Servo-Pneumatik mit Fischertechnik?

[Harald]

habe mal Deine Idee mit dem Membran-Druckventil ausprobiert. [...] Es funktioniert, aber man muss schon Kraft aufwenden, um das Ventil vollkommen abzudichten.
Das ist möglicherweise ein kleiner Nachteil des Designs, da die Dichtung senkrecht gegen den Druck wirkt.

Da sagst du was! Na klar, das Loch mit der Membran drin ist so gut wie ein Betätiger. Blöd nur, dass er in Gegenrichtung arbeitet. Und ich hab natürlich herausgefunden, dass der Ventilblock "schön" durchpfeift:

Die Räder bringen noch nicht genug Spannung auf die Gummiringe

4xVentilblock08b.jpg (49.97 KiB) 1319 mal betrachtet

4xVentilblock36a.jpg (65.52 KiB) 1319 mal betrachtet

Letzter Stand: mit Gummifädelhilfen

P-Ventil06.jpg (57.38 KiB) 1319 mal betrachtet

Da steckt noch etliches an Arbeit drin, bis das vielleicht mal praxistauglich wird.

Gruß,
Harald

[atzensepp]

Hallo Harald,

Alle Achtung! So kann man es machen: Vorspannung mittels Schraubenfedern oder Gummis. Evtl. könnte man auch Flexures verwenden.

Eine Frage:wie gut funktioniert denn die Abdichtung der Ventilinseln durch das Gummiband bzw. wie hoch ist der "Crosstalk"?
Ich bin noch am überlegen, wie ich eine glatte Gummifläche ohne Überstände hinbekomme, über die ich dann eine Walze zur Abdichtung drüber fahren lassen kann.

Eine andere Überlegung wäre, ob man den Druck nicht zur Abdichtung nutzen könnte. Dazu müsste man gewissermaßen in Gegenrichtung dichten. Aber dann bräuchte man noch eine Öffnung, durch die dann die Luft zwischen Ventilgummi und Lochplatte strömen könnte.

Was generell bei vielen Ventiltypen ein Problem für Servopneumatik ist, ist dass wenn das Ventil nur wenig aufgeht, gleich ein großer Luftstrom fließt, was die Regelung schwierig macht. Es kommt unweigerlich zum Überschießen. Ein kontinuierliches Öffnen wäre besser. Mit den Membranventilen lässt sich das hinbekommen, allerdings ist der Hubweg sehr kurz (0.5mm).

Grüße
Florian

[atzensepp]

Hallo Jan,

um den Durchfluss feiner regeln zu können, habe ich die Halbmond-Furchen durch folgende Konstruktion ersetzt.

juh.PNG (165.31 KiB) 1204 mal betrachtet

Es ist mir gelungen, damit eine Servo-Regelung zu realisieren. Zwar etwas langsam, aber sie funktioniert. Die Regelparameter sind sehr klein: k=0.001, ki=0.032

Der Ausgangswert des PID-Reglers wird begrenzt auf das Intervall [40,65] und wegen der Ventil-Hysterese abgebildet auf: [40,46] und [ 59,65]
(d.h.der Bereich ]46,59 [ wird ausgespart. Es wäre besser, wenn man den Servo-Bereich besser ausnutzen könnte.

Grüße
Florian

[juh]

Spannend. Sehe ich richtig, dass die Kanäle im Inneren liegen und nur jeweils an drei Stellen austreten? Mir fehlt da gerade etwas die Vorstellung, warum das die Regelung erleichtert. Ich hätte eher gedacht, dass man (von oben gesehen) ein flach sichelförmiges Profil braucht, damit die Verbindung sich möglichst allmählich öffnet und das Öffnen über möglichst viele Winkelgrade gestreckt wird.

In jedem Fall wäre ein Video toll. Großartig, dass es überhaupt klappt!

[atzensepp]

Hallo jan,

hab's mal mit einem sichelförmigen Profil probiert (guter Vorschlag) Es funktioniert auch. Es gibt allerdings immer noch eine Hysterese, die man softwaremäßig rausrechnen muss. Und wenn die Position erreicht ist, muss man das Ventil in der Mittelposition abdichten, da die Regelung ansonsten oszilliert.

Code: Alles auswählen

if (d<d_soll && output> 18) output=18;
if(d>d_soll && output<  44) output=44;
if(abs(d-d_soll)<5) output=30;

Juhservohebels.PNG (60.94 KiB) 1027 mal betrachtet

Im übrigen ist das Ventil recht dicht: Ich schleife die Dichtfläche mit 1200er Sandpapier und schmirgle es auf einem Papier glatt.

Viele Grüße
Florian

[atzensepp]

Habe Haralds Idee mit dem Gummituchventil und meine mit den Rollen zu folgendem Ventilkonzept kombiniert:

Rollervalve.PNG (212.3 KiB) 821 mal betrachtet

Es sind 3 Löcher drin: In der Mitte entweder Druckleitung oder Exit, an den Seiten jeweils die Anschlüsse für die Arbeitszylinder.
Wenn die Rolle auf das mittlere Loch drückt, ist das Ventil dicht, rollt man sie zur Seite, wird die ganze Breite abgedichtet und das mittlere Loch ist auf einen Arbeitsausgang geschaltet. Als Dichtung dient wieder Fahrradschlauch. Um den Anpressdruck anzupassen, habe ich noch Teppichband auf den Schlauch geklebt. Da muss ich die Geometrie noch etwas anpassen oder mir eine andere Spannvorrichtung überlegen. Prinzipiell sind die Ventile dicht und die Rolle lässt sich trotz hohen Anpressdrucks leicht bewegen. Allerdings ist der Übergang leider noch nicht besonders kontinuierlich (*). Also eher On-Off-Verhalten, was für Regelung dann nicht so gut ist. Aber vielleicht hat ja jemand noch eine Idee.

Rollvervalve.JPG (61.22 KiB) 821 mal betrachtet

(*) EDIT: Mit einem Schlauch samt Drosselschraube an der Entlüftungsöffnung (weißes Röhrchen in der Mitte des linken Ventils) lässt sich die Situation deutlich verbessern.

[atzensepp]

Ab und zu mal ist es gut, alte Versuche aufzugreifen und weiterzuentwickeln.
Das Servo-betriebene Fischertechnik-Umschalt-Ventil diesmal mit Mechanik nur aus Fischertechnik-Teilen und einem Fischertechnik-Servo.
In der Mitte des Ventils wird die Pumpe (mit Questschdrossel) angeschlossen und an die anderen beiden Ausgänge der Pneumatik-Zylinder.

SPUSV.JPG (69.34 KiB) 316 mal betrachtet

Die Anzeige (Wert vom Magnet-Encoder) und der Eingabeknopf sind Fremdteile und optional.

Die Regelung erfolgt wieder über einen Arduino mit einem PID-Controller. Das Ventil hat eine große Hysterese, was die Totzonen-Korrektur erfordert.

Code: Alles auswählen

Positionsmessung: Winkel eines Liftarms mit Magnetic-Encoder AS5600

Regel-Limits: -40 ... + 40
PID: Kp=0.08, Ki=2.3, Kd= 0.001

if (soutput < 0) soutput *= 0.35;                 // wegen Schwerkraft auf Liftarm brauchen wir abwärts weniger Power
if (soutput>0) soutput = 68 + soutput;       // Totzonen-Korrektur aufwärts 
if (soutput<0) soutput = 11 + soutput;       // Totzonen-Korrektur abwärts
if ( abs(pos-pos_soll)<4) soutput=40;       // Ventil dicht bei (ungefährer) Sollposition

Mit diesen Einstellungen braucht es manchmal bis zu 10 Sekunden, um die Position einzustellen.

[atzensepp]

Für eine kontinuierliche Kolbenbewegung ist es wünschenswert, den Durchfluss genau regeln zu können.
Mit Nadelventilen kann so was gemacht werden. Diese haben ein kegelförmiges Dichtelement, das gegen eine Dichtung drückt.
Mit folgender Idee, die auch ein Prinzip der ft- Festo-Ventile beinhaltet, versuche ich das umzusetzen:

Kegelventil.PNG (209.91 KiB) 252 mal betrachtet

Das Steuerventil besteht aus 3 3d-gedruckten Kammern: die beiden End-Kammern haben eine Entlüftungs-Seite und eine Druck-Seite, die mit der mittleren Kammer verbunden ist, an die die Druckleitung angeschlossen ist. Der Ventilkolben (blau) hat kegelförmige Dichtkörper, die zum Dichten in die korrespondierenden Kegelöffnungen eingeschoben werden.

Als Ventilkolben soll eine 3mm Gewindestange verwendet werden, auf die die kegelförmigen Dichtkörper aufgeschraubt werden.Durch die Einschraubung können verschiedenen Abstände eingestellt werden. Für einen ersten Test habe ich einfach Stückchen von 4mm-ft-Pneumatikschlauch aufgeschraubt.
Damit konnte ich schon manuell einen zwei-Wege-Pneumatikzylinder ansteuern.

Die Kammern sind ineinander gesteckt und mit Teflonband abgedichtet. (Wenn dann alles passt, kann man die Kammern auch verkleben) Die komische Form der Hohlräume ist der Tatsache geschuldet, dass ich in der Mitte eine 3mm-Führung für die Ventilkolbenstange benötige und eine "Luftverbindung" zwischen den beiden Seiten. Da ich bei einem geschlossenen Ventil nicht mit Stütz-Support drucken kann, sind die Kammern so geformt, dass die Struktur ohne Support gedruckt werden kann.

Kegelumschaltventil.JPG (43.15 KiB) 252 mal betrachtet

Ein Vorteil dieses Aufbaus ist, dass für die Stange keine Durchführungsdichtung benötigt wird.
Um die Dichtungseigenschaften für 3D gedruckte Ventilkörper zu verbessern könnte man auch gelochten Fahrradschlauch auf die Flächen aufgeklebt werden. Dichtkörper oder Gegenöffnungen aus TPU wären interessant.

Von Nachteil ist, dass das Ventil nicht komplett dicht gemacht werden kann und undichte Übergangszustände besitzt: Es ist immer eine Seite offen und wenn die Ventilkolbenstange in der "Mitte" ist, geht Luft beidseitig raus! Ich habe schon darüber nachgedacht, ob es möglich ist, über Federn zwischen den Dichtkegeln ein Ventil zu konstruieren, dass ganz abdichten kann. Als Notlösung könnte man sich mit Drosselventilen an den Ablass-Öffnungen behelfen.

[atzensepp]

Zur Vollständigkeit, eine Möglichkeit, wie man das Walzen-Dicht-Matten-Ventil mit einem Servo ansteuern und regeln kann.
Hier war zur Umwandlung der Dreh- in eine Linearbewegung eine Schnekce nötig, um den Servo-Bereich voll auszunutzen. Wenn ich den Servo über ein Schubgestänge ankoppele, spielt sich der Umschaltbereich zwischen "auf" und "ab" in etwa 20 PWM-Counts ab, so dass eine stetige Regelung nicht möglich ist. Mit dem Schneckenantrieb und einer Pumpendruck-Drossel lässt sich die Luftströmung und damit die Zylinderposition stetig regeln. Klar, hat das Ventil konstruktionsbedingt eine große Tot-Zone.

Walzner.JPG (62.47 KiB) 197 mal betrachtet

Kann man machen, muss man aber nicht