic module for this purpose has an integrated passage line which is provided for diagnosis with the flow meter and which forms the passage together with a number of further lines arranged thereon. At least one of the lines is provided with at least two integrated electrical or optical lines for data or energy transmission. The diagnostic module is electrically or optically in communication with a control or monitoring center received diagnostic data. A disadvantage of this technical solution, however, is the relatively high cost of electronic components and the required in the form of flow meter additional sensors. The additionally installed sensor technology provides only a relatively limited condition monitoring, since only the disturbances related to the flow can be detected.

Aus der DE 101 01 355 A1 geht eine demgegenüber einfachere technische Lösung zur Erfassung von Bewegungswerten des Kolbens eines Pneumatikantriebs hervor. Neben einer einfachen Detektion der Stellung des Kolbens ist es mit dieser Lösung möglich, auch die Geschwindigkeit eines Kolbens zu erfassen, wenn dieser sich im Nahbereich des Sensors befindet. Zu diesem Zwecke wird die Breite des im Kolben integrierten Signalgebers ausgewertet. Der Kolben ist mit zwei axial beabstandet zueinander angeordneten Permanentmagnetringen als Positionsgeber ausgestattet, welche während des Passierens des demgegenüber ortsfest am Zylindergehäuse angeordneten Sensors zwei Maxima im Signalverlauf erzeugen. Anhand dieses Signalverlaufes kann durch zeitliche Auswertung des Abstandes der Maxima die Geschwindigkeit bestimmt werden und es kann der Unterschied der Geschwindigkeiten zur Bestimmung der Beschleunigung herangezogen werden. Technische Voraussetzung für diese Lösung ist jedoch die Integration zweier Permanentmagnete am Kolben. Herkömmliche Pneumatikantrieb mit nur einem zentral am Kolben angeordneten Permanentmagneten lassen sich nicht mit dieser technischen Lösung nachrüsten. Weiterhin ist dieser Stand der Technik lediglich auf eine Ermittlung der aktuellen Kolbenposition, sowie der Kolbengeschwindigkeit und -beschleunigung beschränkt. Umfassende Diagnosefunktionen lassen sich hiermit nicht ausführen.From the DE 101 01 355 A1 On the other hand, a simpler technical solution for detecting movement values of the piston of a pneumatic drive emerges. In addition to a simple detection of the position of the piston, this solution is also possible to detect the velocity of a piston, if this is in the vicinity of the sensor. For this purpose, the width of the integrated in the piston signal generator is evaluated. The piston is equipped with two axially spaced-apart permanent magnet rings as a position sensor, which generate two maxima in the signal during the passage of the comparatively stationary on the cylinder housing arranged sensor. On the basis of this signal curve, the speed can be determined by temporal evaluation of the distance of the maxima and the difference of the speeds can be used to determine the acceleration. The technical prerequisite for this solution, however, is the integration of two permanent magnets on the piston. Conventional pneumatic drive with only one permanent magnet arranged centrally on the piston can not be retrofitted with this technical solution. Furthermore, this prior art is limited only to a determination of the current piston position, and the piston speed and acceleration. Comprehensive diagnostic functions can not be performed with this.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Pneumatikantrieb der 4 gattungsgemäßen Art dahingehend weiter zu verbessern, dass mit einfachen technischen Mitteln umfassende Diagnosefunktionen durchführbar sind.It is therefore the object of the present invention to further improve a pneumatic drive of the generic type such that comprehensive diagnostic functions can be carried out with simple technical means.

Die Aufgabe wir ausgehend von einem Pneumatikantrieb gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.The Task we starting from a pneumatic drive according to the The preamble of claim 1 in conjunction with its characterizing features solved. The following dependent claims give advantageous developments of the invention again.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass ein Zylinderschalter eines Pneumatikantriebs mindestens zwei in einen definierten Abstand entlang der Bewegungsrichtung des Kolbens zueinander angeordnete herkömmliche Sensorelemente beherbergt, deren Binärsignale eine nachgeschaltete elektronische Auswerteeinheit durch Analyse des zeitlichen Verlaufs zur Ermittlung der Geschwindigkeit und/oder der Beschleunigung des Kolbens sowie mindestens einer weiteren Diagnosefunktion zur Betriebszustandsüberwachung verarbeitet.The The invention includes the technical teaching that a cylinder switch a pneumatic drive at least two at a defined distance along the direction of movement of the piston to each other arranged conventional Sensor elements harbors whose binary signals a downstream electronic Evaluation unit by analysis of the time course for the determination the speed and / or acceleration of the piston and at least Another diagnostic function for operating state monitoring processed.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass zusätzlich zu der üblichen Funktion einer bloßen Erfassung der Position weitere Funktionen im Bereich Überwachung und Diagnose übernehmbar sind. Durch eine einfache Modifikation, nämlich einer Mehrfachanordnung von Sensorelementen innerhalb des Zylinderschalters, werden als weitere Informationen die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des detektierten Kolbens am Erfassungsort ermittelt und stehen nach entsprechender signaltechnischer Aufbereitung für Steuerungs- und Diagnosefunktionen zur Verfügung. Diese lassen sich mit recht geringem Aufwand auch in bereits vorhandene Steuerungssysteme einbinden. Erfindungsgemäß wird die Positionserfassung über einen Zylinderschalter also durch die speziellen Maßnahmen gezielt modifiziert, um zusätzliche Informationen über das Systemverhalten des Pneumatikantriebs zu generieren. Die Grundfunktion des Zylinderschalters bleibt dabei uneingeschränkt erhalten. Es kommen lediglich Zusatzfunktionen hinzu, deren Nutzung dem Anwender optional zur Verfügung stehen. Die erfindungsgemäß einfach umzusetzende technische Lösung erhöht in Anwenderkreisen die Akzeptanz von Diagnosesystemen bei pneumatischen Systemen. Denn der Anwender ist weitgehend von der Implementierung solcher Diagnosefunktionen entlastet und es steht ihm eine einfache Schnittstelle für die Abfrage von Statusinformationen zur Verfügung.Of the Advantage of the invention is solution in particular, that in addition to the usual Function of merely capturing the position of other functions in the field of monitoring and diagnostics are. By a simple modification, namely a multiple arrangement of sensor elements within the cylinder switch are called more information the speed and the acceleration detected the detected piston at the detection point and are according to appropriate signal conditioning for control and diagnostic functions to disposal. These can be done with very little effort also integrate into existing control systems. According to the invention the position detection via a cylinder switch so specifically modified by the special measures to additional information about system behavior to generate the pneumatic drive. The basic function of the cylinder switch remains unrestricted. It's just coming Additional functions add their use to the user optional for To be available. The invention is simple To be implemented technical solution increases in user circles the Acceptance of diagnostic systems in pneumatic systems. Because the user is largely dependent on the implementation of such diagnostic functions relieved and it stands for him a simple interface for the query of status information available.

Die im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung darstellbare weitere Diagnoseinformation kann beispielsweise das Ergebnis eines von der Auswerteeinheit durchgeführten Vergleichs zwischen Ist-Geschwindigkeit und erwarteter Soll-Geschwindigkeit des Kolbens unter Berücksichtigung einer definierten zulässigen Toleranzbandbreite bereitet sein. Insoweit wird auf die ermittelten Geschwindigkeits- und Beschleunigungswerte zurückgegriffen. Über einen in der Inbetriebnahmephase ablaufenden sogenannten „Teachmodus" (Lernmodus) kann das Systemverhalten des Antriebs im Neuzustand in Form der Geschwindigkeits- und Beschleunigungswerte von dem installierten Positionsdetektoren erfasst und als Referenz abgespeichert werden. Veränderungen im laufenden Betrieb können dann durch einen Vergleich zwischen den abgelegten Referenzwerten und den aktuell erfassten Werten erkannt werden. Für dieses Vergleichsoperation müssen Toleranzbänder für die zulässigen Abweichungen definiert sein, um abgestufte Bewertungen in Form von Statusinformationen zu generieren.The in the context of the solution according to the invention representable further diagnostic information, for example, the Result of a comparison made by the evaluation unit between actual speed and expected target speed of the Piston taking into account a defined allowable Tolerance bandwidth be prepared. In that regard, the determined Speed and acceleration values are used. about a so-called "teach mode" running in the start-up phase (Learn mode) can change the system behavior of the drive when new in the form of the speed and acceleration values of the installed Position detectors are detected and stored as a reference. Changes in the current operation can then by a comparison between the stored reference values and the currently detected values are detected. For this comparison operation must have tolerance bands for the permissible Deviations may be defined to provide graded ratings in the form of Generate status information.

Gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die elektrische Auswerteeinheit im Zylinderschalter direkt integriert angeordnet ist, um die bauliche Voraussetzung für eine echtzeitnahe Signalverarbeitung zu schaffen. Basis hierfür ist die dezentrale Verarbeitung der von den Sensorelementen gelieferten Messsignale. Diese kann in einfacher Weise durch eine flankengetriggerte Zählerfunktion innerhalb einer als Mikrochip ausgebildeten Auswerteeinheit realisiert werden. Dazu wird eine Flanke als Startsignal für einen mit hoher Frequenz arbeitenden Software- oder Hardwarezähler genutzt. Eine zweite Flanke stoppt den Zähler. Der sich ergebene Zählerstand ist ein Maß für die Zeitdauer zwischen den beiden Flanken. Mit dem Abstandsmaß zwischen den beiden Sensorelementen lässt sich aus dem Zählerstand die Geschwindigkeit berechnen und daraus die Beschleunigung ableiten. Voraussetzung hierfür ist eine recht hohe zeitliche Auflösung der von der elektronischen Auswerteeinheit realisierbaren Signalverarbeitung. Es sollten insoweit Zykluszeiten von weit kleiner als 10 ms, vorzugsweise kleiner als 1 ms, verwendet werden. Dagegen ermöglichen standardmäßig vorhandene zentrale Steuerungssysteme (SPS) oft längere Zykluszeiten, welche somit für eine Auswertung des zeitkritischen Signals ungeeignet sind.According to one further measure improving the invention is proposed that the electrical evaluation unit in the cylinder switch directly is arranged to meet the structural requirements for to create a real-time signal processing. Basis for this is the decentralized processing of the supplied by the sensor elements Measurement signals. This can be easily triggered by an edge triggered Counter function within a microchip trained Evaluation unit can be realized. This is a flank as a start signal for a high frequency software or hardware counter used. A second edge stops the counter. Which devoted meter reading is a measure of the time between the two flanks. With the distance between The two sensor elements can be from the count calculate the speed and derive the acceleration from it. The prerequisite for this is a fairly high temporal resolution the realizable by the electronic evaluation signal processing. It should be cycle times of far less than 10 ms, preferably less than 1 ms. On the other hand allow standard central control systems (PLC) often longer cycle times, which thus for an evaluation of the time-critical signal are unsuitable.

Weiterhin wird vorgeschlagen, die Funktionen des Zylinderschalters hinsichtlich Detektion des Stellung des Kolbens, Ermittlung der Geschwindigkeit oder Beschleunigung des Kolbens sowie der mindestens einen weiteren Diagnosefunktion über eine übergeordnete, am Zylinderschalter anschließbare Steuereinrichtung wählbar und programmierbar zu gestalten. Somit lassen sich in einfacher Weise von zentraler Stelle aus die verschiedenen optional zur Verfügung stehenden Funktionen je nach Bedarf auswählen und innerhalb der einzelnen Funktionsblöcke kann über die übergeordnete Steuereinrichtung eine komfortable Parametrierung hinsichtlich Schaltempfindlichkeit, Toleranzschwellen und dergleichen durchgeführt werden. Durch die andererseits dezentrale Signalbearbeitung im Zylinderschalter selbst wird die übergeordnete Steuereinrichtung entlastet und die Zusatzfunktion für den Anwender ohne großen Hardware- und Softwareaufwand nutzbar.Furthermore, it is proposed that the functions of the cylinder switch with respect to detection of the position of the piston, determination of the speed or acceleration of the piston and the at least one further diagnostic function via a superordinate, connectable to the cylinder switch control device selectable and programmable. Thus, the various optionally available functions can be selected as required in a simple manner from a central point, and within the individual function blocks, a comfortable parameterization with regard to switching sensitivity, tolerance thresholds and the like can be carried out via the higher-level control device. By the other hand, decentralized signal processing in the cylinder scarf The higher-level control device itself is relieved and the additional function can be used by the user without much hardware and software effort.

Vorteilhafterweise sollte der Zylinderschalter über eine serielle Schnittstelle verfügen um die vorgenannten Funktionen in Kommunikation mit der übergeordneten Steuereinrichtung zu ermöglichen. Vorzugsweise eignet sich eine serielle Schnittstelle nach dem I/O-Link Standard. Diese spezielle Kommunikationsschnittstelle sowie das zugehörige Protokoll definiert ein speziell für intelligente Sensoren und Aktoren der hier interessierenden Art vorgesehenes Bussystem.advantageously, The cylinder switch should have a serial port have the aforementioned functions in communication to allow with the parent control device. Preferably a serial interface according to the I / O-Link standard is suitable. This special communication interface as well as the associated Protocol defines a specially for smart sensors and actuators of the type of interest provided bus system.

Die durch die erfindungsgemäße Lösung punktuell ermittelbaren Werte hinsichtlich aktueller Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Kolbens werden vorzugsweise in einem im Zylinderschalter ebenfalls direkt integrierten Speicherelement hinterlegt. Von hieraus stehen sie auf Abruf zur weiteren signaltechnischen Verarbeitung zur Verfügung, insbesondere wenn hieraus die Grundlage für eine weitere Diagnosefunktion ermittelt werden soll.The punctually by the solution according to the invention ascertainable values with regard to current speed and / or Acceleration of the piston are preferably in a cylinder switch also directly integrated memory element deposited. From here they are on call for further signal processing available, especially if this is the basis for a further diagnostic function is to be determined.

Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, die Werte für Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung als Steuerungsinformation über die vorstehend genannte serielle Schnittstelle zur direkten weiteren Verarbeitung an die übergeordnete Steuereinrichtung unmittelbar weiterzuleiten.alternative however, it is also possible to set the values for Speed and / or acceleration as control information about the aforementioned serial interface for direct further processing to forward directly to the higher-level control device.

Vorzugsweise umfasst die elektronische Auswerteeinheit des Zylinderschalters zur binären Detektion der Stellung des Kolbens eine Komparatorfunktion mit fest definierten Schwell- und Hysteresewerten. Die binäre Detektion der Stellung des Kolbens stellt die Grundfunktion des Zylinderschalters dar. Die erforderliche Komparatorfunktion lässt sich entweder als Analogschaltung oder softwaremäßig im Mikrochip realisieren. In beiden Fällen wird ein Schaltsignal generiert, dass den Betätigungszustand des Zylinderschalters als binäres Signal an die übergeordnete Steuerung meldet.Preferably includes the electronic evaluation unit of the cylinder switch for binary detection of the position of the piston a comparator function with firmly defined threshold and hysteresis values. The binary Detection of the position of the piston represents the basic function of the Cylinder switch dar. The required comparator function leaves itself as either analog circuit or software in the Realize microchip. In both cases, a switching signal generated that the operating state of the cylinder switch as a binary signal to the higher-level control reports.

Die im weiteren Funktionsumfang des erfindungsgemäßen Zylinderschalters vorgesehene Fähigkeit einer Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsermittlung des Kolbens unterliegt einer entsprechenden Signalerfassung entlang des Zeitstrahls. Ist der Zylinderschalter entsprechend konfiguriert, so können diese Werte über die Signalleitung seriell übertragen werden.The in the further scope of the invention Cylinder switch provided ability of a speed or acceleration determination of the piston is subject to a corresponding Signal acquisition along the timeline. Is the cylinder switch configured accordingly, these values can be over the signal line are transmitted serially.

Der für die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Zylinderschalters erforderliche Positionsgeber seitens des Kolbens ist vorzugsweise als ein einziger Permanentmagnet ausgebildet – beispielsweise ein Ringmagnet – wobei der Zylinderschalter auf dessen magnetisches Feld reagiert.Of the for the mode of action of the invention Cylinder switch required position sensor on the part of the piston is preferably formed as a single permanent magnet - for example a ring magnet - the cylinder switch on the magnetic field reacts.

Mit einem einzigen erfindungsgemäß ausgebildeten Zylinderschalter lässt sich ein Zwischenstellungssensor am Pneumatikantrieb realisieren, wogegen zwei endseitig des Zylindergehäuses angebrachte Zylinderschalter die Aufgaben einer Endlagensensorik ausführen können.With a single inventively designed cylinder switch can be an intermediate position sensor on the pneumatic drive realize, whereas two end of the cylinder housing attached cylinder switch the tasks of a limit sensor can execute.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung näher dargestellt. Es zeigt:Further The measures improving the invention will be described below together with the description of preferred embodiments the invention shown in more detail. It shows:

1 eine schematische Darstellung eines Pneumatikantriebs mit einem Zylinderschalter zur Ausführung mehrerer Funktionen, 1 a schematic representation of a pneumatic actuator with a cylinder switch to perform several functions,

2 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung des Funktionsumfangs des Zylinderschalters nach 1, 2 a block diagram for illustrating the scope of the cylinder switch after 1 .

3 ein Diagramm über den Signalverlauf eines als Zwischenstellungssensor eingesetzten Zylinderschalters, und 3 a diagram of the waveform of a used as intermediate position sensor cylinder switch, and

4 ein Diagramm des Signalverlaufs von als Endlagensensoren eingesetzten Zylinderschaltern. 4 a diagram of the waveform of cylinder switches used as end position sensors.

Gemäß 1 ist außen am Zylindergehäuse 1 des dargestellten Pneumatikantriebs ein Zylinderschalter 2 angebracht. Der Zylinderschalter 2 wirkt mit einem innenseitig des Zylindergehäuses 1 angeordneten Kolben 3 zusammen. Der Kolben 3 lässt sich in die beiden – durch Pfeil dargestellten – Richtungen über eine Druckluftbeaufschlagung bewegen, wobei die am Kolben 3 koaxial angeordnete Kolbenstange 4 die so erzeugte Kraft nach außen hin weiterleitet. Der Kolben 3 ist weiterhin mit einem Positionsgeber 5 bestückt, welcher hier als ringförmiger Permanentmagnet ausgebildet ist. Der Positionsgeber 5 erzeugt ein die um magnetische Wandung des Zylindergehäuses 1 durchdringendes Magnetfeld 6.According to 1 is outside of the cylinder housing 1 the illustrated pneumatic drive a cylinder switch 2 appropriate. The cylinder switch 2 acts with an inside of the cylinder housing 1 arranged piston 3 together. The piston 3 can be moved in the two - shown by arrow - directions over a pressurized air, wherein the piston 3 coaxially arranged piston rod 4 transmits the force thus generated to the outside. The piston 3 is still with a position sensor 5 fitted, which is designed here as a ring-shaped permanent magnet. The position transmitter 5 creates a magnetic wall around the cylinder housing 1 penetrating magnetic field 6 ,

Der Zylinderschalter 2 dient in erster Linie der binären Detektion der Stellung des Kolbens 3. Darüber hinaus dient der Zylinderschalter 2 erfindungsgemäß auch zur Ermittlung der Geschwindigkeit und/oder der Beschleunigung des Kolbens 3 sowie zur Bestimmung weiterer Diagnoseinformationen. Zu diesem Zwecke beherbergt der Zylinderschalter 2 zwei in einem definierten Abstand a entlang der Bewegungsrichtung des Kolbens 3 zueinander angeordnete Sensorelemente 7a und 7b. Die Binärsignale der Sensorelemente 7a und 7b werden einer nachgeschalteten – hier nicht erkennbaren – Auswerteeinheit zugeführt, welche durch Analyse des zeitlichen Verlaufs der gewonnenen Binärsignale die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung des Kolbens 3 ermittelt und auch die besagte weitere Diagnoseinformation zwecks Betriebszustandsüberwachung des Pneumatikantriebs liefert.The cylinder switch 2 serves primarily the binary detection of the position of the piston 3 , In addition, the cylinder switch is used 2 According to the invention also for determining the speed and / or the acceleration of the piston 3 and to determine further diagnostic information. For this purpose houses the cylinder switch 2 two at a defined distance a along the direction of movement of the piston 3 mutually arranged sensor elements 7a and 7b , The binary signals of the sensor elements 7a and 7b be fed to a downstream - not recognizable here - evaluation, which by analyzing the time course of the obtained binary signals, the speed and / or the acceleration of the piston 3 determined and also provides the said further diagnostic information for the purpose of operating state monitoring of the pneumatic drive.

Gemäß 2 beherbergt der Zylinderschalter 2 neben den beiden Sensorelementen 7a und 7b die elektronische Auswerteeinheit 8. Die Auswerteeinheit 8 beinhaltet eine Komparatorfunktionseinheit 9 zur Ermittlung des der Stellung des Kolbens 3 entsprechenden Messwerts, in dem über fest definierte Schwell- und Hysteresewerte aus dem Eingangssignal der beiden Sensorelemente 7a und 7b ein entsprechendes binäres Signal gewonnen wird. Zur Ermittlung der Geschwindigkeit und/oder der Beschleunigung des Kolbens 3 dient eine ebenfalls in der Auswerteeinheit 8 integrierte Signalverlaufsauswerteeinheit 10. Die Signalverlaufsauswerteeinheit 10 gewinnt aus dem zeitlichen Signalverlauf der erfassten binären Werte für die Kolbenstellung 3 durch die bekannten mathematischen Zusammenhänge die Geschwindigkeit und nach zeitlicher Ableitung der selben nach der Zeit auch die Beschleunigung des Kolbens 3.According to 2 houses the cylinder switch 2 next to the two sensor elements 7a and 7b the electronic evaluation unit 8th , The evaluation unit 8th includes a comparator functional unit 9 to determine the position of the piston 3 corresponding measured value, in the over-defined threshold and hysteresis values from the input signal of the two sensor elements 7a and 7b a corresponding binary signal is obtained. To determine the speed and / or acceleration of the piston 3 one also serves in the evaluation unit 8th integrated signal evaluation unit 10 , The waveform evaluation unit 10 wins from the temporal signal curve of the acquired binary values for the piston position 3 through the known mathematical relationships the speed and after time derivative of the same over time also the acceleration of the piston 3 ,

Als weitere Funktionseinheit gehört der Auswerteeinheit 8 auch eine Diagnosefunktionseinheit 11 an, welche u. a. durch Vergleich zwischen der gewonnenen Ist-Geschwindigkeit und einer erwarteten Soll-Geschwindigkeit des Kolbens 3 unter Berücksichtigung einer definierten zulässigen Toleranzbandbreite die gewünschte Geschwindigkeit des Kolbens 3 überwacht und bei erreichen unzulässiger Werte ein entsprechendes Signal an die übergeordnete Steuerung ausgibt. Daneben können auch weitere Überwachungsfunktionen, Statusmeldungen durchgeführt werden oder es kann der Pneumatikantrieb in einem „Teachmodus" auch hinsichtlich seiner Soll-Eigenschaften programmiert werden.Another functional unit is the evaluation unit 8th also a diagnostic function unit 11 which, inter alia, by comparison between the actual speed obtained and an expected target speed of the piston 3 taking into account a defined permissible tolerance bandwidth, the desired speed of the piston 3 monitors and outputs an appropriate signal to the higher-level control when impermissible values are reached. In addition, other monitoring functions, status messages can be performed or the pneumatic drive can also be programmed in a "teach mode" with respect to its setpoint properties.

Der Zylinderschalter 2 umfasst weiterhin eine serielle Schnittstelle 12 zum Anschluss an die – nicht weiter dargestellte – übergeordnete Steuereinrichtung. Die serielle Schnittstelle 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel nach dem I/O-Link Standard ausgeführt.The cylinder switch 2 also includes a serial interface 12 for connection to the - not shown - higher-level control device. The serial interface 12 is executed in this embodiment according to the I / O-Link standard.

In einem ebenfalls im Zylinderschalter 2 integrierten Speicherelement 13 werden punktuell ermittelte Werte hinsichtlich Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung des Kolbens 3 hinterlegt, um diese für weitere Signalverarbeitungsschritte vorzuhalten.In a likewise in the cylinder switch 2 integrated memory element 13 be determined selectively with regard to speed and / or acceleration of the piston 3 stored in order to keep these available for further signal processing steps.

Gemäß des Ausführungsbeispiels nach 3 sind endseitig des Zylindergehäuses 1 je ein Zylinderschalter 2a' sowie 2b' vorgesehen, um auf der Ebene der einfachen Detektion der Stellung des Kolbens 3 eine Endlagenschaltung zu realisieren. Darüber hinaus werden die kurz vor Erreichen der Endlagen vorhandenen Geschwindigkeiten des Kolbens 3 ausgewertet, um Rückschlüsse über eine korrekte Abbremsphase – oder umgekehrt – Beschleunigungsphase im Sinne einer weiteren Diagnoseinformation zu erhalten.According to the embodiment according to 3 are the end of the cylinder housing 1 one cylinder switch each 2a ' such as 2 B' provided at the level of easy detection of the position of the piston 3 to realize a limit switch. In addition, the existing shortly before reaching the end positions speeds of the piston 3 evaluated in order to obtain conclusions about a correct deceleration phase - or vice versa - acceleration phase in the sense of further diagnostic information.

Nach 4 ist am Zylindergehäuse 1 ein einziger Zylinderschalter 2'' vorgesehen, welcher in diesem Ausführungsbeispiel die Aufgabe eines Zwischenstellungssensors erfüllt. Insoweit werden hierüber in erster Linie die herrschenden Geschwindigkeits- und Beschleunigungswerte des vorbeifahrenden Kolbens 3 ermittelt und zur Gewinnung weiterer Diagnoseinformationen über den Betriebszustand ausgewertet, beispielsweise um festzustellen, ob die aktuellen Werte im Sinne einer Betriebszustandsüberwachung den vorgegebenen Werten entsprechen.To 4 is on the cylinder housing 1 a single cylinder switch 2 '' provided, which fulfills the task of an intermediate position sensor in this embodiment. In that regard, this is primarily the prevailing speed and acceleration values of the passing piston 3 determined and evaluated for obtaining further diagnostic information about the operating state, for example, to determine whether the current values in the sense of an operating state monitoring correspond to the predetermined values.

11: Zylindergehäusecylinder housing
22: Zylinderschaltercylinder switches
33: Kolbenpiston
44: Kolbenstangepiston rod
55: Positionsgeberlocator
66: Magnetfeldmagnetic field
77: Sensorelementsensor element
88th: Auswerteeinheitevaluation
99: KomparatorfunktionseinheitKomparatorfunktionseinheit
1010: SignalverlaufsauswerteeinheitSignalverlaufsauswerteeinheit
1111: DiagnosefunktionseinheitDiagnostics functional unit
1212: Schnittstelleinterface
1313: Speicherelementstorage element

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 10259394 A1 [0005]
- DE 10101355 A1 [0006]

Claims

Pneumatic drive with a cylinder housing ( 1 ), in which a pressure-medium-loading piston ( 3 ) with integrated position sensor ( 5 ) is arranged axially movable, wherein the cylinder housing ( 1 ) at least one cylinder switch ( 2 ) for the binary detection of the position of the piston ( 3 ) when the cylinder switch ( 2 ), characterized in that the cylinder switch ( 2 ) at least two at a defined distance (a) along the direction of movement of the piston ( 3 ) arranged to each other sensor elements ( 7a . 7b ) whose binary signals are followed by an electronic evaluation unit ( 8th ) by analyzing the time course for determining the speed and / or the acceleration of the piston ( 3 ) as well as at least one further diagnostic information for operating state control.

Pneumatic drive according to claim 1, characterized in that the diagnostic information is the result of a diagnostic function unit ( 11 ) of the evaluation unit ( 8th ) comparison between actual speed and expected target speed of the piston ( 3 ) taking into account a defined permissible tolerance bandwidth.

Pneumatic drive according to claim 1, characterized in that the electronic evaluation unit ( 8th ) in the cylinder switch ( 2 ) is integrated to realize real-time signal processing.

Pneumatic drive according to claim 1, characterized in that the time resolution of the electronic evaluation unit ( 8th ) realized signal processing has cycle times of less than 1 ms.

Pneumatic drive according to claim 1, characterized in that the signal processing of the electronic evaluation unit ( 8th ) based on an edge-triggered counter function of the sensor elements ( 7a . 7b ) supplied binary signals.

Pneumatic drive according to claim 1, characterized in that the functions of the cylinder switch ( 2 ) with regard to detection of the position of the piston ( 3 ), Determining the speed and / or acceleration of the piston ( 3 ) as well as the at least one further diagnostic information can be selected and parameterized via a higher-level control device.

Pneumatic drive according to claim 1, characterized in that the cylinder switch ( 2 ) a serial interface ( 12 ) for communication with the higher-level control device.

Pneumatic drive according to claim 7, characterized in that the serial interface ( 12 ) according to the I / O-Link standard.

Pneumatic drive according to claim 1, characterized in that selectively determined values with regard to speed and / or acceleration of the piston ( 3 ) in a memory element ( 13 ) are also stored in the cylinder switch ( 2 ) is integrated.

Pneumatic drive according to claim 1, characterized in that for the binary detection of the position of the piston ( 3 ) the electronic evaluation unit ( 8th ) a comparator functional unit ( 9 ) with well-defined threshold and hysteresis values.

Pneumatic drive according to claim 1, characterized in that for determining the speed and / or acceleration of the piston ( 3 ) the electronic evaluation unit ( 8th ) a signal evaluation unit ( 10 ) to perform a temporal evaluation of the binary values of the piston position.

Pneumatic drive according to one of the preceding claims, characterized in that the position sensor ( 5 ) as one on or in the piston ( 3 ) provided permanent magnet is formed, wherein the cylinder switch ( 2 ) reacts to its magnetic field.

Pneumatic drive according to one of the preceding claims, characterized in that for the realization of an intermediate position sensor exactly one cylinder switch ( 2 '' ) on the cylinder housing ( 1 ) is provided.

Pneumatic drive according to one of the preceding claims 1 to 12, characterized in that for the realization of an end position sensor exactly two each end-mounted cylinder switch ( 2a ' . 2 B' ) on the cylinder housing ( 1 ) are provided.