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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Überwachung des Drucks innerhalb eines mit Gas, vorzugsweise Stickstoff, gefüllten und/oder vorgespannten Gasraums eines Druckspeichers eines hydraulisch angetriebenen Schlagwerkes, insbesondere eines Abbruchhammers oder eines Bohrhammers, mit einem Gehäuse, in dem ein Kolben zusammen mit einem die Stirnfläche des Gehäuses durchgreifenden Anzeigeelementes gegen die Kraft einer Feder schiebbeweglich gelagert ist, wobei der Kolben das Gehäuse in eine Druckkammer und eine Federkammer trennt.
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Hydraulisch betriebene Schlagwerke werden in Anbaugeräten, wie beispielsweise Hydraulikhämmern oder Bohrhämmern eingesetzt, wobei die Anbaugeräte an Trägergeräte, insbesondere Mobilbagger angebaut werden und mit deren Hydrauliksystem über eine Druck- und eine Rücklaufleitung verbunden sind. Schlagwerke weisen einen Schlagkolben auf, der eine oder mehrere hydraulische Antriebsflächen aufweist, von denen mindestens eine über ein Ventil wechselweise so mit einer einen niedrigen Druck aufweisenden Rücklaufleitung zum Tank des Trägergerätes oder über eine einen hohen Druck aufweisende Druckleitung mit der Pumpe des Anbaugerätes verbunden ist, dass der Schlagkolben eine oszillierende Bewegung entlang seiner Längsachse ausführt. Am Ende seiner Bewegung in einer Bewegungsrichtung trifft der Schlagkolben im normalen Betrieb auf ein Werkzeug, wobei das Werkzeug ein Meißel, ein Bohrgestänge, ein Adapter zum Eintreiben von Pfählen oder Rohren oder ein zwischen dem Schlagkolben und dem Werkzeug angeordneter Amboss ist.
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Hydraulisch betriebene Schlagwerke weisen teilweise einen Druckspeicher in Form eines Kolbenspeichers auf, um Bewegungsenergie des Schlagkolbens zu speichern. Das dem Werkzeug entgegengesetzte obere zylindrische Ende des Schlagkolbens ragt in einen mit Gas gefüllten Gasraum des Druckspeichers hinein, wobei eine an dem Kolbenende anliegende Dichtung einen Austritt des Gases entlang des Schlagkolbens verhindert.
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Bewegt sind der Kolben im Rückhub in Richtung auf den Gasraum zu, so verdrängt das Kolbenende Gas innerhalb des Gasraums, der sich somit verkleinert, was zu einer Erhöhung des Gasdrucks führt. Das komprimierte Gas übt eine Kraft auf das Kolbenende aus, welche mit Verringerung des Gasvolumens ansteigt. Diese Kraft wird genutzt, um den Kolben in die Bewegungsrichtung auf das Werkzeug hin zu beschleunigen.
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Während des Betriebs ergeben sich drei charakteristische Kolbenpositionen, denen jeweils ein Gasdruck zugeordnet werden kann. Wird beispielsweise ein ein Schlagwerk aufweisender Hydraulikhammer angehoben oder waagerecht hingelegt, so befindet sich sein Schlagkolben in der unteren Ruheposition, in der der Gasdruck im Kolbenspeicher seinen niedrigsten Wert annimmt. Wenn die Bearbeitung eines Stücks Material mit einem Hydraulikhammer beendet ist und der Betrieb des Schlagwerks gestoppt wird, um den Hydraulikhammer anders zu positionieren, nimmt der Schlagkolben seine Ruhestellung ein. Wird der Meißel mit seiner Spitze gegen Material gedrückt, so wird der Meißel soweit in das Gehäuse des Schlagwerks gedrückt, bis er an einem Anschlag gestoppt wird. Dabei wird er Schlagkolben in Rückhubrichtung nach oben, in die Richtung des Gasraumes gedrückt und nimmt die Aufschlagposition ein, wobei der Gasdruck im Kolbenspeicher nimmt einen im Vergleich zur Ruheposition höheren Wert einnimmt. Bei eingeschaltetem Schlagwerk wird der Schlagkolben nun hydraulisch weiter in Rückhubrichtung bewegt, bis er seinen oberen Umkehrpunkt erreicht, in dem der Gasdruck seinen höchsten Wert annimmt, wobei die Position im oberen Umkehrpunkt von den Einsatzbedingungen des Schlagwerks und dem Betriebsdruck sowie dem Druck in dem Kolbenspeicher abhängig ist und daher variieren kann.
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Aufgrund von Leckagen entlang der Dichtungen und Gasströmungen durch die Dichtung oder die Membran oder Blase Diffusion fällt der Gasdruck im Laufe der Zeit ab. Um die Wirksamkeit des Speichers aufrecht zu halten, muss somit in regelmäßigen Abständen der Fülldruck in dem Speicher überprüft werden und ggf. Gas nachgefüllt werden. Zum Prüfen des Gasdrucks sind Armaturen notwendig, um ein Druckmessgerät bspw. Manometer mit dem Gasraum zu verbinden. Solche Armaturen umfassen einen Schlauch und ein Manometer und zum Füllen bzw. Entlasten weiterhin Ablass- und Füllventile, ein Druckminderventil und Verschraubungen, um die Armaturen mit einer Gas-Vorratsflasche zu verbinden. An dem Gasraum ist ein Absperrventil oder eine mechanisch zu öffnendes Rückschlagventil vorhanden, an welches die Armaturen angeschlossen werden sowie zusätzlich meist noch eine dichtende Verschlussschraube, um einen ungewollten Gasaustritt zu verhindern.
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Da sich der Gasdruck in dem Kolbenspeicher während des Betriebs des Schlagwerks abhängig von der Schlagkolbenposition ständig ändert, muss der Gasdruck in dem Kolbenspeicher in einer bestimmten und definierten Position des Schlagkolbens gemessen werden, was nur bei ausgeschaltetem Schlagwerk, d.h. drucklosem Hydrauliksystem, erfolgen kann. Zum Messen des Gasdrucks wird die Ruheposition des Schlagkolbens verwendet, da sich der Schlagkolben in einer geometrisch festgelegten Position, nämlich dem unteren Anschlag, befindet.
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Die Überprüfung des Gasdrucks ist mit Zeitaufwand verbunden, da vor der Messung Bauteile wie Verschlussschrauben zu lösen sind, Verschraubungen zu verbinden sind und nach erfolgter Messung die Verbindung wieder getrennt und die Verschlussschraube wieder einzuschrauben ist.
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Durch Nichtbeachtung der regelmäßigen Überprüfung des Gasdrucks kann es zum Abfall des Gasdrucks kommen, was die Wirksamkeit des Speichers und die Leistungsfähigkeit des Schlagwerks verschlechtert und beispielsweise infolge zu hoher Druckschwankungen auch zu Beschädigungen von Bauteilen führen kann. Die Armaturen und Geräte zum Überprüfen des Gasdrucks müssen zur Überprüfung des Gasdrucks zur Verfügung stehen und einsatzfähig sein und der Anwender muss im Umgang mit den Armaturen geschult sein.
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Aus
JP 2008114296 ist eine an dem Hydraulikhammer angeordnete Gasdruck-Anzeigevorrichtung bekannt, bei der der Gasdruck des Druckspeichers direkt auf einen federbelasteten Kolben wirkt, der mit zunehmendem Gasdruck in Richtung der Feder verschoben wird. Wird der Kolben verschoben, so tritt eine mit dem Kolben bewegungsfest verbundenen Stange aus dem Gehäuse der Anzeige hervor und gibt eine oder mehrere Markierungen, beispielsweise in Form einer Nut, frei. Je höher der auf den Kolben wirkende Gasdruck ist, desto weiter wird der Kolben verschoben und desto weiter tritt die Stange aus dem Gehäuse hervor. Beim Befüllen des Speichers zeigt die Markierung einen bestimmten Gasdruck an. Nach erfolgter Messung werden durch Aufschrauben einer Kappe auf das Gehäuse der Vorrichtung die Stange und der Kolben wieder entgegen den Druck des Gases eingeschoben, damit sich der Kolben und die Stange während des Betriebs aufgrund des schwankenden Gasdrucks nicht permanent bewegen. Zum Aktivieren der Anzeigevorrichtung muss die Kappe wieder entfernt werden.
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Schlagwerke können weiterhin Druckspeicher in Form eines Hydrospeichers aufweisen, um unter Druck stehendes Öl des Hydrauliksystems zu speichern. Der Gasraum eines Hydrospeichers ist über ein Trennelement in Form eines Kolbens, einer elastischen Membran oder einer elastischen schlauchförmigen oder topfförmigen Blase gegenüber einem Ölraum abgetrennt. Der Ölraum ist direkt oder über eine Drossel oder ein Ventil mit dem Hydrauliksystem verbunden. Über ein an den Speicherraum angeschlossenes Ventil, kann zum Prüfen des Gasdrucks oder zum Auffüllen oder Entlasten der Gasfüllung entsprechende Armaturen wie Manometer, Schläuche und Druckgasflaschen angeschlossen werden. Liegt in dem Hydrauliksystem ein Betriebsdruck an, der über dem Fülldruck innerhalb des Gasraumes liegt, so fließt Öl in den Ölraum und verschiebt das Trennelement in die Richtung des Gasraums, wodurch der Ölraum vergrößert, der Gasraum verkleinert und das Gas verdichtet wird, auf einen Druck, der dem Druck des Öls entspricht. Der Hydrospeicher kann somit bei geringem Ölbedarf des Verbrauchers das von der Pumpe gelieferte Öl speichern, um den Druckanstieg im Hydrauliksystem zu verringern, bzw. bei großem Bedarf des Verbrauchers Öl abgeben, um den Druckabfall im Hydrauliksystem zu verringern. Starke Druckschwankungen und Druckspitzen werden dadurch verhindert.
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Bei bekannten Anzeigevorrichtungen hat es sich als nachteilig erwiesen, dass die Anzeigevorrichtung erst vom Anwender durch Entfernen der Kappe aktiviert werden muss, so dass die Gefahr besteht, dass der Anwender bei Nichtbeachtung der Serviceintervalle diese Aktivierung unterlässt und das Schlagwerk mit zu niedrigem Gasfülldruck betrieben wird, wodurch die Leistung des Schlagwerks reduziert wird und Bauteile möglicherweise beschädigt werden.
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Selbst wenn die Anzeigevorrichtung durch Fortlassen der Kappe immer aktiviert wäre und der Verschleiß der Anzeigevorrichtung in Kauf genommen würde, so würde selbst bei zu niedrig eingestelltem Gasfülldruck, der Gasdruck im Betrieb wiederholt den erforderlichen Gasfülldruck überschreiten und die Stange wiederholt aus dem Gehäuse hervortreten, so dass die Markierung, bzw. die Markierungen sichtbar werden, die dann zumindest zeitweise einen ausreichenden Gasfülldruck anzeigen würden. Bei falscher Deutung dieses Signals fällt ein Unterschreiten des erforderlichen Gasfülldrucks nicht auf, das Schlagwerk wird infolge dessen mit zu niedrigem Gasfülldruck betrieben, wodurch die Leistung des Schlagwerks reduziert wird und die Gefahr besteht, dass Bauteile beschädigt werden.
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Da die Weglänge, die die Stange über das Gehäuse hervorsteht, vom Gasdruck abhängig ist und bis zur Erreichung einer maximalen konstruktiv begrenzten Länge mit zunehmenden Gasdruck zunimmt, muss der Anwender die Weglänge messen oder darauf achten, ob eine oder mehrere auf der Stange vorhandene Markierungen sichtbar sind. Das Ablesen der Anzeige ist somit aufwendig und erfordert Kenntnisse über die Deutung der Weglänge oder der Markierungen.
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Ein Unterschreiten des erforderlichen Fülldrucks wird nicht eindeutig angezeigt, da während des Betriebs des Schlagwerks, wenn sich der Schlagkolben oberhalb der Ruheposition befindet, ein ausreichender Gasfülldruck angezeigt wird.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Überwachung des Drucks vorzuschlagen, die eindeutig sowohl während des Stillstandes als auch des Betriebs des Schlagwerkes ein Unterschreiten des erforderlichen Gasdrucks in einem Druckspeicher anzeigt, ohne dass Handhabungen zur Aktivierung der Vorrichtung vorzunehmen sind. Die Vorrichtung soll dabei nur dann ein Signal abgeben, wenn sich der Schlagkolben in seiner definierten Ruheposition befindet, in der der Gasdruck gemessen wird.
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Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wirkt die Feder auf eine federkammerseitige Arbeitsfläche des Kolbens, die dem Anzeigeelement abgewandt ist, und der Druckspeicher ist zumindest mittelbar mit der druckkammerseitigen Arbeitsfläche des Kolbens in Wirkverbindung, die dem Anzeigeelement zugewandt ist, so dass der Kolben und das Anzeigeelement bei Unterschreiten eines kritischen Drucks innerhalb des Druckspeichers soweit verschoben werden, dass das Anzeigeelement aus dem Gehäuse hervorsteht. Bei den gewünschten Druckverhältnissen hingegen ist der Druck innerhalb der Druckkammer der Gehäuses so groß, dass die Federkraft nicht ausreicht, um das Anzeigeelement aus dem Gehäuse herauszudrücken, so dass der Kolben unabhängig von dem Druck innerhalb der Druckkammer in einer Ruheposition verbleibt und das Anzeigeelement kein Unterschreiten des kritischen Drucks anzeigt.
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Mit anderen Worten wirkt der in dem Gasraum des Druckspeichers herrschende Gasdruck auf eine erste Fläche des Kolbens der Anzeigevorrichtung (druckkammerseitige Arbeitsfläche), wobei die erste Fläche an der Seite des Kolbens angeordnet ist, an der auch eine Stange als bevorzugtes Anzeigeelement befestigt ist, so dass der Gasdruck eine Kraft in der Richtung auf den Kolben ausübt, in welcher die Stange in das Gehäuse hineingezogen wird. Eine Feder ist auf der, der ersten Fläche entgegengerichteten zweiten Fläche angeordnet und bewirkt eine Kraft entgegen der Gaskraft. Die Feder und die Kolbenfläche sind so ausgelegt, dass bei ausreichendem Gasfülldruck die Gaskraft die Federkraft übersteigt und der Kolben und die Stange eine erste konstruktiv festgelegte Position einnehmen, bei der die Stange komplett in das Gehäuse der Anzeigevorrichtung zurückgezogen ist. Über die Vorspannung der Feder wird der Gasdruck, bei dem die Anzeige ein Signal geben soll, bestimmt. Unterschreitet der Gasdruck den vorgegebenen, durch die Federkraft bestimmten Gasfülldruck, so wird der Kolben durch die Kraft der Feder, verschoben, so dass die Stange aus dem Gehäuse herausfährt und für den Anwender der Schlagvorrichtung sichtbar wird. Die Feder kann bspw. eine Druckfeder mit Windungen aus Stahldraht sein oder eine Gasdruckfeder, die durch eine Gasvorspannung auf einer zweiten, der ersten Fläche entgegengesetzten Fläche wirkt. Je weiter der Gasdruck sinkt, desto weiter fährt die Stange aus dem Gehäuse hervor, bis sie durch einen konstruktiv festgelegten Anschlag gestoppt wird.
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Eine derartige Vorrichtung gibt vorteilhafterweise nur dann ein Signal ab, wenn der Gasdruck einen voreingestellten Grenzwert unterschreitet. Das ist besonders wichtig, da selbst bei zuvor korrekt eingestelltem Gasfülldruck aufgrund von Leckagen der Gasdruck im Laufe der Zeit abfallen kann, was zu einer Reduzierung der Leistung des Schlagwerks führt und möglicherweise Schlagwerksbauteile beschädigt. Selbst bei einem zumindest zeitweise abgestellten Schlagwerk kann durch Hervorstehen des Anzeigeelementes direkt erkannt werden, dass der Gasfülldruck seinen erforderlichen Wert unterschritten hat.
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Da der Gasdruck in allen Positionen des Schlagkolbens, mit Ausnahme der Ruheposition, in welcher der Schlagkolben eine konstruktiv festgelegte, definierte Position einnimmt und in der der Gasfülldruck gemessen werden soll, höher liegt als in der Ruheposition, wird bei Vorliegen des erforderlichen Gasfülldruckes ein Verfahren des Kolbens und der Stange während des Betriebs des Schlagwerks vermieden, was die Lebensdauer der Komponenten der Gasdruckanzeige deutlich erhöht.
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Bei Sichtbarwerden des Signals ist daher in jedem Fall der erforderliche Fülldruck in dem Druckspeicher unterschritten und ein Nachfüllen von Gas erforderlich.
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Auch an Hydrospeichern kann die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet werden. Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend und in den Unteransprüchen beschrieben.
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Nach einer ersten bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Anzeigeelement zumindest eine Markierung aufweist, die nach dem Unterschreiten eines kritischen Drucks und der Verschiebung des Anzeigeelementes sichtbar wird und die Unterschreitung des kritischen Drucks signalisiert. Es sind auch mehrere axial beabstandete Markierungen möglich, deren Sichtbarwerden ein Maß für den Wert des Druckes darstellt.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Anzeigeelement eine Stange, die mit der druckkammerseitigen Arbeitsfläche des Kolbens verbunden ist. Sobald der erforderliche Druck innerhalb der Druckkammer des Gehäuses einen vorgegebenen Wert unterschreitet, tritt die Stange aufgrund der Federkraft aus dem Gehäuse hervor und signalisiert somit ein Unterschreiten des vorgegebenen Drucks.
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Ferner ist der Druckspeicher vorzugsweise unmittelbar über eine Druckleitung mit der druckkammerseitigen Arbeitsfläche des Kolbens verbunden. Eine derartige Ausgestaltung lässt sich relativ kostengünstig herstellen und bewirkt, dass ein Unterschreiten des Differenzdrucks zwischen dem Druckspeicher und der Federkammer bewirkt, dass das Anzeigeelement aus dem Gehäuse herausgedrückt wird und die Markierung freigibt, so dass das Unterschreiten des erforderlichen Drucks signalisiert wird.
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Alternativ ist nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass der Druckraum des Druckspeicher mit der Steuerfläche eines federbelasteten Druckventils verbunden ist, das gegen die Kraft einer Druckfeder von einer Durchlassstellung in eine Sperrstellung überführbar ist, wobei die Druckkammer des Gehäuses über ein Rückschlagventil mit der Druckleitung der Hydraulik verbunden ist und in der Durchlassstellung zum Tank entlastet ist. Nach dem erstmaligen Einschalten der Hydraulik ist in der Druckkammer der gleiche Druck vorhanden, wie er üblicherweise in der Hydraulikleitung vorhanden ist und der den kritischen Druckwert innerhalb des Druckspeichers bei weitem übersteigt. Insofern wird das Anzeigeelement bei dieser Einstellung des Druckventils permanent in der Position gehalten, bei der das Anzeigeelement weitestmöglich innerhalb des Gehäuses gelagert ist. Erst wenn der kritische Druck innerhalb des Druckspeichers unterschritten wird, schaltet das federbelastete Ventil in die Durchlassstellung, so dass der Druck innerhalb der Druckkammer abfließt und mithin der Unterdruck durch das sich verschiebende Anzeigeelement angezeigt wird. Bei dieser Ausgestaltung kann die Sperrstellung auch durch ein Rückschlagventil ersetzt werden, das demzufolge innerhalb des federbelasteten Druckventils integriert ist und wodurch eine Hydraulikleitung vorteilhafterweise eingespart wird.
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Schließlich ist das Rückschlagventil vorzugsweise so angeordnet ist, dass ein Hydraulikfluidstrom von der Druckleitung der Hydraulik über das Rückschlagventil zur Druckkammer möglich ist, ein Zurückströmen aus der Druckkammer über das Rückschlagventil aber blockiert ist.
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Konkrete Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand der 1 bis 3 erläutert, die unterschiedliche konkrete Ausführungsbeispiele zeigen.
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Hydraulisch betriebene Schlagwerke 1 werden in Anbaugeräten wie Hydraulikhämmern, Bohrhämmern, etc. eingesetzt, wobei die Anbaugeräte an Trägergräte wie bspw. Mobilbagger angebaut werden und mit deren Hydrauliksystem 2 über eine Druckleitung 3 und eine Rücklaufleitung 4 verbunden sind. Auf dem Trägergerät ist ein Schaltventil vorhanden, welches die Verbindung zwischen der Pumpe der Trägergerätes und dem Druckanschluss des Schlagwerks und zwischen dem Tank des Trägergerätes und dem Rücklaufanschluss trennen oder verbinden kann, um das Schlagwerk ab- oder einzuschalten.
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Schlagwerke weisen einen Schlagkolben 5 auf, der eine oder mehrere hydraulische Antriebsflächen 6, 7 aufweist, von denen mindestens eine über ein zum Schlagwerk gehörendes Ventil 8 wechselweise so mit einer einen niedrigen Druck aufweisenden Rücklaufleitung zum Tank 9 des Trägergerätes oder über eine einen hohen Druck aufweisende Druckleitung mit der Pumpe 10 des Anbaugerätes verbunden werden kann, dass der Schlagkolben 5 hin-und hergehende Bewegungen entlang seiner Längsachse ausführt. Am Ende seiner Bewegung in einer Bewegungsrichtung trifft der Schlagkolben im normalen Betrieb auf ein Werkzeug 11, wobei das Werkzeug ein Meißel, eine Bohrgestänge, ein Adapter zum Eintreiben von Pfählen oder Rohren oder ein zwischen dem Schlagkolben und dem Werkzeug angeordneter Amboss ist.
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Hydraulisch betriebene Schlagwerke weisen teilweise einen Druckspeicher in Form eines Kolbenspeichers 12 auf, um Bewegungsenergie des Schlagkolbens zu speichern. Das dem Werkzeug entgegengesetzte obere zylindrische Ende 13 des Schlagkolbens ragt in einen mit Gas gefüllten Gasraum 14 des Druckspeichers hinein, wobei eine an dem Kolbenende anliegende nicht dargestellte Dichtung, einen Austritt des Gases entlang des Schlagkolbens verhindert.
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Bewegt sind der Kolben im Rückhub in Richtung auf den Gasraum zu, so verdrängt das Kolbenende Gas innerhalb des Gasraumes, der sich somit verkleinert, was zu einer Erhöhung des Gasdrucks führt. Das Gas übt eine Kraft auf das Kolbenende aus, welche mit Verringerung des Gasvolumens ansteigt. Diese Kraft wird genutzt, um den Kolben 5 in einer Bewegungsrichtung auf das Werkzeug 11 hin zu beschleunigen.
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Während des Betriebs ergeben sich drei charakteristische Kolbenpositionen, denen jeweils ein Gasdruck zugeordnet werden kann. Wird beispielsweise ein Schlagwerk 1 aufweisender Hydraulikhammer angehoben oder waagerecht hingelegt, so befindet sich sein Schlagkolben in der untersten Position, der Ruheposition, in der der Schlagkolben an einem Kolbenanschlag 16 des Schlagwerkgehäuses anliegt und in welcher der Gasdruck im Kolbenspeicher seinen niedrigsten Wert annimmt. Jedes Mal, wenn die Bearbeitung eines Stücks Material mit einem Hydraulikhammer beendet ist, der Betrieb des Schlagwerks gestoppt wird um den Meißel 11 auf ein anderes Stück Material 100 zu positionieren, nimmt der Schlagkolben diese Ruhestellung ein. Wird der Meißel, wie in 1 dargestellt, mit seiner Spitze gegen Material gedrückt, so wird der Meißel soweit in das Gehäuse des Schlagwerks gedrückt, bis er an einem Anschlag 15 gestoppt wird. Dabei wird der Schlagkolben ebenfalls in Rückhubrichtung nach oben, in Richtung des Gasraumes gedrückt und nimmt die Aufschlagposition ein, der Gasdruck im Kolbenspeicher nimmt einen im Vergleich zur Ruheposition höheren Wert ein. Bei eingeschaltetem Schlagwerk wird der Schlag- kolben 5 nun hydraulisch weiter in Rückhubrichtung bewegt, bis er seinen oberen Umkehrpunkt erreicht, in dem der Gasdruck seinen höchsten Wert annimmt, wobei die Position im oberen Umkehrpunkt von den Einsatzbedingungen des Schlagwerks 5 und dem Betriebsdruck sowie dem Gasfülldruck in dem Kolbenspeicher abhängig ist und geringfügig variieren kann.
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Das in der 1 dargestellte Schlagwerk weist eine Gasdruckanzeigevorrichtung 50 auf, bei der der Gasdruck nach dem Erreichen oder Unterschreiten eines bestimmten Gasfülldrucks ein Signal ausgibt, in dem eine Stange 23 aus einem Gehäuse herausfährt und über die Gehäuseoberfläche 29 hervorsteht.
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Die Gasdruckanzeigevorrichtung 50, die aus einem in einem mit einer Bohrung 21 versehenen Gehäuse beweglich geführten Kolben 22 besteht, weist eine mit dem Kolben bewegungsfest verbundenen Stange 23 und einer Feder 24 auf. Durch den Kolben wird die Bohrung 22 in zwei Kammern unterteilt, in denen sich jeweils eine Kolbenfläche 25, 26 befindet. Eine erste Kolbenfläche 26 (druckkammerseitige Arbeitsfläche) ist über eine Leitung 27 mit dem Gasraum 14 des Druckspeichers 12 verbunden, so dass der in dem Gasraum anstehende Gasdruck auf die Kolbenfläche 26 wirkt und eine Gaskraft auf den Kolben ausübt, die ihn in Richtung von der Gehäuseoberfläche 29 weg, nach links verschieben kann. Der die zweite Kolbenfläche 25 umgebende Raum ist entweder mit der Atmosphäre verbunden oder dichtend abgeschlossen und mit Luft geringen Druckes gefüllt, so dass der Druck auf dieser Fläche die Bewegung des Kolbens nicht wesentlich beeinflusst. Eine Feder 24 liegt an der (federkammerseitigen) Arbeitsfläche 25 des Kolbens an und bewirkt eine der Gaskraft entgegengesetzt wirkende Kraft auf den Kolben.
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Der Flächeninhalt der druckkammerseitigen Arbeitsfläche 26 und die Kraft der Feder 24 sind so ausgelegt, dass während des Betriebs des Schlagwerks und bei ausreichendem Gasfülldruck im Gasraum 14 der Gasdruck ausreicht um den Kolben in seine linke Endposition zu verschieben und dort zu halten, in der die Federlänge am kleinsten ist und die Stange so weit in das Gehäuse hineingefahren ist, dass sie nicht mehr über die Gehäuseoberfläche 29 hervorsteht.
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Erst wenn das Schlagwerk abgeschaltet ist und der Schlagkolben 5 seine unterste Ruhestellung einnimmt, in der der Schlagkolben an einem Anschlag 16 des Schlagwerkgehäuses anliegt und in der der Gasdruck gemessen werden soll, nimmt das Volumen in dem Gasraum seinen größten Wert und der Gasdruck seinen, im Rahmen der möglichen Schlagkolbenbewegung, kleinsten Wert an.
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Sollte der Gasdruck, wenn sich der Schlagkolben in der Ruheposition befindet, unterhalb des vorgegebenen Sollwertes befinden, so sinkt die Gaskraft unterhalb der Federkraft, wodurch sich der Kolben nach rechts verschiebt, die Stange 23 ebenfalls verschiebt und aus dem Gehäuse heraustritt und über die Gehäuseoberfläche 29 hervorsteht. Je niedriger der Gasdruck ist, desto weiter steht die Stange über die Gehäuseoberfläche hervor. In der in 1 dargestellten Position des Schlagkolbens müsste entgegen der Darstellung, die Stange komplett in das Gehäuse hineingefahren sein, da der Gasdruck bei Schlagkolbenpositionen oberhalb der Ruheposition ansteigt und bei richtig eingestelltem Gasfülldruck immer über dem Sollwert liegt.
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Dem Anwender wird nur dann ein Signal über das Sichtbarwerden der Stange gegeben, wenn sich der Schlagkolben in der Ruheposition befindet, in der der Gasdruck sinnvollerweise gemessen werden soll und der Gasdruck den erforderlichen Solldruck unterschritten hat.
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Die Gefahr, dass das Schlagwerk mit einem zu geringem Gasdruck in dem Speicher betrieben wird, was zu einem Leistungsverlust und Beschädigungen der Komponenten des Schlagwerks führen kann, wird durch diese Ausführung deutlich verringert, da das Signal der hervorstehenden Stange für den Anwender eindeutig und gut sichtbar ist, d.h. ist die Stange sichtbar, hat der Gasfülldruck den Sollwert unterschritten und Gas muss in den Gasraum nachgefüllt werden.
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Die Ausführung der in 2a dargestellten Gasdruckanzeigevorrichtung 70 für ein Schlagwerk unterscheidet sich von der in 1 dargestellten dadurch, dass der Raum 75, in dem sich die erste Kolbenfläche 26 befindet nicht an den Gasraum 14 des Druckspeichers 12 angeschlossen ist, sondern über zwei Ventile 71, 72, je nach Stellung der Ventile entweder an die Druckleitung 3 oder die Tankleitung 4 angeschlossen wird. Der Gasdruck wirkt über eine Leitung 27 auf eine Steuerfläche 73 eines Druckschaltventils 71 geleitet, wobei das Druckschaltventil eine Sperrstellung einnimmt, wenn der Gasdruck den erforderlichen Gasfüllduck erreicht oder übersteigt. Der erforderliche Gasfülldruck, bei dem das Ventil in die Sperrstellung schaltet, wird durch die Kraft einer Feder 74 bestimmt, die der auf die Steuerfläche 73 wirkenden Gaskraft entgegengerichtet ist. Das Druckschaltventil ist mit einem Anschluss an den Raum 75 und mit dem anderen Anschluss an die Tankleitung 4 angeschlossen. Befindet sich das Ventil, wie dargestellt, in der Sperrstellung, so ist die Verbindung zwischen dem Raum 75 und der Tankleitung gesperrt, Öl kann nicht aus dem Raum 75 zum Tank 9 abfließen. Ein Rückschlagventil ist so zwischen dem Raum 75 und der Druckleitung 3 angeordnet, dass unter Druck stehendes Öl aus der Druckleitung über das Rückschlagventil in den Raum 75, d.h. auf die Fläche 26 strömen kann, aber nicht in umgekehrter Richtung.
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Wird das Schlagwerk durch Einschalten der Pumpe 10 über die Druckleitung 3 mit unter Druck stehendem Öl versorgt, so führt der Schlagkolben wiederholt Arbeitszyklen aus und Schläge auf das Werkzeug 11 aus. Öl strömt aus der Druckleitung über das Rückschlagventil 72 in den Raum 75 und erzeugt eine Ölkraft auf den Kolben 22, entgegengesetzt zur Federkraft. Die Feder ist so ausgelegt, dass die Ölkraft die Federkraft übersteigt und der Kolben nach links, in die Ausgangsstellung verschoben wird, so dass die Feder gestaucht wird und die mit dem Kolben verbundene Stange ebenfalls nach links verfährt und das rechte Ende der Stange nicht mehr über die Gehäusefläche 29 hervorsteht und nicht mehr sichtbar ist. Ist der Gasfülldruck in dem Gasraum 14 entsprechend oder oberhalb des erforderlichen Gasfülldrucks, so nimmt das Druckschaltventil die Sperrstellung ein und das Öl kann nicht aus dem Raum 75 abfließen, d.h. der Kolben und die Stange bleiben in der Ausgansstellung, in der die Stange nicht sichtbar ist. Erst wenn der Gasdruck den erforderlichen Gasfülldruck unterschreitet, wird das Druckschaltventil in die Durchlassstellung geschaltet und Öl kann über das Druckschaltventil aus dem Raum 75 zum Tank abfließen. Dadurch fällt der Druck in dem Raum 75 ab, und die Federkraft der Feder 24 verschiebt den Kolben und die Stange nach rechts, wodurch die Stange über die Gehäusefläche 29 hervortritt und sichtbar wird, was ein Signal für den Bediener ist, dass der Gasfülldruck unterschritten wurde. Gleichzeitig kann bei entsprechend großer Dimensionierung der Leitungen und der Ventile unter Druck stehendes Öl aus der Druckleitung über das Rückschlagventil und das Druckschaltventil zum Tank abfließen, so dass der Druck in der Druckleitung so weit abfällt, dass das Schlagwerk stehen bleibt und keine Schläge mehr ausführt. Dadurch wird der Betrieb mit zu geringem Gasfülldruck unterbunden. Das Druckschaltventil kann so mit einem Sitzventil, vorzugsweise einem integrierten Rückschlagventil ausgeführt werden, sodass in Sperrstellung die Verbindung zwischen dem Raum 75 und dem Tank leckölfrei abgesperrt wird. Dadurch würde die Anzeige, d.h. der Kolben 22 und die Stange 23 auch über längere Zeit ihre Stellung beibehalten, solange der Gasdruck den Sollwert nicht unterschreitet. Die Steuerfläche 73 am Druckschaltventil ist über eine Dichtung oder elastische Membran so abgedichtet, dass über die Steuerfläche kein Gas aus dem System entweichen kann.
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Alternativ zu der Ausführung nach 2a kann, wie in 2b dargestellt, das Druckschaltventil 71 statt an die Tankleitung 4 an die Druckleitung 3 angeschlossen werden. Wenn das Schlagwerk abgeschaltet ist, was notwendig ist, um den Schlagkolben in die zum Messen des Gasdrucks unterste Position zu bringen, ist die Druckleitung aufgrund der nicht dargestellten pumpenseitigen Ventilsteuerung bzw. durch Leckagen an dieser Steuerung drucklos, so dass in diesem Zustand Öl aus dem Raum 75 abfließen kann, wenn das Druckschaltventils durch Unterschreitung des erforderliche Gasfülldrucks in die Offenstellung geschaltet wurde. Fließt Öl aus dem Raum 75 über das Druckschaltventil ab, so verschiebt die Feder 24 den Kolben 22 und die Stange 23 nach rechts, wodurch ein Signal abgegeben wird, dass der Gasfülldruck unterschritten ist.
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Weiterhin kann das Rückschlagventil 72, welches zwischen dem Raum 75 und der Druckleitung angeordnet ist, in das Druckschaltventil 71 so integriert werden, dass in der dargestellten Sperrstellung, bei abgeschaltetem Schlagwerk und druckloser Druckleitung kein Öl aus dem Raum 75 zur Druckleitung abfließen kann, aber während des Betriebs des Schlagwerks, bei dem eine Messung des Gasdrucks nicht sinnvoll ist, Öl aus der Druckleitung in den Raum 75 fließen kann, um die Anzeige in ihre Ausgansstellung zu verschieben, in der Kolben und Stange ihre linke Position einnehmen.
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Der Gasdruck wirkt nicht mehr direkt auf den Kolben der Anzeige, sondern mittelbar und steuert das Druckschaltventil, welches die Endstellung von Kolben und Stange bestimmt. Der Kolben und die Stange nehmen keine Zwischenstellungen mehr ein, sondern können nur zwei Positionen annehmen, nämlich, die Ausgangsstellung, in der der Kolben und Stange nach links verschoben sind, und die Signalstellung, in der die Stange über die Gehäusefläche hervorsteht und deutlich sichtbar ist, da eine Gasdruckänderung oberhalb eines Grenzwertes nicht mehr direkt zu einer entsprechenden Verschiebung des Kolbens und der Stange führt. Übersteigt der Gasdruck den erforderlichen Gasfülldruck, schaltet das Druckschaltventil und führt zu einer deutlichen Druckreduzierung im Raum 75, was die Verschiebung des Kolbens und der Stange von der einen in die andere Position auslöst.
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Das in 3 dargestellte Schlagwerk ist mit einer Gasdruckanzeigevorrichtung 60 ausgestattet, die sich dadurch von der in 1 dargestellten Ausführung unterscheidet, dass die Fläche 26 des Kolbens 22 mit dem Gasraum 61 des Hydrospeichers 62 verbunden ist. Der Hydrospeicher kann unter Druck stehendes Öl des Hydrauliksystems speichern. Der Gasraum des Hydrospeichers ist über ein elastisches Trennelement 63 gegenüber einem Ölraum 64 abgetrennt. Der Ölraum ist direkt oder indirekt über eine Drossel oder ein Ventil und eine Leitung 65 mit der Druckleitung 3 verbunden. Über ein an den Gasraum angeschlossenes Ventil, welches nicht dargestellt ist, kann zum Auffüllen oder Entlasten der Gasfüllung entsprechende Armaturen wie bspw. Schläuche und Druckgasflaschen an den Gasraum 61 angeschlossen werden. Liegt in der Druckleitung ein Betriebsdruck an, der über dem Gasdruck innerhalb des Gasraumes liegt, so fließt Öl in den Ölraum und verschiebt das Trennelement in Richtung zum Gasraum, wodurch das Volumen des Ölraums vergrößert und das des Gasraums verkleinert wird. Dadurch wird das Gas verdichtet, bis auf einen Druck, der ungefähr dem Druck des Öls entspricht. Der Hydrospeicher kann somit bei geringem Ölbedarf des Schlagwerks 1 das von der Pumpe 10 gelieferte Öl speichern um den Druckanstieg in der Druckleitung zu verringern, bzw. bei großem Bedarf des Schlagwerks Öl in die Druckleitung abgeben, um den Druckabfall in der Druckleitung zu verringern. Starke Druckschwankungen und Druckspitzen in der Druckleitung werden somit verhindert, die Leistung durch den konstanteren Betriebsdruck gesteigert und Beschädigungen von Bauteilen aufgrund starker Druckänderungen verhindert.
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Ist das Schlagwerk ausgeschaltet und kein von der Pumpe 10 aufgebauter Druck mehr in der Druckleitung 3 vorhanden, so steht auch in dem Ölraum 64 des Speichers kein Druck mehr an, der Gasdruck verschiebt das Trennelement nach unten, auf den Ölraum zu, bis der Gasraum sein maximal mögliches Volumen und der Ölraum sein minimal mögliches Volumen eingenommen hat. In diesem Zustand des Hydrospeichers kann der Gasfülldruck des Gasraums gemessen werden. Herrscht ein ausreichender Gasdruck (Soll-Fülldruck) in dem Gasraum, so bewirkt der Gasdruck eine auf die Fläche 26 des Kolbens wirkende Gaskraft. Die Fläche 26 und die auf der entgegengesetzten Seite des Kolbens angeordnete Feder 24, die eine der Gaskraft entgegengerichtete Federkraft erzeugt sind so ausgelegt, dass die Gaskraft die Feder so weit zusammendrückt, bis der Kolben seine rechte Endposition einnimmt, in der die Stange komplett in das Gehäuse eingefahren ist. Sollte der Gasdruck unterhalb des erforderlichen Soll-Gasfülldrucks liegen, so würde die Federkraft die durch das Gas erzeugte Gaskraft übersteigen, der Kolben würde nach rechts verschoben, so dass die Stange aus dem Gehäuse herausfährt und für den Anwender deutlich sichtbar ist, dem signalisiert wird, dass der erforderliche Gasfülldruck unterschritten ist und Gas nachzufüllen ist. Da der Gasfülldruck niedriger ist als der während des Betriebs des Schlagwerks anstehende Öldruck in der Druckleitung, fließt während des Betriebs Öl in den Ölraum, verschiebt das Trennelement und verkleinert dadurch das Volumen des Gasraums, wodurch der Gasdruck auf ungefähr das Niveau des Öldrucks ansteigt. Bei ausreichendem Gasfülldruck bleiben der Kolben und die Stange während des Betriebs in ihren linken Endpositionen. Die Druckanzeigevorrichtungen nach 1, 2a und 2b können ebenso wie die nach 3 zur Überwachung des Gasfülldrucks eines Hydrospeichers verwendet werden.
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Die Gasdruckanzeigevorrichtung kann direkt an dem Gehäuse des Schlagwerks oder an einem mit dem Gehäuse des Schlagwerks verbundenen Bauteil wie einem Ventilblock oder an dem das Schlagwerk umgebenden Aufnahmegehäuse angeordnet werden.
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Der Gasraum oder die mit dem Gasraum des Speichers verbundenen Bauteile der Gasdruckanzeigevorrichtung können mit Ventilen und Anschlussmöglichkeiten versehen werden, um zusätzlich ein Manometer oder andere Druckanzeigevorrichtungen zur Bestimmung des Gasdrucks anzuschließen oder um den Gasdruck durch ableiten des Gases zu reduzieren, zu entlasten ober durch Zuführung von Gas in den Gasraum zu erhöhen. Diese Ventile und Anschlüsse sind in den Ausführungsbeispielen nicht dargestellt, sind aber aus bekannten Füll- und Prüfvorrichtungen für Druckspeicher von Schlagwerken bekannt.
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Die Stange kann mit mehreren Markierungen versehe sein, die unterschiedliche Gasdrücke kennzeichnen.
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Da sich der Gasdruck bei konstantem Volumen mit sich ändernder Gastemperatur ebenfalls ändert, können mehrere Markierungen auf der Stange vorhanden sein, die das Erreichen des Sollgasdrucks bei verschiedenen Temperaturen kennzeichnen. Dadurch kann der Gasdruck auch bei von einer vorgegebenen einzuhaltenden Messtemperatur abweichenden Gastemperaturen angezeigt werden.
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Die Position der Stange des Kolbens kann über elektronische Bauteile erfasst werden um über eine elektrische Signalweiterleitung ein Signal an anderen Stellen, bspw. auf dem Trägergerät auszulösen oder in die hydraulische Steuerung des Schlagwerks einzugreifen, indem bei Unterschreitung des Sollgasdrucks, die Hydraulikversorgung des Schlagwerks unterbrochen oder der Betrieb des Schlagwerks durch Eingriff in die hydraulische Steuerung unterbrochen wird.
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Entgegen der zuvor beschriebenen Ausführungen, in der die Stange in der rechten Endposition des Kolbens komplett in das Gehäuse eingefahren ist und nicht für den Anwender sichtbar ist, kann die Anzeige auch so ausgeführt werden, dass in dieser Endposition ein Teil der Stange über die Gehäusefläche hervorsteht, dieser Teil jedoch durch eine Markierung so gekennzeichnet ist, dass es sich von dem Bereich der Stange deutlich unterscheidet, der zusätzlich sichtbar wird, wenn der Kolben und die Stange in Richtung der anderen Endposition, nach rechts bewegt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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