DE102021126279A1

DE102021126279A1 - Maschinenmeißel, Haltevorrichtung, Abtragsystem und Verfahren

Info

Publication number: DE102021126279A1
Application number: DE102021126279.8A
Authority: DE
Inventors: Jörg Bretschneider; Taras Shepel; Serdar Yasar
Original assignee: Technische Universitaet Bergakademie Freiberg
Current assignee: Rockfeel De GmbH
Priority date: 2021-10-11
Filing date: 2021-10-11
Publication date: 2023-04-13
Also published as: WO2023061924A1

Abstract

Ein Maschinenmeißel (100), eine Haltevorrichtung (300), ein Abtragsystem (600) und Verfahren werden bereitgestellt, wobei der Maschinenmeißel (100) aufweisen kann: eine Meißelspitze (102); einen Schaft (104), der sich von der Meißelspitze weg entlang einer Längsachse (107) des Maschinenmeißels erstreckt; und einen Referenzkörper (106), der zumindest einen sensorisch erfassbaren Maßstab (112) aus einem magnetisierbaren Material aufweist; wobei der Referenzkörper, der Schaft und die Meißelspitze starr miteinander verbunden sind. Die Haltevorrichtung (300) kann aufweisen: einen Meißelhalter (302) mit einer Öffnung (316) zum Aufnehmen eines Maschinenmeißels; eine Arretierungsvorrichtung (202, 402), welche eingerichtet ist, mit dem in der Öffnung aufgenommenen Maschinenmeißel einen Formschluss zu bilden, der eine Bewegung des Maschinenmeißels begrenzt; einen Aufnahmebereich (320) zum Aufnehmen eines Abschnitts des Maschinenmeißels, wobei der Aufnahmebereich zu der Öffnung hin freiliegt; und zumindest einen Sensor (306), welcher an dem Aufnahmebereich angeordnet ist und eingerichtet ist, den in den Aufnahmebereich hinein erstreckten Abschnitt berührungslos zu erfassen.

Description

Verschiedene Ausführungsbeispiele betreffen einen Maschinenmeißel, eine Haltevorrichtung, ein Abtragsystem und ein Verfahren, z.B. ein Verfahren einen Maschinenmeißel betreffend.
Im Rahmen der Rohstoffproduktion im Bergbau ist die Bedeutung kleinerer Lagerstätten für zahlreiche Wertminerale gestiegen, da vergleichsweise große Lagerstätten erschöpft und/oder schwerer aufzufinden sind. Hierbei kann eine selektive Gewinnung des jeweiligen Minerals wünschenswert sein, also Verfahren die darauf abzielen, dass das Mineral möglichst gering verdünnt durch Begleitminerale (z.B. Gangminerale, Einschlüsse und/oder Taubgestein) abgebaut wird. Dadurch wird der Aufwand bei der nachfolgenden Aufbereitung der Rohminerale (z.B. beim Transport, bei der Zerkleinerung, bei der mechanischen und chemischen Abscheidung der Wertstoffe) und bei der Aufhaldung von Reststoffen reduziert. Gleichzeitig kann die selektive Gewinnung selbst aufwendiger sein als herkömmliche Gewinnungsverfahren wie Bohren und Sprengen. Sofern die selektive Gewinnung in der Gesamtbilanz Stoffströme und Energieaufwände verringert, führt sie zu einem sowohl nachhaltigeren als auch wirtschaftlicheren Bergbau und verringert Umweltschädigungen.
Ein selektiver Abbau von Mineralien kann von einem Bediener einer Gesteinsabbaumaschine manuell realisiert werden, wobei sich der Bediener herkömmlicherweise auf visuelle Informationen bezüglich der abgebauten Gesteine und gegebenenfalls auf zuvor erhobene Informationen aus Bohrdaten (auch als Erkundungsbohrungen bezeichnet), Stoßinspektionen und/oder Ortsbrust-Kartierungen stützt. Allerdings führen Wasser, abgebautes Material (auch als Haufwerk bezeichnet) oder die beim Gesteinsabbau erzeugte Staubentwicklung häufig zu einer eingeschränkten Sicht des Bedieners, so dass Änderungen des Verlaufs oder der Beschaffenheit der wertmineralhaltigen Erzkörper nicht kontinuierlich verfolgt werden können. Der Abbauprozess muss daher regelmäßig unterbrochen werden, um den Stoß visuell zu inspizieren, sobald sich beispielsweise der Staub gelegt hat. Dies führt zu einem erheblichen Zeitaufwand, einer geringeren Abbauleistung und damit höheren Mineralgewinnungskosten. Da während des Gesteinsabbaus keine aktuellen Informationen vorliegen, ist eine unmittelbare Prozesskontrolle des selektiven Abbaus zwischen den Stoßinspektionen nicht möglich. Dies führt zu einem erhöhten Anteil von Begleitmineralen im abgebauten Roherz und entsprechend hohen Aufwendungen für die nachfolgende Aufbereitung, wie voranstehend beschrieben. Auch die genannten Erkundungsbohrungen, Stoßinspektionen und/oder Ortsbrust-Kartierungen erfordern eine Unterbrechung des Gesteinsabbaus und erhöhen damit den Zeitaufwand. Ähneln sich Wertmineral und Taubgestein optisch, so kann auch die visuelle Inspektion (z.B. Untertage) nur bedingt Informationen liefern. Ferner ist der Zugewinn durch eine visuelle Inspektion des Stoßes sehr stark von den Fähigkeiten und Erfahrungen des Bedieners abhängig und benötigt daher erfahrenes Personal.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wurde erkannt, dass ein selektiver Abtrag von Material (z.B. Gesteinsabbau) signifikant verbessert werden kann, wenn im fortlaufenden Prozess Informationen über das abgetragene bzw. abzutragende Material bereitgestellt werden, auch wenn die Sicht des Bedieners auf die Ortsbrust eingeschränkt ist. Hierbei wurde erkannt, dass sich solche Informationen besser gewinnen lassen, indem Parameter des Maschinenmeißels, welcher von der Abbaumaschine (z.B. Gesteinsabbaumaschinen) zum Abtragen des Materials verwendet wird, unmittelbar sensorisch erfasst werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können Bewegungen des Maschinenmeißels relativ zu dem Meißelhalter während des Abtragens sensorisch erfasst und basierend darauf Informationen bezüglich des abgetragenen bzw. abzutragenden Materials (z.B. eine Art und/oder physikalische Eigenschaften, wie beispielsweise eine Härte, des Materials) ermittelt werden. Dies verbessert die Datenlage und damit die Steuerung der Materialabtragmaschine (z.B. Gesteinsabbaumaschine) derart, dass ein selektiver Materialabtrag (z.B. Gesteinsabbau) verbessert wird und erfordert ferner keine Unterbrechungen des Abtragens zum Zweck der visuellen Überwachung. Anschaulich kann ein selektiver Materialabtrag mit geringer Verdünnung unabhängig von einer Staubentwicklung oder Verdeckung durch bereits gewonnenes Material (Haufwerk) auch dann realisiert werden, wenn sich der Verlauf oder die Konsistenz des Erzkörpers räumlich verändert. Die obenerwähnten Informationen bezüglich des abgetragenen bzw. abzutragenden Materials können mittels der hierin beschriebenen Ausführungsformen zudem unabhängig von den Fähigkeiten und Erfahrungen des Bedieners und auch ganz ohne einen unmittelbaren Bediener (z.B. bei einer autonom arbeitenden Gewinnungsmaschine) ermittelt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen werden ein Maschinenmeißel, eine Haltevorrichtung, ein Abtragsystem und ein Verfahren bereitgestellt, welche einen selektiven Materialabtrag (z.B. beim Gesteinsabbau, Tiefbau, Hochbau, Tunnelbau, Abbruch, etc.) verbessern, und es beispielsweise dadurch ermöglichen, die Effizienz eines Abtragsystems bzw. eines Abtragprozesses zu erhöhen und damit Betriebskosten zu verringern. Zum Beispiel im Gesteinsabbau führt der verbesserte selektive Gesteinsabbau auch zu einem verringerten Aufwand (und damit Kosten) einer Aufbereitung des abgebauten Gesteins.
Anschaulich wurde erkannt, dass ein Maschinenmeißel mit einem sensorisch erfassbaren Maßstab es ermöglicht, eine mechanische Anregung des Maschinenmeißels (z.B. Bewegungen des gesamten Maschinenmeißels oder zumindest eines Teils dessen aufweisend) zu erfassen, und dass diese direkt von dem abzutragenden Material abhängig ist und somit Rückschlüsse auf Eigenschaften des abzutragenden Materials ermöglicht. Diese Anregung des Maschinenmeißels kann durch die beim Materialabtragen erzeugte Gegenkraft, aber auch zum Zweck der Wartung und Prüfung separat davon hervorgerufen werden.
Gemäß einer ersten exemplarischen Implementierung kann der Maschinenmeißel (z.B. ein Rundschaftmeißel) mit Spiel in einer Haltevorrichtung aufgenommen sein, wobei die Bewegung des gesamten Maschinenmeißels in der Haltevorrichtung innerhalb des Spiels erfasst wird, beispielsweise um darauf basierend Informationen bezüglich des abgetragenen Materials zu ermitteln. Gemäß dieser oder einer dazu alternativen zweiten exemplarischen Implementierung kann die Verformung des Maschinenmeißels (z.B. eine dadurch verursachte Bewegung des Meißelkopfes) erfasst werden, vorzugsweise wenn der Maschinenmeißel (z.B. ein Flachmeißel) starr an der Haltevorrichtung befestigt ist, beispielsweise um darauf basierend Informationen bezüglich des abgetragenen Materials zu ermitteln.
Es zeigen

1A bis 1H jeweils einen Maschinenmeißel 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
2A eine Abtragvorrichtung 200 bestehend aus einem Maschinenmeißel 100 und einer Haltevorrichtung 300 gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
2B bis 2U jeweils verschiedene Komponenten der in 2A gezeigten Abtragvorrichtung 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen, welche selbstverständlich auch als einzelne Baugruppe separat von der Abtragvorrichtung 200 bereitgestellt werden können;
3A bis 3C jeweils eine Haltevorrichtung 300 gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
3D eine Datenverarbeitungsvorrichtung 330 gemäß verschiedenen Ausführungsformen; und
4A eine Arretierungsvorrichtung 202 ersten Typs gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
4B eine Abtragvorrichtung 200 mit einer Arretierungsvorrichtung 402 zweiten Typs gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
5A bis 5E Aspekte eines Prozesses eines Materialabtragens;
6A bis 6C jeweils ein Abtragsystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen;
7 bis 11 jeweils ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß verschiedenen Ausführungsformen.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Verschiedene Ausführungsbeispiele betreffen einen Maschinenmeißel. Ein Maschinenmeißel, wie hierin verwendet, kann als Werkzeug verstanden werden, welches aus starr miteinander (z.B. stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig) verbundenen Komponenten bestehen kann. Der Maschinenmeißel kann entlang einer Längsachse längserstreckt (z.B. von seiner Rückseite zu seiner Vorderseite) sein. Der Maschinenmeißel kann eine Meißelspitze aufweisen (anschaulich auf der Vorderseite), durch welche hindurch beispielsweise die Längsachse des Maschinenmeißels verlaufen kann. Die Meißelspitze bildet beispielsweise den vorderseitigen Rand des Meißels und kann eine sich zur Vorderseite hin verjüngende (z.B. konische) Form aufweisen.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird Richtungsterminologie verwendet, wie „entlang“, parallel", „quer“, etc. Es wird verstanden, dass sich diese Begriffe auf Vorzugsrichtungen beziehen, wie beispielsweise einer Längserstreckung oder einer Kontur einer Struktur oder eines Körpers. Zum Beispiel kann sich eine Struktur (z.B. eine Vertiefung) entlang eines Pfades erstrecken mit der Längserstreckung des Pfades als Vorzugsrichtung. Die Richtungsterminologie kann hierbei angeben, wie die Vorzugsrichtung (z.B. entlang des Pfades) bezüglich der Vorzugsrichtung einer anderen Struktur oder bezüglich einer Achse (z.B. der Längsachse) ausgerichtet ist. Folglich beschreibt die Richtungsterminologie eine Lagebeziehung. Eine räumliche Lage kann hierbei sowohl einen Ort (z.B. in dem Koordinatensystem 101, 103, 105) als auch eine Orientierung beschreiben.
Zwei oder mehr der Komponenten des Maschinenmeißels können optional Teil eines monolithischen Körpers sein, z.B. aus einem Stück gefertigt sein. Beispiele für die Komponenten des Maschinenmeißels weisen auf: einen Schaft (auch als Meißelschaft bezeichnet) und einen Meißelkopf. Der Meißelkopf und/oder der Meißelschaft können beispielsweise Rotationskörper sein.
Der Meißelkopf kann eine Meißelspitze aufweisen (anschaulich auf der Vorderseite des Maschinenmeißels) und kann auf seiner der Meißelspitze gegenüberliegenden Seite bzw. der Rückseite des Maschinenmeißels zugewandten Seite mit dem Schaft (der sich Richtung der Rückseite erstreckt) verbunden sein, z.B. stoffschlüssig. Der Meißelkopf kann alternativ oder zusätzlich einen Kragen (auch als Meißelkragen bezeichnet) aufweisen, der von der Meißelspitze und/oder dem Meißelschaft hervorsteht.
Optional kann der Meißelkopf einen Meißelstift aufweisen, welcher die Meißelspitze aufweist. Der Meißelstift weist vorzugsweise eine größere Härte auf als der Meißelkragen und/oder als der Meißelschaft. Der Meißelstift kann beispielsweise in dem Meißelkragen eingebettet, z.B. eingepresst sein. Der Meißelstift kann kegelförmig, parabelförmig oder abgestuft sein.
Der Meißelstift kann beispielsweise keramisch sein oder zumindest eine Keramik (z.B. ein Karbid, wie beispielsweise Wolframkarbid, und/oder Nitrid) aufweisen oder daraus hergestellt sein. Der Meißelkragen und/oder der Meißelschaft können metallisch sein oder zumindest ein Metall, z.B. Stahl, aufweisen oder daraus hergestellt sein.
Eine starre Verbindung, wie hierin verwendet, kann verstanden werden als gelenkfreie Verbindung, z.B. alle Freiheitsgrade blockierend. Zwei miteinander starr verbundene geometrische Objekte (z.B. Körper bzw. Abschnitte) können ortsfest relativ zueinander eingerichtet sein und alle darauf wirkenden Kräfte vollständig miteinander austauschen. Eine starre Verbindung ist eine Verbindung, mit der die geometrischen Objekte während ihrer Bewegung fest und ortsfest relativ zueinander miteinander verbunden bleiben. Beispielsweise kann eine starre Verbindung aufweisen: eine stoffschlüssige Verbindung, eine kraftschlüssige (z.B. mittels Einpressens oder Aufschrumpfens hergestellte) Verbindung, und/oder eine (z.B. alle Freiheitsgrade blockierende) formschlüssige (z.B. mittels Verschraubens und/oder Einrastens hergestellte) Verbindung.
Ein magnetisierbares Material (auch als Magnetmaterial bezeichnet) kann hierin verstanden werden als ein Material, das eine magnetische Permeabilitätszahl von deutlich mehr als 1 aufweist, z.B. Ferrite mit 4 bis 15.000, Kobalt mit 80 bis 200 oder Eisen mit 300 bis 10.000. Das Magnetmaterial kann beispielsweise ferromagnetisch, antiferromagnetisch oder ferrimagnetisch sein. Das Magnetmaterial kann beispielsweise hartmagnetisches Magnetmaterial und/oder weichmagnetisches Magnetmaterial aufweisen oder daraus gebildet sein. Das Magnetmaterial kann eine magnetische Polarisierung, z.B. eine Magnetisierung, aufweisen, so dass mittels des Magnetmaterials ein Dipol bereitgestellt ist. Als unmagnetisches Material (auch als nichtmagnetisierbares Material bezeichnet) kann hierin ein Material verstanden werden, das eine magnetische Permeabilität von ungefähr 1 aufweist (z.B. ein paramagnetisches oder auch ein leicht diamagnetisches Material wie Kupfer), z.B. in einem Bereich von ungefähr 0,9 bis ungefähr 5, z.B. in einem Bereich von ungefähr 0,9 bis ungefähr 1,1.
Das hartmagnetische Magnetmaterial kann eine Koerzitivfeldstärke größer als ungefähr 500 Kiloampere pro Meter (kA/m) aufweisen, z.B. größer als ungefähr 1000 kA/m.
Das hartmagnetische Magnetmaterial (auch als dauermagnetisches Magnetmaterial bezeichnet) kann beispielsweise einen oder mehr als einen Permanentmagneten (auch als Dauermagnet bezeichnet) aufweisen oder daraus gebildet sein. Als Permanentmagnet (auch als permanentmagnetischer Polkörper bezeichnet) kann ein Körper aus einem hartmagnetischen Magnetmaterial verstanden werden. Das hartmagnetische Magnetmaterial kann beispielsweise eine chemische Verbindung und/oder eine Legierung aufweisen.
Das hartmagnetische Magnetmaterial kann Eisen, Cobalt und/oder Nickel aufweisen (z.B. ein Ferrit). Das hartmagnetische Magnetmaterial kann ein Seltenerdmetall (wie z.B. Neodym, Samarium, Praseodym, Dysprosium, Terbium und/oder Gadolinium), Eisen, Kobalt und/oder Nickel aufweisen oder daraus gebildet sein. Beispielsweise kann das hartmagnetische Magnetmaterial zumindest Neodym, Eisen und/oder Bor aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. eine chemische Verbindung daraus. Alternativ oder zusätzlich kann das hartmagnetische Magnetmaterial zumindest Aluminium, Nickel und/oder Kobalt aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. eine chemische Verbindung daraus. Alternativ oder zusätzlich kann das hartmagnetische Magnetmaterial zumindest Samarium und/oder Kobalt aufweisen oder daraus gebildet sein, z.B. eine chemische Verbindung daraus.
Das hartmagnetische Magnetmaterial kann beispielsweise Neodym-Eisen-Bor (Nd₂Fe₁₄B) oder Samarium-Cobalt (SmCo₅ und S_M2CO₁₇) aufweisen oder daraus gebildet sein. Allgemeiner gesprochen kann das hartmagnetische Magnetmaterial (z.B. der oder jeder Permanentmagnet) ein Seltenerdmagnetmaterial (wie Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) oder Samarium-Kobalt (SmCo)), ein Ferrit-Magnetmaterial (z.B. ein Hartferrit-Magnetmaterial), ein Bismanol-Magnetmaterial und/oder ein Aluminium-Nickel-Kobalt-Magnetmaterial aufweisen oder daraus gebildet sein.
Das weichmagnetische Magnetmaterial kann eine Koerzitivfeldstärke von weniger als ungefähr 500 kA/m aufweisen, z.B. von weniger als ungefähr 100 kA/m, z.B. von weniger als ungefähr 10 kA/m, z.B. von weniger als ungefähr 1 kA/m. Das weichmagnetische Magnetmaterial kann eine Legierung aufweisend Eisen, Nickel und/oder Cobalt, Stahl, einen Pulverwerkstoff und/oder einen Weichferrit (z.B. Nickelzinn und/oder Manganzinn aufweisend) aufweisen oder daraus gebildet sein.
Hierin wird auf einen sensorisch erfassbaren Maßstab Bezug genommen. Der Maßstab kann ein sensorisch erfassbares (z.B. geometrisches und/oder magnetisches) Muster aufweisen, welches mehrere Strukturen (in dem Zusammenhang auch als Maßstabelement bezeichnet) aufweist. Als Struktur kann in diesem Zusammenhang eine geometrische (z.B. im Fall eines Profils) und/oder magnetische (z.B. im Fall eines Magnetpols) Variation verstanden werden, welche sensorisch erfasst werden kann. In einigen Ausführungsformen kann jedes Maßstabelement ein geometrisches Profil aufweisen und/oder aus einem Magnetmaterial gebildet sein. Ein profiliertes Magnetmaterial verbessert beispielsweise die sensorische Erfassbarkeit des Maßstabs. Die geometrische Ausdehnung jedes Maßstabelements spannt eine Dimension des Maßstabs (auch als Maßstabdimension bezeichnet) auf und kann mittels des Sensors in eine geometrische Angabe überführt werden, z.B. eine Strecke oder einen Winkel.
Als Sensor (auch als Detektor bezeichnet) kann ein Wandler verstanden werden, der eingerichtet ist, eine zu dem Sensortyp korrespondierende Eigenschaft seiner Umgebung (z.B. qualitativ oder quantitativ) als Messgröße zu erfassen, z.B. eine physikalische Eigenschaft, eine chemische Eigenschaft und/oder eine stoffliche Beschaffenheit. Die Messgröße ist diejenige physikalische Größe (auch als Regelgröße bezeichnet), der die Messung mittels des Sensors gilt. Ein Beispiel für eine quantitativ erfasste Messgröße ist beispielsweise eine Magnetfeldstärke, deren Ist-Zustand mittels des Sensors in einen Messwert überführt werden kann.
Jeder Sensor kann Teil einer Messkette sein, welche eine entsprechende Infrastruktur (z.B. Prozessor, Speichermedium und/oder Bussystem und dergleichen aufweisend) aufweist. Die Messkette kann eingerichtet sein, den entsprechenden Sensor anzusteuern, dessen erfasste Messgröße als Eingangsgröße zu verarbeiten und darauf basierend ein elektrisches Signal als Ausgangsgröße bereitzustellen, welches die erfasste Eingangsgröße repräsentiert. Beispielsweise kann die Ausgangsgröße den Messwert angeben. Die Messkette kann beispielsweise mittels einer sogenannten Steuervorrichtung implementiert sein oder werden.
In verschiedenen Ausführungsformen kann der Sensor selbst bereits einen Teil der Messkette aufweisen, welcher erfasste Sensordaten vorverarbeitet und die vorverarbeiteten Sensordaten ausgibt. Es wird daher verstanden, dass ein sogenannter intelligenter Sensor, welcher erfasste Sensordaten vorverarbeitet und diese vorverarbeiteten Sensordaten ausgibt, etwa als digitale Zeitreihe, und ein Sensormodul, welches einen mit einer Elektronik gekoppelten Sensor aufweist (z.B. zum Erfassen einer Amplitude), auch als hierin beschriebener Sensor verstanden werden können.
1A bis 1H zeigen jeweils einen Maschinenmeißel 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen in verschiedenen schematischen Ansichten.
Der Maschinenmeißel 100 kann eine Meißelspitze 102 aufweisen. Der Maschinenmeißel 100 kann ferner einen Schaft 104 (auch als Meißelschaft bezeichnet) aufweisen. Der Schaft 104 kann sich von der Meißelspitze 102 weg entlang einer Längsachse 107 (auch als Meißellängsachse oder Meißelachse bezeichnet) des Maschinenmeißels 100 (z.B. in Richtung 105) erstrecken. Der Schaft 104 kann beispielsweise ein Rotationskörper bezüglich der Längsachse 107 (z.B. als Rotationsachse dienend) und/oder zylinderförmig sein. Der Schaft 104 kann zum Beispiel kreiszylinderförmig sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Schaft 104 ein Rundschaft sein. Anschaulich kann der Maschinenmeißel 100 in verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen ein Rundschaftmeißel sein. Alternativ kann der Querschnitt des Schafts 104 nicht rotationssymmetrisch sein. Als nicht rotationssymmetrisch, wie hierin verwendet, kann eine endliche n-zählige Drehsymmetrie bezüglich der Längsachse 107 verstanden werden, wobei n jede natürliche Zahl größer als oder gleich 1 sein kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Querschnitt einen rechteckigen oder trapezförmigen Querschnitt aufweisen. Beispielsweise kann der Maschinenmeißel 100 in diesem Fall ein Flachmeißel sein (siehe zum Beispiel 1H).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Maschinenmeißel 100 einen Meißelkopf 108 aufweisen. Der Meißelkopf 108 kann sich von der Meißelspitze 102 weg entlang der Längsachse 107 zu dem Schaft 104 hin erstrecken. Der Meißelkopf 108 und der Schaft 104 können starr miteinander (z.B. stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig) verbunden sein. Zum Beispiel kann die starre Verbindung (z.B. der Formschluss und/oder Stoffschluss) eingerichtet sein, eine auf den Meißelkopf 108 wirkende Kraft (z.B. entlang der Längsachse 107) unmittelbar auf den Meißelschaft 104 zu übertragen, und vice versa. Der Meißelkopf 108 kann ein Rotationskörper bezüglich der Längsachse 107 (z.B. als Rotationsachse dienend) sein. Eine starre Verbindung mittels Formschlusses zwischen dem Schaft 104 und dem Meißelkopf 108 kann zum Beispiel erreicht werden, indem der Schaft 104 in den Meißelkopf 108 eingepresst wird, indem der Meißelkopf 108 auf den Schaft 104 (z.B. thermisch) aufgeschrumpft wird.
Eine starre Verbindung mittels Stoffschlusses zwischen dem Schaft 104 und dem Meißelkopf 108 kann zum Beispiel erreicht werden, indem der Schaft 104 und der Meißelkopf 108 als ein monolithisches Bauteil (z.B. miteinander verschweißt) oder aus einem gemeinsamen Bauteil hergestellt werden. Der Meißelkopf 108 und der Schaft 104 können beispielsweise aus einem Stück gefertigt sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können der Schaft 104 und der Meißelkopf 108, welcher die Meißelspitze 102 aufweist, stoffschlüssig miteinander verbunden sein und einen Rotationskörper um die Längsachse 107 des Maschinenmeißels 100 bilden.
Der Meißelkopf 108 kann in einigen bevorzugten Ausführungsformen mehrteilig sein, beispielsweise einen Meißelstift 109 aufweisend (siehe zum Beispiel 1B). Der Meißelstift 109 (z.B. eine Keramik aufweisend oder daraus bestehen) kann die Meißelspitze 102 aufweisen auf der Vorderseite des Maschinenmeißels 100. Der Meißelstift 109 kann zur Meißelspitze 102 hin eine verjüngende (z.B. konische und/oder kegelförmige) Form aufweisen. Der Meißelkopf 108 kann beispielsweise einen Kopfgrundkörper (z.B. ein Metall aufweisend oder daraus bestehen) aufweisen, in welchen der Meißelstift 109 eingebettet, z.B. eingepresst, ist. Der Kopfgrundkörper kann mit dem Schaft 104 starr verbunden sein.
Der Kopfgrundkörper kann beispielsweise als Meißelkragen 111 ausgebildet sein, der von dem Schaft 104 hervorsteht. Der Meißelstift 109 kann beispielsweise in den Meißelkragen 111 eingebettet, z.B. eingepresst sein.
Der Maschinenmeißel 100 kann eine Arretierungsstruktur 110 aufweisen (siehe zum Beispiel 1C). Die Arretierungsstruktur 110 kann derart eingerichtet sein, dass der Maschinenmeißel 100 mittels einer Arretierungsvorrichtung (siehe hierzu beispielsweise 2I) in einer Haltevorrichtung (z.B. der hierin beschriebenen Haltevorrichtung 300) formschlüssig gehalten werden kann. Der Formschluss zwischen dem Maschinenmeißel 100 und der Haltevorrichtung 300 kann derart eingerichtet sein, dass der Maschinenmeißel 100 mit Spiel in der Haltevorrichtung 300 angeordnet ist (d.h. deren Bewegung relativ zueinander begrenzt wird) oder dass Maschinenmeißel 100 starr mit der Haltevorrichtung 300 verbunden ist.
In dem ersten Fall kann sich der Maschinenmeißel 100 innerhalb der Grenzen des Spiels bewegen. Zum Beispiel kann ein Formschluss mit Spiel zwischen dem Schaft 104 des Maschinenmeißels 100 und der Haltevorrichtung 300 gebildet sein. Anschaulich kann der Maschinenmeißel 100 locker in der Haltevorrichtung 300 angeordnet sein. Der Formschluss zwischen dem Maschinenmeißel 100 und der Haltevorrichtung 300 kann quer zur Längsachse 107 gebildet sein.
In dem zweiten Fall kann sich der Maschinenmeißel 100, welcher starr mit der Haltevorrichtung 300 verbunden ist, nicht relativ zu der Haltevorrichtung 300 bewegen. Anschaulich kann eine Bewegung des Maschinenmeißels relativ zu der Haltevorrichtung 300 verhindert (d.h. blockiert) werden bzw. sein.
Die Arretierungsstruktur 110 kann ein oder mehr als ein Formschlussprofil aufweisen. Beispiele für das Formschlussprofil weisen auf: eine Vertiefung, die sich in den Schaft 104 hinein erstreckt (z.B. zu der Längsachse hin), ein Vorsprung, der von dem Schaft 104 hervorsteht (z.B. von der Längsachse weg). Die Arretierungsstruktur 110 kann zum Beispiel eine umlaufende Vertiefung (z.B. Rille oder Nut) des Schafts 104 sein (z.B. um die Längsachse 107 herumlaufend). Die Arretierungsstruktur 110 kann alternativ oder zusätzlich ein Bohrloch in dem Schaft 104 aufweisen oder daraus gebildet sein. Die Arretierungsstruktur 110 wird mit Bezug auf die Haltevorrichtung 300 und die Abtragvorrichtung 200 ausführlicher beschrieben. Die Arretierungsstruktur 110 kann im Zusammenspiel mit einer Arretierungsvorrichtung den jeweiligen Formschluss bereitstellen. Zum Beispiel kann das Zusammenspiel der Arretierungsstruktur 110 mit einer Arretierungsvorrichtung 202 (siehe zum Beispiel 4A) ersten Typs eine Bewegung des Maschinenmeißels 100 in der Haltevorrichtung 300 innerhalb der Grenzen des Spiels ermöglichen. Demgegenüber kann das Zusammenspiel der Arretierungsstruktur 110 mit einer Arretierungsvorrichtung 402 zweiten Typs (siehe zum Beispiel 4B) eine Bewegung des Maschinenmeißels 100 in der Haltevorrichtung 300 verhindern.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Maschinenmeißel 100 einen Referenzkörper 106 aufweisen (siehe zum Beispiel 1A). Der Referenzkörper 106 kann im Allgemeinen ein mit dem Schaft 104 starr (z.B. stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig) verbundener Körper oder Teil des Schaftes 104 sein. Der Referenzkörper 106 kann beispielsweise ein Referenzbereich (z.B. als Teil) des Schafts 104 sein. Zum Beispiel kann der Referenzkörper 106 ein monolithischer Teil des Schafts 104 sein. Alternativ kann der Referenzkörper 106 in den Schaft 104 einbettet oder an diesem befestigt, z.B. verschraubt, verklebt oder anderweitig befestigt, sein. Zum Beispiel können der Referenzkörper 106 und der Schaft 104 lösbar (z.B. schraubbar oder steckbar) miteinander verbunden sein oder mittels eines anderen Formschlusses in einen starr verbundenen Zustand gebracht sein. Der Referenzkörper 106 kann in einigen Ausführungsformen ein Rotationskörper bezüglich der Längsachse 107 (z.B. als Rotationsachse dienend) sein. Alternativ kann der Referenzkörper 106 ein mit dem Meißelkopf 108 starr (z.B. stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig) verbundener Körper oder Teil des Meißelkopfes 108 sein. Zum Beispiel kann der Referenzkörper 106 ein mit dem Meißelkopf 108 starr verbundener Körper sein, welcher in den Meißelkopf 108 einbettet oder an diesem befestigt, z.B. verschraubt, verklebt oder anderweitig befestigt, ist. Zum Beispiel können der Referenzkörper 106 und der Meißelkopf 108 lösbar (z.B. schraubbar oder steckbar) miteinander verbunden sein oder mittels eines anderen Formschlusses in einen starr verbundenen Zustand gebracht sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können der Referenzkörper 106, der Schaft 104 und der Meißelkopf 108 starr miteinander verbunden sein. Zum Beispiel kann der Meißelkopf 108 an einer ersten Stirnseite des Schafts 104 angeordnet und mit dieser starr verbunden sein. Zum Beispiel kann der Referenzkörper 106 an einer der ersten Stirnseite gegenüberliegenden zweiten Stirnseite des Schafts 104 angeordnet und mit dieser starr verbunden sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können der Referenzkörper 106, der Schaft 104 und der Meißelkopf 108 einen Rotationskörper um die Längsachse 107 (z.B. als Rotationsachse dienend) bilden.
Der Referenzkörper 106 kann zumindest einen (d.h. genau einen oder mehr als einen, z.B. zwei oder mehr, z.B. drei oder mehr, etc.) sensorisch erfassbaren Maßstab aufweisen. Der sensorisch erfassbare Maßstab ist vorzugsweise aus mindestens einem magnetisierbaren (z.B. einem ferromagnetischen, antiferromagnetischen oder ferrimagnetischen) Material bestehen oder kann dieses zumindest aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der sensorisch erfassbare Maßstab einen oder mehr als einen optisch erfassbaren Maßstab aufweisen.
Der sensorisch erfassbare Maßstab, wie hierin verwendet, kann in einigen Ausführungsformen ein magnetisches Muster und/oder mindestens einen (z.B. genau einen oder mehr als einen) Magnetpol aufweisen. Der aus mindestens einem magnetisierbaren Material bestehende sensorisch erfassbare Maßstab kann aus ein oder mehreren Dauermagneten bestehen und bereits das magnetische Muster bilden und/oder kann aus einem Material bestehen, dass zu dem magnetischen Muster aufmagnetisiert werden kann (z.B. mittels eines externen Dauermagneten, beispielsweise als Teil der hierin beschriebenen Haltevorrichtung 300). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein sensorisch erfassbarer Maßstab einen Dipolmagneten, einen Diametralmagneten, einen Polring und/oder einen Polstab aufweisen oder daraus gebildet sein.
Ein magnetisches Muster kann zum Beispiel bereitgestellt werden, indem das magnetisierbare Material eine strukturierte (z.B. profilierte) Oberfläche aufweist. Als eine strukturierte Oberfläche, wie hierin verwendet, kann beispielsweise eine regelmäßige Struktur an der Oberfläche des Referenzkörpers 106 verstanden werden. Zum Beispiel kann der Referenzkörper 106 mehrere räumlich regelmäßig angeordnete Vertiefungen (z.B. Gräben, Rillen) und/oder Erhebungen aufweisen (diese Strukturen können auch als Inkremente bezeichnet werden). In dem Fall kann die strukturierte Oberfläche des Referenzkörpers 106 den sensorisch erfassbaren Maßstab bilden. Ein mittels einer strukturierten Oberfläche bereitgestellter sensorisch erfassbarer Maßstab kann auch als mechanische Maßverkörperung bezeichnet werden. Eine mechanische Maßverkörperung kann aus einer regelmäßigen Abfolge gleichartiger Vertiefungen in der Materialoberfläche bestehen. Die Form der Vertiefungen kann in einigen Ausführungsformen nachrangig sein, beispielsweise, wenn es auf die räumliche Masseverteilung des magnetisierbaren Materials ankommt. Beispiele für Vertiefungen sind Rillen mit (z.B. ausgerundetem) Rechteckprofil, v-förmigen Profil oder rundem Profil. Eine hierin beschriebene Vertiefung kann auch eine (z.B. runde) Bohrung sein. Die Vertiefungen können optional (z.B. teilweise oder vollständig) mit nichtmagnetisierbarem festem Material gefüllt sein. Hierdurch kann gehemmt werden, dass sich die Vertiefungen mit anderem Material, wie beispielsweise metallischem Abrieb oder Gesteinsmehl, füllen, was zu fehlerhaften Messungen und/oder erhöhtem Verschleiß führen könnte. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der sensorisch erfassbare Maßstab bzw. können die sensorisch erfassbaren Maßstäbe von einer (z.B. im Vergleich zum Durchmesser des Referenzkörpers 106 dünnen) Schicht nichtmagnetisierbaren Materials bedeckt sein. Hierdurch kann die Struktur als solche zum Beispiel mit dem (menschlichen) Auge kaum oder nicht erkennbar sein.
Nachfolgend werden exemplarische Implementierungen des magnetischen Musters erläutert. Beispielsweise können sich ein magnetisierbares (z.B. ferromagnetisches, ferrimagnetisches und/oder antiferromagnetisches) Material und ein paramagnetisches Material einander das Muster bildend abwechseln (z.B. in Form von Streifen). Beispielsweise können sich ein erstes magnetisierbares (z.B. ferromagnetisches, ferrimagnetisches antiferromagnetisches) Material und ein zweites magnetisierbares (z.B. ferromagnetisches, ferrimagnetisches antiferromagnetisches) Material einander das Muster bildend abwechseln (z.B. in Form von Streifen). Hierbei können das erste magnetisierbare Material und das zweite magnetisierbare Material eine voneinander verschiedene Remanenz und/oder Sättigungsmagnetisierung aufweisen. Das magnetische Muster kann eine magnetische Maßverkörperung bilden.
Allgemeiner gesprochen kann die (z.B. mechanische und/oder magnetische) Maßverkörperung eines sensorisch erfassbaren Maßstabs mittels einer Geometrie (z.B. eines Abstands) der Maßstabelemente (z.B. der Vertiefungen zueinander oder des magnetischen Musters) und/oder dem magnetisierbaren Material charakterisiert werden.
Ein sensorisch erfassbarer Maßstab kann außenliegend oder in einem innenliegenden Hohlraum bzw. in dem Schaft 104 angeordnet sein. Verschiedene Ausgestaltungen außenliegender sensorisch erfassbarer Maßstäbe werden mit Bezug auf 1D bis 1H beschrieben. Eine Veranschaulichung eines innenliegenden sensorisch erfassbaren Maßstabs ist in 2L und 2M gezeigt.
Nachfolgend werden detailliertere Implementierungen des Referenzkörpers 106 bzw. des sensorisch erfassbaren Maßstabs erläutert.
1D zeigt einen ersten sensorisch erfassbaren Maßstab 112(1) gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Der erste sensorisch erfassbare Maßstab 112(1) kann längliche Strukturen (z.B. Profile) entlang eines jeweils in sich geschlossenen Pfades aufweisen. Zum Beispiel können die länglichen Strukturen (z.B. Erhebungen) aus einem magnetisierbaren Material bestehen, welches eine von den zwischen den länglichen Strukturen liegenden Bereichen verschiedene Remanenz und/oder Sättigungsmagnetisierung aufweist. Optional kann das zwischen den Erhebungen angeordnete Material paramagnetisch sein.
Zum Beispiel kann der erste sensorisch erfassbare Maßstab 112(1) mehrere Vertiefungen aufweisen, von denen jede Vertiefung zwischen zwei länglichen Erhebungen angeordnet ist. Jede der mehreren Vertiefungen kann entlang eines in sich geschlossenen Pfades die Längsachse 107 umlaufend erstreckt sein. Der Pfad kann entlang einer Oberfläche (z.B. Mantelfläche) des Referenzkörpers 106 verlaufen. Jede Vertiefung kann sich zum Beispiel zu der Längsachse 107 hin in den Referenzkörper 106 (z.B. dessen Mantelfläche) hinein erstrecken. Jede Vertiefung kann einen geschlossenen und/oder umlaufenden Graben um die Längsachse 107 herum bilden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann jede der mehreren Vertiefungen des ersten sensorisch erfassbaren Maßstabs 112(1) einen Graben bilden, der entlang des in sich geschlossenen Pfades erstreckt ist. Der Abstand zwischen den Vertiefungen (z.B. in Richtung 105) und/oder die Ausdehnung (z.B. Breite bzw. Weite) einer jeweiligen Vertiefung der mehreren Vertiefungen kann den ersten sensorisch erfassbaren Maßstab 112(1) bilden. Zum Beispiel kann der Abstand zwischen den Vertiefungen und/oder die Ausdehnung einer jeweiligen Vertiefung eine Dimension des sensorisch erfassbaren Maßstabs aufspannen. Beispielsweise kann jede Erhebung einen Magnetpol des ersten sensorisch erfassbaren Maßstabs 112(1) bilden.
1E zeigt einen zweiten sensorisch erfassbaren Maßstab 112(2) gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Der zweite sensorisch erfassbare Maßstab 112(2) kann längliche Strukturen (z.B. Profile) aufweisen, die entlang einer Oberfläche (z.B. Mantelfläche) des Referenzkörpers 106 im Wesentlichen parallel zu der Längsachse 107 (z.B. in Richtung 105) verlaufen. Zum Beispiel kann die Längserstreckung jeder der Strukturen im Wesentlichen in der von den Richtungen 103 und 105 aufgespannten Ebene liegen. Optional können die länglichen Strukturen entlang der Oberfläche des Referenzkörpers gekrümmt sein. Die länglichen Strukturen können aus einem magnetisierbaren Material bestehen, welches eine von den zwischen den länglichen Strukturen liegenden Bereichen verschiedene Remanenz und/oder Sättigungsmagnetisierung aufweist oder wobei das dazwischenliegende Material paramagnetisch ist. Der zweite sensorisch erfassbare Maßstab 112(2) kann mehrere Vertiefungen aufweisen. Jede der mehreren Vertiefungen des zweiten sensorisch erfassbaren Maßstabs 112(2) kann sich zu dem Schaft 104 hin (z.B. in Richtung 105) längserstrecken. Alternativ oder zusätzlich können zwei einander benachbarte Vertiefungen der mehreren Vertiefungen des zweiten sensorisch erfassbaren Maßstabs 112(2) einen Abstand zueinander aufweisen, der quer zu der Längsachse 107 des Maschinenmeißels 100 ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann jede der mehreren Vertiefungen des zweiten sensorisch erfassbaren Maßstabs 112(2) einen Graben bilden, der entlang der Längsachse 107 (z.B. zu der Meißelspitze 102 hin) erstreckt ist. Der Abstand zwischen den Vertiefungen (z.B. in Umfangsrichtung des Referenzkörpers 106) und/oder die Ausdehnung (z.B. eine Breite) einer jeweiligen Vertiefung der mehreren Vertiefungen kann den zweiten sensorisch erfassbaren Maßstab 112(2) bilden. Zum Beispiel kann der Abstand zwischen den Vertiefungen des zweiten sensorisch erfassbaren Maßstabs 112(2) und/oder die Ausdehnung einer jeweiligen Vertiefung eine Dimension des sensorisch erfassbaren Maßstabs aufspannen. Beispielsweise können die Erhebungen des zweiten sensorisch erfassbaren Maßstabs 112(2) jeweilige Magnetpole des zweiten sensorisch erfassbaren Maßstabs 112(2) bilden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die mehreren Vertiefungen des ersten sensorisch erfassbaren Maßstabs 112(1) und die mehreren Vertiefungen des zweiten sensorisch erfassbaren Maßstabs 112(2) schräg (oder senkrecht) zueinander ausgerichtet sein.
1F und FIG. IG zeigen jeweils eine Ausgestaltung eines dritten sensorisch erfassbaren Maßstabs 112(3) gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Der dritte sensorisch erfassbare Maßstab 112(3) kann an einer von dem Schaft 104 abgewandten Seite des Referenzkörpers 106 angeordnet sein. Mit Bezug auf 1F kann der dritte sensorisch erfassbare Maßstab 112(3) ein strahlenartiges Muster aufweisen. Wie voranstehend beschrieben, kann das strahlenartige Muster mittels eines magnetisierbaren Materials unterschiedlicher Remanenz und/oder Sättigungsmagnetisierung bzw. einem dazwischenliegenden paramagnetischen Material gebildet sein und/oder das strahlenartige Muster kann mittels mehrerer Vertiefungen gebildet sein. Zum Beispiel kann der dritte sensorisch erfassbare Maßstab mehrere strahlenförmige Vertiefungen (oder andere Profile) aufweisen. Jede der mehreren strahlenförmigen Vertiefungen kann zu der Längsachse 107 hin verlaufen. Mit Bezug auf FIG. IG kann der dritte sensorisch erfassbare Maßstab 112(3) ein konzentrisches Muster aufweisen. Das konzentrische Muster kann mittels eines magnetisierbaren Materials unterschiedlicher Remanenz und/oder Sättigungsmagnetisierung bzw. einem dazwischenliegenden paramagnetischen Material gebildet sein und/oder das konzentrische Muster kann mittels mehrerer Vertiefungen gebildet sein. Zum Beispiel kann der dritte sensorisch erfassbare Maßstab 112(3) mehrere konzentrisch verlaufende Vertiefungen (oder andere Profile) aufweisen. Jede der mehreren konzentrisch zueinander ausgerichteten Vertiefungen kann um die Längsachse 107 herum verlaufen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann jede der mehreren (strahlenförmigen bzw. konzentrischen) Vertiefungen des dritten sensorisch erfassbaren Maßstabs 112(3) einen Graben bilden. Die Anordnung der Vertiefungen (z.B. ein Winkel zwischen den Strahlen der strahlenförmigen Vertiefungen bzw. ein Abstand zwischen den konzentrischen Vertiefungen) und/oder die Ausdehnung (z.B. eine Breite bzw. Weite) einer jeweiligen Vertiefung der mehreren Vertiefungen kann den dritten sensorisch erfassbaren Maßstab 112(3) bilden. Zum Beispiel kann der Abstand zwischen den Vertiefungen des dritten sensorisch erfassbaren Maßstabs 112(3) und/oder die Ausdehnung einer jeweiligen Vertiefung eine Dimension des sensorisch erfassbaren Maßstabs aufspannen quer zu der Längsachse 107.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der dritte sensorisch erfassbare Maßstab 112(3) sowohl das strahlenförmige Muster als auch das konzentrische Muster aufweisen.
Jeder sensorisch erfassbare Maßstab kann derart eingerichtet sein, dass in Verbindung mit einem Sensor eine Translation und/oder eine Drehung (z.B. eine Rotation) des Maschinenmeißels 100 erfasst werden kann. Anschaulich können axiale, rotatorische und/oder laterale Bewegungen des Maschinenmeißels 100 erfasst werden. Wie voranstehend beschrieben, kann sich der Maschinenmeißel 100 innerhalb der Grenzen des Spiels in der Haltevorrichtung 300 bewegen.
Zum Beispiel kann der erste sensorisch erfassbare Maßstab 112(1) ermöglichen, eine Translation des Maschinenmeißels 100 (z.B. des Schafts 104) entlang der Längsachse (z.B. in Richtung 105) und/oder eine Drehung des Maschinenmeißels 100 (z.B. des Schafts 104) um eine Achse, die senkrecht zu der Längsachse 107 ist, zu erfassen, z.B. unabhängig von einer Drehung des Maschinenmeißels 100 um die Längsachse 107.
Zum Beispiel kann der zweite sensorisch erfassbare Maßstab 112(2) ermöglichen, eine Translation des Maschinenmeißels 100 (z.B. des Schafts 104) entlang einer Achse, die quer zu der Längsachse ist (z.B. in Richtung 101), und/oder eine Drehung des Maschinenmeißels 100 (z.B. des Schafts 104) um die Längsachse 107 herum zu erfassen, z.B. unabhängig von einer Translation des Maschinenmeißels 100 entlang der Längsachse 107.
Zum Beispiel kann der dritte sensorisch erfassbare Maßstab 112(3) ermöglichen, eine Translation des Maschinenmeißels 100 (z.B. des Schafts 104) quer und/oder parallel zu der Längsachse zu erfassen. Zum Beispiel kann der dritte sensorisch erfassbare Maßstab 112(3) ermöglichen, eine Drehung des Maschinenmeißels 100 um eine Achse, die senkrecht zu der Längsachse 107 ist, und/oder um die Längsachse herum (z.B. in dem Fall eines strahlenförmigen Musters) zu erfassen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Maschinenmeißel 100 mehrere sensorisch erfassbare Maßstäbe aufweisen. Zum Beispiel kann der mindestens eine sensorisch erfassbare Maßstab den ersten sensorisch erfassbaren Maßstab 112(1), den zweiten sensorisch erfassbaren Maßstab 112(2) und/oder den dritten sensorisch erfassbaren Maßstab 112(3) aufweisen. Es wird verstanden, dass die hierin beschriebenen sensorisch erfassbaren Maßstäbe lediglich beispielhaft sind und dass andere Muster für die sensorisch erfassbaren Maßstäbe verwendet werden können, sofern mittels diesen zumindest eine Translation und/oder zumindest eine Drehung (z.B. Rotation) des Maschinenmeißels 100 erfasst werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Referenzkörper 106 ein mit dem Meißelkopf 108 starr verbundener Körper oder Teil des Meißelkopfes 108 sein. Ein diesbezüglicher Maschinenmeißel 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist in 1H gezeigt. Der Schaft 104 kann in diesen Ausführungsformen vorzugsweise einen rechteckigen oder trapezförmigen Querschnitt aufweisen, beispielsweise wenn der Maschinenmeißel 100 ein Flachmeißel ist. Der Referenzkörper 106 kann einen vierten sensorisch erfassbaren Maßstab 112(4) aufweisen. Der vierte sensorisch erfassbaren Maßstab 112(4) kann ähnlich zu dem zweiten sensorisch erfassbaren Maßstab 112(2) längliche Strukturen aufweisen, die entlang einer Oberfläche des Referenzkörpers 106 (z.B. einer Oberfläche des Meißelkopfes 108) verlaufen. Der vierte sensorisch erfassbaren Maßstab 112(4) wird mit Bezug auf 4B ausführlicher beschrieben.
2A zeigt eine Abtragvorrichtung 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen, welche den Maschinenmeißel 100 und die Haltevorrichtung 300 aufweisen kann. 2B bis 2U zeigen jeweils zumindest einzelne Komponenten einer Abtragvorrichtung 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Die Abtragvorrichtung 200 kann den Maschinenmeißel 100 aufweisen. Die Abtragvorrichtung 200 kann ferner eine Haltevorrichtung 300aufweisen (siehe hierzu auch die Beschreibung zu den 3A bis 3D und 4A). Die Haltevorrichtung 300 kann ein Rundschaftmeißelhalter sein, der eingerichtet ist, einen Rundschaftmeißel (z.B. mit Spiel) aufzunehmen. Hierbei kann der Maschinenmeißel 100 zum Beispiel ein wie in 1A bis FIG. 1G dargestellter Rundschaftmeißel sein. Alternativ kann die Haltevorrichtung 300 ein Flachmeißelhalter sein, der eingerichtet ist, einen Flachmeißel (z.B. ohne Spiel, d.h. starr) aufzunehmen. In diesem Fall kann der Maschinenmeißel 100 zum Beispiel ein wie in 1H dargestellter Flachmeißel sein.
Die Haltevorrichtung 300 kann ein oder mehrere Sensoren 306(n=1 bis N) aufweisen (z.B. genau einen Sensor oder mehr als einen Sensor). Eine Anzahl, N, an Sensoren kann jede Ganzzahl größer als oder gleich „1“ sein.
2B zeigt eine beispielhafte Anordnung mehrerer Sensoren. Beispielhaft werden ein erster Sensor 306(1), ein zweiter Sensor 306(2) und ein dritter Sensor 306(3) gezeigt. Jeder Sensor 306(n) der ein oder mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) kann eingerichtet sein, einen dem Sensor zugeordneten sensorisch erfassbaren Maßstab zu erfassen. Jeder sensorisch erfassbare Maßstab kann mittels eines oder mehrerer Sensoren erfasst werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mindestens ein (z.B. jeder) Sensor 306(n) der ein oder mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) eingerichtet sein, den zugeordneten sensorisch erfassbaren Maßstab berührungslos zu erfassen. Dies kann zum Beispiel einen Verschleiß der Sensoren verringern (z.B. verhindern) und/oder die Güte des der Messwerte verbessern.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Referenzkörper 106 den ersten sensorisch erfassbaren Maßstab 112(1), den zweiten sensorisch erfassbaren Maßstab 112(2) und den dritten sensorisch erfassbaren Maßstab 112(1) aufweisen. Die Haltevorrichtung 300 kann den ersten Sensor 306(1) aufweisen, der eingerichtet sein kann, den ersten sensorisch erfassbaren Maßstab 112(1) zu erfassen. Die Haltevorrichtung 300 kann den zweiten Sensor 306(2) aufweisen, der eingerichtet sein kann, den zweiten sensorisch erfassbaren Maßstab 112(2) zu erfassen.
Die Haltevorrichtung 300 kann den dritten Sensor 306(3) aufweisen, der eingerichtet sein kann, den dritten sensorisch erfassbaren Maßstab 112(3) zu erfassen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Haltevorrichtung 300 mehrere erste Sensoren aufweisen, die eingerichtet sind, den ersten sensorisch erfassbaren Maßstab 112(1) zu erfassen. Zum Beispiel können die mehreren ersten Sensoren einen Abstand voneinander aufweisen und/oder in einem Winkel zueinander (z.B. senkrecht zueinander) ausgerichtet sein. Zum Beispiel kann die Haltevorrichtung 300 vier erste Sensoren 306(1) zum Erfassen des ersten sensorisch erfassbaren Maßstab 112(1) aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Haltevorrichtung 300 mehrere zweite Sensoren aufweisen, die eingerichtet sind, den zweiten sensorisch erfassbaren Maßstab 112(2) zu erfassen. Zum Beispiel können die mehreren zweiten Sensoren in einem Winkel zueinander (z.B. senkrecht zueinander) angeordnet sein. Zum Beispiel kann die Haltevorrichtung 300 vier zweite Sensoren 306(2) zum Erfassen des zweiten sensorisch erfassbaren Maßstab 112(2) aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Haltevorrichtung 300 mehrere dritte Sensoren aufweisen, die eingerichtet sind, den dritten sensorisch erfassbaren Maßstab 112(3) zu erfassen.
Zumindest ein (z.B. jeder) Sensor 306(n) der ein oder mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) kann eingerichtet sein, ein von dem Referenzkörper 106 ausgehendes Feld (z.B. ein Magnetfeld und/oder ein elektrisches Feld) und/oder ein von dem Referenzkörper 106 beeinflusstes Feld zu erfassen. Ein hierin beschriebener Sensor kann auch ein Wegsensor oder ein Abstandssensor sein.
Wie hierin beschrieben, können die ein oder mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) eingerichtet sein, eine Translation des Maschinenmeißels 100 parallel zu der Längsachse 107, eine Translation des Maschinenmeißels 100 quer zu der Längsachse 107, eine Drehung des Maschinenmeißels 100 um die Längsachse 107, und/oder eine Drehung des Maschinenmeißels 100 senkrecht zur Längsachse 107 zu erfassen. Der sensorisch erfassbare Maßstab bzw. die sensorisch erfassbaren Maßstäbe des Maschinenmeißels 100 kann/können derart eingerichtet sein, dass mittels des einen oder der mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) die jeweilige Translation und/oder Drehung erfasst werden kann. Anschaulich können der sensorisch erfassbare Maßstab des Maschinenmeißels 100 und die ein oder mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) der Haltevorrichtung 300 aufeinander abgestimmt sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Sensor 306(n) der ein oder mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) eingerichtet sein, einen Abstand des Referenzkörpers 106 von dem Sensor 306(n) zu erfassen. Ein Sensor 306(n) der ein oder mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) kann eingerichtet sein, eine Strecke (z.B. eine Amplitude) zu erfassen, um welche sich der Referenzkörper 106 relativ zu dem Sensor 306(n) (z.B. relativ zu der Haltevorrichtung 300, z.B. relativ zu dem Meißelhalter 302) bewegt. Ein Sensor 306(n) der ein oder mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) kann eingerichtet sein, eine Frequenz zu erfassen, mit welcher sich der Referenzkörper 106 bewegt (z.B. eine Frequenz einer Translation und/oder eine Frequenz einer Rotation).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der jeweilige Sensor derart eingerichtet sein, dass die Frequenz, mit welcher sich der Referenzkörper 106 bei dem jeweiligen Materialabtragprozess bewegt, erfasst werden kann. Das Schneiden eines Gesteins kann beispielsweise, beeinflusst zusätzlich von der Andruckkraft des Abtragsystems an das Gestein und von der Relativgeschwindigkeit des Abtragsystems bezüglich des Gesteinskörpers beim Angriff, zu Schwingungsfrequenzen in einem Bereich von ungefähr 0,5 kHz bis ungefähr 8 kHz führen. Zum Beispiel kann der Sensor eine Abtastrate in einem Bereich von ungefähr 5 kHz bis ungefähr 10 kHz, von ungefähr 15 kHz bis ungefähr 20 kHz oder auch größer als ungefähr 20 kHz aufweisen.
Ein Sensor 306(n) der ein oder mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) kann ein magnetoresistiver Sensor, ein Hall-Sensor, ein kapazitiver Sensor oder ein induktiver Sensor (z.B. ein Wirbelstromsensor) sein. Zum Beispiel kann der Referenzkörper 106 aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet sein, welches eine Detektion mittels eines Wirbelstromsensors ermöglicht. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der sensorisch erfassbare Maßstab bzw. die sensorisch erfassbaren Maßstäbe mittels Sensoren verschiedenen Sensorentyps (z.B. ein oder mehreren magnetoresistiven Sensoren, ein oder mehreren Hall-Sensoren, ein oder mehreren kapazitiven Sensoren und/oder ein oder mehreren induktiven Sensoren) erfasst werden. Ein Beispiel für magnetische Sensoren (z.B. magnetoresistiven Sensoren und/oder Hall-Sensoren) ist in 2J gezeigt. Hierbei müssen der erste sensorisch erfassbare Maßstab 112(1), der zweite sensorisch erfassbare Maßstab 112(2) und der dritte sensorisch erfassbare Maßstab 112(3) nicht zwangsläufig mittels Vertiefungen bereitgestellt sein, sondern diese können alternativ oder zusätzlich dazu mittels eines jeweiligen dauermagnetischen Magnetpols bereitgestellt sein. Ein Beispiel für kapazitive und/oder induktive Sensoren (z.B. einem Wirbelstromsensor) ist in 2K gezeigt.
Das Erfassen der Bewegung direkt an dem Maschinenmeißel 100 (z.B. dem Referenzkörper) ermöglicht, eine signifikant bessere Auflösung im Gegensatz zu einem Erfassen von Bewegungen oder Schwingungen des Gesamtsystems, da bei letzterem Vorgehen zusätzliche Schwingungseinflüsse zu denen aufgrund von Materialeigenschaften hinzukommen können. Anschaulich können direkt an dem Maschinenmeißel 100 die Bewegungen erfasst werden, die (nahezu) ausschließlich von der Interaktion des Maschinenmeißels 100 mit dem abzutragenden Material herrühren.
Mit Bezug auf 2C kann die Haltevorrichtung 300 einen Meißelhalter 302 aufweisen. Der Meißelhalter 302 eine Öffnung 316 aufweisen (siehe zum Beispiel 3A bis 3C). Die Öffnung 316 kann eingerichtet sein, einen Maschinenmeißel, wie beispielsweise den Maschinenmeißel 100, aufzunehmen. Die Haltevorrichtung 300 kann einen ersten Aufnahmebereich 320 (z.B. einen Hohlraum aufweisend) aufweisen. Der erste Aufnahmebereich 320 kann zu der Öffnung 316 hin freiliegen. Der erste Aufnahmebereich 320 kann zum Beispiel entlang der Längsachse 107 hinter der Öffnung 316 angeordnet sein. Der erste Aufnahmebereich 320 kann zum Beispiel kreiszylinderförmig oder quaderförmig sein. Der erste Aufnahmebereich 320 kann eingerichtet sein, zumindest einen Abschnitt des Referenzkörpers 106 aufzunehmen. Die Haltevorrichtung 300 kann alternativ oder zusätzlich einen zweiten Aufnahmebereich 324 (z.B. einen Hohlraum aufweisend) aufweisen. Der zweite Aufnahmebereich 324 kann zu der Öffnung 316 hin freiliegen. Der zweite Aufnahmebereich 324 kann zum Beispiel entlang der Längsachse 107 angeordnet sein. Der zweite Aufnahmebereich 324 kann zum Beispiel kreiszylinderförmig. Der zweite Aufnahmebereich 324 kann eingerichtet sein, zumindest einen Abschnitt des Schafts 104 (z.B. im Wesentlichen den vollständigen Schaft 104) aufzunehmen. Der erste Aufnahmebereich 320 und der zweite Aufnahmebereich 324 können einen gemeinsamen Hohlraum aufweisen (siehe zum Beispiel 3A).
Die ein oder mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) können innerhalb des Meißelhalters 302 angeordnet (z.B. an diesem angebracht) sein. Die ein oder mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) können an dem ersten Aufnahmebereich 320 der Haltevorrichtung 300 angeordnet sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann zumindest ein (z.B. jeder) Sensor 306(n) der ein oder mehreren Sensoren 306(1 ≤ n ≤ N) eingerichtet sein, einen (jeweils) zugeordneten sensorisch erfassbare Maßstab berührungslos zu erfassen. Anschaulich kann zwischen dem jeweiligen Sensor 306(n) und dem zugeordneten sensorisch erfassbaren Maßstab ein Spalt angeordnet sein. Optional kann detektiert werden, ob sich Verschmutzungen innerhalb des Spalts befinden.
2D zeigt eine Abtragvorrichtung 200 mit beispielhaften Ausgestaltungen des Maschinenmeißels 100 und der Haltevorrichtung 300 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. 2E zeigt einen Querschnitt der in 2D dargestellten Abtragvorrichtung 200. 2F und 2G zeigen vergrößerte Ausschnitte der Querschnittsansicht und 2H zeigt eine Schnittansicht bezüglich 2G.
Der Maschinenmeißel 100 kann zum Beispiel den ersten sensorisch erfassbaren Maßstab 112(1) aufweisen. In dieser Ausgestaltung kann der erste sensorisch erfassbare Maßstab 112(1) die mehreren Vertiefungen aufweisen, die jeweils einen in sich geschlossenen Pfad um die Längsachse 107 herum bilden. Der Maschinenmeißel 100 kann zum Beispiel den zweiten sensorisch erfassbaren Maßstab 112(2) aufweisen. In dieser Ausgestaltung kann der zweite sensorisch erfassbare Maßstab 112(2) die mehreren Vertiefungen aufweisen, die jeweils parallel zu der Längsachse 107 angeordnet sind. Anschaulich kann der Referenzkörper 106 einen zahnradförmigen Abschnitt aufweisen, welcher den zweiten sensorisch erfassbare Maßstab 112(2) bildet. Die Haltevorrichtung 300 kann vier zweite Sensoren 306(2) aufweisen, die senkrecht (ungefähr 90°) zueinander angeordnet sind (siehe zum Beispiel 2H).
Die Haltevorrichtung 300 kann eine Meißelbuchse 304 aufweisen. Die Meißelbuchse 304 kann eine größere Härte als der Meißelhalter 302 aufweisen. Die Meißelbuchse 304 kann einteilig oder mehrteilig sein. Eine einteilige Meißelbuchse 304 kann die Form einer (z.B. kappenförmigen) Hülse aufweisen. Die einteilige Meißelbuchse 304 kann entlang der Längsachse 107 zumindest teilweise (z.B. bis auf Bohrungen und die Öffnung 316) abgeschlossen sein. Eine mehrteilige Meißelbuchse 304 kann zum Beispiel einen ersten Teil 304(1) und einen zweiten Teil 304(2) aufweisen. Der erste Teil 304(1) kann zum Beispiel den zweiten Aufnahmebereich 324 aufweisen. Ein Hohlraum des ersten Teils 304(1) der Meißelbuchse 304 kann eingerichtet sein zum Aufnehmen des Schafts 104 des Maschinenmeißels 100. Der zweite Teil 304(2) kann zum Beispiel kappenförmig sein. Der zweite Teil 304(2) kann zum Beispiel den ersten Aufnahmebereich 320 aufweisen. Ein Hohlraum des zweiten Teils 304(2) der Meißelbuchse 304 kann eingerichtet sein zum Aufnehmen des Referenzkörpers 106 des Maschinenmeißels 100. Der zweite Teil 304(2) der Meißelbuchse 304 kann zum Beispiel an dem Meißelhalter 302 und/oder an dem ersten Teil 304(1) der Meißelbuchse 304 (z.B. lösbar) befestigt sein. Verschiedene Ausgestaltungen einer mehrteiligen Meißelbuchse 304 sind beispielsweise in 3A bis 3C gezeigt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der erste Teil 304(1) der mehrteiligen Meißelbuchse 304 als Verschleißbuchse dienen. Anschaulich kann der erste Teil 304(1) ein Verschleißteil sein, wodurch eine Lebensdauer des Meißelhalters 302 erhöht werden kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der zweite Teil 304(2) der mehrteiligen Meißelbuchse 304 als Abdeckung (z.B. als Kappe oder Deckel) des Aufnahmebereichs (z.B. des ersten Aufnahmebereichs 320) dienen, wodurch der Referenzkörper 106 und/oder die ein oder mehreren Sensoren 306 vor äußeren Einflüssen geschützt werden können.
Die ein oder mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) können an der Meißelbuchse 304 (z.B. an dem zweiten Teil 304(2) im Fall einer mehrteiligen Meißelbuchse) angeordnet (z.B. befestigt) sein. Die ein oder mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) können starr (z.B. formschlüssig und/oder kraftschlüssig) mit der Meißelbuchse 304 verbunden sein.
Der Maschinenmeißel 100 kann die Arretierungsstruktur 110 aufweisen. Wie voranstehend beschrieben, kann die Arretierungsstruktur 110 eine umlaufende Vertiefung (z.B. einen Graben) in dem Schaft 104 (z.B. um die Längsachse 107 herum) oder eine Bohrung in dem Schaft 104 sein. Die Abtragvorrichtung 200 kann eine Arretierungsvorrichtung 202 ersten Typs oder eine Arretierungsvorrichtung 402 zweiten Typs aufweisen. Die Arretierungsvorrichtung 202, 402 (ersten Typs oder zweiten Typs) kann auch als Teil der Haltevorrichtung 300 betrachtet werden.
Die jeweilige Arretierungsvorrichtung 202, 402 kann eingerichtet sein, in einen ersten Zustand und in einen zweiten Zustand gebracht zu werden, von denen die Arretierungsvorrichtung 202, 402, wenn diese in den ersten Zustand gebracht ist, den in der Öffnung 316 aufgenommen Maschinenmeißel 100 in der Haltevorrichtung 300 arretiert, und, wenn diese in den zweiten Zustand gebracht ist, die Arretierung des Maschinenmeißels 100 löst.
Ist der Maschinenmeißel 100 mittels der Arretierungsvorrichtung 202 ersten Typs arretiert, kann dessen Bewegung entlang der Längsachse 107 begrenzt sein, z.B. auf eine maximale Verschiebung 214 (auch als maximale Verschiebungsstrecke bezeichnet). Die maximalen Verschiebung 214 kann beispielsweise weniger als 10 Millimeter (mm) oder weniger als 1 mm sein. Dies wird später noch genauer bezüglich des elastisch verformbaren Elements 310 beschrieben. Die Arretierungsvorrichtung 202 ersten Typs der Abtragvorrichtung 200 bzw. der Haltevorrichtung 300 können eingerichtet sein, mit der Arretierungsstruktur 110 des Maschinenmeißels 100 zu koppeln. Die Arretierungsvorrichtung 202 ersten Typs kann beispielsweise eingerichtet sein, wenn diese in dem ersten Zustand ist, mit dem in die Öffnung 316 aufgenommen Maschinenmeißel 100 einen zusätzlichen Formschluss (entlang der Längsachse 107) zu bilden, welcher dessen Bewegung entlang der Längsachse 107 begrenzt.
Ist der Maschinenmeißel 100 mittels der Arretierungsvorrichtung 402 zweiten Typs arretiert, kann diese mit dem in der Öffnung aufgenommenen Maschinenmeißel 100 einen Formschluss bilden, der den Maschinenmeißel starr mit dem Meißelhalter 302 verbindet.
Wie hierin verdeutlicht, kann eine Ausgestaltung des Maschinenmeißels 100 derart eingerichtet sein, dass der Maschinenmeißel 100 in verschiedenen Ausgestaltungen der Haltevorrichtung 300 verwendet (z.B. eingesetzt) werden kann. Zum Beispiel kann der Maschinenmeißels 100 sowohl in Haltevorrichtungen 300 mit Meißelbuchse (siehe zum Beispiel 2K) als auch in Haltevorrichtungen 300 ohne Meißelbuchse (siehe zum Beispiel 2Q) eingesetzt werden.
Wie voranstehend beschrieben, können die Arretierungsstruktur 110 des Maschinenmeißels 100 und die Arretierungsvorrichtung 202, 402 derart eingerichtet sein, dass diese im Zusammenspiel entweder eine Bewegung des Maschinenmeißels 100 in der Haltevorrichtung 300 innerhalb des Spiels ermöglichen oder eine Bewegung des Maschinenmeißels innerhalb der Haltevorrichtung (z.B. relativ zu der Haltevorrichtung 300) verhindern. Diesbezüglich sind zahlreiche Ausgestaltungen der Arretierungsstruktur 110 und der Arretierungsvorrichtung 202, 402 möglich. Zum Beispiel kann die Arretierungsstruktur 110 eine Nut sein oder aufweisen und der Maschinenmeißel 100 kann sowohl in Haltevorrichtungen 300, welche eine Schraube, einen Stift und/oder einen Gewindestift als Arretierungsvorrichtung 202 ersten Typs verwenden (siehe zum Beispiel 2D bis 2G), als auch in Haltevorrichtungen 300, welche eine U-förmigen Klemme als Arretierungsvorrichtung 202 ersten Typs (siehe zum Beispiel 2I) oder eine L-förmige Klemme als Arretierungsvorrichtung 202 ersten Typs (siehe zum Beispiel 2L und 2M) verwenden, verwendet werden, um eine Bewegung des Maschinenmeißels 100 in der Haltevorrichtung 300 innerhalb des Spiels zu ermöglichen. Allerdings kann die Arretierungsstruktur 110 auch ein Bohrloch (z.B. mit Gewinde) aufweisen oder sein und die Haltevorrichtungen 300 kann optional zusätzlich eine Schraube, einen Stift und/oder einen Gewindestift als Arretierungsvorrichtung 402 zweiten Typs aufweisen, wobei in diesem Fall eine starre Verbindung (z.B. mittels Verschraubens) zwischen der Haltevorrichtung 300 und dem Maschinenmeißel 100 erzeugt werden kann (siehe zum Beispiel 4B). Anschaulich kann die Arretierungsvorrichtung 202, 402 eingerichtet sein, in Verbindung mit der Arretierungsstruktur 110 des Maschinenmeißels 100 den Maschinenmeißel 100 (in dem arretierten ersten Zustand) entweder mit Spiel oder starr in der Haltevorrichtung 300 zu arretieren.
Die Arretierungsvorrichtung 202 ersten Typs kann derart eingerichtet sein, dass dem Maschinenmeißel 100 ein oder mehr als ein Rotationsfreiheitsgrad bereitgestellt ist, wenn der Formschluss gebildet ist. Die Arretierungsvorrichtung 202 ersten Typs kann derart eingerichtet sein, dass dem Maschinenmeißel 100 ein oder mehr als ein Translationsfreiheitsgrad bereitgestellt ist, wenn der Formschluss gebildet ist. Anschaulich kann der Maschinenmeißel 100 formschlüssig in der Haltevorrichtung 300 angeordnet werden, wobei der Maschinenmeißel 100 mindestens einen Rotationsfreiheitsgrad und/oder mindestens einen Translationsfreiheitsgrad aufweisen kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die aus dem mindestens einen Rotationsfreiheitsgrad und/oder mindestens einen Translationsfreiheitsgrad resultierende Bewegung des Maschinenmeißels 100 (z.B. während eines Abtragprozesses) mittels den ein oder mehreren Sensoren erfasst werden. Anschaulich kann der Maschinenmeißel 100 in diesem Fall in der Haltevorrichtung 300 normgerecht Spiel haben, damit die Sensorik funktioniert.
Demgegenüber kann die Arretierungsvorrichtung 402 zweiten Typs derart eingerichtet sein, dass dem Maschinenmeißel 100 kein Freiheitsgrad bereitgestellt ist, wenn der Formschluss gebildet ist. Zum Beispiel kann der Formschluss eine Bewegung in drei Translationsfreiheitsgrade und in drei Rotationsfreiheitsgrade verhindern (dann auch als starre Verbindung bezeichnet).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Arretierungsstruktur 110 die in sich geschlossene Vertiefung aufweisen und die Arretierungsvorrichtung 202 ersten Typs kann eine Schraube (siehe zum Beispiel 2D bis 2G) oder eine (z.B. U-förmige oder L-förmige) Klemme aufweisen. Eine Abtragvorrichtung 200 mit einer U-förmigen Klemme als Arretierungsvorrichtung 202 ersten Typs ist in 2I gezeigt. Ein Beispiel einer U-Förmigen Klemme (auch als Haltespange bezeichnet) im Querschnitt oder als Draufsicht ist in 4A gezeigt. Eine Abtragvorrichtung 200 mit einer L-förmigen Klemme als Arretierungsvorrichtung 202 ersten Typs ist in 2L und 2M gezeigt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Arretierungsstruktur 110 ein Bohrloch (z.B. ein Gewinde aufweisend) aufweisen und die Arretierungsvorrichtung 402 zweiten Typs kann einen Stift (z.B. einen Gewindestift) und/oder eine Schraube aufweisen (siehe zum Beispiel 4B).
Optional kann die Haltevorrichtung 300 eine Dichtung 308 (z.B. einen Dichtring) aufweisen. Die Meißelbuchse 304 (z.B. der erste Teil 304(1) der Meißelbuchse 304) oder der Meißelschaft 104 kann eine Vertiefung aufweisen und die Dichtung 308 kann in der Vertiefung angeordnet sein. Die Dichtung 308 kann optional eingerichtet sein, den Formschluss zwischen dem Maschinenmeißel 100 und der Haltevorrichtung 300 (z.B. zwischen dem Schaft 104 und der Meißelbuchse 304) zu bilden oder zumindest zu verbessern. Die Dichtung 308 kann eingerichtet sein, eine Bewegung des Maschinenmeißels 100 senkrecht zur Längsachse 107 zu begrenzen (aber eine Bewegung entlang der Längsachse 107 zu ermöglichen). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Dichtung 308 verhindern, dass Partikel (z.B. Verschmutzungen) aus Richtung der Meißelspitze 102 in den ersten Aufnahmebereich 320 gelangen können.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können der Meißelhalter 302 und die Meißelbuchse 304 starr (z.B. formschlüssig und/oder kraftschlüssig) miteinander verbunden sein. Zum Beispiel kann die Meißelbuchse 304 in den Meißelhalter 302 eingepresst sein und/oder der Meißelhalter 302 kann auf die Meißelbuchse 304 aufgeschrumpft werden.
Generell kann die Haltevorrichtung 300 keine (z.B. einteilige oder mehrteilige) Meißelbuchse 304 in der Öffnung 316 aufweisen (dann auch als buchsenlose Haltevorrichtung 300 bezeichnet). Bei der buchsenlosen Haltevorrichtung 300, wie hierin verwendet, kann der zweite Teil 304(2) als Aufsatzbuchse ausgebildet oder zumindest außerhalb des Meißelhalters 302 angeordnet sein. Beispielsweise kann der zweite Teil 304(2) als Kappe oder Deckel ausgebildet sein, der auf den Meißelhalter 302 aufgesetzt ist. In diesem Fall kann der Meißelhalter 302 den zweiten Aufnahmebereich 324 (und optional ferner den ersten Aufnahmebereich 320) aufweisen. Ein Beispiel hierfür ist in 3B gezeigt.
Ein Hohlraum des Meißelhalters 302 kann eingerichtet sein zum Aufnehmen des Schafts 104 und/oder des Referenzkörpers 106 des Maschinenmeißels 100. Die Arretierungsstruktur 110 und die Arretierungsvorrichtung 202 ersten Typs können derart zueinander eingerichtet sein, dass der Maschinenmeißel 100, angeordnet in der Haltevorrichtung 300 (z.B. dem Meißelhalter 302), mindestens einen Rotationsfreiheitsgrad (z.B. um die Längsachse 107 herum) und/oder mindestens einen Translationsfreiheitsgrad (z.B. entlang der Längsachse 107 begrenzt auf die maximale Verschiebung 214) aufweisen kann. Alternativ können die Arretierungsstruktur 110 und die Arretierungsvorrichtung 402 zweiten Typs derart zueinander eingerichtet sein, dass der Maschinenmeißel 100 starr mit der Haltevorrichtung 300 (z.B. dem Meißelhalter 302) verbunden ist.
Der eine oder die mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) können die Bewegung des Maschinenmeißels 100 (z.B. während eines Abtragprozesses) entlang und/oder quer zu der oder um die Längsachse 107 erfassen. Die ein oder mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) können an bzw. in dem Meißelhalter 302 angeordnet (z.B. befestigt) sein. Die ein oder mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) können starr (z.B. formschlüssig und/oder kraftschlüssig) mit dem Meißelhalter 302 verbunden sein.
Wie voranstehend beschrieben, kann ein oder mehr als ein sensorisch erfassbarer Maßstab in einem innenliegenden Hohlraum angeordnet sein (z.B. in Form von innenliegenden Vertiefungen, z.B. Innenrillen). Dies schützt die Sensorik noch besser vor Verschmutzung. Ein Beispiel hierfür ist in 2L dargestellt, welche eine Querschnittsansicht einer Abtragvorrichtung 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen zeigt. 2M zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der in 2K gezeigten Querschnittsansicht. In dieser beispielhaften Ausführungsform kann die Meißelbuchse 304 zweiteilig sein und der zweite Teil 304(2) kann kappenförmig bzw. stöpselförmig sein. Der zweite Teil 304(2) der Meißelbuchse 304 kann derart eingerichtet sein, dass, wenn der zweite Teil 304(2) in den innenliegenden Hohlraum eingesteckt (bzw. eingeschoben) ist, der zweite Teil 304(2) und der erste Teil 304(1) der Meißelbuchse 304 starr (z.B. kraftschlüssig und/oder formschlüssig) miteinander verbunden sind. Der zweite Teil 304(2) der Meißelbuchse 304 kann die ein oder mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) aufweisen. Wie gezeigt, kann der Referenzkörper 106 in den Schaft 104 einschraubbar sein. Hierbei können der Schaft 104 und der Referenzkörper 106 mittels Einschraubens des Referenzkörpers 106 in den Schaft 104 starr (z.B. kraftschlüssig und/oder formschlüssig) verbunden werden. Der Schaft 104 und der Referenzkörper 106 können mittels Herausschraubens des Referenzkörpers 106 aus dem Schaft 104 voneinander gelöst werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Haltevorrichtung 300 ein elastisch verformbares Element 310 aufweisen, was es ermöglicht, neben einer Bewegungsfrequenz auch eine Strecke der Bewegung des Maschinenmeißels 100 und/oder auf den Maschinenmeißel 100 wirkende Kraft zu ermitteln. Als elastisch verformbares Element, wie hierin verwendet, kann jedes Element (z.B. ein Bauelement) verstanden werden, dass in der Lage ist, seine Form infolge einer mechanischen Beanspruchung (z.B. darauf wirkenden Druckkraft) entgegen einer Rückstellkraft elastisch zu verändern, und bei Wegfall der Beanspruchung wieder in seine Ausgangsform zurückzukehren (auch als elastische Verformung bezeichnet). Die Grenze, bis zu der ein Element elastisch verformbar ist, wird im Fall einer Zugbeanspruchung als Streckgrenze bezeichnet. Das elastische verformbare Element kann derart ausgewählt sein, dass dieses sich infolge der Kräfte, welche bei einem Abtragprozess unter Verwendung der Abtragvorrichtung 200 erzeugt werden, elastisch verformt. Anschaulich kann eine Steifigkeit, Form und/oder Größe des elastisch verformbaren Elements 310 anwendungsspezifisch sein. Alternativ oder zusätzlich kann das elastisch verformbare Element 310 austauschbar sein.
Das elastisch verformbare Element 310 kann aufgrund der Form elastisch verformbar sein, beispielsweise als eine (z.B. metallische) Feder eingerichtet sein. Beispiele hierfür sind in 2N bis 2Q gezeigt. 2N und 2O zeigen eine Haltevorrichtung 300, welche die Meißelbuchse 304 aufweist. Hierbei kann das elastisch verformbare Element 310 (z.B. die Feder) zwischen dem Maschinenmeißel 100 (z.B. dem Meißelkopf 108) und der Meißelbuchse 304 (und in direktem Kontakt mit diesen) angeordnet sein. 2N zeigt ferner eine beispielhafte Ausführungsform einer einteiligen Meißelbuchse 304. Zur Veranschaulichung ist ein vergrößerter Ausschnitt (E'') in 2P gezeigt, welcher die einteilige Meißelbuchse 304 im Bereich der Arretierungsvorrichtung 202 ersten Typs zeigt. Bei der Ausführung als einteilige Meißelbuchse 304 kann die Arretierungsvorrichtung 202 ersten Typs zum Beispiel eine Schraube aufweisen oder daraus hergestellt sein. Wie hierin beschrieben, kann die Haltevorrichtung 300 buchsenlos (d.h. ohne innenliegende Meißelbuchse 304 bzw. zumindest ohne den ersten Teil 304(1) der Meißelbuchse 304) ausgestaltet sein. In diesem Fall kann das elastisch verformbare Element 310 zwischen dem Maschinenmeißel 100 (z.B. dem Meißelkopf 108) und dem Meißelhalter 302 (und in direktem Kontakt mit diesen) angeordnet sein. Ein Beispiel hierfür ist in 2Q gezeigt. Das elastisch verformbare Element 310 kann einen Abstand 212 (z.B. in Richtung 105) zwischen der Haltevorrichtung 300 (z.B. der Meißelbuchse 304 und/oder dem Meißelhalter) und dem Maschinenmeißel 100 (z.B. dem Meißelkopf 108) definieren.
Das elastisch verformbare Element 310 kann auch aufgrund des Materials elastisch verformbar sein. Eine beispielhafte Ausführungsform hierfür ist in 2R und 2S gezeigt. Beispielsweise kann das elastisch verformbare Element 310 ein Elastomer aufweisen oder daraus hergestellt sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das elastisch verformbare Element 310 eine bekannte Steifigkeit, k, aufweisen. Eine auf den Maschinenmeißel 100 wirkende Kraft, F, kann das elastisch verformbare Element 310 verformen (auch als deformieren bezeichnet). Die Deformation (Verformung) des elastisch verformbaren Elements 310 kann zu einer Bewegung des Maschinenmeißels 100 entlang der Längsachse 107 führen (z.B. in Richtung 105). Diese Bewegung kann zu einer Verschiebung, s, des Maschinenmeißels 100 entlang der Längsachse 107 führen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die auf den Maschinenmeißel 100 wirkende Kraft, F, ermittelt werden anhand der Steifigkeit, k, und der Verschiebung, s, gemäß F = k·s (siehe auch Beschreibung zu 5D, 5E und 6A). Anschaulich kann die Kraft, F, eine entlang der Längsachse 107 auf den Maschinenmeißel 100 wirkende Kraft sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Arretierungsstruktur 110 des Maschinenmeißels 100 derart eingerichtet sein, dass sich der Maschinenmeißel 100 in der Haltevorrichtung 300 in Richtung 105 bewegen kann (siehe zum Beispiel 2P). Die Bewegung des Maschinenmeißels 100 entlang der Längsachse 107 kann mittels der Arretierungsvorrichtung 202 (z.B. in Verbindung mit der Arretierungsstruktur 110) ersten Typs begrenzt sein (z.B. eine maximale Verschiebung 214 definierend, welche beispielsweise der maximale Federweg des Maschinenmeißels 100 ist). Hierbei kann die Arretierungsvorrichtung 202 ersten Typs beispielsweise eine Schraube sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Abstand 212 derart gewählt sein, dass die maximale Verschiebung 214 erreicht werden kann. Zum Beispiel kann der Abstand 212 größer sein als die maximale Verschiebung 214.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das elastisch verformbare Element 310 bei einer Drehung des Maschinenmeißels 100 ein Moment und/oder eine Kraft aufnehmen. Zum Beispiel kann anhand der mittels der ein oder mehreren Sensoren 306 erfassten Bewegung (z.B. Drehung) des Maschinenmeißels 100 und der Steifigkeit, k, des elastisch verformbaren Elements 310 ein auf den Maschinenmeißel 100 wirkendes Moment und/oder eine auf den Maschinenmeißel 100 wirkende Kraft ermittelt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mindestens ein Sensor der ein oder mehreren Sensoren eingerichtet sein, die Verschiebung (z.B. den Federweg), s, des Maschinenmeißels 100 relativ der Haltevorrichtung 300 zu erfassen. 2T und 2U zeigen jeweils die Abtragvorrichtung 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen mit elastischem Element. Die Meißelbuchse 304 kann einteilig sein und der dritte Sensor 306(3) kann stirnseitig (der Öffnung 316 gegenüberliegend) an bzw. in der Meißelbuchse 304 angeordnet (z.B. befestigt) sein. Der dritte Sensor 306(3) kann ein induktiver Sensor (z.B. Wirbelstromsensor) sein (siehe zum Beispiel 2T). Der dritte Sensor 306(3) kann ein Magnetsensor (z.B. Hall-Sensor) sein (siehe zum Beispiel 2U). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann mittels des dritten Sensors 306(3) die Verschiebung, s, erfasst werden. Zum Beispiel kann der dritte Sensor 306(3) einen Abstand zu dem Referenzkörper 106 erfassen (detektieren), wobei eine relative Änderung des Abstands der Verschiebung, s, entsprechen kann. Anschaulich können die auf den Maschinenmeißel 100 wirkenden Kräfte (z.B. die Kraft F) direkt basierend auf der Verschiebung des Maschinenmeißels 100 ermittelt werden.
Ähnlich zu dem elastisch verformbaren Element 310 können auf den Maschinenmeißel 100 wirkende Kräfte ermittelt werden, indem eine Verformung des Maschinenmeißels 100 (auch als Meißelverformung bezeichnet) selbst, beispielsweise die dadurch hervorgerufene Bewegung des Meißelkopfes 108, erfasst wird. Das Erfassen der Verformung des Maschinenmeißels 100 kann begünstigt werden, wenn der Maschinenmeißel starr in der Haltevorrichtung 300 befestigt ist. Eine diesbezügliche Abtragvorrichtung 200 gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist in 4B gezeigt.
Das Bearbeiten (z.B. Schneiden) eines Materials mittels eines Maschinenmeißels 100 kann aufgrund einer dabei auf den Maschinenmeißel 100 wirkenden Gegenkraft eine Verformung des Maschinenmeißels 100 (auch als Meißelverformung bezeichnet), z.B. des Meißelkopfes 108, bewirken. Die Meißelverformung kann beispielsweise eine Verformung des Meißelkopfes 108 und/oder eine Verformung des Meißelschafts 104 aufweisen. Die Meißelverformung kann beispielsweise eine Stauchung und/oder eine Torsion des Maschinenmeißels 100 aufweisen. Hierin wird unter anderem auf eine Verformung des Meißelkopfes 108 Bezug genommen, wobei das dafür Beschriebene in Analogie für eine Verformung des gesamten Maschinenmeißels 100 oder zumindest des Meißelschafts 104 gelten kann.
Die Meißelverformung kann beispielsweise zu einer Bewegung des gesamten vierten sensorisch erfassbaren Maßstabs 112(4) führen (z.B. entgegen der Richtung der wirkenden Kraft, F). Die Meißelverformung kann beispielsweise zu einer Stauchung des vierten sensorisch erfassbaren Maßstabs 112(4) führen. Hierbei können sich die einzelnen Elemente des vierten sensorisch erfassbaren Maßstabs 112(4) relativ zueinander bewegen. Das Ermitteln (z.B. Erfassen und/oder Berechnen) der Meißelverformung, wie hierin verwendet, kann erfolgen mittels eines oder mehr als eines Sensors, beispielsweise indem eine Veränderung des vierten sensorisch erfassbaren Maßstabs 112(4) (z.B. einer Bewegung des gesamten vierten sensorisch erfassbaren Maßstabs 112(4) und/oder einer Stauchung des vierten sensorisch erfassbaren Maßstabs 112(4)) mittels des einen oder mehr als einen Sensors erfasst wird.
Die Abtragvorrichtung 200 kann den Maschinenmeißel 100 und die Haltevorrichtung 300 aufweisen. Die Abtragvorrichtung 200 kann die Arretierungsvorrichtung 402 zweiten Typs aufweisen zum Bereitstellen der starren Verbindung zwischen dem Maschinenmeißel 100 und der Haltevorrichtung 300. In dem in 4B dargestellten Beispiel kann der Maschinenmeißel 100 mehrere Bohrlöcher mit Gewinde aufweisen und die Arretierungsvorrichtung 402 zweiten Typs kann für jedes der mehreren Bohrlöcher eine zugeordnete Schraube aufweisen, so dass der Maschinenmeißel 100 mit der Haltevorrichtung 300 formfest verschraubt werden kann und so eine Bewegung des Maschinenmeißels 100 relativ zu der Haltevorrichtung 300 verhindert wird. Die ein oder mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) können derart angeordnet sein, dass diese den vierten sensorisch erfassbaren Maßstab 112(4) des Referenzkörper 106, welcher an dem Meißelkopf 108 (z.B. an einem oberen Teil des Meißelkopfes 108) befestigt oder Teil dessen ist, erfassen können.
Wie hierin beschrieben, kann der Maschinenmeißel 100 in Richtung 105 in die Öffnung 316 der Haltevorrichtung 300 aufgenommen werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Öffnung 316 bezüglich der Richtung 105 hinter dem Aufnahmebereich 420 angeordnet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Haltevorrichtung 300 ein Flachmeißelhalter sein, der eingerichtet ist einen Flachmeißel aufzunehmen. Hierbei kann der Maschinenmeißel 100 zum Beispiel ein wie in 1H dargestellter Flachmeißel sein.
In diesem Fall kann die Öffnung 316 des Meißelhalters 302 einen rechteckigen oder trapezförmigen Querschnitt entsprechend zu dem Querschnitt des Flachmeißels aufweisen.
Der Querschnitt des Flachmeißels kann mehreckig sein. Der Querschnitt des Flachmeißels kann beispielsweise einen Innenkreis, welcher an ein oder mehreren Punkten an einer Innenfläche der Öffnung 316 der Haltevorrichtung 300 anliegen kann, und ein oder mehrere Außenstrukturen (z.B. ein Vorsprung), welche die mehreckige Form definieren, aufweisen. Diese ein oder mehreren Außenstrukturen können Teil der Arretierungsstruktur 110 sein und eine Bewegung des Maschinenmeißels 100 in der Haltevorrichtung 300 zumindest behindern (z.B. verhindern). Zum Beispiel kann der Schaft 104 des Maschinenmeißels 100 ein Zylinder mit trapezförmiger Grundfläche sein und die Öffnung 316 kann einen entsprechenden trapezförmigen Querschnitt aufweisen, wobei die trapezförmige Form eine Drehung des Maschinenmeißels 100 um die Längsachse 107 herum behindern kann. Zum Beispiel kann die Form des Maschinenmeißels 100 als Drehmomentstütze dienen. Anschaulich kann die mehreckige Form des Querschnitts des Maschinenmeißels 100 als Arretierungsstruktur 110 dienen bzw. Teil dieser sein.
Die länglichen Strukturen (z.B. Rillen) des vierten sensorisch erfassbaren Maßstabs 112(4) können entlang der Oberfläche des Referenzkörpers 106 (z.B. der Oberfläche des Meißelkopfes 108) verlaufen. Die länglichen Strukturen des vierten sensorisch erfassbaren Maßstabs 112(4) können im Wesentlichen parallel zu der Längsachse 107 (z.B. in Richtung 105) verlaufen (siehe beispielhafte Ausführung (a) in 4B) oder können in der von den Richtungen 103 und 105 aufgespannten Ebene liegend in einem Winkel in einem Bereich von ungefähr 1° bis ungefähr 45° zu der Längsachse 107 angeordnet sein (siehe beispielhafte Ausführung (b) in 4B).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die ein oder mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) eingerichtet sein, den vierten sensorisch erfassbaren Maßstab 112(4) zu erfassen. Die Erfassung des vierten sensorisch erfassbaren Maßstabs 112(4) mittels der ein oder mehrere Sensoren 306(n=1 bis N) kann erfolgen, wie mit Bezug auf die Haltevorrichtung 300 beschrieben. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die ein oder mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) den vierten sensorisch erfassbaren Maßstabs 112(4) mittels einer magnetischen Messung erfassen, wie hierin für die sensorisch erfassbaren Maßstäbe 112(1), 112(2), 112(3) beschrieben.
Der Flachmeißel kann eine abgewinkelte Meißelspitze 102 aufweisen. Ein fest arretierter Flachmeißel kann durch die Gegenkraft bei einem Schneiden eines Materials verformt (deformiert) werden. Das Erfassen des an dem Meißelkopf 108 angeordneten vierten sensorisch erfassbaren Maßstabs 112(4) in Verbindung mit der Arretierungsvorrichtung 402 zweiten Typs, welche eine Bewegung des in der Haltevorrichtung 300 arretierten Maschinenmeißel 100 verhindert, ermöglicht eine Meißelverformung, z.B. Verformung (auch als Deformation bezeichnet) des Meißelkopfes 108, zu ermitteln. Wie voranstehend beschrieben, kann die Verformung des Meißelkopfes 108 zu einer Bewegung Stauchung des vierten sensorisch erfassbaren Maßstabs führen (z.B. einer Bewegung des gesamten vierten sensorisch erfassbaren Maßstabs und/oder einer Stauchung des vierten sensorisch erfassbaren Maßstabs), welche erfasst werden kann und anhand welcher die Verformung ermittelt werden kann. Diese Meißelverformung kann einen Rückschluss auf die wirkende Gegenkraft ermöglichen. Zum Beispiel kann die wirkende Gegenkraft anhand der erfassten Bewegung des vierten sensorisch erfassbaren Maßstabs ermittelt werden. Anschaulich kann ein Widerstand des geschnittenen Materials erfasst werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann anhand der aus der Meißelverformung resultierenden Bewegung die auf den Maschinenmeißel 100 wirkende Kraft, F, (hierin auch als Gegenkraft bezeichnet) ermittelt werden (siehe auch Beschreibung zu 5D, 5E und 6A). Anschaulich kann das Erfassen der Meißelverformung alternativ (oder zusätzlich) zu dem Erfassen der Verschiebung, s, verwendet werden, um die auf den Maschinenmeißel 100 wirkende Kraft, F, zu ermitteln.
Die Meißelverformung (z.B. Änderung dessen Ausdehnung entlang der Meißelachse 107) kann in einem Bereich von ungefähr 10 µm bis ungefähr 500 µm liegen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die daraus resultierende Bewegung des Meißelkopfes 108 in dem gleichen Bereich liegen.
3A bis 3C zeigen jeweils eine Haltevorrichtung 300 mit einer Meißelbuchse 304 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. In den 3A bis 3C sind die ein oder mehreren Sensoren 306 beispielhaft an dem Aufnahmebereich 320 angeordnet zum Erfassen des ersten, zweiten und/oder dritten sensorisch erfassbaren Maßstabs. Es wird verstanden, dass die ein oder mehreren Sensoren 306 auch in dem Aufnahmebereich 420 angeordnet sein können zum Erfassen des vierten sensorisch erfassbaren Maßstabs.
Mit Bezug auf 3A kann die Meißelbuchse 304 den ersten Teil 304(1) und den zweiten Teil 304(2) aufweisen. Der zweite Teil 304(2) der Meißelbuchse 304 kann beispielsweise kappenförmig sein. Der zweite Teil 304(2) der Meißelbuchse 304 kann an dem ersten Teil 304(1) der Meißelbuchse 304 (z.B. lösbar) befestigt sein. Der zweite Teil 304(2) der Meißelbuchse 304 kann an dem ersten Teil 304(1) der Meißelbuchse 304 (z.B. lösbar) befestigt sein. Der zweite Teil 304(2) der Meißelbuchse 304 kann beispielsweise an den ersten Teil 304(1) der Meißelbuchse 304 geklebt oder geschraubt sein.
Mit Bezug auf 3B kann die Meißelbuchse 304 lediglich den zweiten Teil 304(2) aufweisen. Der zweite Teil 304(2) der Meißelbuchse 304 kann kappenförmig sein. Hierbei kann der zweite Teil 304(2) an dem Meißelhalter 302 (z.B. lösbar) befestigt sein, z.B. außen an diesem (beispielsweise staubdicht) anliegend. Der zweite Teil 304(2) der Meißelbuchse 304 kann beispielsweise an den Meißelhalter 302 geklebt oder geschraubt sein.
Mit Bezug auf 3C kann der zweite Teil 304(2) der Meißelbuchse 304 in einem Abstand 322 (in Richtung 105) zu dem Meißelhalter angeordnet sein. Der Hohlraum des zweiten Teils 304(2) der Meißelbuchse 304 kann eingerichtet sein zum Aufnehmen des Referenzkörpers 106 des Maschinenmeißels 100. Die ein oder mehreren Sensoren können an und/oder in dem zweiten Teil 304(2) des Meißelhalters 304 angeordnet (z.B. befestigt) sein. Wird ein Maschinenmeißel 100 in die Haltevorrichtung 300 eingesetzt, so kann die Arretierungsstruktur 110 in dem (durch den Abstand 322 definierten) Bereich zwischen dem Meißelhalter 302 und dem zweiten Teil 304(2) der Meißelbuchse 304 angeordnet sein. Hierbei kann die Arretierungsvorrichtung 202 ersten Typs zum Beispiel die in 4A gezeigte U-förmige Klemme aufweisen oder sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Haltevorrichtung 300 einen Träger 314 aufweisen (siehe zum Beispiel 3C). Der Träger 314 kann starr (z.B. stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig) mit dem Meißelhalter 302 verbunden sein. In der in 3C gezeigten Ausführungsform kann der Träger 314 starr (z.B. stoffschlüssig, kraftschlüssig und/oder formschlüssig) mit dem zweiten Teil 304(2) der Haltvorrichtung verbunden sein. Der Träger 314 (auch als Werkzeugträger oder Schneidwalze bezeichnet) kann beispielsweise eine Maschinentrommel, ein Schneidrad oder eine Kette sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Haltevorrichtung 300 optional eine Datenverarbeitungsvorrichtung 330 aufweisen. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 330 kann beispielsweise auch ganz oder teilweise extern von der Haltevorrichtung 300 bereitgestellt sein oder werden, z.B. mit dieser über ein (z.B. lokales oder globales) Netzwerk verbunden sein. Eine beispielhafte Datenverarbeitungsvorrichtung 330 gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist in 3D gezeigt.
Die Datenverarbeitungsvorrichtung 330 kann eine erste Kommunikationsschnittstelle 332 aufweisen. Die erste Kommunikationsschnittstelle 332 kann eingerichtet sein, die von den ein oder mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) erfassten Daten (auch als Sensordaten bezeichnet) zu empfangen. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 330 kann optional eingerichtet sein, mittels der ersten Kommunikationsschnittstelle 332 Steuerbefehle an die ein oder mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) zu übermitteln, z.B. um diese zu konfigurieren oder zum Ausgeben von Daten zu instruieren.
Die Datenverarbeitungsvorrichtung 330 kann eine zweite Kommunikationsschnittstelle 338 aufweisen. Die zweite Kommunikationsschnittstelle 338 kann eingerichtet sein, Daten an ein Signalverarbeitungssystem 601 zu übermitteln (und optional von diesem zu empfangen).
Eine hierin beschriebene Kommunikationsschnittstelle (z.B. die erste Kommunikationsschnittstelle 332 und/oder die zweite Kommunikationsschnittstelle 338) kann eine kabelgebundene Schnittstelle und/oder eine Drahtlosschnittstelle sein. Eine Drahtlosschnittstelle kann gemäß einem Funkkommunikations-Protokoll bzw. -Standard eingerichtet sein bzw. kommunizieren. Zum Beispiel kann die Drahtlosschnittstelle gemäß einem kurzreichweitigen Funkkommunikationsstandard, wie beispielsweise Bluetooth, Zigbee, etc., eingerichtet sein bzw. kommunizieren. Zum Beispiel kann die Drahtlosschnittstelle gemäß einem Funkkommunikationsstandard mittlerer oder großer Reichweite eingerichtet sein bzw. kommunizieren, wie beispielsweise 3G, 4G und/oder 5G gemäß dem 3GPP-Standard. Eine Drahtlosschnittstelle kann gemäß einem Protokoll bzw. -Standard eines lokalen Drahtlosnetzwerks (WLAN) arbeiten, wie beispielsweise gemäß dem IEEE 802.11 Standard.
Die Datenverarbeitungsvorrichtung 330 kann ein oder mehreren Prozessoren 334 aufweisen. Die ein oder mehreren Prozessoren 334 können eingerichtet sein, die von den oder mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) empfangenen Daten zu verarbeiten. Die ein oder mehreren Prozessoren 334 können eingerichtet sein, die von den oder mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) empfangenen Daten mittels der zweiten Kommunikationsschnittstelle 338 an das Signalverarbeitungssystem 601 zu übermitteln. Die ein oder mehreren Prozessoren 334 können eingerichtet sein, die von den oder mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) empfangenen Daten mittels der zweiten Kommunikationsschnittstelle 338 ohne Zwischenverarbeitung direkt an das Signalverarbeitungssystem 601 weiterzuleiten.
Der Begriff „Prozessor“ kann als jede Art von Entität verstanden werden, die die Verarbeitung von Daten und/oder Signalen erlaubt. Die Daten bzw. Signale können beispielsweise gemäß zumindest einer (d.h. einer oder mehr als einer) spezifischen Funktion behandelt werden, die vom Prozessor ausgeführt wird. Ein Prozessor kann eine analoge Schaltung, eine digitale Schaltung, eine Mischsignalschaltung, eine Logikschaltung, einen Mikroprozessor, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU), einen digitalen Signalprozessor (DSP), eine programmierbare Gatter-Anordnung (FPGA), eine integrierte Schaltung oder eine beliebige Kombination davon aufweisen oder daraus gebildet sein. Jede andere Art der Implementierung der jeweiligen Funktionen, die nachstehend ausführlicher beschrieben werden, kann auch als Prozessor oder Logikschaltung verstanden werden. Es versteht sich, dass einer oder mehrere der hierin detailliert beschriebenen Verfahrensschritte von einem Prozessor ausgeführt (z.B. realisiert) werden können, durch eine oder mehrere spezifische Funktionen, die von dem Prozessor ausgeführt werden. Der Prozessor kann daher eingerichtet sein, eines der hierin beschriebenen Verfahren oder dessen Komponenten zur Informationsverarbeitung durchzuführen.
Die Datenverarbeitungsvorrichtung 330 kann eine Speichervorrichtung 336 aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die ein oder mehreren Prozessoren 334 die Speichervorrichtung 336 beim Verarbeiten von Daten (z.B. der von den ein oder mehreren Sensoren empfangenen Daten) und/oder als Zwischenspeicher verwenden.
Die Speichervorrichtung 336 kann zumindest einen Speicher aufweisen. Der Speicher kann beispielsweise bei der durch einen Prozessor durchgeführten Verarbeitung verwendet werden. Ein in den Ausführungsformen verwendeter Speicher kann ein flüchtiger Speicher, zum Beispiel ein DRAM (dynamischer Direktzugriffsspeicher), oder ein nichtflüchtiger Speicher, zum Beispiel ein PROM (programmierbarer Festwertspeicher), ein EPROM (löschbarer PROM), ein EEPROM (elektrisch löschbarer PROM) oder ein Flash-Speicher, wie beispielsweise eine Speichereinrichtung mit schwebendem Gate, eine ladungsabfangende Speichereinrichtung, ein MRAM (magnetoresistiver Direktzugriffsspeicher) oder ein PCRAM (Phasenwechsel-Direktzugriffsspeicher), sein.
5A bis 5E zeigen Aspekte eines Prozesses 500 eines Materialabtragens (z.B. eines Gesteinsschneidens).
Als Abtragen eines Materials 502, wie hierin verwendet, kann ein mechanisches Lösen von Materialteilen aus dem Materialverbund verstanden werden. Ein fortwährendes, zeitweise ununterbrochenes Abtragen eines Gesteins wird auch als Schneiden des Gesteins bzw. Gesteinsschneiden bezeichnet.
5A veranschaulicht die beteiligten Bauteile, Kräfte und Begriffe.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Haltevorrichtung 300 das elastisch verformbare Element 310 aufweisen (siehe zum Beispiel 2N bis 2S). 5B zeigt beispielhaft den Abstand 212 zwischen dem Maschinenmeißel 100 und der Haltevorrichtung 300 entlang seiner Längsachse über der Schnittlänge. Eine Änderung des Abstands 212 entspricht der Verschiebung s.
5C illustriert den zyklischen Prozess des Druckaufbaus, der Rissbildung und Lösung beim Gesteinsschneiden. Ein Materialabtragen kann entsprechend eine Kontaktphase (® in 5C) aufweisen, in welcher der Maschinenmeißel 100 mit der Oberfläche des Materials 502 in Kontakt kommt. Der Maschinenmeißel 100 kann in Richtung 504 bewegt werden, dabei baut sich Druck im Material auf. Im weiteren Kontakt kann sich dann eine diskontinuierliche Bruchzonenbildung (vgl. 5A unten) und Lösung von Bruchstücken (②-⑥ in 5C) ereignen, hierbei können Bruchstücke unterschiedlicher Größe auftreten, wobei die Größe der Bruchstücke und damit die Häufigkeit der makroskopischen Bruchereignisse unter anderem von der Druckfestigkeit des Materials 502 und der Vortriebsgeschwindigkeit des Maschinenmeißels 100, aber auch wesentlich von der Form der Meißelspitze 102 beeinflusst wird. Eine Ausrichtung des Maschinenmeißels 100 (z.B. ein Winkel zwischen dem Maschinenmeißel 100 und der Materialangriffsfläche) kann während des Schneidens im Wesentlichen konstant bleiben. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann sich der Maschinenmeißel 100 in diesen Phasen in einem oder mehreren Freiheitsgraden in der Haltevorrichtung 300 bewegen und/oder verformen. Diese Bewegung und/oder Verformung kann von den Eigenschaften des Materials 502 abhängen, wie hierin beschrieben.
Während des Materialabtragens kann der Maschinenmeißel 100 an das Material 502 angedrückt werden. Hierbei kann eine Andruckkraft FN (auch als Anpressdruck bezeichnet) wirken. In einem Winkel (z.B. senkrecht) zu der Andruckkraft FN kann eine Schneidkraft, FC, wirken. 5D zeigt oben die Schneidkraft, FC, über dem Schnittweg in einem bezüglich der Festigkeit homogenen Material 502, unten ein mögliches Signal eines Sensors 306, der den veränderlichen Abstand 212, s, zwischen einem Maschinenmeißel 100 und dem Meißelhalter 302, über dem Schnittweg erfasst. Anschaulich zeigt sich, dass hohe Schneidkräfte, FC, z.B. in (①, ③ und ⑤, zu einer starken Verformung des elastischen Elements 310, also zu einer großen Verschiebung, s, und damit einem vergleichsweise kleinen Abstand 212, führen. Folglich korreliert die Schneidkraft, FC, mit der Verschiebung, s. Es wird verstanden, dass in dem Fall einer Abtragvorrichtung 200 mit einem Flachmeißel als Maschinenmeißel 100 (z.B. einem Maschinenmeißel 100 gemäß 1H) die erfasste Meißelverformung (z.B. Verformung des Meißelkopfes 108) die Schneidkräfte repräsentieren kann.
Der Maschinenmeißel 100 kann (z.B. durch die Andruckkraft FN) auf das abzutragende Material (z.B. Gestein, Erde, Erz, Beton Asphalt, etc.) parallel zur Längsachse 107 angreifen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Längsachse 107 des Maschinenmeißels 100 eine Angriffsrichtung (z.B. in Richtung 504) des Maschinenmeißels 100 auf das abzutragende Material definieren. Der Maschinenmeißel 100 kann aber auch so angeordnet sein, dass spanender Angriff erfolgt (z.B. bei einer Abweichung von ca. 5°) oder dass (z.B. bei einem seitlichen Bewegen des Werkzeugträgers, wie beispielsweise der Schneidwalze einer Anbaufräse) der Maschinenmeißel 100 auch drückend auf das abzutragende Material einwirkt.
5E zeigt einen beispielhaften Schneidprozess, wobei das geschnittene Gestein anfänglich ein weniger druckfestes Material, zum Beispiel Kalkstein, und danach ein Gestein mit höherer Druckfestigkeit, zum Beispiel Granit, aufweist.
Auf einen Maschinenmeißel 100 wirken während eines Schneidprozesses dreidimensionale Kräfte, die beispielsweise als Schneidkraft FC, Andruckkraft FN und Seitenkraft oder - kräfte bezeichnet werden können. 5A zeigt diese Kräfte symbolisch. Wie hierin beschrieben, kann anhand der Steifigkeit, k, und der Verschiebung, s, gemäß F = k·s die auf den Maschinenmeißel 100 wirkende Kraft, F, ermittelt werden. Die Kraft, F, kann eine Kombination anderer Kräfte, wie beispielsweise der Andruckkraft FN und/oder der Schneidkraft FC sein. Die Kraft, F, kann daher auch als resultierenden Kraft oder Resultante bezeichnet werden. Anschaulich zeigt 5E, dass der Verlauf der Kraft, F, Informationen bezüglich des geschnittenen Materials (z.B. der Festigkeit des Materials) aufweist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Verschiebung, s, ein direkter Indikator der auf den Maschinenmeißel 100 wirkenden Kraft sein.
6A bis 6C zeigen jeweils ein Abtragsystem 600 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Das Abtragsystem 600 kann mindestens eine (z.B. genau eine oder mehr als eine) Haltevorrichtung 300 aufweisen. Das Abtragsystem 600 kann das Signalverarbeitungssystem 601 aufweisen.
Die Haltevorrichtung 300 kann die Datenverarbeitungsvorrichtung 330 aufweisen. In der Haltevorrichtung 300 kann ein Maschinenmeißel 100 eingesetzt sein. Das Abtragsystem 600 kann zum Beispiel die Abtragvorrichtung 200 aufweisen. Die ein oder mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) der Haltevorrichtung 300 können eingerichtet sein, den sensorisch erfassbaren Maßstab 112 des Maschinenmeißels 100 zu erfassen. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 330 kann eingerichtet sein, die mittels den ein oder mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) erfassten Daten zu empfangen und an das Signalverarbeitungssystem 601 zu übermitteln.
Das Signalverarbeitungssystem 601 kann eine dritte Kommunikationsschnittstelle 602 aufweisen. Die dritte Kommunikationsschnittstelle 602 kann eingerichtet sein, mit der zweiten Kommunikationsschnittstelle 338 gemäß einem Kommunikationsstandard zu kommunizieren. Zum Beispiel kann die dritte Kommunikationsschnittstelle 602 eine Drahtlosschnittstelle sein und kann mit der zweiten Kommunikationsschnittstelle 338 gemäß einem der hierin beschriebenen Standards (z.B. Bluetooth, Zigbee, 3G, 4G, 5G, WLAN, etc.) kommunizieren. Anschaulich kann das Signalverarbeitungssystem 601 die von den ein oder mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) erfassten Daten 604 empfangen.
Das Signalverarbeitungssystem 601 kann optional eine oder mehr als eine zusätzliche Kommunikationsschnittstelle aufweisen. Diese Kommunikationsschnittstelle kann eingerichtet sein, mit Sensoren an dem Werkzeugträger oder im Antrieb desselben gemäß einem Kommunikationsstandard zu kommunizieren. Die Signale der zusätzlichen Sensoren können genutzt werden, um die von der Datenverarbeitungsvorrichtung 330 ermittelten Messwerte einem räumlichen Abbaupunkt zuzuordnen, und/oder um ergänzende Informationen zu den Betriebsparametern des Abtragsystems 600 zu erhalten, anhand derer die Messwerte beispielsweise kompensiert oder klassifiziert werden können. Zum Beispiel kann das Signalverarbeitungssystem 601 einen oder mehrere Sensoren aufweisen zum Ermitteln einer (z.B. globalen oder lokalen) Position des Abtragsystems 600. Zum Beispiel kann der eine oder mehr als eine zusätzliche Sensor ein oder mehrere Sensoren aufweisen zum Erfassen einer Rotationsgeschwindigkeit (z.B. der Lagervorrichtung 632), einer hydraulischen und/oder elektrischen Andruckleistung, akustischer Signale, optischer Signale, und/oder Informationen eines digitalen Dokumentenmanagements (DMS).
Optional kann das Signalverarbeitungssystem 601 ein cloudbasiertes Verarbeitungssystem sein. Zum Beispiel kann das Signalverarbeitungssystem 601 in einer Cloud implementiert sein. Anschaulich kann die Datenverarbeitungsvorrichtung 330 eingerichtet sein, die mittels der ein oder mehreren Sensoren erfassten Daten an eine Cloud zur Datenverarbeitung zu übermitteln.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Signalverarbeitungssystem 601 ein lokales Verarbeitungssystem sein (z.B. als Teil einer Abtragmaschine, wie beispielsweise einer Gesteinsabbaumaschine). Zum Beispiel kann das Signalverarbeitungssystem 601 in einer Fernbedienung und/oder einer Steuereinheit des Abtragsystems 600 implementiert sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Signalverarbeitungssystem 601 eingerichtet sein, ein Signal 610 auszugeben basierend auf dem mittels zumindest eines Sensors der ein oder mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) erfassten Maschinenmeißels 100. Das Signalverarbeitungssystem 601 kann eingerichtet sein, das Signal 610 basierend auf den von den ein oder mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) erfassten Daten 604 auszugeben. Anschaulich können die ein oder mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) mittels des sensorisch erfassbaren Maßstabs 112 bzw. den sensorisch erfassbaren Maßstäben 112(1), 112(2), 112(3), 112(4) eine Bewegung des Maschinenmeißels 100 relativ zu dem Meißelhalter 302 erfassen und das Signalverarbeitungssystem 601 kann anhand dieser erfassten Bewegung das Signal 610 ermitteln. Die Bewegung des Maschinenmeißels 100 kann eine Bewegung des Maschinenmeißels 100 relativ zu dem Meißelhalter 302 oder eine Meißelverformung sein.
Das Signal 610 kann eine Beschaffenheit eines mittels des Maschinenmeißels 100 abgetragenen Objekts repräsentieren. Die Beschaffenheit des abgetragenen Objekts kann zum Beispiel eine Eigenschaft des Materials des abgetragenen Objekts sein. Eine Materialeigenschaft des abgetragenen Objekts kann zum Beispiel eine (Mohs'sche) Härte, eine Zug- oder Druckfestigkeit, eine Körnung bzw. eine Konglomeratverteilung, eine Klüftigkeit, ein Wassergehalt, eine Abrasivität etc.) sein.
Die Beschaffenheit des abgetragenen Objekts kann eine Änderung ein oder mehrerer Materialeigenschaften aufweisen (z.B. eine Änderung der Härte, eine Änderung der Festigkeit, Klüftigkeit, Wassergehalt, etc.).
Die Eigenschaften eines Materials können die Bruchcharakteristik des Materials beeinflussen. Diese materialspezifische Bruchcharakteristik (z.B. Sprödbruch oder duktiler Bruch, Spanform und/oder Spangröße, Einfluss der Korngrößenverteilung, etc.) kann zu einem materialspezifischen Bewegungsschema des Maschinenmeißels 100 führen.
Anschaulich können die Materialeigenschaften des abgetragenen Objekts eine mechanische Anregung des Maschinenmeißels 100 beeinflussen, wobei die Antwort des Maschinenmeißels 100 auf die Anregung erfasst werden kann. Das Erfassen der Antwort des Maschinenmeißels 100 kann aufweisen, eine Bewegung (z.B. eine Translation und/oder eine Rotation) des Referenzkörpers 106 bzw. des Maßstabs zu erfassen, eine Verformung (z.B. Dehnung oder Stauchung) des Referenzkörpers 106 bzw. des Maßstabs zu erfassen, z.B. eine Frequenz derselben zu erfassen. Beispielsweise kann als Antwort auf die Anregung des Maschinenmeißels 100 eine Frequenz (z.B. der Translation und/oder Rotation) erfasst werden, mit welcher der Referenzkörper bewegt und/oder verformt wird. Basierend auf der erfassten Antwort kann auf diese Materialeigenschaften rückgeschlossen werden (z.B. können diese berechnet oder klassifiziert werden).
Das Signal 610 kann alternativ oder zusätzlich einen Zustand des Maschinenmeißels 100 repräsentieren. Der Zustand des Maschinenmeißels 100 kann beispielsweise ein Verschleißzustand des Maschinenmeißels 100 sein. Ist die Meißelspitze 102 nicht mehr spitz (z.B. abgerundet) und/oder partiell abgeschlagen, so kann dies zu einer erfassbaren Änderung der Bruchcharakteristik führen. Anschaulich kann ein Verschleiß des Maschinenmeißels 100 eine Bewegung (z.B. eine Translation, eine Rotation, eine Frequenz einer Translation und/oder Rotation, etc.) des Maschinenmeißels 100 beim Abtragen eines Objekts verändern, so dass anhand der erfassten Bewegung des Maschinenmeißels 100 auf den Verschleißzustand des Maschinenmeißels 100 rückgeschlossen werden kann. In einem Beispiel kann das Abtragsystem 600 eine Vielzahl von Maschinenmeißeln aufweisen, die gemäß dem Maschinenmeißel 100 eingerichtet sind, wobei das für einen Maschinenmeißel 100 der Vielzahl von Maschinenmeißeln ausgegebene Signal 610 Abweichungen von den für die anderen Maschinenmeißel der Vielzahl von Maschinenmeißeln ausgegebenen Signale 610 aufweist. Diese Abweichungen können ein Indiz für einen Verschleiß des Maschinenmeißels 100 sein. In einem anderen Beispiel kann das Abtragsystem 600 in einem Speicher (z.B. obere und/oder untere) Grenzwerte für das Signal 610 speichern und ein Signal 610 außerhalb (z.B. unterhalb oder oberhalb) des durch die Grenzwerte definierten Bereichs kann einen Verschleiß des Maschinenmeißels 100 angeben oder zumindest andeuten.
Das Signalverarbeitungssystem 601 kann mit ein oder mehreren Prozessoren 606 gekoppelt sein. Zum Beispiel kann das Signalverarbeitungssystem 601 die ein oder mehreren Prozessoren 606 aufweisen (siehe zum Beispiel 6A und 6B). Allerdings kann das Signalverarbeitungssystem 601 auch als lokales Verarbeitungssystem mittels einer entsprechenden Kommunikationsschnittstelle mit einem Server (z.B. einer Cloud) verbunden sein. In diesem Fall kann der Server zusätzlich oder alternativ ein oder mehrere Prozessoren zur Datenverarbeitung sowie Schnittstellen zu weiteren Sensoren aufweisen, die zusätzliche Informationen über das Abtragsystem bereitstellen, zum Beispiel für eine Datenfusionsanalyse. In diesem Fall kann das Signalverarbeitungssystem 601 die hierin beschriebenen ermittelten Informationen (z.B. das Signal 610, z.B. eine Angabe über eine Bewegung des Maschinenmeißels 100) mittels der Kommunikationsschnittstelle von dem Server empfangen.
Wie hierin beschrieben, können die von den ein oder mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) erfassten Daten 604 einen Abstand des Referenzkörpers 106 von dem jeweiligen Sensor 306(n), eine Strecke (z.B. eine Amplitude), um welche sich der Referenzkörper 106 relativ zu dem Sensor 306(n) bewegt, eine Frequenz, mit welcher sich der Referenzkörper 106 bewegt (z.B. eine Frequenz einer Translation und/oder eine Frequenz einer Rotation und/oder eine Frequenz der Bewegung des Meißelkopfes 108 aufgrund einer Meißelverformung), repräsentieren.
Die ein oder mehreren Prozessoren 606 können eingerichtet sein, ein Modell 608 zu implementieren. Das Modell 608 kann in einem lokalen Speicher des Signalverarbeitungssystems 601 und/oder in einem Cloudspeicher gespeichert sein. Das Modell 608 kann eingerichtet sein, einen oder mehr als einen der folgenden Prozesse durchführen: eine Datenkorrektur (aufweisend zum Beispiel eine Normalisierung, eine Driftkorrektur, eine Rauschunterdrückung, eine Ausreißeridentifikation und/oder eine Filterung), eine (Evolutions-)Spektralanalyse, eine statistische Zeitreihenanalyse, eine Klassifikation (zum Beispiel mittels einer Histogrammanalyse und/oder mittels eines oder mehrerer neuronaler Netzwerke), eine Mustererkennung, etc.
Das Modell 608 kann eingerichtet sein, das Signal 610 in Reaktion auf ein Eingeben von Eingangsdaten auszugeben. Die Eingangsdaten können die von den ein oder mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) erfassten Daten 604 aufweisen. Optional können die Eingangsdaten des Modells 608 ferner ein oder mehrere Daten der folgenden Gruppe von Daten aufweisen: Geodaten (Geokoordinaten, Richtwerte, Parameter), Referenzwerte für Signalamplituden, spektrale Charakteristik, Referenzmuster (etwa als Musterzeitreihen, Musterspektren, Musterbilder), digitalisierte und/oder aufbereitete Sensordaten, verarbeitete Sensordaten (z.B. Verschiebungen, Beschleunigungen, Häufigkeiten), Betriebsdaten der Arbeitsmaschine.
Das Signal 610 kann beispielsweise Klassenwerte bezogen auf Geodaten (z.B. Materialfestigkeitsklassen 1...K) und/oder Zustandswerte bezogen auf Geodaten (z.B. Verschleißzustände 1...N) aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die erfassten Daten 604 (z.B. unter anderem) die Verschiebung, s, aufweisen oder diese zumindest repräsentieren. Folglich kann die Verschiebung, s, (zumindest als Teil der erfassten Daten 604) dem Modell 608 zugeführt werden. Alternativ können die erfassten Daten 604 (z.B. unter anderem) die Meißelverformung (z.B. Angaben darüber aufweisend) repräsentieren, z.B. die Bewegung des Meißelkopfes 108. In diesem Fall kann die Verformung zumindest als Teil der erfassten Daten 604 dem Modell 608 zugeführt werden.
Zusätzlich oder alternativ können die ein oder mehreren Prozessoren 606 eingerichtet sein, die auf den Maschinenmeißel 100 wirkende Kraft, F, basierend auf der Verschiebung, s, (z.B. gemäß F = k·s) oder der Meißelverformung zu ermitteln. Zum Beispiel kann das Modell 608 eingerichtet sein, basierend auf der ermittelten Kraft, F, das Signal 610 auszugeben. Anschaulich kann das Modell 608 die Kraft, F, auf eine Beschaffenheit des mittels des Maschinenmeißels 100 abgetragenen Objekts und/oder eine Beschaffenheit des Maschinenmeißels 100 abbilden.
Zusätzlich oder alternativ können die ein oder mehreren Prozessoren 334 der Datenverarbeitungsvorrichtung 330 eingerichtet sein, die auf den Maschinenmeißel 100 wirkende Kraft, F, basierend auf der Verschiebung, s, oder der Meißelverformung zu ermitteln (z.B. gemäß F = k·s). Hierbei kann die Datenverarbeitungsvorrichtung 330 eingerichtet sein, die ermittelte Kraft, F, zusätzlich (oder alternativ) zu den erfassten Daten 604 an das Signalverarbeitungssystem 601 zu übermitteln. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Modell 608 eingerichtet sein, basierend auf der ermittelten Kraft, F, und/oder auf den erfassten Daten 604 das Signal 610 auszugeben (siehe zum Beispiel 6B). Anschaulich kann anhand der Translation des Maschinenmeißels 100 entlang der Längsachse 107 die Kraft, F, ermittelt werden und anhand der anderen hierin beschriebenen Translationen und/oder Rotationen des Maschinenmeißels 100 in Kombination mit der wirkenden Kraft, F, kann die Beschaffenheit des mittels des Maschinenmeißels 100 abgetragenen Objekts und/oder die Beschaffenheit des Maschinenmeißels 100 (also das Signal 610) ermittelt werden (z.B. mittels des Modells 608). Alternativ kann die Kraft, F, anhand der Meißelverformung ermittelt werden, was Rückschlüsse auf die Beschaffenheit des mittels des Maschinenmeißels 100 abgetragenen Objekts und/oder die Beschaffenheit des Maschinenmeißels 100 (also das Signal 610) ermöglicht.
Anschaulich kann das Signalverarbeitungssystem 601 anhand von Mustern in Messwerten (den erfassten Daten 604) zwischen abzutragenden bzw. abgetragenen Materialien (z.B. automatisch) unterscheiden (differenzieren) bzw. diese klassifizieren.
Das Modell 608 kann spezifisch für einen bestimmten Abtragprozess sein. Zum Beispiel kann das Modell 608 ein Lagerstättenmodell sein, welches die während eines Gesteinsschneidens erfassten Daten 604 auf Materialeigenschaften des geschnittenen bzw. zu schneidenden Gesteins abbildet.
Das Modell 608 kann ein auf maschinellem Lernen basierendes Modell sein. Das Modell 608 kann beispielsweise einen bestärkendes-Lernen-Algorithmus aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen kann zumindest ein Teil des Modells 608 mittels eines neuronalen Netzwerks implementiert werden. Ein neuronales Netzwerk kann jede Art von neuronalem Netzwerk, wie beispielsweise ein Autoencoder-Netzwerk, ein neuronales Faltungsnetzwerk (engl.: convolutional neural network, CNN), ein Variations-Autoencoder-Netzwerk (engl.: variational autoencoder network, VAE), ein Ausgedünntes Autoencoder-Netzwerk (engl.: sparse autoencoder network, SAE), ein rekurrentes neuroanales Netzwerk (RNN), ein neuronales Entfaltungsnetzwerk (engl.: deconvolutional neural network, DNN), ein generatives gegnerisches Netzwerk (engl. generative adversarial network, GAN), ein vorausschauendes neuronales Netzwerk (engl.: forward-thinking neural network), ein neuronales Summenprodukt-Netzwerk (engl.: sum-product neural network) etc., aufweisen oder sein. Das neuronale Netzwerk kann jede Anzahl an Schichten aufweisen und das trainierte neuronale Netzwerk kann mittels jeder Art von überwachtem oder nichtüberwachtem Lernverfahren trainiert worden sein. Diese Verfahren können beispielsweise elastische oder klassische Fehlerrückführung (Backpropagation) beinhalten.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das auf maschinellem Lernen basierende Modell 608 trainiert werden. Das Trainieren des Modells 608 kann ein Ermitteln einer Vielzahl von Datensätzen aufweisen, wobei das Ermitteln eines jeden Datensatzes aufweisen kann: ein Analysieren (z.B. Messen) der Eigenschaften des abzutragenden Materials und Zuordnen zu einer Materialklasse, ein Erfassen von Bewegungen des Maschinenmeißels 100 im Abtragsystem 600 mittels der ein oder mehreren Sensoren 306, optional ein Erfassen und Zuordnen von Betriebsdaten beim Einsatz des Abtragsystems 600, und ein Ermitteln von eindeutigen Kennwerten oder Kennlinien dieser Bewegungen für die analysierte Materialklasse und die erfassten Betriebsdaten. Anschließend kann das Modell 608 unter Verwendung der ermittelten Vielzahl von Datensätzen derart trainiert werden, dass das trainierte Modell von Bewegungen des Maschinenmeißels 100 unter Berücksichtigung des Betriebszustands des Abtragsystems 600 auf Eigenschaften des abgetragenen Materials abbildet.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die ein oder mehreren Prozessoren 606 eingerichtet sein, eine Angabe über eine Bewegung und/oder die Verformung des Maschinenmeißels 100 zu ermitteln. Die ein oder mehreren Prozessoren 606 können eingerichtet sein, die Bewegung und/oder Verformung des Maschinenmeißels 100 anhand der erfassten Daten 604 zu ermitteln. Zum Beispiel kann das Modell 608 eingerichtet sein, in Reaktion auf ein Eingeben der ermittelten Bewegung und/oder Verformung des Maschinenmeißels 100 das Signal 610 auszugeben.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die ein oder mehreren Prozessoren 606 eingerichtet sein, eine Angabe über eine auf den Maschinenmeißel 100 wirkende Kraft zu ermitteln. Die ein oder mehreren Prozessoren 606 können eingerichtet sein, die auf den Maschinenmeißel 100 wirkende Kraft anhand der erfassten Daten 604 zu ermitteln. Zum Beispiel kann das Modell 608 eingerichtet sein, in Reaktion auf ein Eingeben der ermittelten auf den Maschinenmeißel 100 wirkenden Kraft das Signal 610 auszugeben.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die ein oder mehreren Prozessoren 606 zusätzliche Daten verwenden, um das Signal 610 zu ermitteln. Zum Beispiel können die zusätzlichen Daten ebenfalls in das Modell 608 eingegeben werden, um das Signal 610 zu ermitteln. Die zusätzlichen Daten können beispielsweise Betriebsdaten ein oder mehrerer Komponenten des Abtragsystems 600 oder z.B. der Arbeitsmaschine, welche das Abtragsystem antreibt und steuert, aufweisen.
6C zeigt das Abtragsystem 600 gemäß verschiedenen Ausführungsformen mit einer beispielhaften Bearbeitungsmaschine 630.
Die Bearbeitungsmaschine 630 kann zum Beispiel eine im Bergbau verwendete Gesteinsbearbeitungsmaschine (z.B. eine Gesteinsschneidemaschine), eine im Tiefbau verwendete Gesteinsbearbeitungsmaschine, oder eine im Hochbau verwendete Gesteinsbearbeitungsmaschine aufweisen oder sein. Eine im Tiefbau verwendete Bearbeitungsmaschine kann beispielsweise dem Erstellen oder Abriss von Fundamenten oder dem Auffahren oder Reparieren eines Tunnels dienen. Eine im Hochbau verwendete Bearbeitungsmaschine kann beispielsweise dem Erstellen oder Abriss von Bauwerken dienen. Eine im Bergbau verwendete Gesteinsbearbeitungsmaschine kann beispielsweise eine Teilschnittmaschine, ein Surface Miner, ein Continuous Miner, eine Schachtbohrmaschine, eine Schrämmaschine, eine Straßenfräse, eine Grabenfräse, ein Hydraulikbagger mit Anbaufräse oder ein vergleichbares Gerät sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Maschinenmeißel 100 ein Rundschaftmeißel oder ein Flachmeißel sein. Eine Anbaufräse kann zum Beispiel einen Längsschneidkopf oder einen Querschneidkopf oder ein Schneidrad oder eine Schneidkette aufweisen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Abtragsystem 600 mindestens eine Lagervorrichtung 632 aufweisen. Optional kann die Lagervorrichtung 632 Teil der Haltevorrichtung 300 sein. Die Lagervorrichtung 632 kann eingerichtet sein, dem Träger 314 der Haltevorrichtung 300 zumindest einen Freiheitsgrad derart bereitzustellen, dass der Meißelhalter 302 (und optional der Maschinenmeißel 100) in eine Richtung 504 schräg zur Längsachse 107 bewegt werden kann und/oder entlang der Längsachse 107 gegen eine Oberfläche gepresst werden kann. Dies ermöglicht beispielsweise das in 5A bis 5C beschriebene Materialabtragen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können mittels des Trägers 314 Angriffskräfte auf den Maschinenmeißel 100 übertragen werden.
Das Signalverarbeitungssystem 601 kann die von den ein oder mehreren Sensoren 306(n=1 bis N) erfassten Daten 604 mittels der Kommunikationsschnittstelle 602 empfangen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Abtragsystem 600 eine Visualisierungseinrichtung 634 aufweisen. Die Visualisierungseinrichtung 634 kann geeignet sein, einem Bediener (z.B. einem Bediener der Bearbeitungsmaschine 630) anhand des ausgegebenen Signals 610 Hinweise zur Bedienung des Abtragsystems 600 zu vermitteln. Zum Beispiel kann dem Bediener eine Materialeigenschaft des abgetragenen Gesteins als Signal 610 visuell (z.B. als Festigkeitswert, als Klassifikationswert, als Farbindikation, wie beispielsweise einer ersten Farbe für „hart“ und einer zweiten Farbe für „weich“, etc.) dargestellt werden. Die Visualisierungseinrichtung 634 kann zum Beispiel in einem Fahrerhaus der Bearbeitungsmaschine 630 angeordnet sein. Anschaulich kann ein Bediener des Abtragsystems 600 anhand des Signals 610 imstande sein, den Abtragprozess (z.B. den Gesteinsschneideprozess) anzupassen. Hierbei ist es nicht erforderlich, dass der Bediener das abzutragende oder das abgetragene Material sehen kann.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann zum Beispiel die Andruckkraft FN (z.B. an die Festigkeit des abgetragenen Materials) angepasst werden. Eine nicht an den Abtragprozess angepasste Andruckkraft kann zu einem deutlich erhöhten Verschleiß des Maschinenmeißels 100 führen. Anschaulich kann das Anpassen der Andruckkraft FN an das ausgegebene Signal 610, welche Eigenschaften des abgetragenen und mutmaßlich weiter abzutragenden Materials charakterisiert, einen Verschleiß des Maschinenmeißels 100 verringern. Eine optimale Betriebsführung kann beispielsweise eine maximale Andruckkraft FN bei gleichzeitig geringer Abnutzung des Maschinenmeißels 100 aufweisen.
Ferner kann eine Abnutzung des Maschinenmeißels 100 zu einem Verschleiß des Meißelhalters 302 führen. Folglich kann das Anpassen der Andruckkraft FN auch einen Verschleiß der Haltevorrichtung 300 verringern. Eine defekte (z.B. verschlissene) Haltevorrichtung 300 würde einen Ersatz der Haltevorrichtung 300 erfordern, z.B. durch Anschweißen einer anderen Haltevorrichtung 300 an den Träger 314. Dies würde hohe Kosten für Material und Arbeitszeit sowie die Kosten der Stillstandszeit zur Folge haben. Zudem wird durch einen solchen Ersatz nie die ursprüngliche Haltbarkeit der Haltevorrichtung 300 erreicht, mithin der Gebrauchswert der Bearbeitungsmaschine 630 vermindert - was durch die mittels des Abtragsystems 600 ermöglichte Anpassung der Andruckkraft vermeidbar wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können alternativ oder zusätzlich zu der Andruckkraft FN die Bewegungsgeschwindigkeit (auch als Schneidgeschwindigkeit bezeichnet) in Richtung 504 und/oder die Kontaktfläche beim Schneiden (auch als Schneidtiefe bezeichnet) angepasst werden.
Das Abtragsystem 600 kann eine Vielzahl von Maschinenmeißeln aufweisen. Die hierin beschriebenen Ausführungsformen ermöglichen ein Ermitteln einer optimalen Andruckkraft FN für jeden einzelnen Maschinenmeißel 100 der Vielzahl von Maschinenmeißeln.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Abtragsystem 600 mindestens ein Stellglied aufweisen. Das Stellglied kann eingerichtet sein, eine Bewegung des Maschinenmeißels 100 zu beeinflussen. Das Stellglied kann eingerichtet sein, eine Bewegung des Maschinenmeißels 100 basierend auf dem Signal 610 zu beeinflussen. Zum Beispiel kann das Stellglied in Abhängigkeit einer ermittelten Festigkeit (als Signal 610) des abgetragenen Materials die Bewegungsgeschwindigkeit des Maschinenmeißels 100 (in Richtung 504) und/oder die Andruckkraft FN zu verändern (z.B. anzupassen). Anschaulich kann das Abtragsystem 600 anhand des Signals 610 mittels des Stellglieds den Abtragprozess (z.B. den Gesteinsschneideprozess) automatisch (oder zumindest semiautomatisch) anpassen. Hierbei ist kein Bediener erforderlich.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Erfassen des Referenzkörpers 106 des Maschinenmeißels 100 mittels den ein oder mehreren Sensoren 306 der Haltevorrichtung 300 eine Echtzeit-Rückmeldung über die Bewegung des Maschinenmeißels 100 liefern. Als Echtzeit, wie hierin verwendet, kann verstanden werden, dass zwischen dem Abtragen einer Gesteinsschicht und dem Ausgeben des zugehörigen Signals 610 weniger als 1 Minute (z.B. weniger als 30 Sekunden, z.B. weniger als 10 Sekunden, z.B. weniger als 1 Sekunde) liegt.
Folglich muss der Abtragprozess (z.B. Abbauprozess) nicht mehr regelmäßig unterbrochen werden, um die neu freigelegte Abtragfläche (auch Stoß genannt) visuell zu inspizieren. Somit wird der Zeitaufwand für das Abtragen gesenkt, und damit auch die Betriebskosten. Anschaulich wird ein selektiver Abbau mit kontinuierlicher Rückmeldung ermöglicht, welche nicht aufgrund einer Staubentwicklung oder Haufwerksüberdeckung oder Werkzeugverschmutzung unterbrochen werden muss. Bezüglich eines Gesteinsabbauprozesses ermöglicht die Echtzeit-Rückmeldung einen selektiven Abbau, wodurch ein Anteil von Begleitmineralen, Einschlüssen und/oder Taubgestein in dem abgebauten Gestein verringert wird. Dies ermöglicht ebenfalls, Aufwände für die nachfolgende Aufbereitung der Rohminerale zu verringern, zum Beispiel Transportkosten, Lagerungskosten, Investitionskosten und Prozesskosten.
Die Rückmeldung über das abzutragende Material (z.B. Gestein, Erde, Erz, Beton Asphalt, etc.) ermöglicht eine Prozessoptimierung (z.B. mittels eines selektiven Abbaus) in verschiedenen Branchen, wie beispielsweise Tiefbau, Tunnelbau, Abbruch, etc. Die hierin beschriebene Detektion des Verschleißes des Maschinenmeißels 100 kann zu einer zusätzlichen Kostensenkung führen (z.B. ist keine Sichtprüfung des Maschinenmeißels 100 mehr erforderlich).
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Abtragsystem 600 mindestens eine andere Kommunikationsschnittstelle aufweisen. Die mindestens eine andere Kommunikationsschnittstelle kann eine kabelgebundene Schnittstelle oder eine Drahtlosschnittstelle sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Signalverarbeitungssystem 601 eingerichtet sein, mittels der Kommunikationsschnittstelle 602 und/oder mittels der mindestens einen anderen Kommunikationsschnittstelle die erzeugten Signale 610 und/oder die Daten 604 zu einer übergeordneten Datenverarbeitungsanlage zu übermitteln (z.B. in diese einzubinden). Die übergeordnete Datenverarbeitungsanlage kann eingerichtet sein zur Aktualisierung des Modells 608 (z.B. des Lagerstättenmodells), zur Betriebsdokumentation und/oder zur Instandhaltungsplanung). Zum Beispiel kann die Instandhaltung anhand des ermittelten Verschleißzustands des Maschinenmeißels 100 geplant werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können geologische Daten bezüglich des abzutragenden Objekts (z.B. einer Lagerstätte, eines Bauwerks, und/oder einer Baustelle) von der übergeordneten Datenverarbeitungsanlage anhand der Daten 604 und/oder der Signal 610 ermittelt werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die zusätzlichen Daten zur Wartungs- und/oder Instandhaltungsplanung verwendet werden.
7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 700 gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Das Verfahren 700 kann ein Entfernen eines Referenzkörpers von einem ersten Maschinenmeißel aufweisen (in 702). Zum Beispiel kann der Referenzkörper von dem ersten Maschinenmeißel gelöst werden, indem eine starre (z.B. formschlüssige und/oder kraftschlüssige) Verbindung zwischen dem Referenzkörper und dem ersten Maschinenmeißel gelöst wird. Der Referenzkörper kann ein magnetisierbares Material aufweisen, das einen sensorisch erfassbaren Maßstab bildet.
Der erste Maschinenmeißel kann beispielsweise gemäß dem Maschinenmeißel 100 eingerichtet sein, welcher den Referenzkörper 106 aufweist.
Das Verfahren 700 kann ein nachfolgendes Hinzufügen des Referenzkörpers zu einem zweiten Maschinenmeißel aufweisen (in 704). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Referenzkörper dem zweiten Maschinenmeißel derart hinzugefügt werden, dass eine starre (z.B. formschlüssige und/oder kraftschlüssige) Verbindung zwischen einer Meißelspitze des zweiten Maschinenmeißels und dem Referenzkörper gebildet wird bzw. ist. Zum Bespiel kann der zweite Maschinenmeißel nach dem Hinzufügen des Referenzkörpers gemäß dem Maschinenmeißel 100 eingerichtet sein.
Anschaulich kann mittels des Verfahrens 700 ein Referenzkörper nacheinander für verschiedene Maschinenmeißel verwendet werden. Anschaulich kann ein Referenzköper eines Maschinenmeißels (z.B. der Referenzkörper 106 des Maschinenmeißels 100) austauschbar sein. Dies kann beispielsweise Betriebskosten einer Vorrichtung, welche zum Beispiel Maschinenmeißel 100 verwendet, senken.
8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 800 gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Das Verfahren 800 kann ein Entnehmen eines ersten Maschinenmeißels, der einen Referenzkörper aufweist, aus einem Meißelhalter heraus aufweisen (in 802). Der Referenzkörper kann ein magnetisierbares Material aufweisen, das einen sensorisch erfassbaren Maßstab bildet.
Der erste Maschinenmeißel kann beispielsweise gemäß dem Maschinenmeißel 100 eingerichtet sein, welcher den Referenzkörper 106 aufweist. Der Meißelhalter kann beispielsweise (als Meißelhalter 302) Teil der Haltevorrichtung 300 sein.
Das Verfahren 800 kann ein Einsetzen eines zweiten Maschinenmeißels, der den Referenzkörper aufweist, in einen Meißelhalter hinein aufweisen (in 804). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der zweite Maschinenmeißel derart in den Meißelhalter hinein eingesetzt werden, dass eine starre (z.B. formschlüssige und/oder kraftschlüssige) Verbindung zwischen einer Meißelspitze des zweiten Maschinenmeißels und dem Referenzkörper gebildet wird bzw. ist. Der erste Maschinenmeißel kann beispielsweise gemäß dem Maschinenmeißel 100 eingerichtet sein. Der zweite Meißelhalter kann in den gleichen Meißelhalter oder einen anderen Meißelhalter eingesetzt werden.
Zum Beispiel können die Meißelhalter Teil der Haltevorrichtung 300 sein. Der erste Maschinenmeißel kann aus einem Meißelhalter 302 der Haltevorrichtung 300 entnommen werden (in 802), der Referenzkörper kann von dem ersten Maschinenmeißel entfernt und dem zweiten Maschinenmeißel hinzugefügt werden (z.B. gemäß dem Verfahren 700) und der zweite Maschinenmeißel kann in den Meißelhalter 302 oder einen anderen Meißelhalter eingesetzt werden.
9 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 900 gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Das Verfahren 900 kann ein Abtragen eines Materials (z.B. Schneidens eines Gesteins) mittels eines Maschinenmeißels, welcher einen Referenzkörper aufweist, aufweisen (in 902). Ein beispielhaftes Abtragen von Material wird mit Bezug auf 5A bis 5C beschrieben.
Das Verfahren 900 kann ein Erfassen einer Bewegung des Referenzkörpers relativ zu einem Meißelhalter, in welchen der Maschinenmeißel entgegen der Meißellängsrichtung hineingesteckt ist, mittels zumindest eines Sensors des Meißelhalters beim Abtragen des Materials aufweisen (in 904).
Der Maschinenmeißel kann gemäß dem Maschinenmeißel 100 eingerichtet sein. Der Meißelhalter kann (als Meißelhalter 302) Teil der Haltevorrichtung 300 sein. Zum Beispiel kann der Maschinenmeißel 100 entgegen der Längsrichtung 107 in den Meißelhalter 302 gesteckt sein. Hierbei kann beim Abtragen des Materials zumindest ein Sensor der ein oder mehreren Sensoren 306 die Bewegung des Maschinenmeißels 100 relativ zu dem Meißelhalter 302 erfassen.
Das Verfahren 900 kann ein Ausgeben eines Signals basierend auf der erfassten Bewegung des Referenzkörpers aufweisen (in 906). Das ausgegebene Signal kann beispielsweise ein Sensorsignal sein. Das ausgegebene Signal kann detektierte Daten des zumindest einen Sensors aufweisen oder zumindest repräsentieren.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 900 ferner ein Ermitteln einer Kenngröße, die eine auf den Maschinenmeißel wirkende Kraft repräsentiert, basierend auf dem ausgegebenen Signal aufweisen.
Anschaulich kann das Verfahren 900 ein Verfahren zur Materialdifferenzierung sein.
10 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1000 gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
Das Verfahren 1000 kann ein Ermitteln einer mechanischen Antwort eines Referenzkörpers (z.B. dessen Veränderung oder die Frequenz der Veränderung) eines Maschinenmeißels, der in einer Haltevorrichtung aufgenommen ist, auf eine mechanische Anregung des Maschinenmeißels aufweisen (in 1002). Die mechanische Anregung des Maschinenmeißels kann zu einer Auslenkung des Maschinenmeißels relativ zu der Haltevorrichtung und/oder aus einer Referenzlage aufweisen. Das Verfahren 1000 kann zum Beispiel ein Erzeugen von Instruktionen zum Anregen der Auslenkung des Maschinenmeißels aufweisen. Die Antwort eines Referenzkörpers kann beispielsweise eine Bewegung (z.B. eine Vibration) und/oder eine Verformung des Referenzkörpers aufweisen, die (z.B. deren Frequenz) erfasst wird.
Das Verfahren 1000 kann ein Klassifizieren eines Sensors der Haltevorrichtung, mittels dessen die Antwort erfasst wird, basierend auf einem Vergleich der mittels des Sensors erfassten Antwort mit einer abgespeicherten Referenzantwort aufweisen (in 1004). Das Verfahren 1000 kann optional ferner ein Erzeugen eines Signals, welches ein Resultat des Klassifizierens angibt, aufweisen. Das Signal kann angeben, ob die Antwort des Maschinenmeißels ein abgespeichertes Kriterium erfüllt. Das Kriterium kann erfüllt sein, wenn eine Abweichung der Antwort des Maschinenmeißels von einer abgespeicherten Referenzantwort kleiner ist als ein (z.B. abgespeicherter) Schwellenwert.
Das Verfahren ermöglicht beispielsweise ein Erkennen von Verunreinigungen im Aufnahmebereich, an dem Referenzkörper (z.B. am sensorisch erfassbaren Maßstab) und/oder an dem Sensor. Das Verfahren kann eine Kalibrierung des Sensors ermöglichen. Das Verfahren kann eine Funktionsprüfung eines Sensors ermöglichen.
Das Verfahren kann durch das gezielte Bewegen des Maschinenmeißels in der Haltevorrichtung und einem Vergleich der Messwerte mit Sollwerten Anhaltspunkte oder Kriterien dafür liefern, dass sich im Sensorbereich Gesteins- oder Metallstaub angesammelt hat und die Detektion der Bewegung des Maschinenmeißels behindert oder die Gefahr von vorzeitigem Verschleiß erhöht.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Maschinenmeißel an jeweils definierte Anschlagspunkte bewegt werden, das Signal des mindstens einen Sensors kann erfasst werden und das erfasste Signal kann mit einer abgespeicherten Referenzantwort (z.B. einem zuvor ermittelten, gespeicherten Kalibriersignal) verglichen werden.
Der Maschinenmeißel kann zum Beispiel manuell mechanisch ausgelenkt werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Maschinenmeißel semi-maschinell ausgelenkt werden unter Verwendung einer Auslenkvorrichtung. Die Auslenkvorrichtung kann derart eingerichtet sein, dass durch Auswahl der entsprechenden Parameter der Maschinenmeißel von der Auslenkvorrichtung in die vordefinierten Anschlagpositionen bewegt wird. Der Sensor kann die zugehörigen Messwerte erfassen und die erfassten Messwerte können (z.B. mittels der Datenverarbeitungsvorrichtung 330) mit der Referenzantwort verglichen werden. Zum Beispiel können die von mehreren Sensoren erfassten Messwerte summarisch mit der Referenzantwort und/oder einer jeweiligen einem der mehreren Sensoren zugeordneten Referenzantwort verglichen werden.
Die Referenzantwort kann ein Ergebnis einer qualitativen und/oder quantitativen dualen oder graduellen Bewertung des Verschmutzungs- und/oder Verschleißzustands sein.
11 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 1100 zum Betreiben einer Abtragvorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Zum Beispiel kann das Verfahren 1100 ein Verfahren zur Funktionswiederherstellung und/oder - Funktionserhaltung eines Sensors der Abtragvorrichtung sein.
Die Abtragvorrichtung kann die Haltevorrichtung 300 aufweisen. Die Abtragvorrichtung kann gemäß der Abtragvorrichtung 200 eingerichtet sein.
Das Verfahren 1100 kann ein Entfernen von Feststoffpartikeln, die an einem Maschinenmeißel und/oder dem Meißelhalter haften und/oder die zwischen dem Maschinenmeißel und dem Meißelhalter angeordnet sind aufweisen (in 1102). Die Feststoffpartikel können zum Beispiel mittels Abtragens und/oder magnetischen Bindens (z.B. Einfangens) entfernt werden.
Hierbei kann zum Beispiel ein Bereich in der Nähe des Sensors von eingedrungenem Gesteins- und/oder Metallstaub gereinigt werden.
Das Entfernen der Feststoffpartikel kann beispielsweise mittels Druckluft erfolgen. Das Verfahren kann zum Beispiel mit Druckluft arbeiten, um die Sensorik staubfrei zu halten oder nach einer gewissen Zeit erneut staubfrei zu machen. Das Entfernen von magnetischen Feststoffpartikeln kann beispielsweise mittels eines Fangmagneten erfolgen. Anschaulich kann der Fangmagnet (oder optional mehrere Fangmagnete) entstehende Metallspäne abfangen, bevor sie an den sensorisch erfassbaren Maßstab und/oder den Biasmagneten des Sensors gelangen können. Diese Metallspäne entstehen nahezu ausschließlich an der Meißelspitze und an der vorderen Aufschlagfläche des Meißelhalters durch den Aufschlag des Maschinenmeißels auf diese und durch den Angriff am Gestein. Stahlspäne, welche sich am Biasmagneten anlagern, können dessen Signal in Form einer zur Ablagerungsmasse proportionalen Pegelschwächung und/oder Pegelverschiebung verfälschen. Sofern das Material nicht entfernt wird, entspricht dies einem Sensorverschleiß.
Das Verfahren dient der Vermeidung von Verschleiß am Referenzkörper und/oder den ein oder mehreren Sensoren und der fortwährenden Einhaltung der spezifizierten Erkennungsqualität während des Betriebs des Abtragsystems. Das Verfahren kann automatisiert werden, indem bestimmte Muster in den Messwerten dazu genutzt werden, eine Verunreinigung des Sensorbereichs automatisch zu erkennen.
Das Verfahren 1100 kann ein Abtragen eines Materials mittels des Maschinenmeißels, der in dem Meißelhalter aufgenommen ist, vor und/oder nach dem Entfernen der Feststoffpartikel aufweisen (in 1104).
Im Folgenden werden verschiedene Beispiele beschrieben, die sich auf das vorangehend Beschriebene und in den Figuren Dargestellte beziehen.
Beispiel 1 ist ein Maschinenmeißel, aufweisend: eine Meißelspitze, einen Schaft, der sich (beispielsweise in einem Winkel (z.B. 0° oder mehr, z.B. 5° oder mehr, z.B. 10° oder mehr)) von der Meißelspitze weg entlang einer Längsachse des Maschinenmeißels erstreckt; einen Referenzkörper, der zumindest einen (d.h. einen oder mehr als einen) sensorisch erfassbaren Maßstab (z.B. aus einem magnetisierbaren Material oder das magnetisierbare Material aufweisend) aufweist; wobei der Referenzkörper, der Schaft und die Meißelspitze starr miteinander verbunden sind.
Beispiel 2 ist eingerichtet gemäß Beispiel 1, wobei die Meißelspitze auf einer ersten Stirnseite des Schafts angeordnet und/oder mit dieser starr verbunden ist.
Beispiel 3 ist eingerichtet gemäß Beispiel 1 oder 2, wobei der Referenzkörper auf einer zweiten Stirnseite des Schafts angeordnet und/oder mit dieser starr verbunden ist, welche vorzugsweise der ersten Stirnseite gegenüberliegt.
Beispiel 4 ist eingerichtet gemäß einem der Beispiele 1 bis 3, wobei der mindestens eine Maßstab zumindest teilweise in einem (z.B. innen- oder außenliegenden) Hohlraum (z.B. entlang der Längsachse in den Schaft hinein erstreckend) des Referenzkörpers angeordnet ist.
Beispiel 5 ist eingerichtet gemäß einem der Beispiele 1 bis 4, wobei das magnetisierbare Material einen oder mehr als einen Dauermagneten aufweist, mittels dessen der sensorisch erfassbare Maßstab gebildet ist.
Beispiel 6 ist eingerichtet gemäß einem der Beispiele 1 bis 5, wobei der sensorisch erfassbare magnetische Maßstab aus einem magnetisierbaren, aber nicht dauermagnetischen Material gebildet ist.
Beispiel 7 ist eingerichtet gemäß einem der Beispiele 1 bis 6, wobei der zumindest eine Maßstab einen oder mehr als einen Magnetpol aufweist, wovon jeder Magnetpol mittels des magnetisierbaren Materials bereitgestellt ist und/oder ein Maßstabelement des Maßstabs bereitstellt.
Beispiel 8 ist eingerichtet gemäß einem der Beispiele 1 bis 7, wobei der Referenzkörper eine oder mehr als eine Vertiefung aufweist, wovon jede Vertiefung ein Maßstabelement des Maßstabs bereitstellt.
Beispiel 9 ist eingerichtet gemäß einem der Beispiele 1 bis 8, wobei der zumindest eine Maßstab aufweist: einen ersten Maßstab, der mehrere Vertiefungen aufweist, deren Abstand und/oder Ausdehnung eine Dimension des Maßstabs aufspannt entlang eines in sich geschlossenen Pfades, und/oder einen zweiten Maßstab, der mehrere Vertiefungen aufweist, deren Abstand und/oder Ausdehnung eine Dimension des Maßstabs aufspannt zu dem Schaft hin.
Beispiel 10 ist eingerichtet gemäß Beispiel 9, wobei jede der Vertiefungen des zweiten Maßstabs einen Graben bildet, der entlang der Längsachse und/oder zu der Meißelspitze hin erstreckt ist, und/oder wobei jede der Vertiefungen des ersten Maßstabs einen Graben bildet, der entlang des in sich geschlossenen Pfades erstreckt ist.
Beispiel 11 ist eingerichtet gemäß einem der Beispiele 1 bis 10, wobei der zumindest eine Maßstab aufweist: einen dritten Maßstab, der mehrere (z.B. konzentrische oder strahlenförmige) Vertiefungen aufweist, deren Abstand und/oder Ausdehnung eine Dimension des Maßstabs aufspannt quer zu der Längsachse.
Beispiel 12 ist eingerichtet gemäß Beispiel 11, wobei jede der Vertiefungen des dritten Maßstabs einen Graben bildet, der um die Längsachse herum verläuft, und/oder wobei jede der Vertiefungen des dritten Maßstabs einen Graben bildet, zu der Längsachse hin verläuft.
Beispiel 13 ist eingerichtet gemäß einem der Beispiele 1 bis 12, wobei der Referenzkörper und der Schaft lösbar miteinander verbunden sind (z.B. mittels eines Formschlusses).
Beispiel 14 ist eingerichtet gemäß einem der Beispiele 1 bis 13, wobei der Schaft ein Rundschaft ist.
In Beispiel 15 kann der Maschinenmeißel gemäß einem der Beispiele 1 bis 14 optional ferner aufweisen: einen Meißelkopf, der sich von der Meißelspitze weg entlang der Längsachse zu dem Schaft hin erstreckt, wobei der Meißelkopf und der Schaft stoffschlüssig verbunden sind.
Beispiel 16 ist eine Haltevorrichtung, aufweisend: einen Meißelhalter mit einer Öffnung zum Aufnehmen eines Maschinenmeißels (z.B. eines Maschinenmeißels gemäß einem der Beispiele 1 bis 15), eine Arretierungsvorrichtung (z.B. ersten Typs oder zweiten Typs), welche eingerichtet ist, mit dem in der Öffnung aufgenommenen Maschinenmeißel einen Formschluss zu bilden, der eine Bewegung des Maschinenmeißels entlang einer Längsachse des Maschinenmeißels begrenzt, einen Aufnahmebereich (z.B. ein Hohlraum), zum Aufnehmen eines Abschnitts (z.B. einen Referenzkörper aufweisend) des Maschinenmeißels, welcher zu der Öffnung hin freiliegt (z.B. entlang der Längsachse); zumindest einen Sensor, welcher an dem Aufnahmebereich angeordnet ist und eingerichtet ist, den in den Aufnahmebereich hinein erstreckten Abschnitt (z.B. dessen sensorisch erfassbaren Maßstab) berührungslos zu erfassen.
Beispiel 17 ist eingerichtet gemäß Beispiel 16, wobei der zumindest eine Sensor eingerichtet ist: einen Abstand des Referenzkörpers von dem Sensor und/oder eine Strecke (z.B. Amplitude), um welche sich der Referenzkörper relativ zu dem Meißelhalter bewegt und/oder eine Frequenz, mit welcher sich der Referenzkörper bewegt, zu erfassen.
Beispiel 18 ist eingerichtet gemäß einem der Beispiele 16 oder 17, wobei der Sensor starr mit dem Meißelhalter verbunden ist.
Beispiel 19 ist eingerichtet gemäß einem der Beispiele 16 bis 18, wobei der zumindest eine Sensor aufweist: einen oder mehr als einen magnetoresistiven Sensor, einen oder mehr als einen Hallsensor; einen oder mehr als einen kapazitiven Sensor; und/oder einen oder mehr als einen induktiven Sensor (z.B. einen Wirbelstromsensor).
Beispiel 20 ist eingerichtet gemäß einem der Beispiele 16 bis 19, wobei der zumindest eine Sensor eingerichtet ist, ein von dem Maschinenmeißel ausgehendes und/oder beeinflusstes Feld zu erfassen, wobei das Feld vorzugsweise ein Magnetfeld und/oder ein elektrisches Feld ist.
In Beispiel 21 kann die Haltevorrichtung gemäß einem der Beispiele 16 bis 20 ferner aufweisen: eine in der Öffnung angeordnete Meißelbuchse, welche den Sensor trägt.
Beispiel 22 ist eingerichtet gemäß Beispiel 21, wobei die Meißelbuchse eine größere Härte aufweist als der Meißelhalter.
Beispiel 23 ist eingerichtet gemäß Beispiel 21 oder 22, wobei die Meißelbuchse: einteilig (z.B. in Form einer, z.B. kappenförmigen, Hülse) ist und/oder entlang der Längsachse zumindest teilweise (z.B. bis auf Bohrungen) abgeschlossen ist, oder mehrteilig ist (z.B. in Form einer teiligen Hülse), wovon ein (z.B. zweiter) Teil der Meißelbuchse den Aufnahmebereich aufweist und vorzugsweise an einem anderen (z.B. ersten) Teil der Meißelbuchse oder dem Meißelhalter befestigt werden kann, wobei der zumindest eine Sensor vorzugsweise an dem Teil, der den Aufnahmebereich aufweist, angeordnet ist.
Beispiel 24 ist eingerichtet gemäß einem der Beispiele 16 bis 23, wobei der zumindest eine Sensor eingerichtet ist, eine Translation des Maschinenmeißels parallel zur Meißelachse und/oder eine Translation des Maschinenmeißels quer zur Meißelachse und/oder eine Drehung des Maschinenmeißels um die Längsachse des Maschinenmeißels und/oder eine Drehung des Maschinenmeißels senkrecht zu der Längsachse des Maschinenmeißels zu erfassen.
Beispiel 25 ist eingerichtet gemäß einem der Beispiele 16 bis 24, wobei die Arretierungsvorrichtung derart eingerichtet ist, dass dem Maschinenmeißel ein oder mehr als ein Rotationsfreiheitsgrad bereitgestellt ist, wenn der Formschluss gebildet ist.
Beispiel 26 ist eingerichtet gemäß einem der Beispiele 16 bis 25, wobei die Arretierungsvorrichtung derart eingerichtet ist, dass dem Maschinenmeißel ein oder mehr als ein Translationsfreiheitsgrad bereitgestellt ist, wenn der Formschluss gebildet ist.
Beispiel 27 ist eingerichtet gemäß einem der Beispiele 16 bis 20, wobei die Öffnung entlang einer Richtung in den Meißelhalter hinein erstreckt ist und wobei die Öffnung bezüglich der Richtung hinter dem Aufnahmebereich angeordnet ist; und wobei die Arretierungsvorrichtung eingerichtet ist, mit dem in der Öffnung aufgenommenen Maschinenmeißel einen Formschluss zu bilden, der den Maschinenmeißel (z.B. einen Schaft des Maschinenmeißels) starr mit dem Meißelhalter verbindet (beispielsweise 3 Translationsfreiheitsgrade und 3 Rotationsfreiheitsgrade des Maschinenmeißels begrenzend). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Maschinenmeißel ein Flachmeißel sein.
Beispiel 28 ist eingerichtet gemäß Beispiel 27, wobei der Sensor eingerichtet ist, einen in den Aufnahmebereich hinein erstreckten Meißelkopf des Maschinenmeißels als Abschnitt berührungslos zu erfassen.
Beispiel 29 ist eingerichtet gemäß Beispiel 27 oder 28, wobei der zumindest eine Sensor eingerichtet ist, eine mechanische Veränderung (z.B. Bewegung und/oder Verformung) des Maschinenmeißels zu erfassen. Beispielsweise kann der zumindest eine Sensor eingerichtet sein, eine aus der Verformung des Maschinenmeißels resultierende Bewegung des sensorisch erfassbaren Maßstabs zu erfassen. Zum Beispiel kann der zumindest eine Sensor eingerichtet ist, eine Bewegung des gesamten sensorisch erfassbaren Maßstabs und/oder eine Stauchung des sensorisch erfassbaren Maßstabs (z.B. eine relative Bewegung einzelner Elemente des sensorisch erfassbaren Maßstabs zueinander) erfassen. Da die Bewegung des Maschinenmeißels aus einer Verformung des Maschinenmeißels resultieren kann, kann der zumindest eine Sensor eingerichtet sein, eine Verformung des Maschinenmeißels (z.B. des Meißelkopfes) zu erfassen.
Beispiel 30 ist eingerichtet gemäß den Beispielen 28 und 29, wobei der zumindest eine Sensor eingerichtet ist, eine Verformung des Meißelkopfes (z.B. eine Bewegung des sensorisch erfassbaren Maßstabs aufgrund einer Verformung des Meißelkopfes) zu erfassen.
In Beispiel 31 kann die Haltevorrichtung gemäß einem der Beispiele 16 bis 30 optional ferner aufweisen: eine Reinigungsvorrichtung, die eingerichtet ist, Feststoffpartikel, die an dem Maschinenmeißel und/oder dem Meißelhalter haften und/oder die zwischen dem Maschinenmeißel und dem Meißelhalter angeordnet sind, davon zu entfernen (z.B. abzutragen und/oder magnetisch zu binden).
Beispiel 32 ist ein Abtragsystem, aufweisend: eine Haltevorrichtung gemäß einem der Beispiele 16 bis 31, optional den Maschinenmeißel (z.B. eingerichtet gemäß einem der Beispiele 1 bis 15) und optional ein Signalverarbeitungssystem (z.B. in einer Cloud oder einer Fernbedienung implementiert), das eingerichtet ist, ein Signal auszugeben basierend auf dem mittels des zumindest einen Sensors erfassten Maschinenmeißel.
Beispiel 33 ist eingerichtet gemäß Beispiel 32, wobei das Signalverarbeitungssystem eingerichtet ist, eine Angabe über eine mechanische Veränderung (z.B. Bewegung und/oder Verformung) des Maschinenmeißels zu ermitteln basierend auf dem mittels des zumindest einen Sensors erfassten Maschinenmeißels, wobei das Signal auf der Angabe basiert.
Beispiel 34 ist eingerichtet gemäß Beispiel 32 oder 33, wobei das Signalverarbeitungssystem eingerichtet ist, eine Angabe über eine auf den Maschinenmeißel wirkende Kraft zu ermitteln basierend auf einer Kenngröße (z.B. der Verschiebung, s, bzw. dem Federweg des Maschinenmeißels relativ zu dem Meißelhalter), die eine auf den Maschinenmeißel wirkende Federkraft repräsentiert, wobei das Signal auf der Angabe basiert. Die Kenngröße kann beispielsweise basierend auf dem mittels des zumindest einen Sensors erfassten Maschinenmeißel ermittelt werden oder in einem Datenspeicher abgespeichert sein.
Beispiel 35 ist eingerichtet gemäß einem der Beispiele 32 bis 33, wobei das Signalverarbeitungssystem eingerichtet ist, das Signal basierend auf einer mittels des zumindest einen Sensors erfassten mechanische Veränderung (z.B. Bewegung und/oder Verformung) des Maschinenmeißels relativ zu dem Meißelhalter zu ermitteln.
Beispiel 36 ist eingerichtet gemäß einem der Beispiele 32 bis 35, wobei das Signal eine Beschaffenheit eines mittels des Maschinenmeißels abgetragenen Objekts repräsentiert.
Beispiel 37 ist eingerichtet gemäß einem der Beispiele 32 bis 36, wobei das Signal einen Zustand des Maschinenmeißels, vorzugsweise einen Verschleißzustand des Maschinenmeißels, repräsentiert.
In Beispiel 38 kann das Abtragsystem gemäß einem der Beispiele 32 bis 37 optional ferner aufweisen: ein Stellglied, welches eingerichtet ist, eine Bewegung des Meißelhalters zu beeinflussen basierend auf dem Signal.
Beispiel 39 ist ein Verfahren (z.B. ein Verfahren zum Übertragen eines Referenzkörpers), aufweisend: Entfernen eines Referenzkörpers von einem ersten Maschinenmeißel (z.B. indem eine starre Verbindung zwischen einer Meißelspitze des ersten Maschinenmeißels und dem Referenzkörper gelöst wird), und nachfolgendes Hinzufügen des Referenzkörpers zu einem zweiten Maschinenmeißel derart, dass eine starre Verbindung zwischen einer Meißelspitze des zweiten Maschinenmeißels und dem Referenzkörper gebildet wird, wobei der Referenzkörper ein magnetisierbares Material aufweist, das einen sensorisch erfassbaren Maßstab bildet, wobei der Maschinenmeißel beispielsweise gemäß einem der Beispiele 1 bis 15 eingerichtet ist.
Beispiel 40 ist ein Verfahren (z.B. ein Verfahren zum Wechseln eines Maschinenmeißels), aufweisend: Entnehmen eines ersten Maschinenmeißels, der einen Referenzkörper aufweist, aus einem Meißelhalter heraus, Einsetzen eines zweiten Maschinenmeißels, der den Referenzkörper aufweist, in einen Meißelhalter hinein, wobei eine starre Verbindung zwischen einer Meißelspitze des zweiten Maschinenmeißels und dem Referenzkörper gebildet ist; wobei der Referenzkörper ein magnetisierbares Material aufweist, das einen sensorisch erfassbaren Maßstab bildet, wobei der Maschinenmeißel beispielsweise gemäß einem der Beispiele 1 bis 15 eingerichtet ist und/oder wobei der Meißelhalter beispielsweise gemäß einem der Beispiele 16 bis 31 eingerichtet ist.
Beispiel 41 ist ein Verfahren, aufweisend: Abtragen eines Materials mittels eines Maschinenmeißels, der einen Referenzkörper aufweist; Erfassen einer mechanischen Veränderung (z.B. Bewegung und/oder Verformung) des Referenzkörpers (z.B. aufgrund einer Bewegung des Maschinenmeißels als Ganzes und/oder einer Verformung des Maschinenmeißels) relativ zu einem Meißelhalter, in welchen der Maschinenmeißel entgegen einer Längsrichtung des Maschinenmeißels hinein gesteckt ist, mittels zumindest eines Sensors des Meißelhalters beim Abtragen des Materials; Ausgeben eines Signals basierend auf der erfassten mechanischen Veränderung (z.B. Bewegung und/oder Verformung) des Referenzkörpers, wobei der Maschinenmeißel beispielsweise gemäß einem der Beispiele 1 bis 15 eingerichtet ist und/oder wobei der Meißelhalter beispielsweise gemäß einem der Beispiele 16 bis 31 eingerichtet ist, wobei das Signal beispielsweise gemäß einem der Beispiele 32 bis 38 ermittelt wird bzw. eingerichtet ist.
Beispiel 42 ist ein Verfahren (z.B. ein Verfahren zur Funktionsprüfung eines Sensors), aufweisend: Ermitteln einer mechanischen Antwort eines Referenzkörpers eines Maschinenmeißels, der in einer Haltevorrichtung aufgenommen ist, auf eine mechanische Anregung des Maschinenmeißels (z.B. relativ zu der Haltevorrichtung und/oder aus einer Referenzlage); und Klassifizieren eines Sensors der Haltevorrichtung, mittels dessen die Antwort erfasst wird, basierend auf einem Vergleich der mittels des Sensors erfassten Antwort mit einer abgespeicherten Referenzantwort.
Beispiel 43 ist eingerichtet gemäß Beispiel 42, ferner aufweisend: Erzeugen von Instruktionen zum Anregen einer Auslenkung des Maschinenmeißels, der in einer Haltevorrichtung aufgenommen ist.
Beispiel 44 ist eingerichtet gemäß Beispiel 42 oder 43, ferner aufweisend: Erzeugen eines Signals, welches ein Resultat des Klassifizierens angibt, vorzugsweise ob die Antwort des Maschinenmeißels ein abgespeichertes Kriterium erfüllt, wobei das Kriterium vorzugsweise erfüllt ist, wenn eine Abweichung der Antwort des Maschinenmeißels von einer abgespeicherten Referenzantwort kleiner ist als ein (z.B. abgespeicherter) Schwellenwert.
Das Verfahren gemäß ein oder mehreren der Beispiele 42 bis 44 ermöglicht ein Erkennen von Verunreinigungen im Aufnahmebereich, am Maßstab und/oder an dem zumindest einen Sensor.
Beispiel 45 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Abtragvorrichtung (z.B. zur Funktionswiederherstellung und/oder -Funktionserhaltung eines Sensors der Abtragvorrichtung), welches einen in einer Haltevorrichtung gemäß einem der Beispiele 16 bis 31 angeordneten Maschinenmeißel (z.B. einem Maschinenmeißel gemäß einem der Beispiele 1 bis 15) aufweist, das Verfahren aufweisend: Entfernen von Feststoffpartikeln, die an einem Maschinenmeißel und/oder dem Meißelhalter haften und/oder die zwischen dem Maschinenmeißel und dem Meißelhalter angeordnet sind, vorzugsweise mittels Abtragens und/oder magnetischen Bindens (z.B. Einfangens) der Feststoffpartikel; und Abtragen eines Materials mittels des Maschinenmeißels, der in dem Meißelhalter aufgenommen ist, vor und/oder nach dem Entfernen der Feststoffpartikel.
Bezugszeichenliste

100: Maschinenmeißel
101, 103, 105: Richtungen
102: Meißelspitze
104: Schaft
106: Referenzkörpers
107: Längsachse
108: Meißelkopf
109: Meißelstift
110: Arretierungsstruktur
111: Meißelkragen
112: sensorisch erfassbare Maßstäbe
200: Abtragvorrichtung
202: Arretierungsvorrichtung
212: Abstand
214: Verschiebung
300: Haltevorrichtung
302: Meißelhalter
304: Meißelbuchse
306: ein oder mehrere Sensoren
308: Dichtung
310: elastisch verformbares Element
314: Träger
316: Öffnung
320: Aufnahmebereich
322: Abstand
324: zweiter Aufnahmebereich
330: Datenverarbeitungsvorrichtung
332: Kommunikationsschnittstelle
334: Prozessoren
336: Speichervorrichtung
338: Kommunikationsschnittstelle
402: Arretierungsvorrichtung
420: Aufnahmebereich
500: Prozess des Materialabtragens
502: Material
504: Richtung
600: Abtragsystem
601: Signalverarbeitungssystem
602: Kommunikationsschnittstelle
604: Daten
606: Prozessoren
608: Modell
610: Signal
630: Bearbeitungsmaschine
632: Lagervorrichtung
634: Visualisierungseinrichtung
700, 800, 900, 1000, 1100: Verfahren

Claims

Maschinenmeißel (100), aufweisend: • eine Meißelspitze (102); • einen Schaft (104), der sich von der Meißelspitze (102) weg entlang einer Längsachse (107) des Maschinenmeißels (100) erstreckt; und • einen Referenzkörper (106), der zumindest einen sensorisch erfassbaren Maßstab (112) aus einem magnetisierbaren Material aufweist; • wobei der Referenzkörper (106), der Schaft (104) und die Meißelspitze (102) starr miteinander verbunden sind.
Maschinenmeißel (100) gemäß Anspruch 1, wobei der zumindest eine Maßstab (112) zumindest teilweise in einem Hohlraum des Referenzkörpers (106) angeordnet ist.
Maschinenmeißel (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der zumindest eine Maßstab (112) einen oder mehr als einen Magnetpol aufweist, wovon jeder Magnetpol mittels des magnetisierbaren Materials bereitgestellt ist und/oder ein Maßstabelement des zumindest einen Maßstabs bereitstellt.
Maschinenmeißel (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Referenzkörper (106) eine oder mehr als eine Vertiefung aufweist, wovon jede Vertiefung ein Maßstabelement des zumindest einen Maßstabs bereitstellt.
Maschinenmeißel (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der zumindest eine Maßstab (112) aufweist: • einen ersten Maßstab (112(1)), der mehrere Vertiefungen aufweist, deren Abstand und/oder Ausdehnung eine Dimension des zumindest einen Maßstabs (112) aufspannt entlang eines in sich geschlossenen Pfades; und/oder • einen zweiten Maßstab (112(2)), der mehrere Vertiefungen aufweist, deren Abstand und/oder Ausdehnung eine Dimension des zumindest einen Maßstabs (112) aufspannt zu dem Schaft (104) hin.
Maschinenmeißel (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Referenzkörper (106) und der Schaft (104) lösbar miteinander verbunden sind.
Haltevorrichtung (300), aufweisend: • einen Meißelhalter (302) mit einer Öffnung (316) zum Aufnehmen eines Maschinenmeißels (100); • eine Arretierungsvorrichtung (202, 402), welche eingerichtet ist, mit dem in der Öffnung (316) aufgenommenen Maschinenmeißel einen Formschluss zu bilden, der eine Bewegung des Maschinenmeißels entlang einer Längsachse des Maschinenmeißels begrenzt; • einen Aufnahmebereich (320, 420) zum Aufnehmen eines Abschnitts des Maschinenmeißels, wobei der Aufnahmebereich (320, 420) zu der Öffnung (316) hin freiliegt; und • zumindest einen Sensor (306), welcher an dem Aufnahmebereich (320, 420) angeordnet ist und eingerichtet ist, den in den Aufnahmebereich (320, 420) hinein erstreckten Abschnitt berührungslos zu erfassen.
Haltevorrichtung (300) gemäß Anspruch 7, aufweisend: eine in der Öffnung (316) angeordnete Meißelbuchse (304), welche den zumindest einen Sensor (306) trägt.
Haltevorrichtung (300) gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei die Meißelbuchse (304): • einteilig ist und/oder entlang der Längsachse zumindest teilweise abgeschlossen ist; oder • mehrteilig ist, wovon ein Teil (304(2)) der Meißelbuchse (304) den Aufnahmebereich (320) aufweist und vorzugsweise an einem anderen Teil (304(1)) der Meißelbuchse (304) oder an dem Meißelhalter (302) befestigt werden kann, wobei der zumindest eine Sensor (306) vorzugsweise an dem Teil (304(2)), der den Aufnahmebereich (320) aufweist, angeordnet ist.
Haltevorrichtung (300) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der zumindest eine Sensor (306) eingerichtet ist, • eine Translation des Maschinenmeißels parallel zur Meißelachse und/oder • eine Translation des Maschinenmeißels quer zur Meißelachse und/oder • eine Drehung des Maschinenmeißels um die Längsachse des Maschinenmeißels und/oder • eine Drehung des Maschinenmeißels senkrecht zu der Längsachse des Maschinenmeißels zu erfassen.
Haltevorrichtung (300) gemäß Anspruch 7 oder 8, • wobei die Öffnung (316) entlang einer Richtung (105) in den Meißelhalter (302) hinein erstreckt ist und wobei die Öffnung (316) bezüglich der Richtung (105) hinter dem Aufnahmebereich (420) angeordnet ist; • wobei die Arretierungsvorrichtung (402) eingerichtet ist, mit dem in der Öffnung (316) aufgenommenen Maschinenmeißel einen Formschluss zu bilden, der den Maschinenmeißel starr mit dem Meißelhalter (302) verbindet.
Haltevorrichtung (300) gemäß Anspruch 11, wobei der zumindest eine Sensor (306) eingerichtet ist, eine Verformung des Maschinenmeißels , vorzugsweise eine aus der Verformung eines Meißelkopfes (108) des Maschinenmeißels (100) resultierende Bewegung des sensorisch erfassbaren Maßstabs, zu erfassen.
Haltevorrichtung (300) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 12, ferner aufweisend: • eine Reinigungsvorrichtung, die eingerichtet ist, Feststoffpartikel, die an dem Maschinenmeißel und/oder dem Meißelhalter (302) haften und/oder die zwischen dem Maschinenmeißel und dem Meißelhalter (302) angeordnet sind, davon zu entfernen.
Abtragsystem (600), aufweisend: • eine Haltevorrichtung (300) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 13; • ein Signalverarbeitungssystem (601), das eingerichtet ist, ein Signal (610) auszugeben basierend auf dem mittels des zumindest einen Sensors (306) erfassten Maschinenmeißel (100).
Abtragsystem (600) gemäß Anspruch 14, • wobei das Signal (610) eine Beschaffenheit eines mittels des Maschinenmeißels abgetragenen Objekts repräsentiert; und/oder • wobei das Signal (610) einen Zustand des Maschinenmeißels, vorzugsweise einen Verschleißzustand des Maschinenmeißels, repräsentiert.
Verfahren (700), aufweisend: • Entfernen eines Referenzkörpers von einem ersten Maschinenmeißel (702); und • nachfolgendes Hinzufügen des Referenzkörpers zu einem zweiten Maschinenmeißel derart, dass eine starre Verbindung zwischen einer Meißelspitze des zweiten Maschinenmeißels und dem Referenzkörper gebildet wird (704) ; • wobei der Referenzkörper ein magnetisierbares Material aufweist, das einen sensorisch erfassbaren Maßstab bildet.
Verfahren (800), aufweisend: • Entnehmen eines ersten Maschinenmeißels, der einen Referenzkörper aufweist, aus einem Meißelhalter heraus (802); und • Einsetzen eines zweiten Maschinenmeißels, der den Referenzkörper aufweist, in einen Meißelhalter hinein, wobei eine starre Verbindung zwischen einer Meißelspitze des zweiten Maschinenmeißels und dem Referenzkörper gebildet ist (804); • wobei der Referenzkörper ein magnetisierbares Material aufweist, das einen sensorisch erfassbaren Maßstab bildet.
Verfahren (1000), aufweisend: • Ermitteln einer mechanischen Antwort eines Referenzkörpers eines Maschinenmeißels, der in einer Haltevorrichtung aufgenommen ist, auf eine mechanische Anregung des Maschinenmeißels (1002); und • Klassifizieren eines Sensors der Haltevorrichtung, mittels dessen die Antwort erfasst wird, basierend auf einem Vergleich der mittels des Sensors erfassten Antwort mit einer abgespeicherten Referenzantwort (1004) .
Verfahren (1100) zum Betreiben einer Abtragvorrichtung (200), welche eine Haltevorrichtung (300) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 13 und den darin angeordneten Maschinenmeißel aufweist, das Verfahren (1100) aufweisend: • Entfernen von Feststoffpartikeln, die an einem Maschinenmeißel und/oder dem Meißelhalter haften und/oder die zwischen dem Maschinenmeißel und dem Meißelhalter angeordnet sind, vorzugsweise mittels Abtragens und/oder magnetischen Bindens der Feststoffpartikel (1102); • Abtragen eines Materials mittels des Maschinenmeißels, der in dem Meißelhalter aufgenommen ist, vor und/oder nach dem Entfernen der Feststoffpartikel (1104).
Verfahren (900), aufweisend: • Abtragen eines Materials mittels eines Maschinenmeißels (902), der einen Referenzkörper aufweist; • Erfassen einer mechanischen Veränderung, vorzugsweise einer Bewegung, des Referenzkörpers relativ zu einem Meißelhalter, in welchen der Maschinenmeißel entgegen einer Längsrichtung des Maschinenmeißels hineingesteckt ist, mittels zumindest eines Sensors des Meißelhalters beim Abtragen des Materials (904); und • Ausgeben eines Signals basierend auf der erfassten Veränderung des Referenzkörpers (906).