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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung des Drucks innerhalb eines mit Gas, vorzugsweise Stickstoff, gefüllten und/ oder vorgespannten Gasraumes eines Druckspeichers eines hydraulisch angetriebenen Schlagwerkes, insbesondere eines Abbruchhammers oder eines Bohrhammers, mit einem Gehäuse, in dem ein Kolben zusammen mit einem die Stirnfläche des Gehäuses durchgreifenden Anzeigeelement schiebbeweglich gelagert ist, wobei der Kolben das Gehäuse in zwei Kammern trennt, und eine erste druckspeicherseitige Kammer und eine druckspeicherseitige Arbeitsfläche des Kolbens die dem Anzeigeelement abgewandt ist zumindest mittelbar mit dem Gasraum des Druckspeichers in Wirkverbindung ist.
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Hydraulisch betriebene Schlagwerke werden in Anbaugeräten, wie beispielsweise Hydraulikhämmern oder Bohrhämmern eingesetzt, wobei die Anbaugeräte an Trägergeräte, insbesondere Mobilbagger angebaut werden und mit deren Hydrauliksystem über eine Druck- und eine Rücklaufleitung verbunden sind. Schlagwerke weisen einen Schlagkolben auf, der eine oder mehrere hydraulische Antriebsflächen aufweist, von denen mindestens eine über ein Ventil wechselweise so mit einer einen niedrigen Druck aufweisenden Rücklaufleitung zum Tank des Trägergerätes oder über eine einen hohen Druck aufweisende Druckleitung mit der Pumpe des Anbaugerätes verbunden ist, dass der Schlagkolben eine oszillierende Bewegung entlang seiner Längsachse ausführt. Am Ende seiner Bewegung in einer Bewegungsrichtung trifft der Schlagkolben im normalen Betrieb auf ein Werkzeug, wobei das Werkzeug ein Meißel, ein Bohrgestänge, ein Adapter zum Eintreiben von Pfählen oder Rohren oder ein zwischen dem Schlagkolben und dem Werkzeug angeordneter Amboss ist.
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Hydraulisch betriebene Schlagwerke weisen teilweise einen Druckspeicher in Form eines Kolbenspeichers auf, um Bewegungsenergie des Schlagkolbens zu speichern. Das dem Werkzeug entgegengesetzte obere zylindrische Ende des Schlagkolbens ragt in einen mit Gas gefüllten Gasraum des Druckspeichers hinein, wobei eine an dem Kolbenende anliegende Dichtung einen Austritt des Gases entlang des Schlagkolbens verhindert.
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Bewegt sich der Kolben im Rückhub in Richtung auf den Gasraum zu, so verdrängt das Kolbenende Gas innerhalb des Gasraums, der sich somit verkleinert, was zu einer Erhöhung des Gasdrucks führt. Das komprimierte Gas übt eine Kraft auf das Kolbenende aus, welche mit Verringerung des Gasvolumens ansteigt. Diese Kraft wird genutzt, um den Kolben in die Bewegungsrichtung auf das Werkzeug hin zu beschleunigen.
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Während des Betriebs ergeben sich drei charakteristische Kolbenpositionen, denen jeweils ein Gasdruck zugeordnet werden kann. Wird beispielsweise ein ein Schlagwerk aufweisender Hydraulikhammer angehoben oder waagerecht hingelegt, so befindet sich sein Schlagkolben in der unteren Ruheposition, in der der Gasdruck im Kolbenspeicher seinen niedrigsten Wert annimmt. Wenn die Bearbeitung eines Stücks Material mit einem Hydraulikhammer beendet ist und der Betrieb des Schlagwerks gestoppt wird, um den Hydraulikhammer anders zu positionieren, nimmt der Schlagkolben seine Ruhestellung ein. Wird der Meißel mit seiner Spitze gegen Material gedrückt, so wird der Meißel soweit in das Gehäuse des Schlagwerks gedrückt, bis er an einem Anschlag gestoppt wird. Dabei wird er Schlagkolben in Rückhubrichtung nach oben, in die Richtung des Gasraumes gedrückt und nimmt die Aufschlagposition ein, wobei der Gasdruck im Kolbenspeicher einen im Vergleich zur Ruheposition höheren Wert einnimmt. Bei eingeschaltetem Schlagwerk wird der Schlagkolben nun hydraulisch weiter in Rückhubrichtung bewegt, bis er seinen oberen Umkehrpunkt erreicht, in dem der Gasdruck seinen höchsten Wert annimmt, wobei die Position im oberen Umkehrpunkt von den Einsatzbedingungen des Schlagwerks und dem Betriebsdruck sowie dem Druck in dem Kolbenspeicher abhängig ist und daher variieren kann.
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Aufgrund von Leckagen entlang der Dichtungen und Gasströmungen durch die Dichtung oder die Membran oder bloße Diffusion fällt der Gasdruck im Laufe der Zeit ab. Um die Wirksamkeit des Speichers aufrecht zu halten, muss somit in regelmäßigen Abständen der Fülldruck in dem Speicher überprüft werden und ggf. Gas nachgefüllt werden. Zum Prüfen des Gasdrucks sind Armaturen notwendig, um ein Druckmessgerät bspw. Manometer mit dem Gasraum zu verbinden. Solche Armaturen umfassen einen Schlauch und ein Manometer und zum Füllen bzw. Entlasten weiterhin Ablass- und Füllventile, ein Druckminderventil und Verschraubungen, um die Armaturen mit einer Gas-Vorratsflasche zu verbinden. An dem Gasraum ist ein Absperrventil oder ein mechanisch zu öffnendes Rückschlagventil vorhanden, an welches die Armaturen angeschlossen werden sowie zusätzlich meist noch eine dichtende Verschlussschraube, um einen ungewollten Gasaustritt zu verhindern.
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Da sich der Gasdruck in dem Kolbenspeicher während des Betriebs des Schlagwerks abhängig von der Schlagkolbenposition ständig ändert, muss der Gasdruck in dem Kolbenspeicher in einer bestimmten und definierten Position des Schlagkolbens gemessen werden, was nur bei ausgeschaltetem Schlagwerk, d.h. drucklosem Hydrauliksystem, erfolgen kann. Zum Messen des Gasdrucks wird die Ruheposition des Schlagkolbens verwendet, da sich der Schlagkolben in einer geometrisch festgelegten Position, nämlich dem unteren Anschlag, befindet.
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Die Überprüfung des Gasdrucks ist mit Zeitaufwand verbunden, da vor der Messung Bauteile wie Verschlussschrauben zu lösen sind, Verschraubungen zu verbinden sind und nach erfolgter Messung die Verbindung wieder getrennt und die Verschlussschraube wieder einzuschrauben ist.
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Durch Nichtbeachtung der regelmäßigen Überprüfung des Gasdrucks kann es zum Abfall des Gasdrucks kommen, was die Wirksamkeit des Speichers und die Leistungsfähigkeit des Schlagwerks verschlechtert und beispielsweise infolge zu hoher Druckschwankungen auch zu Beschädigungen von Bauteilen führen kann. Die Armaturen und Geräte zum Überprüfen des Gasdrucks müssen zur Überprüfung des Gasdrucks zur Verfügung stehen und einsatzfähig sein und der Anwender muss im Umgang mit den Armaturen geschult sein.
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Aus
JP 2008 - 114 296 A ist eine an dem Hydraulikhammer angeordnete GasdruckAnzeigevorrichtung bekannt, bei der der Gasdruck des Druckspeichers direkt auf einen federbelasteten Kolben wirkt, der mit zunehmendem Gasdruck in Richtung der Feder verschoben wird. Wird der Kolben verschoben, so tritt eine mit dem Kolben bewegungsfest verbundenen Stange aus dem Gehäuse der Anzeige hervor und gibt eine oder mehrere Markierungen, beispielsweise in Form einer Nut, frei. Je höher der auf den Kolben wirkende Gasdruck ist, desto weiter wird der Kolben verschoben und desto weiter tritt die Stange aus dem Gehäuse hervor. Beim Befüllen des Speichers zeigt die Markierung einen bestimmten Gasdruck an. Nach erfolgter Messung werden durch Aufschrauben einer Kappe auf das Gehäuse der Vorrichtung die Stange und der Kolben wieder entgegen den Druck des Gases eingeschoben, damit sich der Kolben und die Stange während des Betriebs aufgrund des schwankenden Gasdrucks nicht permanent bewegen. Zum Aktivieren der Anzeigevorrichtung muss die Kappe wieder entfernt werden.
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Schlagwerke können weiterhin Druckspeicher in Form eines Hydrospeichers aufweisen, um unter Druck stehendes Öl des Hydrauliksystems zu speichern. Der Gasraum eines Hydrospeichers ist über ein Trennelement in Form eines Kolbens, einer elastischen Membran oder einer elastischen schlauchförmigen oder topfförmigen Blase gegenüber einem Ölraum abgetrennt. Der Ölraum ist direkt oder über eine Drossel oder ein Ventil mit dem Hydrauliksystem verbunden. Über ein an den Speicherraum angeschlossenes Ventil, können zum Prüfen des Gasdrucks oder zum Auffüllen oder Entlasten der Gasfüllung entsprechende Armaturen wie Manometer, Schläuche und Druckgasflaschen angeschlossen werden. Liegt in dem Hydrauliksystem ein Betriebsdruck an, der über dem Fülldruck innerhalb des Gasraumes liegt, so fließt Öl in den Ölraum und verschiebt das Trennelement in die Richtung des Gasraums, wodurch der Ölraum vergrößert, der Gasraum verkleinert und das Gas verdichtet wird, auf einen Druck, der dem Druck des Öls entspricht. Der Hydrospeicher kann somit bei geringem Ölbedarf des Verbrauchers das von der Pumpe gelieferte Öl speichern, um den Druckanstieg im Hydrauliksystem zu verringern, bzw. bei großem Bedarf des Verbrauchers Öl abgeben, um den Druckabfall im Hydrauliksystem zu verringern. Starke Druckschwankungen und Druckspitzen werden dadurch verhindert.
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Bei bekannten Anzeigevorrichtungen hat es sich als nachteilig erwiesen, dass die Anzeigevorrichtung erst vom Anwender durch Entfernen der Kappe aktiviert werden muss, so dass die Gefahr besteht, dass der Anwender bei Nichtbeachtung der Serviceintervalle diese Aktivierung unterlässt und das Schlagwerk mit zu niedrigem Gasfülldruck betrieben wird, wodurch die Leistung des Schlagwerks reduziert wird und Bauteile möglicherweise beschädigt werden.
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Selbst wenn die Anzeigevorrichtung durch Fortlassen der Kappe immer aktiviert wäre und der Verschleiß der Anzeigevorrichtung in Kauf genommen würde, so würde selbst bei zu niedrig eingestelltem Gasfülldruck, der Gasdruck im Betrieb wiederholt den erforderlichen Gasfülldruck überschreiten und die Stange wiederholt aus dem Gehäuse hervortreten, so dass die Markierung, bzw. die Markierungen sichtbar werden, die dann zumindest zeitweise einen ausreichenden Gasfülldruck anzeigen würden. Bei falscher Deutung dieses Signals fällt ein Unterschreiten des erforderlichen Gasfülldrucks nicht auf, das Schlagwerk wird infolge dessen mit zu niedrigem Gasfülldruck betrieben, wodurch die Leistung des Schlagwerks reduziert wird und die Gefahr besteht, dass Bauteile beschädigt werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anzeige vorzusehen, die nicht durch manuelle Handhabung aktiviert werden muss, die eine lange Lebensdauer aufweist und nur dann ein Signal anzeigt, wenn sich der Hydraulikhammer in dem Betriebszustand befindet, in dem sich der Schlagkolben in der Ruhestellung befindet und eine Messung des Gasfülldrucks möglich ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst, wonach erfindungsgemäß eine zweite hydraulikseitige Kammer und eine hydraulikseitige Arbeitsfläche des Kolbens, die dem Anzeigeelement zugewandt ist, mit dem Hydrauliksystem des Schlagwerks derart verbunden ist, dass das Anzeigeelement das Unterschreiten eines kritischen Drucks innerhalb des Druckspeichers durch seine Positionierung signalisiert, wenn eine Druckbeaufschlagung der hydraulikseitigen Arbeitsfläche durch das Hydrauliksystem unterbrochen ist, während eine Schiebbewegung des Kolbens und des Anzeigeelemente blockiert ist, wenn die hydraulikseitige Arbeitsfläche mit dem Druck des Hydrauliksystems beaufschlagt ist.
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Durch eine derartige Ausgestaltung wirkt der Gasdruck auf eine erste (druckspeicherseitige) Fläche eines Kolbens, der vorzugsweise bewegungsfest mit einer Stange verbunden ist, wobei die dadurch wirkende Gaskraft ein Herausfahren der Stange bewirkt. Eine zweite (hydraulikseitige) Fläche des Kolbens, die der ersten Fläche entgegengerichtet ist, ist so mit dem Hydrauliksystem verbunden, dass beim Betrieb des Schlagwerks, der hohe Druck aus der Vorlaufleitung auf der zweiten Fläche ansteht. Da die Flächen so gewählt sind, dass die durch den Öldruck auf den Kolben wirkende Kraft wesentlich höher ist als die aufgrund des Gasdrucks entgegengesetzt wirkende Kraft, kann der Kolben und die Stange nur dann verfahren und das Überschreiten eines bestimmten Gasdrucks anzeigen, wenn das Schlagwerk abgeschaltet ist und der Schlagkolben seine Ruhestellung eingenommen hat, in der auch nur eine Messung des Gasfülldrucks sinnvoll möglich ist.
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Die Lebensdauer der Anzeigekomponenten wird hierdurch erhöht, da der Kolben während des Betriebs des Schlagwerks nicht ständig aufgrund des schwankenden Gasdrucks verfährt. Die Anzeige muss deshalb zur Erhöhung der Lebensdauer auch nicht mechanisch blockiert werden, so dass eine Aktivierung der Vorrichtung durch den Anwender nicht erforderlich ist.
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Ein Signal wird bei Überschreitung des erforderlichen Gasfülldrucks nur dann durch Sichtbarwerden der Stange, bzw. einer auf der Stange angebrachten Markierung ausgelöst, wenn der Hydraulikhammer abgeschaltet ist und der Schlagkolben bspw. seine definierte Ruheposition eingenommen hat, die zum Messen des Gasdrucks erforderlich ist.
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Dadurch, dass die Anzeige während des Betriebs nicht ständig ein Überschreiten eines Gasdruckniveaus anzeigt, sondern nur in einem definierten Betriebszustand, der Ruheposition, das Überschreiten eines voreingestellten Fülldrucks anzeigt, wird dieses Signal vom Bediener wahrgenommen und beachtet.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend sowie in den Unteransprüchen offenbart.
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Nach einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Anzeigeelement eine markierte Stange und der Kolben ist gegen die Kraft einer Feder schiebbeweglich gelagert, die vorzugsweise innerhalb der hydraulikseitigen Kammer des Gehäuses angeordnet ist und zumindest mittelbar ein Kraft auf den Kolben ausübt, die der vom Druck auf die druckspeicherseitige Arbeitsfläche erzeugten Kraft entgegengerichtet ist, so dass die Positionierung der Stange abhängig von dem Druck innerhalb des Druckspeichers ist, wenn eine Druckbeaufschlagung der hydraulikseitigen Arbeitsfläche durch das Hydrauliksystem unterbrochen ist, während eine Schiebbewegung des Anzeigeelementes blockiert ist, wenn die hydraulikseitige Arbeitsfläche mit dem Druck des Hydrauliksystems beaufschlagt ist. Auch bei einer derartigen Ausgestaltung erfolgt eine Bewegung des Kolbens und mithin des Anzeigeelementes ausschließlich dann, wenn das Hydrauliksystem ausgeschaltet ist, so dass nur ein geringer Verschleiß der Anzeigevorrichtung zu beobachten ist. Über die Federkonstanten der Feder kann zudem ein Maß vorgeben werden, das den Rückschluss auf den konkret im Druckspeicher herrschenden Druck erlaubt, da die Feder, die in gleicher Richtung wie der Öldruck eine Kraft auf den Kolben ausübt, eine Rückstellkraft auf den Kolben bewirkt und der durch den Gasdruck erzeugten Kraft eine Gegenkraft entgegenstellt.
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Über die Feder wird erreicht, dass ein Herausfahren der Stange und das Sichtbarwerden einer Markierung erst nach Überschreitung eines von der Federkraft abhängigen Gasfülldrucks erfolgt. Durch einen Verstellmechanismus kann durch Änderung der Federvorspannung der Gasfülldruck, bei dem die Stange herausfährt und eine Markierung sichtbar wird, eingestellt werden.
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Da die Weglänge, die die Stange über das Gehäuse hervorsteht, vom Gasdruck abhängig ist und bis zur Erreichung einer maximalen konstruktiv begrenzten Länge mit zunehmenden Gasdruck zunimmt, muss der Anwender die Weglänge messen oder darauf achten, ob eine oder mehrere auf dem Stößel vorhandene Markierungen sichtbar sind. Das Ablesen der Anzeige ist somit aufwendiger und erfordert Kenntnisse über die Deutung der Weglänge oder der Markierungen.
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Um das Ablesen weiter zu vereinfachen, ist nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Druckspeicher über zwei federbelastete Druckventile mit der druckkammerseitigen Kammer des Gehäuses verbunden ist, wobei die Druckventile parallel und in entgegengesetzter Orientierung angeordnet sind. Dabei ist vorteilhafter Weise die Federkraft der Feder des zuführenden Druckventils derart bemessen, dass das Ventil erst bei Überschreiten des kritischen Drucks öffnet und das Anzeigeelement aus dem Gehäuse hervorsteht, wenn eine Druckbeaufschlagung der hydraulischen Arbeitsfläche durch das Hydrauliksystem unterbrochen ist. Eine Druckbeaufschlagung der hydraulikseitigen Arbeitsfläche bewirkt eine Rückstellung und Blockierung des Kolbens, wobei der Druck innerhalb der druckspeicherseitigen Kammer über das rückführende Druckventil abgeführt wird. Dabei kann das rückführende und/oder zuführende Druckventil als federbelastetes Rückschlagventil ausgebildet sein.
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Durch diese bevorzugten Ausgestaltungen wird der Gasdruck nicht direkt vom Gasraum des Druckspeichers auf die erste Kolbenfläche der Gasdruckanzeige geleitet, sondern erst dann, wenn ein Druckventil, nach Überschreitung eines voreingestellten Druckwertes eine Verbindung des Gasraums mit der Kolbenfläche herstellt, wobei der Eingang des Druckventils mit dem Gasraum und der Ausgang mit der Kolbenfläche verbunden ist. Die erste Kolbenflächen und eine optional verwendete, entgegen der Gaskraft auf den Kolben wirkende Feder sind so ausgelegt, dass der zum Ausfahren der Stange erforderliche auf den Kolben wirkende Gasdruck unterhalb des Druckes liegt, bei dem das Druckventil eine Verbindung zwischen dem Gasraum und er ersten Kolbenfläche herstellt. Über ein zweites Druckventil, das ebenfalls den Gasraum mit der ersten Kolbenfläche verbindet, welches jedoch entgegengesetzt angeordnet ist, so dass der Eingang des zweiten Druckventils mit der ersten Kolbenfläche und der Ausgang mit dem Gasraum verbunden ist, kann Gas von der ersten Kolbenfläche zurück in den Gasraum strömen, wenn der Kolben und die Stange eingefahren werden. Als Druckventile können bspw. federvorgespannte Rückschlagventile, Druckbegrenzungsventile oder Druckzuschaltventile verwendet werden.
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Eine zweite Kolbenfläche, die der ersten entgegengerichtet ist, ist so mit dem Hydrauliksystem verbunden, dass beim Betrieb des Schlagwerks, der hohe Druck aus der Vorlaufleitung auf der zweiten Fläche ansteht. Da die Flächen so gewählt sind, dass die durch den Öldruck auf den Kolben wirkende Kraft wesentlich höher ist als die aufgrund des Gasdrucks entgegengesetzt wirkende Kraft, kann der Kolben und die Stange nur dann verfahren und das Überschreiten eines bestimmten Gasdrucks anzeigen, wenn das Schlagwerk abgeschaltet ist und der Schlagkolben seine Ruhestellung eingenommen hat, in der auch nur eine Messung des Gasfülldrucks sinnvoll möglich ist.
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Die Wirksamkeit der Anzeige wird erhöht, da der Anwender nur auf ein eindeutig dargestelltes Signal achten muss und nicht den Weg, den die Stange aus dem Gehäuse hervorsteht, bestimmen und deuten muss. Wenn bei horizontal liegendem oder nicht am Material anliegenden Meißel und abgeschaltetem Schlagwerk der Druck in dem Gasraum den an dem ersten Druckventil eingestellten Öffnungsdruck erreicht, wird Gas auf die erste Kolbenfläche der Anzeige geleitet. Da die mit der Vorlaufleitung verbundene zweite Kolbenfläche drucklos ist, wirken einer Verschiebung des Kolbens und der Stange nur die Kraft einer optional vorhandenen Feder und Reibungskräfte entgegen. Der Druck des über das Ventil vom Gasraum auf die Kolbenfläche geleiteten Gases reicht aus, um den Kolben und die Stange um ihre konstruktiv maximal möglichen Wege zu verschieben, so dass die Stange um ihr maximal möglichen Weg aus dem Gehäuse herausfährt und für den Anwender deutlich sichtbar wird. Die Stange nimmt keine vom Gasdruck abhängigen Zwischenstellungen mehr ein, sondern ist entweder komplett herausgefahren oder komplett eingefahren.
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Die Stange kann nur dann aus dem Gehäuse herausfahren, wenn der Hydraulikhammer nicht betrieben wird, die Vorlaufleitung nicht unter Betriebsdruck steht und der Schlagkolben seine zur Messung des Gasdrucks erforderliche Ruhestellung eingenommen hat, so dass die Anzeige während des Betriebs des Schlagwerks keine falschen Signale liefert.
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Der Kolben der Anzeigevorrichtung kann ohne Feder ausgeführt werden, da die Rückstellung über den Öldruck erfolgt. Gerade bei Schlagwerken, die hohen mechanischen Beschleunigungen ausgesetzt sind, können Beschädigungen an Federn auftreten. Die Druckventile besitzen zwar auch Federn, jedoch sind diese wesentlich kleiner ausgeführt als die Federn die für die Rückstellung des Kolbens erforderlich wären und sind dadurch nicht so anfällig gegen Beschädigungen.
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Schließlich ist nach einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Druckspeicher über ein Druckzuschaltventil mit der druckspeicherseitigen Kammer des Gehäuses verbunden ist, wobei eine parallele Rücklaufleitung ein federbelastetes Rückschlagventil besitzt.
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Konkrete Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der 1, 2a und 2b erläutert, die schematische Darstellungen eines hydraulischen Schlagwerks zeigen.
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Hydraulisch betriebene Schlagwerke 1 werden in Anbaugeräten wie Hydraulikhämmern, Bohrhämmern, etc. eingesetzt, wobei die Anbaugeräte an Trägergeräte wie bspw. Mobilbagger angebaut werden und mit deren Hydrauliksystem 2 über eine Druckleitung 3 und eine Rücklaufleitung 4 verbunden sind. Auf dem Trägergerät ist ein Schaltventil vorhanden, welches die Verbindung zwischen der Pumpe des Trägergerätes und dem Druckanschluss des Schlagwerks und zwischen dem Tank des Trägergerätes und dem Rücklaufanschluss trennen oder verbinden kann, um das Schlagwerk ab- oder einzuschalten.
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Schlagwerke weisen einen Schlagkolben 5 auf, der eine oder mehrere hydraulische Antriebsflächen 6, 7 aufweist, von denen mindestens eine über ein zum Schlagwerk gehörendes Ventil 8 wechselweise so mit einer einen niedrigen Druck aufweisenden Rücklaufleitung zum Tank 9 des Trägergerätes oder über eine einen hohen Druck aufweisende Druckleitung mit der Pumpe 10 des Trägergerätes verbunden werden kann, dass der Schlagkolben hin- und hergehende Bewegungen entlang seiner Längsachse ausführt. Am Ende seiner Bewegung in einer Bewegungsrichtung trifft der Schlagkolben im normalen Betrieb auf ein Werkzeug 11, wobei das Werkzeug ein Meißel, ein Bohrgestänge, ein Adapter zum Eintreiben von Pfählen oder Rohren oder ein zwischen dem Schlagkolben und dem Werkzeug angeordneter Amboss ist.
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Hydraulisch betriebene Schlagwerke weisen teilweise einen Druckspeicher in Form eines Kolbenspeichers 12 auf, um Bewegungsenergie des Schlagkolbens zu speichern. Das dem Werkzeug entgegengesetzte obere zylindrische Ende 13 des Schlagkolbens ragt in einen mit Gas gefüllten Gasraum 14 des Druckspeichers hinein, wobei eine an dem Kolbenende anliegende nicht dargestellte Dichtung, einen Austritt des Gases entlang des Schlagkolbens verhindert.
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Bewegt sind der Kolben im Rückhub in Richtung auf den Gasraum zu, so verdrängt das Kolbenende Gas innerhalb des Gasraumes, der sich somit verkleinert, was zu einer Erhöhung des Gasdrucks führt. Das Gas übt eine Kraft auf das Kolbenende aus, welche mit Verringerung des Gasvolumens ansteigt. Diese Kraft wird genutzt, um den Kolben in einer Bewegungsrichtung auf das Werkzeug hin zu beschleunigen. Währen des Betriebs ergeben sich drei charakteristische Kolbenpositionen, denen jeweils ein Gasdruck zugeordnet werden kann. Wird beispielsweise ein ein Schlagwerk aufweisender Hydraulikhammer angehoben oder waagerecht hingelegt, so befindet sich sein Schlagkolben in der untersten Position der Ruheposition, in der der Schlagkolben an einem Kolbenanschlag 16 des Schlagwerkgehäuses anliegt und in welcher der Gasdruck im Kolbenspeicher seinen niedrigsten Wert annimmt. Jedes Mal, wenn die Bearbeitung eines Stücks Material mit einem Hydraulikhammer beendet ist und der Betrieb des Schlagwerks gestoppt wird um den Meißel 11 auf ein anderes Stück Material 100 zu positionieren, nimmt der Schlagkolben diese Ruhestellung ein. Wird der Meißel, wie in 1 dargestellt, mit seiner Spitze gegen Material gedrückt, so wird der Meißel soweit in das Gehäuse des Schlagwerks gedrückt, bis er an einem Anschlag 15 gestoppt wird. Dabei wird der Schlagkolben ebenfalls in Rückhubrichtung nach oben, in Richtung des Gasraumes gedrückt und nimmt die Aufschlagposition ein, der Gasdruck im Kolbenspeicher nimmt einen im Vergleich zur Ruheposition höheren Wert ein. Bei eingeschaltetem Schlagwerk wird der Schlagkolben nun hydraulisch weiter in Rückhubrichtung bewegt, bis er seinen oberen Umkehrpunkt erreicht, in dem der Gasdruck seinen höchsten Wert annimmt, wobei die Position im oberen Umkehrpunkt von den Einsatzbedingungen des Schlagwerks und dem Betriebsdruck sowie dem Gasfülldruck in dem Kolbenspeicher abhängig ist und geringfügig variieren kann.
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Das in 1 dargestellte Schlagwerk weist eine Gasdruckanzeigevorrichtung 20 auf, die aus einem in einem mit einer Bohrung 21 versehenen Gehäuse beweglich geführten Kolben 22 besteht, einer mit dem Kolben 22 bewegungsfest verbundenen Stange 23 und einer Feder 24. Durch den Kolben 22 wird die Bohrung 21 in zwei Kammern unterteilt, in denen sich jeweils eine Kolbenfläche 25, 26 befindet. Eine erste Kolbenfläche 25 ist über eine Leitung 27 mit dem Gasraum 14 des Druckspeichers 12 verbunden, so dass der in dem Gasraum anstehende Gasdruck auf die Kolbenfläche 25 wirkt und eine Kraft auf den Kolben 22 ausübt, die in Richtung auf die Gehäuseoberfläche 29 zu wirkt. Eine zweite Kolbenfläche 26 ist über eine Leitung 28 mit der Druckleitung verbunden, die das Schlagwerk mit der Pumpe 10 des Hydrauliksystems 2 des Trägergerätes verbindet, so dass beim Betrieb des Schlagwerks, der in der Druckleitung anstehende Öldruck auf die zweite Kolbenfläche wirkt und eine Ölkraft ausübt, die der durch den Gasdruck erzeugten Gaskraft entgegengerichtet ist. Eine Feder 24 wirkt in gleicher Richtung wie die durch das Öl erzeugte Ölkraft.
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Ist das Schlagwerk nicht in Betrieb, die Druckleitung und somit die zweite Kolbenfläche nicht mit hohem Öldruck beaufschlagt, so wirkt die durch den auf die erste Kolbenfläche wirkende Gasdruck erzeugte Gaskraft der Federkraft entgegen. Befindet sich der Schlagkolben 5 in der in 2a dargestellten Position, in der er an dem unteren Kolbenanschlag 16 anliegt so nimmt der Gasdruck seinen niedrigsten Wert ein. In dieser definierten und konstruktiv festgelegten Position soll der Gasfülldruck des Kolbenspeichers gemessen und ggf. eingestellt werden. Der Flächeninhalt der ersten Fläche und die Feder sind so ausgelegt, dass bei richtig eingestelltem Gasfülldruck, d.h. wenn der erforderliche Gasfülldruck erreicht oder überschritten ist, der Kolben und somit die Stange um ein vorbestimmtes Maß X über die als Strich-Punkt Linie dargestellte Gehäuseoberfläche 29 der Druckanzeige hervorsteht und für den Anwender sichtbar ist. Durch Änderung der Vorspannung der Feder kann der Wert des Druckes, bei dem der Kolben nach rechts verschoben wird und die Stange aus dem Gehäuse hervorsteht, beeinflusst werden. Je höher der Gasdruck ist, desto weiter werden Kolben und Stange nach rechts verschoben und die Feder verkürzt, wodurch die Feder eine zunehmende Gegenkraft erzeugt. Auf der Stange können eine oder mehrere, in der Figur nicht dargestellte Markierungen aufgebracht sein, um einen bestimmten Gasdruck oder Gasdruckbereich zu kennzeichnen.
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Wird dem Schlagwerk zum Betrieb unter Druck stehendes Öl zugeführt, so wirkt dieser Druck, der höher als der Gasdruck ist, auf die zweite Kolbenfläche und übt eine der Gaskraft entgegengerichtete Ölkraft auf den Kolben aus, die den Kolben und die Stange nach links in ihre Ruhestellungen verschiebt, bis die Stange komplett in das Gehäuse eingefahren ist.
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Die Flächeninhalte der Flächen 25, 26 sind so ausgelegt, dass während des Betriebs des Schlagwerks, wenn sich das obere Kolbenende des Schlagkolbens in den Gasraum hinein bewegt und der Gasdruck über das Niveau des Gasfülldrucks ansteigt, die Ölkraft den Kolben weiterhin in seiner Ruhestellung hält. Dadurch zeigt die Druckanzeige nur dann das Erreichen oder Überschreiten eines vorgegebenen Gasfülldrucks an, wenn das Schlagwerk ausgeschaltet ist und dadurch der Schlagkolben in seine Ruhestellung verfahren wird, in der der Gasdruck eindeutig gemessen werden kann. Weiterhin bewirkt die Druckbeaufschlagung der zweiten Fläche während des Betriebs des Schlagwerks, dass Kolben und Stange nicht durch den von der Schlagkolbenposition abhängigen und schwankenden Gasdruck ständig bewegt werden. Dadurch wird die Wahrnehmbarkeit des Signals der Anzeige erhöht und der Verschleiß verringert.
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Die Ausführung der in 2a dargestellten Gasdruckanzeigevorrichtung 30 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten dadurch, dass der Raum, in dem sich die erste Kolbenfläche 25 befindet nicht direkt an den Gasraum 14 des Druckspeichers 12 angeschlossen ist, sondern über zwei Rückschlagventil 31, 32 mit diesem verbunden ist. Die Rückschlagventile sind so angeordnet, dass über ein erstes Rückschlagventil 31 Gas vom Druckspeicher zur Fläche 25 strömen kann, jedoch nicht in umgekehrter Richtung und über ein zweites Rückschlagventil 32 Gas nur von der Fläche 25 zurück zum Gasraum 14 strömen kann, aber nicht in umgekehrter Richtung. Beide Rückschlagventile weisen jeweils eine Feder 33, 34 auf, deren Federkraft bestimmt, bei welchen Druck das Ventil öffnet und Gas über das Ventil strömen lässt. Die Feder 33 des Rückschlagventils 31 ist so ausgelegt, dass das Rückschlagventil erst dann öffnet, wenn der erforderliche Gasfülldruck im Gasraum erreicht oder überschritten wird, wodurch erst dann der Gasdruck auf die Fläche 25 des Kolbens 22 einwirken kann. Ist die Druckleitung und somit der Raum in dem sich die Kolbenfläche 26 befindet dabei drucklos, da das Schlagwerk beispielswiese zum Positionieren auf ein anderes Stück Material abgeschaltet und umgesetzt wird, wodurch der Schlagkolben in seine zur Gasdruckmessung erforderlichen Ruhestellung verschoben wird, so bewirkt ein Gasdruck im Bereich des erforderlichen Gasdrucks eine Verschiebung des Kolbens 22 und der an ihm befestigten Stange 23. Der im Kolbenspeicher anstehende Gasdruck sorgt bei abgeschaltetem Schlagwerk und druckloser Druckleitung dafür, dass der Schlagkoben in seine Ruheposition verschoben wird. Im Gegensatz zur Ausführung nach 1 wirkt keine dem Gasdruck entgegengerichtete Feder auf den Kolben, weshalb der nach Öffnen des Rückschlagventils 31 auf die Fläche 25 wirkende Gasdruck bewirkt, dass sich Kolben und Stange um ihren maximalen, konstruktiv möglichen Weg nach rechts verschieben und die Stange deutlich sichtbar über die Gehäusefläche 29 hervorsteht.
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Der Anwender braucht nicht zu überprüfen, wie weit die Stange über das Gehäuse hervorsteht oder ob eine Markierung sichtbar ist, da die Stange der Anzeigevorrichtung nur zwei eindeutige Anzeigepositionen einnimmt, die komplett eingefahrene Stellung und die ausgefahrene Stellung. Über die Vorspannung der Feder 33 kann der Gasdruckwert, dessen Erreichen oder Überschreiten die Anzeigevorrichtung anzeigen soll, voreingestellt werden. Wird das Schlagwerk eingeschaltet und wird der Öldruck aus der Vorlaufleitung auf die Kolbenfläche 26 geleitet, so ist die durch das Öl erzeugte Kraft wesentlich größer als die durch das Gas erzeugte Kraft, wodurch eine resultierende Rückstellkraft auf den Kolben wirkt, die ihn in Ruhestellung zurückstellt, in der die Stange nicht mehr über die Gehäuseoberfläche 29 hervor steht. Da der Öffnungsdruck des Rückschlagventils 32 durch entsprechende Auslegung der Feder 34 niedrig und deutlich unterhalb des Öffnungsdrucks des Rückschlagventils 31 liegt, wird das in dem Raum, in dem die Fläche 25 angeordnet ist, befindliche Gas über das Rückschlagventil 32 zurück in den Gasraum gefördert.
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Die Ausführung der in 2b dargestellten Gasdruckanzeigevorrichtung 40 unterscheidet sich von der in 2a dargestellten dadurch, dass anstelle eines Rückschlagventils, ein Druckventil in Form eines Druckzuschaltventils 38 verwendet wird, das bei Öffnung Gas vom Gasraum 14 zur Kolbenfläche 25 strömen lässt. Dargestellt ist das Ventil in geöffneter Stellung, die das Ventil einnimmt, wenn der Gasdruck im Gasraum einen Wert angenommen hat, der über dem Öffnungsdruck des Ventils liegt, wobei der Öffnungsdruck über die Vorspannung einer Feder 39 voreingestellt werden kann. Weiterhin unterscheidet sich die Gasdruckanzeigevorrichtung von der Ausführung nach 2a durch eine Feder 24, die im Vergleich zur Gaskraft durch die druckbeaufschlagte Fläche 25 nur eine geringe Rückstellkraft auf den Kolben ausübt. Diese Feder ist nicht zwingend erforderlich, kann aber zur Kompensierung von Strömungsverlusten oder Reibungskräften, wie sie an nicht dargestellten optionalen Dichtungen auftreten können, dienen. Dichtungen können zwischen der Stange 23 und dem Gehäuse der Druckanzeigevorrichtung und an dem Kolben 22 angeordnet sein. Durch diese Dichtungen wir verhindert, dass Gas von der Fläche 25 zur Fläche 26 strömt oder Öl von der Fläche 26 zur Gehäuseoberfläche 29 und somit in die Atmosphäre austritt.
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Die Gasdruckanzeigevorrichtung kann direkt an dem Gehäuse des Schlagwerks oder an einem mit dem Gehäuse des Schlagwerks verbundenen Bauteil wie einem Ventilblock oder an dem das Schlagwerk umgebenden Aufnahmegehäuse angeordnet werden.
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Der Gasraum oder die mit dem Gasraum des Speichers verbundenen Bauteile der Gasdruckanzeigevorrichtung können mit Ventilen und Anschlussmöglichkeiten versehen werden, um zusätzlich ein Manometer oder andere Druckanzeigevorrichtungen zur Bestimmung des Gasdrucks anzuschließen oder um den Gasdruck durch Ableiten des Gases zu reduzieren, zu entlasten ober durch Zuführung von Gas in den Gasraum zu erhöhen. Diese Ventile und Anschlüsse sind in den Ausführungsbeispielen nicht dargestellt, sind aber aus bekannten Füll- und Prüfvorrichtungen für Druckspeicher von Schlagwerken bekannt.
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Die Stange kann mit mehreren Markierungen versehen sein, die unterschiedliche Gasdrücke kennzeichnen.
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Da sich der Gasdruck bei konstantem Volumen mit sich ändernder Gastemperatur ebenfalls ändert, können mehrere Markierungen auf der Stange vorhanden sein, die das Erreichen des Sollgasdrucks bei verschiedenen Temperaturen kennzeichnen. Dadurch kann der Gasdruck auch bei von einer vorgegebenen einzuhaltenden Messtemperatur abweichenden Gastemperaturen angezeigt werden.
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Die Position der Stange des Kolbens kann über elektronische Bauteile erfasst werden, um über eine elektrische Signalweiterleitung ein Signal an anderen Stellen, bspw. auf dem Trägergerät auszulösen oder in die hydraulische Steuerung des Schlagwerks einzugreifen, indem bei Unterschreitung des Sollgasdrucks, die Hydraulikversorgung des Schlagwerks unterbrochen oder der Betrieb des Schlagwerks durch Eingriff in die hydraulische Steuerung unterbrochen wird.
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Entgegen der zuvor beschriebenen Ausführungen, in der die Stange in der rechten Endposition des Kolbens komplett in das Gehäuse eingefahren ist und nicht für den Anwender sichtbar ist, kann die Anzeige auch so ausgeführt werden, dass in dieser Endposition ein Teil der Stange über die Gehäusefläche hervorsteht, dieser Teil jedoch durch eine Markierung so gekennzeichnet ist, dass es sich von dem Bereich der Stange deutlich unterscheidet, der zusätzlich sichtbar wird, wenn der Kolben und die Stange in Richtung der anderen Endposition, nach rechts bewegt werden.
