DE102023000817A1 - Verfahren zum Ansteuern eines fluidischen Aktors nebst Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens - Google Patents

Abstract

2. Verfahren zum Ansteuern eines fluidischen Aktors (10) mit zumindest den folgenden Schritten:- Durchführen einer Initialisierung zum Ermitteln mindestens einer definierten Endlage (x, y) in einer Bewegungsrichtung des Aktors (10), und anschließendem- Durchführen einer Positionsregelung auf der Grundlage eines zur Endlage (x, y) zugehörigen virtuellen Bremspunktes für den Aktor (10),- Verzögern der Geschwindigkeit des Aktors (10) im Bremspunkt bis zum Erreichen der in Bewegungsrichtung nachfolgenden Endlage (x, y); und- Umsteuern des Aktors (10) in die entgegengesetzte Bewegungsrichtung.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines fluidischen Aktors nebst einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.
• Durch EP 2 610 490 B1 ist ein Hydraulikantrieb bekannt mit einer Mengen- und/oder Druckregelung für einen Druckübersetzer einer Hochdruckeinrichtung, bestehend im Wesentlichen aus einem Motorantrieb mit einer Pumpe für ein Druckmittel sowie einer Steuerung, wobei als Hydraulikantrieb eine Konstant-Förderstrom-Pumpe oder eine Pumpe, welche je Umdrehung ein konstantes Volumen fördert, verwendet wird. Der Hydraulikantrieb wird von einem Servomotor angetrieben, der durch niederdruckseitige und/oder durch hochdruckseitige Mittel elektrisch steuerbar, regelbar und/oder schaltbar ist. Als Vorteil wird für diese Lösung angegeben, dass im Wesentlichen keine Pulsation beim Einbringen eines Hochdruckmediums in einen Füllstoff oder beim Wasserstrahlschneiden kein Abplatzen von spröden Materialien entsteht. Des Weiteren werden Druckschwankungen, insbesondere beim Ein- und Ausschalten eines Schneidventiles, durch den Einsatz des Hydraulikantriebes geringgehalten, wodurch eine Überlastung von Komponenten weitgehend vermieden wird.
• Bei den angesprochenen nieder- und/oder hochdruckseitigen Mitteln handelt es sich in der konkreten Ausgestaltung um Drucksensoren, die in zuordenbare Fluidleitungen eingesetzt den dort herrschenden Druck erfassen und als elektrische Ausgangsgröße an eine elektrische Steuerung für den Betrieb des Servomotors der Pumpe weiterleiten.
• Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber verbesserte Lösung zu schaffen. Eine dahingehende Aufgabe löst ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 8.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ansteuern eines fluidischen Aktors ist zumindest durch die folgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet:
• - Durchführen einer Initialisierung zum Ermitteln mindestens einer definierten Endlage in einer Bewegungsrichtung des Aktors, und anschließendem
• - Durchführen einer Positionsregelung auf der Grundlage eines zur Endlage zugehörigen virtuellen Bremspunktes für den Aktor,
• - Verzögern der Geschwindigkeit des Aktors im Bremspunkt bis zum Erreichen der in Bewegungsrichtung nachfolgenden Endlage; und
• - Umsteuern des Aktors in die entgegengesetzte Bewegungsrichtung.
• Dergestalt wird verhindert, dass der Aktor mit maximaler Geschwindigkeit an der jeweiligen Endlage anschlägt, die regelmäßig durch die Stirnseiten des zugehörigen Aktorgehäuses gebildet sind, sondern dass vielmehr mittels einer Positionsregelung ein vorgebbarer virtueller Bremspunkt, vorzugsweise mit Maximalgeschwindigkeit angefahren wird und dass mit Erreichen des Bremspunktes die Aktorgeschwindigkeit anschließend derart verzögert wird, dass dieser mit deutlich verzögerter Geschwindigkeit in die Endlage gerät , ohne dass es dabei zu Beschädigungen am Aktor nebst seinem Gehäuse kommen kann. Da der Aktor im Rahmen einer Druckübersetzung in beiden gegenläufigen Betätigungsrichtungen die Abgabe von Fluid unter hohem Druck an einen Verbraucher sicherstellen soll, wird nach Erreichen der einen Endlage der Aktor in die entgegengesetzte Bewegungsrichtung umgesteuert zwecks Erreichen der gegenüberliegenden Endlage. Kommt das Verfahren nebst der zugehörigen Vorrichtung im Bereich von Wasserstoff-Abgabestellen, wie Wasserstoff-Tankstellen, zum Einsatz, erfolgt eine Verdichtung des Wasserstoffes auf einen Hochdruck von 700 bis 900 bar vor Abgabe an das jeweils zu betankende Fahrzeug.
• Vor Durchführen des eigentlichen zyklischen Prozessablaufes mittels der Positionsregelung im Rahmen der Hochdruckverdichtung, ist eine Initialisierungsroutine notwendig, die zumindest durch die folgenden Initialisierungsschritte charakterisiert ist:
• - Ansteuern des Aktors mittels eines Antriebes in einer Bewegungsrichtung bis eine von seinen beiden möglichen Endlagen erreicht ist,
• - Erkennen der jeweiligen Endlage mittels einer Sensoreinrichtung,
• - Referenzieren der einen Endlage als Null- oder Ausgangspunkt,
• - Ansteuern des Aktors in die entgegengesetzte Bewegungsrichtung, um die weitere Endlage zu detektieren,
• - Ermitteln von theoretischen Positions- und Geschwindigkeitsistwerten während des Bewegungsvorganges des Aktors zwischen den beiden Endlagen,
• - Abschalten des Antriebes bei Erreichen der weiteren Endlage, und
• - Abspeichern des aktuellen Positionswertes in der jeweiligen Endlage.
• Aufgrund der Tatsache, dass nach Einschalten der Vorrichtung respektive der Anlage keine Informationen über die aktuelle Position des Aktors vorliegen, wird dieser mit definierter Einrichtgeschwindigkeit in eine der beiden Endlagen initial gefahren. Die Erkennung der Endlage erfolgt mittels eines zuordenbaren Näherungsschalters, der vorzugsweise am Aktorgehäuse stationär angeordnet ist. Dahingehende Näherungsschalter, auch als Näherungsinitiatoren bezeichnet, sind Sensoren, die auf Annäherung, d.h. ohne direkten Kontakt, etwa mit den bewegbaren Teilen des Aktors oder mit dem eingesetzten Fluid, berührungsfrei reagieren.
• Wird eine der beiden Endlagen mittels des Aktors erreicht, wird dieser Referenzpunkt als Nullpunkt definiert. Darauf folgt eine Bewegung in die entgegengesetzte Richtung um den zweiten Endpunkt respektive Endlage zu detektieren. Während des Bewegungsvorganges wird über das hydraulische Übersetzungsverhältnis zwischen Pumpe und Aktor sowie der Kenntnis über aktuelle Drehzahlwerte ein theoretischer Positions- und Geschwindigkeitsistwert berechnet. Bei Erreichen der Endlage wird der Antrieb ausgeschaltet und die errechnete aktuelle Position als maximale Endlage gespeichert. Damit ist die Initialisierungsroutine beendet und ein zyklischer Bewegungsablauf kann gestartet werden.
• Dabei kommt eine Positionsregelung als adaptive Positionsregelung zum Einsatz, die zumindest durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:
• - Übernahme des jeweils abgespeicherten aktuellen Positionswertes aus der Initialisierung,
• - Berechnung eines virtuellen Bremspunktes, um in kürzester Zeit die zugehörige Endlage zu erreichen,
• - Verfahren des Aktors, vorzugsweise mit vorgebbarer Maximalgeschwindigkeit, bis zum
• - Erreichen des virtuellen Bremspunktes mit anschließender Reduzierung auf eine vorgebbare Zielgeschwindigkeit bis der Aktor die zugehörige Endlage abschließend erreicht hat,
• - Abschalten des Antriebes nebst vorzugsweise Abspeichern der aktuellen Position, und
• - Berechnen des Bremspunktes für die entgegengesetzte Bewegungsrichtung.
• Wurde wie dargelegt die Initialisierungsroutine erfolgreich abgeschlossen, beginnt der zyklische Betrieb der Anwendung mit der Speicherung der aktuellen Position des Aktors sowie der Berechnung des Bremspunktes, um in kürzester Zeit den Endpunkt zu erreichen. Dergestalt ist die Effizienz deutlich verbessert. Die kalkulierte Distanz um den Bremsvorgang einzuleiten, hängt von mehreren Faktoren ab: Verzögerung des Antriebes, maximale Geschwindigkeit, Distanz der Endpunkte voneinander sowie einem frei wählbaren Faktor, um manuelle Anpassungen des Prozesses vorzunehmen. Anschließend wird in vorgegebener Maximalgeschwindigkeit verfahren. Sobald der virtuelle Bremspunkt erreicht ist, verzögert die Antriebseinheit auf eine zweite angegebene Zielgeschwindigkeit bis der hydraulische Aktor den Endpunkt erreicht hat. Dann schaltet der Antrieb ab und speichert wiederum die aktuelle Position und berechnet den Bremspunkt für die entgegengesetzte Bewegungsrichtung. Es folgt ein Bewegungsprofil wie zuvor beschrieben. Dieser Zyklus kann beliebig oft wiederholt werden. Aufgrund der wiederkehrenden Speicherung der Endlagen sowie der jeweiligen Berechnung des Bremspunktes, werden system- und umgebungsbedingte Faktoren mitberücksichtigt. Beispielhaft zu nennen sind hierbei: Temperatur, Verschleiß der Pumpe und Ölzustand. Insgesamt entsteht eine adaptive Positionsregelung für eine geschlossene hydraulische Achse, in Form des Aktors, ohne Wegmesssystem.
• Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zum Durchführen des vorstehend beschriebenen Verfahrens, wobei der Aktor einen hydraulischen Arbeitszylinder aufweist, vorzugsweise in Form eines Gleichgangzylinders. Ferner stellt ein Näherungsschalter gehäuseseitig jeweils die Endlage der Kolben-Stangen-Einheit des dahingehenden hydraulischen Arbeitszylinders fest. Gegenüber den bekannten Wegmesseinrichtungen spricht der Näherungsschalter unmittelbar auf die Endlagenposition des Aktors an, ohne dass es zu Hysteresevorgängen kommt, die die zeitnahe Weiterleitung der Sensormessung beeinträchtigen könnten. Auch arbeitet ein Näherungsschalter im Wesentlichen verschleißfrei gegenüber Wegmesssystemen mit deren zuordenbaren, bewegbaren Komponenten.
• Besonders bevorzugt ist für den Antrieb des Aktors eine Hydropumpe eingesetzt, vorzugsweise in Form einer reversierbaren Pumpe, die in beiden, entgegengesetzten Bewegungsrichtungen der Kolben-Stangen-Einheit diese antreibt, wobei die Hydropumpe und der Aktor zusammen einen geschlossenen hydraulischen Versorgungskreis ausbilden, so dass etwaig auftretende Leckageverluste vermieden sind.
• Bevorzugt ist ferner vorgesehen, dass die Kolben-Stangen-Einheit mit ihren beiden Stangen je einen eigenständigen Gasverdichter antreibt, der wechselweise Gas im Niederdruckbereich ansaugt und hochverdichtet an einen Verbraucher abgibt. Alternativ besteht auch die Möglichkeit die Gasverdichtung direkt über den Aktor zu veranlassen.
• Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren nebst der Vorrichtung anhand eines Ausführungsbeispiels nach der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die
• 1 in der Art eines hydraulischen Schaltplans die wesentlichen Komponenten einer Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens gemäß Ablaufdiagramm nach der 2, und
• 2 in der Art eines Ablaufdiagrammes die wesentlichen Verfahrensschritte des erfindungsgenmäßen Verfahrens.
• 1 zeigt die wesentlichen Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Art eines üblichen hydraulischen Schaltplans. Die Vorrichtung weist einen Aktor 10 auf in Form eines hydraulischen Arbeitszylinders, der als sogenannter Gleichgangzylinder konzipiert ist. Ein Gleichgangzylinder, der auch Gleichlaufzylinder genannt wird, besitzt auf beiden Seiten eines mittig angeordneten Kolbens 12 je eine Kolbenstange 14, so dass insgesamt eine Kolben-Stangen-Einheit 16 des Aktors 10 mit zwei Kolbenstangen 14 gebildet ist. Das Volumen des ein- und ausströmenden Hydrauliköls ist deshalb immer gleich groß und somit fährt die Kolben-Stangen-Einheit 16 auch mit derselben Geschwindigkeit in beiden Richtungen ein und aus. Die Kolben-Stangen-Einheit 16 in der Ausgangsstellung des Aktors 10, wie in 1 dargestellt, unterteilt innerhalb eines Aktorgehäuses 18 zwei gleich große Zylinderräume 20. Je nach Anwendungsfall besteht aber durchaus die Möglichkeit durch unterschiedlich gewählte Stangen- und/oder Kolbenquerschnitte, das Volumen der Zylinderräume 20 in der Ausgangsstellung zu ändern, beispielsweise einen Zylinderraum vom Volumen her größer zu konzipieren als den anderen Zylinderraum.
• Die beiden freien Enden der jeweiligen Kolbenstange 14 führen aus dem zugehörigen Aktorgehäuse 18 heraus und sind wirkverbunden mit jeweils einem zugehörigen Verdichterkolben 22, der Bestandteil eines Gasverdichters 24 ist. Dabei entsprechen die beiden Verdichterkolben 22 von ihrer geometrischen Ausgestaltung her dem Kolben 12 des Aktors 10. Auch sind die beiden Gasverdichter 24 gleich aufgebaut. Der jeweilige Gasverdichter 24 entnimmt dabei Gas, beispielsweise Wasserstoffgas, eingangsseitig aus einer Niederdruckleitung 26 bei insoweit dann geöffnetem Rückschlagventil 28. Ferner ist der jeweilige Gasverdichter 24 ausgangsseitig an eine Hochdruckleitung 30 angeschlossen, die zu einem Verbraucher führt, beispielsweise in Form eines mit Wasserstoff zu betankenden (Kraft)fahrzeugs. Für die dahingehende Abgabe an die Hochdruckseite 30 ist dann das jeweilige weitere Rückschlagventil 32 geöffnet.
• Ein Verdichterzyklus kann nun wie folgt ablaufen. Bewegt sich in Blickrichtung auf die 1 gesehen der Kolben 12 des Aktors 10 nach rechts, in die erste oder vordere Endlage x, nimmt er dabei die beiden Verdichterkolben 22 über die jeweilige Kolbenstange 14 in derselben Richtung mit. Damit vergrößert sich auf der Einströmseite des linken Gasverdichters 24 das Einströmvolumen und das Gas wird über das geöffnete linke Rückschlagventil 28 entsprechend nachgeführt. Auf der anderen Seite verdichtet gleichzeitig der Verdichterkolben 22 das im rechten Gasverdichter 24 im vorangegangenen Zyklus aufgenommene Gas und schiebt bei geschlossenem rechten Rückschlagventil 28 die hochverdichtete Gasmenge über das rechte weitere Rückschlagventil 32 in die Hochdruckleitung 30 aus bei geschlossenem linken, weiteren Rückschlagventil 32.
• Nach Erreichen der rechten Endlage für den Kolben 12 der Kolben-Stangen-Einheit 16 wird der Aktor 10 umgeschaltet und der Kolben 12 bewegt sich von seiner rechten Endlage nunmehr in die entgegengesetzte Richtung, und mithin in die linke, hintere oder zweite Endlage y. Nun wird das vorher im Rahmen des Einströmvorgangs aufgenommene Gas im linken Gasverdichter 24 verdichtet und über das linke weitere Rückschlagventil 32 an die Hochdruckleitung 30 abgegeben bei geschlossenem linken Rückschlagventil 28. Ferner öffnet das rechte Rückschlagventil 28 und Gas strömt aus der Niederdruckleitung 26 zusehends in den zusehends sich vergrößernden Gasraum des rechten Gasverdichters 24, da dessen Verdichterkolben 22 von rechts nach links bewegt wird. Dahingehend ist das rechte weitere Rückschlagventil 32 geschlossen. Nach Erreichen der linken Endlage für den Kolben 12 wird dann wiederum umgesteuert und der Be- und Entladezyklus für die beiden Gasverdichter 24 erfolgt von Neuem, wie beschrieben.
• Die beide Zylinderräume 20 des Aktors 10 sind jeweils an eine Versorgungsleitung 34, 36 angeschlossen, die von einer Hydropumpe 38 in Form einer Reversierpumpe mit Fluid vorgebbaren Druckes versorgbar sind. Insbesondere ist die Reversierpumpe 38 in der Lage wechselweise Fluid zwischen den beiden Versorgungsleitungen 34, 36 hin und her zu schieben, um dergestalt alternierend die Kolben-Stangen-Einheit 16 des Aktors 10 hin und her zu verfahren. Da insoweit die Fluidmenge wechselweise aus einem Zylinderraum 20 über die Versorgungsleitungen 34, 36 gleichbleibend in den jeweils anderen Zylinderraum 20 geschoben wird, je nach Drehrichtung der Reversierpumpe 38, kommt der dahingehende Antrieb für den Aktor 10 im Wesentlichen mit einer konstanten Fluidmenge aus. Insoweit bildet die Hydropumpe in Form der Reversierpumpe 38 zusammen mit dem Aktor 10 und den Versorgungsleitungen 34, 36 einen geschlossenen hydraulischen Versorgungskreis 40 aus.
• Als Antrieb für die Hydro- oder Reversierpumpe 38 dient ein mittels einer Steuerung 42 ansteuerbarer Elektromotor M, der im Hinblick auf seiner Regelbarkeit in der 1 symbolisch mit einer Pfeildarstellung versehen ist. Die Steuerung 42 erhält eingangsseitig die Sensordaten zweier Näherungsschalter 44, die im vorliegenden Fall jeweils endseitig am Aktorgehäuse 18 angeordnet sind und dergestalt die Position des Kolbens 12 überwachen, sobald dieser an das benachbarte stirnseitige Ende im Aktorgehäuse 18 anstößt. Neben Näherungsschaltern können dabei auch übliche Endschalter eingesetzt werden, die die endseitige Position des Kolbens 12 im Aktorgehäuse 18 detektieren und an die Steuerung 42 weitergeben können. Sobald ein End- oder Näherungsschalter 44 eine Endlagenposition des Kolbens 12 detektiert, teilt er dies der Steuerung 42 mit, die daraufhin den Elektromotor M derart ansteuert, dass die Reversierpumpe 38 Fluid in die andere Richtung fördert, so dass der Kolben 12 eine entgegengesetzte Bewegungsrichtung einnehmen kann, bis er an seine gegenüberliegende Endlagenposition innerhalb des Aktorgehäuses 18 anstößt.
• Zum Entleeren des hydraulischen Versorgungskreises 40 dienen zwei Ventile 46, 48, die entsprechend geschaltet eine fluidführende Verbindung zwischen der jeweiligen Versorgungsleitung 36, 38 und einem Vorratstank T herstellen. Die beiden Ventile 46 und 48 dienen insoweit als Ausspeiseventile um in Kombination mit der zusätzlichen Versorgungseinrichtung 50 den thermischen Haushalt des Hydrauliköls zu regulieren. Somit wird eine definierte Ölmenge beim Aus- und Einfahren des Zylinders ausgespeist und frisches Öl aus der Versorgungseinrichtung 50 wird wieder in den geschlossenen Kreis gefördert. Ventil 48 wird beim Ausfahren geöffnet, Ventil 46 wird beim Einfahren geöffnet. Die jeweils gegenüberliegende Seite wird demgemäß geschlossen. Des Weiteren ist optional eine zusätzliche Versorgungseinrichtung 50 vorgesehen, bestehend aus einer konventionellen Motor-Pumpeneinheit 52, wobei die Ausgangsseite der zugehörigen Hydropumpe über ein Druckbegrenzungsventil 54 zur Tankseite mit dem Vorratstank T abgesichert ist. In Strömungsrichtung nachfolgend ist ein federbelastetes Rückschlagventil 56 vorgesehen, das in Richtung eines Fluidfilters 58 hin öffnet und in der entgegengesetzten Richtung schließt. Der Fluid- oder Hydraulikfilter 58 ist ausgangsseitig an eine Abzweigstelle 60 angeschlossen, die in eine Verbindungsleitung 62 zwischen die beiden Versorgungsleitungen 34, 36 auf der Ausgangsseite der Reversierpumpe 38 einmündet, wobei zu beiden Versorgungsleitungen 34, 36 hin weitere federbelastete Rückschlagventile 64 angeordnet sind, die in Richtung der jeweiligen Versorgungsleitung 34, 36 gesehen öffnen und in der entgegengesetzten Richtung schließen, um demgemäß ein ungewolltes Rückströmen von Fluid aus den Versorgungsleitungen 34, 36 in Richtung des Filters 58 zu vermeiden.
• Alle angesprochenen wesentlichen Fluidkomponenten sind gemäß der Darstellung nach der 1 in einem strichlinierten Rahmen 66 aufgenommen. Die angesprochene Vorrichtung kommt ohne nieder- und/oder hochdruckseitige Erfassungsmittel, wie in den Fluidleitungen eingesetzte Drucksensoren, aus. Vielmehr erlaubt der Einsatz von Näherungsschaltern 44 einen störungsfreien Überwachungsbetrieb für den Aktor-Kolben 12. Da die Näherungsschalter 44 berührungsfrei die Betriebssituation des Aktors 10 erfassen, kommt es auch zu keinen Messübertragungsfehlern durch Einsatz von Übertragungsmedien, wie einem Fluid. Auch kann auf hystereseanfällige Wegmesssysteme bei der Übertragung verzichtet werden, die im Übrigen einem Verschleiß unterliegen, was bei den Näherungsschaltern 44 nicht der Fall ist.
• Im Folgenden wird anhand des Ablaufdiagramms nach der 2, die Betriebsweise einer Vorrichtung nach der 1 näher erläutert.
• Nach Inbetriebnahme respektive dem Start der Vorrichtung durch Einschalten, wird geprüft, ob eine Initialisierung bereits stattgefunden hat oder nicht. Ist das System nicht initialisiert, wird eine Initialisierungsroutine aufgerufen. Diese ist in 2 (Continued) dargestellt. Dabei wird mit definierter Einrichtgeschwindigkeit der Aktor in eine seiner beiden Endlagen x, y verfahren, beispielsweise in eine vordere, erste Endlage x. Ist die vordere Endlage x noch nicht erreicht, was mit einem der beiden Näherungsschalter 44 überprüfbar ist, wird die Routine wiederholt, sprich die Kolben-Stangen-Einheit 16 des Aktors 10 solange weiter ausgefahren, bis die vordere x Endlage erreicht ist, was der zuordenbare Näherungsschalter 44 feststellt und an die Steuerung 42 weiterleitet.
• Die Steuerung 42 stoppt dann den Elektromotor M, der wiederum die Hydro- oder Reversierpumpe 38 stoppt. Wird eine der beiden Endlagen, vordere x oder hintere y Endlage, erreicht, wird dieser Referenzpunkt mittels der Steuerung 42 als Nullpunkt definiert. Mithin kann auch die hintere, zweite Endlage y als Referenzpunkt Null abgespeichert werden. Ist die Referenzierung auf Null erfolgreich abgeschlossen, braucht die diesbezügliche Routine nicht wiederholt zu werden; vielmehr erfolgt mit einer vorgebbaren Einrichtgeschwindigkeit das Einfahren der Kolben-Stangen-Einheit 16 bezüglich des stationär gehaltenen Aktorgehäuses 18 und es erfolgt eine Bewegung in die entgegengesetzte Richtung um den zweiten Endpunkt respektive Endlage y zu detektieren.
• Ist die hintere, zweite Endlage y erreicht, braucht die Routine des Einfahrens nicht weiter fortgeführt zu werden und es erfolgt erneut ein Stopp durch Abschalten des Motors M. Bei Erreichen der zweiten Endlage y ist also der Antrieb in Form des Motors M ausgeschaltet und die errechnete aktuelle Position wird als maximale Endlagenposition abgespeichert. Ferner wird während des Bewegungsvorganges von erster Endlage x in die zweite Endlage y über das hydraulische Übersetzungsverhältnis zwischen Pumpe 38 und Aktor 10 sowie der Kenntnis über aktuelle Drehzahlwerte ein theoretischer Positions- und Geschwindigkeitsistwert wie folgt errechnet $$v{\left(t\right)}_{zyl}=\frac{VPumpe\ast n\left(t\right)Motor\ast \mu vol\ast 10}{Azyl\ast 60}$$

  

  $$s{\left(t\right)}_{zyl}={\displaystyle \int v{\left(t\right)}_{zyl}}dt,$$

  

  mit

v(t)zyl =

Geschwindigkeit des Kolbens 12 des Aktors 10

VPumpe =

Fördervolumen der Reversierpumpe 38

n(t) =

Drehzahl des Motors M

µvol =

volumetrischer Wirkungsgrad der Pumpe 38

Azyl=

wirksame Ring-Kolbenfläche des Kolbens 12 (ohne Stangenanteil)

s(t)zyl =

Verfahrweg des Kolbens 12

• Im Rahmen der Initialisierung wird jedenfalls der Weg des Kolbens 12 am ersten Endlagen-Näherungsschalter 44 mit smin = 0 mm festgeschrieben und smax gemäß vorstehender Formel am zweiten Endlagen-Näherungsschalter 44 für die Initialisierungsroutine abgespeichert.
• Sind alle Schritte der Initialisierung erfolgreich abgeschlossen, gilt diese als beendet und „Init beenden“ wird ausgegeben.
• Sobald die Initialisierungsroutine gemäß dem Ablaufplan auf der Continued-Seite nach der 2 erfolgreich abgeschlossen ist, beginnt der zyklische Betrieb der Anwendung mit einer Speicherung der aktuellen Position auf die 2 dargestellt. Insbesondere wird ein mit der Speicherung der aktuellen Position im Rahmen des zyklischen Prozessablaufes die Berechnung eines virtuellen Bremspunktes vorgenommen, um in kürzester Zeit zu einem der beiden Endlagen x, y zu gelangen. Die kalkulierte Distanz Sbrems um den Bremsvorgang einzuleiten, hängt dabei von mehreren Faktoren ab: Verzögerung des Antriebs, maximale Geschwindigkeit, Distanz der Endpunkte oder Endlagen x, y voneinander sowie einem frei wählbaren Faktor c, um manuelle Anpassungen des Prozesses vorzunehmen. Die Berechnung erfolgt dabei nach folgender Formel: $$s_{brems}=s_{min}+\left[\frac{c}{v_{max}\ast v_{brems}}\ast \left(s_{max}-s_{min}\right)\right],$$

  

  mit

Smin =

0 mm als Wert für den ersten Endlagen-Näherungsschalter 44

Smax =

maximale Entfernungsdistanz zum zweiten Endlagen-Näherungsschalter 44

c=

frei wählbarer Faktor

Vmax =

Maximalgeschwindigkeit für den Kolben 12

Vbrems =

Ziel- oder Bremsgeschwindigkeit nach Erreichen des virtuellen Bremspunktes bis zur jeweiligen Endlage x, y.

• Wie dargelegt, wird also in vorgegebener Maximalgeschwindigkeit verfahren und sobald der virtuelle Bremspunkt erreicht ist, verzögert die Antriebseinheit in Form des Motors M auf die zweite angegebene Zielgeschwindigkeit, die deutlich niedriger ist als die Maximalgeschwindigkeit bis der Kolben 12 des Aktors 10 den jeweiligen Endpunkt als Endlage x, y mit geringer Anstoßgeschwindigkeit am Aktorgehäuse 18 erreicht. Dann schaltet der Motor M ab und speichert wiederum die aktuelle Position und berechnet den Bremspunkt für die entgegengesetzte Bewegungsrichtung, was sich aus dem Prozessablaufdiagramm nach der 2 ergibt. Ist dann die jeweilige Endlage x, y erreicht, wird der Zyklus wiederholt, wobei dahingehend die Initialisierungsroutine abgeschlossen sein muss. Aufgrund der wiederkehrenden Speicherung der Endlagen x, y mittels der beiden Näherungsschalter 44 sowie der jeweiligen Berechnung des virtuellen Bremspunktes, werden system- und umgebungsbedingte Faktoren mit berücksichtigt, wie Temperatur, Verschleiß der Pumpe und Ölzustand. Insgesamt ist mit der Prozessablaufregelung eine adaptive Positionsregelung einer geschlossenen hydraulischen Achse, ohne Wegmesssystem, erhalten. Dies hat so keine Entsprechung im Stand der Technik.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• EP 2610490 B1 [0002]

Claims (10)

1. Verfahren zum Ansteuern eines fluidischen Aktors (10) mit zumindest den folgenden Schritten: - Durchführen einer Initialisierung zum Ermitteln mindestens einer definierten Endlage (x, y) in einer Bewegungsrichtung des Aktors (10), und anschließendem - Durchführen einer Positionsregelung auf der Grundlage eines zur Endlage (x, y) zugehörigen virtuellen Bremspunktes für den Aktor (10), - Verzögern der Geschwindigkeit des Aktors (10) im Bremspunkt bis zum Erreichen der in Bewegungsrichtung nachfolgenden Endlage (x, y); und - Umsteuern des Aktors (10) in die entgegengesetzte Bewegungsrichtung.
2. Verfahren zum Ansteuern eines hydraulischen Aktors (10) nach Anspruch 1 mit zumindest den folgenden Initialisierungsschritten: - Ansteuern des Aktors (10) mittels eines Antriebes (M) in einer Bewegungsrichtung bis eine von seinen beiden möglichen Endlagen (x, y) erreicht ist, - Erkennen der jeweiligen Endlage (x, y) mittels einer Sensoreinrichtung (44), - Referenzieren der einen Endlage (x; y) als Null- oder Ausgangspunkt, - Ansteuern des Aktors (10) in die entgegengesetzte Bewegungsrichtung, um die weitere Endlage (y; x) zu detektieren, - Ermitteln von theoretischen Positions- und Geschwindigkeitsistwerten während des Bewegungsvorganges des Aktors (10) zwischen den beiden Endlagen (x, y), - Abschalten des Antriebes (M) bei Erreichen der weiteren Endlage (x, y), und - Abspeichern des aktuellen Positionswertes in der jeweiligen Endlage (x, y).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsregelung als adaptive Positionsregelung ausgeführt zumindest die folgenden Schritte aufweist: - Übernahme des jeweils abgespeicherten aktuellen Positionswertes aus der Initialisierung, - Berechnung eines virtuellen Bremspunktes, um in kürzester Zeit die zugehörige Endlage (x, y) zu erreichen, - Verfahren des Aktors (10), vorzugsweise mit vorgebbarer Maximalgeschwindigkeit, bis zum - Erreichen des virtuellen Bremspunktes mit anschließender Reduzierung auf eine vorgebbare Zielgeschwindigkeit bis der Aktor (10) die zugehörige Endlage (x, y) abschließend erreicht hat, - Abschalten des Antriebes (M) nebst vorzugsweise Abspeichern der aktuellen Position, und - Berechnen des Bremspunktes für die entgegengesetzte Bewegungsrichtung.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Initialisierung während eines Bewegungsvorganges des Aktors (10) zwischen den beiden Endlagen (x, y) zum Ermitteln der theoretischen Positions- und Geschwindigkeitsistwerte das hydraulische Übersetzungsverhältnis zwischen einer vom Antrieb (M) antreibbaren Hydropumpe (38) und dem Aktor (10) herangezogen wird unter Einbezug von damit in Verbindung stehenden Drehzahlwerten des Antriebs (M).
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Berechnung des jeweiligen Bremspunktes die Position der beiden Endlagen (x, y) herangezogen wird sowie die Maximalgeschwindigkeit des Aktors (10) im Rahmen der Initialisierung bis zum Erreichen der jeweiligen Endlage (x, y) und einer Bremsgeschwindigkeit des Aktors (10) im jeweiligen Bremspunkt.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Endlagen (x, y) des Aktors (10) wiederholt abgespeichert werden sowie wiederkehrend der jeweilige Bremspunkt errechnet wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der jeweiligen Endlage (x, y) des Aktors (10) unter Verzicht eines Wegmesssystems mindestens ein Näherungsschalter (44) eingesetzt wird.
8. Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (10) einen hydraulischen Arbeitszylinder aufweist, vorzugsweise in Form eines Gleichgangzylinders, und dass ein jeweiliger Näherungsschalter (44) gehäuseseitig die Endlagen (x, y) der Kolben-Stangen-Einheit (16) des Arbeitszylinders feststellt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hydropumpe eine reversierbare Pumpe (38) ist, die in beiden, entgegengesetzten Bewegungsrichtungen der Kolben-Stangen-Einheit (16) diese antreibt und dass die Pumpe (38) und der Aktor (10) einen geschlossenen hydraulischen Versorgungskreis (40) ausbilden.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben-Stangen-Einheit (16) mit ihren beiden Kolbenstangen (14) je einen Gasverdichter (24) antreiben, der wechselweise Gas im Niederdruckbereich ansaugt und hochverdichtet abgibt.

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