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DE20218487U1 - Pneumatisch endlagengedämpfte Antriebsordnung, insbesondere für einen Türantrieb - Google Patents

Pneumatisch endlagengedämpfte Antriebsordnung, insbesondere für einen Türantrieb

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DE20218487U1
DE20218487U1 DE20218487U DE20218487U DE20218487U1 DE 20218487 U1 DE20218487 U1 DE 20218487U1 DE 20218487 U DE20218487 U DE 20218487U DE 20218487 U DE20218487 U DE 20218487U DE 20218487 U1 DE20218487 U1 DE 20218487U1
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Description

München · Hamburg · Düsseldorf New York
Patentanwälte
Dr. Walter Maiwald (München) Dr. Volker Hamm (Hamburg) Dr. Stefan Michalski (Düsseldorf) Dr. Regina Neuefeind (München) Dipl.-Ing. Udo Preuss (München) Dipl.-Ing. Korbinian Kopf, MA. (München) Dr. Norbert Hansen (München) Dipl.-Ing. LuIz Kietzmann U.M. (Düsseldorf) Dr. Martin Huenges (München) Dr. Holger Glas (München)
Rechtsanwalt
Stephan N. Schneller (München)
In Kooperation mit:
Maiwald Inc.,
European IP Services, New York Dipl.-Ing. Korbinian Kopf, M.A. U.S. Patent Agent
Aktenzeichen Unser Zeichen
Neuanmeldung M 9017 / LK
REXROTH MECMAN GMBH
München,
28. November 2002
REXROTH MECMAN GMBH Bartweg 13, 30453 Hannover
Pneumatisch endlagengedämpfte Antriebsanordnung, insbesondere für einen Türantrieb
Die vorliegende Erfindung betrifft eine pneumatisch endlagengedämpfte Antriebsanordnung, insbesondere für einen Türantrieb, mit einem beidseitig über elektromagnetische Steuerventile beaufschlagbaren Druckmittelzylinder, wobei zur Endlagendämpfung eines innenliegenden Kolbens eine die elektromagnetischen Steuerventile ansteuernde elektronische Steuereinheit im detektierten Endlagenbereich eine Umschaltung des den Kolben aktuell antreibenden Steuerventils auf das andere Steuerventil zur Erzeugung eines Gegenimpulses ausführt.
LK.hfii
Postfach 330523 · 80065 München ■ Elisenhof · Elisenstrasse 3 ■ 80335 München
Tel. +49 (0)89 74 72 660 · Fax +49 (0)89 77 64 24 ■ http://www.maiwald.de · info@maiwald.de
Geschäftsführer: Dr. WalterIVTaiwqltT „ Qt ^U^r.Haro^ ■.Bt.Steyan MtCljalSW;· Dr. ftegingj^euefeind ■ HRB Nr. 111307
Kooperation mit: Dr. fccrw™cl!-Felzrncin*n5& iJozianka RisctjfsbnwBIfe (tfdsnbiJfg) J : :
Par?*»Tcw9he ° ke*jth*»wsseriSehnari®nrjerger Rechtsanwälte OtflürTcheh ° Starnberg)
Ein bevorzugtes Einsatzgebiet für Antriebsanordnungen der gattungsgemäßen Art sind pneumatisch betätigte Türanlagen in Kraftfahrzeugen, Schienenfahrzeugen oder Sicherheitstüren von Werkzeugmaschinen und dergleichen. Die Betätigung der Tür in einer derartigen Türanlage erfolgt üblicherweise durch einen Druckmittelzylinder, der von einer elektromagnetischen Steuerventilanordnung mit Druck beaufschlagt wird. Zum Öffnen oder Schließen der Tür kann mittels der Steuerventilanordnung der Druck in einer oder mehreren Kammern des Druckmittelzylinders verändert werden. Es ist hierbei erwünscht, dass die Tür beim Öffnen oder Schließen nicht ruckartig in einer jeweiligen Endstellung stehen bleibt, sondern kurz vor Erreichen der jeweiligen Endstellung eine gedämpfte Bewegung mit verringerter Geschwindigkeit ausführt. Ansonsten ist beim Öffnen oder Schließen der Tür jedoch eine möglichst schnelle und gleichförmige Bewegung erwünscht.
Aus der DE 196 45 701 Al geht eine solche Antriebsanordnung hervor. Diese besteht aus einer Steuerventilanordnung, durch die das durchströmende Druckmittel wenigstens zeitweise gedrosselt wird, so dass die Bewegung einer durch das Druckmittel betätigten Tür beim Öffnen und Schließen in der Nähe der jeweiligen Endlagen gedämpft werden kann. Die Steuerventilanordnung weist Druckmittelanschlüsse und Steueranschlüsse auf, die mit einer elektronischen Steuereinheit verbunden werden. Zur Drosselung des Druckluftstroms besitzt die Steuerventilanordnung neben einem ersten Durchlassquerschnitt noch einen zweiten, kleineren Durchlassquerschnitt sowie ein Umschaltventil zur Umschaltung zwischen den beiden Durchlassquerschnitten. Durch das Umschalten auf den kleineren Durchlassquerschnitt wird eine zeitweise Drosselung der Druckluftzufuhr in dem Druckmittelzylinder zur Endlagendämpfung bewirkt.
Aus der DE 44 10 103 Cl geht eine weitere Lösung für eine endlagengedämpfte Antriebsanordnung hervor. Um ein besonders sanftes Anfahren der Endlage des Druckmittelzylinders zu erzielen wird vorgeschlagen, dass eine elektronische Steuereinheit in Form eines Gegenpulsmoduls über zugeordnete Vorpositioniersensoren eine zeitlich
einstellbare Umsteuerung eines bestromten ersten, einer ersten Endlage zugeordneten Steuerventils auf ein bisher nicht bestromtes zweites, einer zweiten Endlage zugeordneten Steuerventils bewirkt. Um das Dämpfungsverhalten der Antriebsanordnung zu variieren, kann hier das Umsteuern des ersten oder zweiten Steuerventils zeitverzögert erfolgen. Weiterhin kann die Gegenimpuls-Dauer variiert werden, was ein praktisch kraftloses Annähern an die Endlagenposition mit niederer Geschwindigkeit bewirkt. Aufgrund der an definierten Stellen entlang der Hubrichtung des Kolbens angebrachten Vorpositioniersensoren sind die Einstellmöglichkeiten hinsichtlich der Endlagenparameter jedoch begrenzt. So ist insbesondere der Einsatzzeitpunkt der Dämpfung sowie die Dämpfungsstärke nicht exakt und nicht ohne größeren steuertechnischen Aufwand an verschiedene Betriebssituationen anpassbar.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine pneumatisch endlagengedämpfte Antriebsanordnung der vorstehend beschriebenen Art dahingehend weiter zu verbessern, dass eine vereinfachte und flexible Einstellung der Parameter, Einsatzzeitpunkt und Dämpfungsstärke der Endlagendämpfung möglich ist.
Die Aufgabe wird ausgehend von einer pneumatisch endlagengedämpften Antriebsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass Sensormittel zum permanenten Erfassen der aktuellen Position des Kolbens vorgesehen sind, welche als IST-Positionssignal der elektronischen Steuereinheit zugeht, die diese mit einem extern einstellbar hinterlegten SOLL-Positionswert vergleicht, um bei dessen Erreichen durch das IST-Positionssignal eine Folge von pulsweitenmodulierten Gegenimpulsen zur Endlagendämpfung auszulösen, deren
Impulslänge zur Beeinflussung der Dämpfungsstärke ebenfalls in der Steuereinheit extern einstellbar hinterlegt ist.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung liegt insbesondere darin, dass durch der Anwendung einer Folge von pulsweitenmodulierten Gegenimpulsen anstelle nur eines herkömmlichen Gegenimpulses die Dämpfungsstärke optimal und einfach an verschiedene Größen und Geometrien der anzutreibenden Teile flexibel anpassbar ist. Es besteht mithin auch die Möglichkeit, Positionen außerhalb der Endlagen anzufahren. Hierzu sind lediglich ohne Eingriff in Hardwarekomponenten entsprechende Werte elektrisch - der elektronischen Steuereinheit - vorzugeben.
Vorzugsweise sind die erfindungsgemäßen Sensormittel nach Art eines Schiebepotentiometers ausgebildet, dessen Widerstandsbahnteil ortsfest zum Gehäuse des Druckmittelzylinders angeordnet ist und dessen Schleiferteil mit der Bewegung des Kolbens korrespondiert. Natürlich ist auch eine umgekehrte Anordnung denkbar. Alternativ hierzu können die Sensormittel auch nach Art eines kontaktlosen Wegsensors ausgebildet sein, welcher entweder innerhalb oder außerhalb des Druckmittelzylinders angeordnet ist. Eine Anordnung des kontaktlosen Wegsensors innerhalb des Druckmittelzylinders hat den weiteren Vorteil, dass die kompakte Bauform des Druckmittelzylinders erhalten bleibt und eine geschützte Unterbringung erfolgt. Als kontaktlose Wegsensoren kommen in diesem speziellen Einsatzfall insbesondere Ultraschallsensoren, Infrarotsensoren, Mikrowellensensoren oder dergleichen zur Anwendung.
Eine weitere die Erfindung verbessernde Maßnahme besteht darin, dass die elektronische Steuereinheit ausgehend von den durch die permanente Kolbenpositionserfassung bekannten Bewegungsabläufen eine Selbstoptimierung der Ansteuersignale für die elektromagnetischen Steuerventile vornimmt. Dieses ist durch eine entsprechende Software innerhalb der mikrocontrolergesteuerten elektronischen Steuereinheit umsetzbar. Die Selbstoptimierung der
Ansteuersignale entspricht im Prinzip einem Regelalgorithmus, dem ein gewünschter Bewegungsablauf vorgegeben wird, und welcher den tatsächlichen Bewegungsablauf hieran anpasst. Vorzugsweise vergleicht die elektronische Steuereinheit positionsabhängig im Bereich der Endlagen die aktuelle Geschwindigkeit des Kolbens mit einer vorgegebenen, optimalen Geschwindigkeit. Daraufhin wird das Pulsweitenverhältnis der Folge von Gegenimpulsen dahingehend verändert, dass das gewünschte, vorgegebene Geschwindigkeitsprofil erreicht wird. Als Pulsweitenverhältnis wird hierbei das Verhältnis von Ein- und Ausschaltdauer des Steuerventils bezeichnet, das die Gegenimpulse ansteuert. Die Folge von Gegenimpulsen wird dabei positionsabhängig kurz vor Erreichen der Endlage ausgelöst. Die Veränderung des Pulsweitenverhältnisses kann in der Auswirkung als eine Art elektronisch verstellbare Blende einer Drossel angesehen werden. Der Bewegungsablauf optimiert sich vorteilhafterweise im Betrieb unter Beachtung von sich ändernden Reibungsverhältnissen selbsttätig.
Abhängig vom Einsatzfall kann die insbesondere als Türantrieb zum Einsatz kommende pneumatisch endlagengedämpfte Antriebsanordnung sowohl einen doppelt wirkenden Pneumatikzylinder mit Kolbenstange als auch einen kolbenstangenlosen Pneumatikzylinder als Druckmittelzylinder aufweisen.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der einzigen Figur näher dargestellt. Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer pneumatisch endlagengedämpften Antriebsanordnung.
Gemäß Figur steuert eine elektronische Steuereinheit 1 auf Anforderung einer übergeordneten - nicht weiter dargestellten - Steuereinrichtung über zwei elektromagnetische Steuerventile 2, 3 die Bewegung und Position eines Druckmittelzylinders 4. Der Druckmittelzylinder 4 besteht aus einem Gehäuse 5, in welchem ein Kolben 6 axial bewegbar angeordnet ist. Vom Kolben
aus geht eine Kolbenstange 7. Die Kolbenstange 7 steht mit einer - hier ebenfalls nicht weiter dargestellten - Tür in allgemein bekannter Weise zum Öffnen und Schließen derselben in Wirkverbindung.
Eine Verbindung der linksseitig des Kolbens 6 angeordneten Zylinderkammer mit der Luftversorgung P über das Steuerventil 2 bewirkt bei gleichzeitiger Verbindung der rechtsseitig des Kolbens 6 angeordneten Zylinderkammer mit der Atmosphäre R über das Steuerventil 3 ein Ausfahren der Kolbenstange 7 aus dem Druckmittelzylinder 4. Ein Umschalten beider Steuerventile 2 und 3 bewirkt in analoger Weise ein Einfahren der Kolbenstange 7.
An einem bestimmten, in der elektronischen Steuereinheit 1 hinterlegten Soll-Positionswert kann ein einstellbarer Bestromungsimpuls auf das Steuerventil 3 gegeben werden, um die rechtsseitig des Kolbens 6 angeordnete Zylinderkammer entsprechend einer pulsweitenmodulierten Gegenimpulsfolge zu belüften. Es baut sich in der besagten Zylinderkammer ein entsprechender Gegendruck auf, der die Bewegung des Kolbens 6 abbremst. Somit wird ein gedämpftes Anfahren der Endlage des Kolbens 6 erreicht. Entsprechendes gilt natürlich auch in der umgekehrten Bewegungsrichtung.
Damit das Ist-Positionssignal stets der elektronischen Steuereinheit 1 bekannt ist, sind hier Sensormittel zum permanenten Erfassen der aktuellen Position des Kolbens 6 vorgesehen. Diese sind in diesem Ausführungsbeispiel nach Art eines Schiebepotentiometers ausgebildet. Ein Widerstandsbahnteil 8 ist ortsfest gegenüber dem Gehäuse 5 des Druckmittelzylinders angeordnet. Das relativ hierzu bewegliche Schleiferteil 9 korrespondiert über entsprechende, mit der Kolbenstange 7 zusammenwirkende Befestigungsmittel 10 mit der Bewegung des Kolbens 6.
-7-
Durch eine Einstellbarkeit sowohl des Positionswertes für die Auslösung der Gegenimpulsfolge als auch deren Impulslänge (Impulsstärke) kann die erfindungsgemäße Endlagendämpfung optimal an ganz unterschiedliche Betriebssituationen einfach und flexibel angepasst werden.
Bezugszeichenliste
1 elektronische Steuereinheit
2 elektromagnetisches Steuerventil
3 elektromagnetisches Steuerventil
4 Druckmittelzylinder
5 Gehäuse
6 Kolben
7 Kolbenstange
8 Widerstandsbahnteil
9 Schleiferteil
10 Befestigungsmittel

Claims (6)

1. Pneumatisch endlagengedämpfte Antriebsanordnung, insbesondere für einen Türantrieb, mit einem beidseitig über elektromagnetische Steuerventile (2, 3) beaufschlagbaren Druckmittelzylinder (4), wobei zur Endlagendämpfung eines innenliegenden Kolbens (6) eine die elektromagnetischen Steuerventile (2, 3) ansteuernde elektronische Steuereinheit (1) im detektierten Endlagenbereich eine Umschaltung des den Kolben (6) aktuell antreibenden Steuerventils (2 oder 3) auf das andere Steuerventil (3 bzw. 2) zur Erzeugung eines Gegenimpulses ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass hierfür Sensormittel zum permanenten Erfassen der aktuellen Position des Kolbens (6) vorgesehen sind, welche als IST-Positionssignal der elektronischen Steuereinheit (1) zugeht, die diese mit einem extern einstellbar hinterlegten SOLL- Positionswert vergleicht, um bei dessen Erreichen durch das IST-Positionssignal eine Folge von pulsweitenmodulierten Gegenimpulsen zur Endlagendämpfung auszulösen, deren Impulslänge zur Beeinflussung der Dämpfungsstärke ebenfalls in der Steuereinheit (1) extern einstellbar hinterlegt ist.
2. Pneumatisch endlagengedämpfte Antriebsanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormittel nach Art eines Schiebepotentiometers ausgebildet sind, dessen Widerstandsbahnteil (8) ortsfest zum Gehäuse (5) des Druckmittelzylinders (4) angeordnet ist und dessen Schleiferteil (9) mit der Bewegung des Kolbens (6) korrespondiert.
3. Pneumatisch endlagengedämpfte Antriebsanordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormittel nach Art eines kontaktlosen Wegsensors ausgebildet sind, der entweder innerhalb oder außerhalb des Druckmittelzylinders (4) angeordnet ist.
4. Pneumatisch endlagengedämpfte Antriebsanordnung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der kontaktlose Wegsensor als Ultraschallsensor, Infrarotsensors oder Mikrowellensensors ausgebildet ist.
5. Pneumatisch endlagengedämpfte Antriebsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (1) ausgehend von den durch die permanente Kolbenpositionserfassung bekannten Bewegungsabläufen eine Selbstoptimierung der Ansteuersignale für die elektromagnetischen Steuerventile (2, 3) im Sinne einer Änderung des Pulsweitenverhältnisses der Folge pulsweitenmodulierter Gegenimpulse vornimmt, um eine selbständige Anpassung an sich ändernde Reibungsverhältnisse zu erzielen.
6. Pneumatisch endlagengedämpfte Antriebsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittelzylinder als doppeltwirkender Pneumatikzylinder mit Kolbenstange (7) oder als kolbenstangenloser Pneumatikzylinder ausgeführt ist.
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