DE4019019A1

DE4019019A1 - Verfahren zur ermittlung charakteristischer kenngroessen eines schlagwerks und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE4019019A1
Application number: DE4019019A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Karl Dr Ing Arndt; Karl-Heinz Dipl Ing Fritz
Original assignee: Krupp Maschinentechnik GmbH
Current assignee: SIG Plastics GmbH and Co KG
Priority date: 1990-06-14
Filing date: 1990-06-14
Publication date: 1991-12-19
Also published as: ES2043411T3; JPH05116076A; ATE90608T1; KR920001059A; DE59100152D1; EP0461565A1; EP0461565B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung charakteristischer Kenngrößen zum Zwecke der Beeinflussung des Betriebsverhaltens eines Schlagwerks mit einem Schlagkolben, der unter Beaufschlagung durch ein fluides Antriebsmittel wechselweise einen Arbeitshub in Schlagrichtung und einen Rückhub ausführt. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Einrichtung an einem Schlagwerk mit einem Zylinder und einem in diesem geführten Schlagkolben, der unter Einwirkung eines fluiden Antriebsmittels - welches über eine Steuerung wechselweise an eine Druckquelle sowie an einen drucklosen Rücklauf anschließbar ist - abwechselnd einen Arbeitshub in Schlagrichtung und einen Rückhub ausführt.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, das Betriebsverhalten von Schlagwerken durch gegenseitige Abstimmung der vom Schlagkolben übertragenen Einzelschlagenergie und seiner Schlagzahl an das zu bearbeitende Material anzupassen. Dies geschieht durch Veränderung des Schlagkolbenhubes und/oder des Druckes des inkompressiblen Antriebsmittels von Rand oder ferngesteuert (DE-Druckschrift 17 03 061 bzw. 26 58 455).

Weiterhin sind bereits Verfahren bzw. Regeleinrichtungen bekannt, welche die durch das Bearbeitungsmaterial bedingten Störfaktoren in Regelgrößen zur Anpassung des Betriebsverhaltens eines Schlagwerks bzw. eines Bohrhammers umsetzen. Die DE-OS 35 18 370 beschreibt ein Verfahren zur Optimierung des Schlagbohrens, bei dem die anläßlich eines Schlages an der Bohrstange entstehende Spannungswelle gemessen und die Bohreinrichtung auf der Basis der gemessenen Spannungswelle geregelt wird. Diesem Lösungsvorschlag liegt dabei die Erkenntnis zu Grunde, daß die Spannungswelle schneller abklingt, wenn die die Bohreinrichtung in das Bearbeitungsmaterial schiebende Kraft zunimmt. Aus der Druckschrift DE/EP 02 14 064 T1 ist es bekannt, bei jedem Aufschlagvorgang die Verweilzeit des Schlagkolbens in der Nähe seiner theoretischen Schlagposition zu messen und in Abhängigkeit von diesem Meßwert auf die Reguliereinrichtung für die Schlagparameter (Schlaggeschwindigkeit, Schlagfrequenz des Schlagkolbens) einzuwirken. Das Meßsignal wird dabei auf hydraulischem Wege aus der Verweilzeit des Schlagkolbens abgeleitet; diese ist jedoch nicht nur von den Eigenschaften des Bearbeitungsmaterials abhängig, so daß eine optimale Anpassung des Betriebsverhaltens des Schlagwerks die Berücksichtigung weiterer Einflußgrößen erforderlich macht.

Auch beim Gegenstand der EP-OS 02 56 955 werden die Schlagparameter (Hydraulikdruck, Schlagkolbenhub) hydraulisch in Abhängigkeit von den Druckschwankungen beeinflußt, die in den vom Schlagkolben mitgebildeten Kammern in Folge des Rückpralls des Schlagkolbens auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Ermittlung charakteristischer Kenngrößen anzugeben, die es gestatten, mit vertretbarem technischen Aufwand das Betriebsverhalten eines Schlagwerks ggf. unter Berücksichtigung einer größeren Anzahl Kenngrößen zu beeinflussen, und zwar über eine Steuerung (ggf. auch von Hand) und/oder über eine Regelung zumindest eines Teilbereiches des Arbeitsablaufs.

Die gestellte Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Grundgedanke der Erfindung besteht dabei darin, die Ermittlung unterschiedlicher charakteristischer Kenngrößen, welche für das Betriebsverhalten eines Schlagwerks charakteristisch sind, auf die Erzeugung von Zeitmarken und auf Zeitabstandsmessungen zurückzuführen, welche kurz vor und kurz nach dem Aufschlag des Schlagkolbens ausgelöst bzw. durchgeführt werden. Durch eine der Schlagkolbenbewegung entsprechende Relativbewegung (beispielsweise zwischen dem Schlagkolben und dem diesen umschließenden Zylinder selbst) werden während jedes Arbeitszyklus jeweils mehrere einem Arbeitshub- bzw. Rückhubwegabschnitt zugeordnete, mit Zeitabstand auf aufeinanderfolgende Zeitmarken ausgelöst und die Zeitabstände zwischen den aufeinanderfolgenden Zeitmarken des Arbeits- und des Rückhubes ermittelt. In seiner einfachsten Ausführungsform ist das Verfahren dabei in der Weise ausgestaltet, daß während jedes Arbeitszyklus vier Zeitmarken ausgelöst werden, nämlich zwei während des Arbeitshubes in Schlagrichtung kurz vor und zwei während des Rückhubes mit entgegensetzter Bewegungsrichtung kurz nach dem Aufschlag des Schlagkolbens. Da die im Normalfall hinsichtlich ihrer Größe übereinstimmenden Hubwegabschnitte bekannt sind, welche der Schlagkolben einerseits während des Arbeitshubes und andererseits während des Rückhubes in der jeweils zugehörigen Zeitspanne durchlaufen hat, läßt sich aus den Zeitabständen zwischen den aufeinanderfolgenden Zeitmarken des Arbeits- und des Rückhubes angenähert die Größe der Auftreffgeschwindigkeit und der Rückfluggeschwindigkeit des Schlagkolbens ermitteln. Dabei wird davon ausgegangen, daß sich die Geschwindigkeit des Schlagkolbens während des Arbeitshubes und während des Rückhubes in der Nähe des Aufschlagpunktes allenfalls in vernachlässigbarem Umfang ändert.

Die Zeitmarken können in der Weise erzeugt werden, daß sie ein Signal darstellen; das Verfahren kann jedoch auch in der Weise ausgeführt werden, daß die Zeitmarken Bestandteil eines länger andauernden Signals sind, d. h. dessen Anfangs- und Endbereich bilden. Sofern während eines vorgegebenen Arbeitshub- bzw. Rückhubwegabschnitts jeweils nur ein Signal erzeugt wird, läßt sich aus dessen Zeitdauer allein oder durch Vergleich mit der Zeitdauer des jeweils zugehörigen anderen Signals jedes Arbeitszyklus eine Aussage darüber gewinnen, wie hoch die Arbeitshubgeschwindigkeit kurz vor bzw. die Rückhubgeschwindigkeit kurz nach dem Aufschlag ist und welche Größe dementsprechend die Aufschlaggeschwindigkeit bzw. die Rückfluggeschwindigkeit angenähert aufweist. Im einfachsten Fall ist der Zeitabstand zwischen der ersten und zweiten Zeitmarke des Arbeitshubes sowie der ersten und zweiten Zeitmarke des Rückhubes angenähert proportional zur Größe der Aufschlag- bzw. Rückfluggeschwindigkeit (vgl. dazu Anspruch 2). Aus diesem Größenverhältnis können Rückschlüsse auf die Arbeitsbedingungen des Schlagwerks gezogen werden mit der Folge, daß sein Betriebsverhalten - beispielsweise an sich abzeichnende Änderungen des genannten Größenverhältnisses - von Hand oder über eine Regelung angepaßt werden kann.

Das Verfahren kann ggf. auch in der Weise ausgeführt werden, daß die Zeitmarken Bestandteil sich zeitlich überlappender Signale sind und während jedes Arbeitszyklus die Zeitabstände zwischen den Zeitmarken ermittelt werden, welche die Anfangs- bzw. die Endbereiche der Signale bilden.

Vorzugsweise werden die Zeitmarken durch eine Relativbewegung zwischen zumindest einem Sensorkopf und zumindest einer von diesem abgetasteten Markierung ausgelöst (Anspruch 3); der zumindest eine Sensorkopf und die zumindest eine Markierung sind also zumindest mittelbar Bestandteil entweder des Schlagkolbens oder des Zylinders.

Die Zeitmarken können dabei dadurch ausgelöst werden, daß während des Arbeits- und des Rückhubes jeweils zwei Markierungen abgetastet werden (Anspruch 4 ) bzw. jeweils eine Markierung jeweils zweifach (Anspruch 5) bzw. jeweils eine Markierung (Anspruch 6) abgetastet wird; dies setzt voraus, daß die zumindest eine Markierung mit einem Sensorkopf bzw. mit zwei Sensorköpfen zusammenwirkt.

Die Zeitmarken lassen sich insbesondere dadurch erzeugen, daß der Schlagkolben optisch abgetastet wird (Anspruch 7). Es ist jedoch auch möglich, die Zeitmarken beispielsweise auf induktivem Wege zu gewinnen.

Eine andere vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitmarken auf hydraulischem Wege erzeugt werden (Anspruch 8). Dies läßt sich dadurch verwirklichen, daß die bereits erwähnte Relativbewegung (beispielsweise zwischen dem Schlagkolben und dem Zylinder) eine Druckänderung hervorruft, die von zumindest einem Sensorkopf in Form eines Druckmeßgebers erfaßt wird.

Das Verfahren kann dadurch weitergehend ausgestaltet sein, daß aufgrund der Werte der Zeitabstände zwischen den aufeinanderfolgenden Zeitmarken des Arbeits- und des Rückhubes unter Berücksichtigung der Größe des jeweiligen Hubwegabschnitts außer der Aufschlag- und Rückfluggeschwindigkeit zumindest eine der weiteren charakteristischen Kenngrößen - Schlagzahl, Aufschlagenergie, Schlagleistung, Reflexionsenergie, Reflexionsfaktor, Lage der Aufschlagebene und zeitliche Änderung der Lage der Aufschlagebene - fortlaufend errechnet und erkennbar gemacht wird (Anspruch 9). Die mit den charakteristischen Kenngrößen vermittelten Informationen können von einer Bedienungsperson dazu eingesetzt werden, das Betriebsverhalten des Schlagwerks unmittelbar von Hand oder durch Verstellung einer Reglerkennlinie von Hand zu beeinflussen.

Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die ermittelten charakteristischen Kenngrößen zumindest teilweise als Eingangsgrößen für die Regelung des Schlagwerks einzusetzen (Anspruch 10). Dies kann in der Weise geschehen, daß unmittelbar in die Regelung des Schlagwerks und/oder in die Regelung des Hydraulikaggregats eingegriffen wird, welches die Energiequelle für den Betrieb des Schlagwerks bildet.

Der Zeitabstand zwischen einer Zeitmarke und der entsprechenden Zeitmarke des nachfolgenden Arbeits- bzw. Rückhubes ist gleichbedeutend mit der Periodendauer des bereits erwähnten Arbeitszyklus; die vom Schlagkolben in der Zeiteinheit ausgeführte Schlagzahl entspricht dem Kehrwert dieser Periodendauer.

Durch die fortlaufende Bestimmung der charakteristischen Kenngrößen, die aus der Schlagzahl und den Geschwindigkeitswerten des Schlagkolbens abgeleitet sind, erhält die Bedienungsperson des Schlagwerks wichtige Hinweise über die Materialbeschaffenheit, den Verschleiß der über den Schlagkolben angetriebenen Meißelspitze, die Führung des Schlagwerks, die Lage der Aufschlagebene, den Verschleiß der die Aufschlagebene bestimmenden Zubehörteile und die Leistung des Schlagwerks.

Materialbeschaffenheit

Ziel des Einsatzes von Schlagwerken ist die Zerstörung, Gewinnung oder Zerkleinerung von Materialien, die auf Grund ihrer Härte und/oder Zähigkeit mittels anderer Verfahren nicht bearbeitbar sind oder - beispielsweise auf Grund von Sicherheitsbestimmungen - die Anwendung von Sprengstoff nicht zulassen.

Bekanntlich muß mit zunehmender Materialhärte die für die Zerstörung benötigte Schlagenergie erhöht werden; umgekehrt ist es zweckmäßig, bei der Bearbeitung weicherer Materialien die Schlagenergie herabzusetzen und die Schlagzahl zu erhöhen. Die Anzeige der augenblicklichen Größe auch der Schlagleistung N ermöglicht also die Anpassung an unterschiedliche Arbeitsbedingungen durch Veränderung der Aufschlagsenergie E_O und der Schlagzahl z. Aus der Größe des Reflexionsfaktors R lassen sich Anhaltspunkte über die Beschaffenheit des Bearbeitungsmaterials gewinnen: Mit der Härte des zu bearbeitenden Materials nimmt auch der Reflexionsfaktor zu. Damit stellt der fortlaufend ermittelte Wert der Kenngröße R eine wichtige Beurteilungsgrundlage für die Beeinflussung des Betriebsverhaltens des Schlagwerks (durch Veränderung der Kenngrößen E_O und z) im Sinne einer vorteilhaften Anpassung dar.

Verschleiß der Meißelspitze

Der Ausdruck "Meißelspitze" wird hier im übertragenen Sinne für die Anfangsform des Meißelendes verwendet, die unterschiedlich ausgebildet sein kann; in jedem Fall tritt durch Verschleiß eine Änderung der Anfangsform auf.

Der Reflexionsfaktor R hängt nicht nur von der Beschaffenheit des Bearbeitungsmaterials, sondern auch von derjenigen der Meißelspitze ab. Bei gleichbleibender Materialbeschaffenheit weist eine langsame Änderung des Wertes des Reflexionsfaktors auf eine Änderung der Anfangsform, d. h. einen Verschleiß der Meißelspitze, hin.

Führung des Schlagwerks

Bei der Bearbeitung harten Materials bildet sich unter der Meißelspitze nach kurzer Zeit ein Staubpolster, welches die Schlagenergie teilweise absorbiert. Auf die im Laufe einer Schlagfolge rasche Änderung der Größe des Reflexionsfaktors kann die Bedienungsperson mit einer Verschiebung des Schlagwerks reagieren. Falls sich die Größe des Reflexionsfaktors in der erwähnten Weise, d. h. rasch, ändert, kann diese nachteilige Entwicklung - beispielsweise über einen Rechner - auch in Form eines Warnsignals erkennbar gemacht werden.

Lage der Aufschlagebene

Die Lage der Aufschlagebene, in welcher der Schlagkolben auf den Meißel auftrifft, läßt sich bezüglich des Zylinders durch ein Maß a₀ festlegen. Die Erfindung gestattet es dabei, die Lage der Aufschlagebene fortlaufend zu bestimmen und anzuzeigen. Falls die Kenngröße Δa - bei a = a₀ - den Wert Null aufweist, ist die Arbeitsweise des Schlagwerks als normal anzusehen. Der rasche Anstieg des Wertes a - und damit die rasche Abnahme der Kenngröße Δa - deutet auf eine starke Verspannung zwischen Schlagwerk und Meißel hin, die eine Verschiebung des Schlagwerkes bezüglich des Meißels zur Folge hat.

Diesem ungünstigen Betriebsverhalten kann durch eine geeignete Verschiebung in der Weise entgegengewirkt werden, daß der Meißel wieder seine Sollstellung einnimmt und der Schlagkolben somit seine Soll-Aufschlagenergie übertragen kann.

Verschleiß

Eine langsame Veränderung des Wertes Δa = a₀-a über eine längere Zeitspanne läßt auf einen Verschleiß an der Schlagfläche des Schlagkolbens und/oder des Meißels oder der axialen Begrenzung des Meißels im Schlagwerk schließen.

Leistungskontrolle des Schlagwerks

Die Anzeige der Schlagleistung N des Schlagwerkes macht erkennbar, ob dieses noch arbeitsfähig ist. Durch Vergleich zwischen der Schlagleistung und der aufgenommenen Hydraulikleistung läßt sich ein Unterscheidungsmerkmal dafür gewinnen, ob eine etwaige Minderleistung des Schlagwerkes durch dieses selbst oder durch die hydraulische Energiequelle begründet ist.

Die Art und Weise, in welcher sich die hier angesprochenen charakteristischen Kenngrößen unter Berücksichtigung der Größe des zugehörigen Hubwegabschnitts und der jeweiligen Zeitspanne bzw. des zugehörigen Zeitabstandes gewinnen lassen, wird später anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Die Kennwerte können als Ist-Wert einem Regler bzw. mehreren Reglern zugeführt werden und damit die Bedienungsperson zumindest teilweise beispielsweise bei der Anpassung der Hydraulikleistung an die wechselnde Beanspruchung des Schlagwerks entlasten. Die Erfindung ermöglicht es, die Auswertung, den Rechner und den zugehörigen Regler beispielsweise in der Kabine des Trägergerätes anzuordnen und die Kennlinie des Reglers - zur Anpassung des Betriebsverhaltens des Schlagwerkes an das zu bearbeitende Material durch Veränderung der Aufschlagenergie und Schlagzahl - verstellbar auszubilden. Dies ist insofern von Vorteil, als die Spaltbarkeit des Bearbeitungsmaterials in komplexer Weise von mehreren Faktoren abhängt, die nicht durch eine einzige Reglerkennlinie in optimaler Weise erfaßbar sind.

Über den Rechner können zusätzlich Programme vorgegeben werden, die beispielsweise den Anlauf des Schlagwerkes steuern und/oder eine nutzlose bzw. schädliche Arbeitsweise des Schlagwerkes zumindest anzeigen oder auch unterbinden.

Die gestellte Aufgabe wird ferner durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Diese ist mit einer Sensoreinheit (mit mindestens einem Sensorkopf) ausgestattet, die im Zusammenwirken mit mindestens einer am Schlagkolben angeordneten Markierung kurz vor und kurz nach dem Aufschlag des Schlagkolbens jeweils mehrere Zeitmarken auslöst, anhand derer die für den zugehörigen Arbeitshub- bzw. Rückhubwegabschnitt benötigte Zeitspanne mittels einer Auswertung bestimmbar ist.

In der einfachsten Ausführungsform sind die Sensoreinheit und die zumindest eine von dieser abgetastete Markierung in der Weise ausgebildet und einander zugeordnet, daß während des Arbeits- und des Rückhubes jeweils insgesamt vier Zeitmarken erzeugt werden. Durch Messung des Zeitabstandes zwischen den beiden aufeinanderfolgenden Zeitmarken des Arbeitshubes und des Rückhubes läßt sich ohne nennenswerte Zeitverzögerung eine Aussage darüber gewinnen, welchen Wert die Aufschlaggeschwindigkeit und die Rückfluggeschwindigkeit des Schlagkolbens angenähert aufweist.

Eine Ausführungsform der Einrichtung, mit der sich im Laufe des Arbeits- und des Rückhubes jeweils zwei mit zeitlichem Abstand aufeinanderfolgende Zeitmarken erzeugen lassen, weist eine Sensoreinheit mit einem in Richtung auf die Zylinderbohrung wirksamen Sensorkopf auf, an dem vorbei zwei Markierungen hin- und herbewegbar sind, die in Bewegungsrichtung des Schlagkolbens mit Abstand aufeinanderfolgen (Anspruch 12); die Markierungen selbst weisen dabei in Bewegungsrichtung des Schlagkolbens nur eine verhältnismäßig geringe Ausdehnung auf.

Jede Markierung kann dabei aus einer quer zur Schlagkolben-Längsachse angeordneten Ringnut bestehen (Anspruch 13).

Der zumindest eine Sensorkopf der Sensoreinheit ist vorzugsweise im Zylinder angeordnet (Anspruch 14). Die paarweise zusammengehörigen Zeitmarken lassen sich auch mittels einer Sensoreinheit mit zwei Sensorköpfen erzeugen, die in Bewegungsrichtung des Schlagkolbens mit Abstand voneinander angeordnet sind und denen eine Umlaufkante des Schlagkolbens als Markierung zugeordnet ist (Anspruch 15).

Unter der Voraussetzung, daß der rückwärtige Endabschnitt des Schlagkolbens als Hohlkolbenabschnitt ausgebildet ist, kann die Einrichtung auch in der Weise ausgebildet sein, daß in den Hohlkolbenabschnitt ein parallel zur Schlagkolben-Längsachse ausgerichteter Haltebolzen hineinragt, der an dem Zylinder befestigt ist und die mit zumindest einem Sensorkopf ausgestattete Sensoreinheit trägt; die zumindest eine zugehörige Markierung ist dabei an der Bohrungswand des Hohlkolbenabschnitts angebracht (Anspruch 16). Die in Rede stehende Ausführungsform weist also eine Sensoreinheit auf, die lediglich mittelbar (nämlich über den Haltebolzen) Bestandteil des Zylinders ist.

Eine Ausführungsform der Einrichtung zur Erzeugung jeweils eines länger andauernden Arbeitshub- und Rückhub-Signals - dessen Anfangs- und Endbereich jeweils von einer Zeitmarke gebildet wird - weist lediglich einen Sensorkopf auf, an dem vorbei eine Markierung mit einer in Bewegungsrichtung des Schlagkolbens der Größe des Hubwegabschnitts entsprechenden Längserstreckung hin- und herbewegbar ist; die Markierung ist dabei bezüglich des Sensorkopfes derart angeordnet, daß sie außerhalb von dessen Wirkbereich liegt, bevor der den Arbeitshub bzw. den Rückhub ausführende Schlagkolben den Aufschlagpunkt bzw. den oberen Umkehrpunkt (Totpunkt) erreicht hat (Anspruch 17). Der zeitliche Abstand der beiden aufeinanderfolgenden Zeitmarken des Arbeits- und des Rückhubes entspricht dabei der Zeitspanne, während welcher das Signal anliegt.

Der dem Anspruch 17 zugrundeliegende allgemeinere Lösungsgedanke besteht darin, eine der beiden bei der Abtastung der Kolbenbewegung zusammenwirkenden Vorrichtungen - nämlich die Sensoreinheit oder die Markierung - mit einer in Richtung der Kolbenbewegung größeren Längserstreckung auszustatten; diese hat zur Folge, daß während eines durch die Längserstreckung vorgegebenen Hubwegabschnitts während des Arbeitshubes und des Rückhubes über eine längere Zeitspanne jeweils nur ein Signal anliegt, dessen Anfangs- und Endbereich jeweils von zwei Zeitmarken gebildet wird.

Es besteht daher auch die Möglichkeit, die Länge des einzigen Sensorkopfes der Sensoreinheit derart zu bemessen und den Sensorkopf derart anzuordnen, daß die Markierung außerhalb des Wirkbereichs des Sensorkopfes liegt, bevor der den Arbeitshub bzw. den Rückhub ausführende Schlagkolben den Aufschlagpunkt bzw. den oberen Umkehrpunkt erreicht hat (Anspruch 18). Auch bei dieser Ausführungsform läßt sich der Zeitabstand zwischen den beiden zugehörigen Zeitmarken des Signals in einfacher Weise ermitteln und als Information über die Aufschlag- bzw. Rückfluggeschwindigkeit des Schlagkolbens erkennbar machen.

Die Sensoreinheit kann jedoch auch zwei Sensorköpfe aufweisen, an denen vorbei eine Markierung in Bewegungsrichtung des Schlagkolbens hin- und herbewegbar ist. Die Markierung weist dabei eine Länge auf, die zumindest um den Schlagkolbenweg zwischen dem Endpunkt des Arbeitshubwegabschnitts bzw. dem Anfangspunkt des Rückhubwegabschnitts und dem theoretischen Aufschlagpunkt größer ist als der gegenseitige Abstand der Sensorköpfe in Bewegungsrichtung des Schlagkolbens (Anspruch 19). Solange der Schlagkolben in dem theoretischen Aufschlagpunkt auf das zu bearbeitende Material auftrifft, hat dies die Entstehung zweier Signale zur Folge, deren Zeitdauer durch den Zeitabstand zwischen der ersten Zeitmarke des Arbeitshubes und letzten Zeitmarke des Rückhubes bzw. zwischen der zweiten Zeitmarke des Arbeitshubes und der ersten Zeitmarke des Rückhubes festgelegt ist; das erstgenannte Signal liegt dabei an dem Sensorkopf an, welcher durch die Bewegung des Schlagkolbens in Schlagrichtung zuerst mit der Markierung in Wechselwirkung tritt. Falls der Schlagkolben später als theoretisch vorgesehen auf das zu bearbeitende Material auftrifft (also eine Verschiebung der Aufschlagebene vorliegt) , hat diese Abweichung einen geänderten Zeitverlauf der an den Sensorköpfen anliegenden Signale zur Folge. Sollte das Signal an dem in Schlagrichtung ersten Sensorkopf entfallen, solange das Signal am zweiten Sensorkopf noch anliegt, ist dies ein Anzeichen dafür, daß die Lage der Aufschlagebene eine Änderung erfahren hat.

Eine Verschiebung der Aufschlagebene in Richtung auf einen größeren Schlagkolbenweg führt dabei dazu, daß das betreffende Signal bei anliegendem zweiten Signal unmittelbar vor dem Aufschlag verschwindet und unmittelbar nach dem Aufschlag erneut anliegt. Der in diesem Zusammenhang interessierende Zeitabstand zur Ermittlung der Aufschlag- und Rückfluggeschwindigkeit entspricht dabei dem Zeitabstand zwischen der ersten Zeitmarke bzw. zwischen der letzten Zeitmarke der beiden Signale.

Um die Erzeugung der Zeitmarken zu ermöglichen, kann jeder Sensorkopf der Sensoreinheit aus zu- und rückführenden Lichtfasern bestehen, deren in einer Ebene quer zur Schlagkolben-Längsachse angeordnete Endabschnitte mit dem Zylinderraum in Verbindung stehen und die an die Auswertung angeschlossen sind (Anspruch 20).

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Einrichtung besteht jeder Sensorkopf der Sensoreinheit aus einem Druckmeßgeber (Anspruch 21); die Einrichtung ist dabei so beschaffen, daß jede Relativbewegung zwischen dem zumindest einen Druckmeßgeber und der zumindest einen Markierung in eine kurzzeitige oder eine verhältnismäßig länger andauernde Druckänderung umgewandelt und dadurch auswertbar gemacht wird.

Die Einrichtung kann dadurch vorteilhaft ausgestaltet sein, daß der Auswertung ein Rechner nachgeschaltet ist, mit dem anhand der ermittelten Zeitabstände zwischen den Zeitmarken des Arbeits- bzw. des Rückhubes unter Berücksichtigung der Größe des zugehörigen Hubwegabschnitts außer der Größe der Aufschlag- und Rückfluggeschwindigkeit des Schlagkolbens zumindest eine der weiteren charakteristischen Kenngrößen - Schlagzahl, Aufschlagenergie, Schlagleistung, Reflexionsenergie, Reflexionsfaktor, Lage der Aufschlagebene und zeitliche Änderung der Lage der Aufschlagebene - fortlaufend bestimmt und erkennbar gemacht wird (Anspruch 22).

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 aufgetragen in einem Weg-Zeit-Diagramm die Bewegung des Schlagkolbens,

Fig. 2 a, b in gegenüber Fig. 1 vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt des Weg-Zeit-Diagramms im Bereich des Kolben-Aufschlagpunktes bzw. ein Diagramm mit den zugehörigen, über der Zeit aufgetragenen Zeit Zeitmarken,

Fig. 3 ein Schemabild, aus dem der Verlauf der Information zwischen dem Schlagwerk und den zugehörigen Zusatzeinrichtungen ersichtlich ist,

Fig. 4 stark schematisiert eine Gesamtansicht des Schlagwerks nebst Trägergerät,

Fig. 5 als Schemabild einen Schnitt durch ein Schlagwerk mit Sensoreinheit und Steuerung,

Fig. 6a einen gegenüber Fig. 5 vergrößerten Teilausschnitt des Schlagwerks im Bereich der Sensoreinheit,

Fig. 6b, c in vergrößertem Maßstab eine in Fig. 6a mit B bzw. C bezeichnete Einzelheit,

Fig. 7 stark schematisiert eine Sensoreinheit mit einem Sensorkopf, dem zwei am Schlagkolben angeordnete Ringnuten als Markierungen zugeordnet sind,

Fig. 8 stark schematisiert eine mit zwei Sensorköpfen ausgestattete Sensoreinheit, der als Markierung eine Umlaufkante des Schlagkolbens zugeordnet ist,

Fig. 9, 10 in vergrößertem Maßstab einen Teilausschnitt des Schlagwerks in der Ausführungsform gemäß Fig. 6a bzw. 7,

Fig. 11a, b einen Ausschnitt des Weg-Zeit-Diagramms bzw. ein Diagramm mit den über der Zeit aufgetragenen Zeitmarken, die sich bei der Ausführungsform gemäß Fig. 9 und 10 ergeben,

Fig. 12 in vergrößertem Maßstab einen Teilausschnitt einer Ausführungsform, die derjenigen gemäß Fig. 6a ähnlich ist mit der Maßgabe, daß eine Ringnut 40 von zwei Sensorköpfen 38a und 38b abgetastet wird,

Fig. 13 in vergrößertem Maßstab einen Teilausschnitt einer Ausführungsform, die derjenigen gemäß Fig. 7 ähnlich ist mit der Maßgabe, daß lediglich eine Ringnut von zwei mit Abstand voneinander angeordneten Sensorköpfen abgetastet wird,

Fig. 14a bis c einen Ausschnitt des Weg-Zeit-Diagramms bzw. Diagramme mit den über der Zeit aufgetragenen Zeitmarken, die bei der Ausführungsform gemäß Fig. 12 und 13 von dem - in Schlagrichtung des Schlagkolbens gesehen - zweiten bzw. ersten Sensorkopf erzeugt werden,

Fig. 15, 16 in vergrößertem Maßstab einen Teilausschnitt einer Ausführungsform, die derjenigen gemäß Fig. 6a bzw. 7 ähnlich ist mit der Maßgabe, daß ein einziger Sensorkopf eine Ringnut mit größerer Längserstreckung Δs in Bewegungsrichtung des Schlagkolbens abtastet,

Fig. 17a, b einen Ausschnitt des Weg-Zeit-Diagramms bzw. ein Diagramm mit den Signalen und Zeitmarken, welche durch die Ausführungsform gemäß Fig. 15 bzw. 16 erzeugt werden,

Fig. 18, 19 in vergrößertem Maßstab einen Teilausschnitt einer Ausführungsform, die derjenigen gemäß Fig. 6a bzw. 7 ähnlich ist mit der Maßgabe, daß zwei mit Abstand Δs voneinander angeordnete Sensorköpfe eine Ringnut mit größerer Längserstreckung abtasten,

Fig. 20a bis c einen Ausschnitt des Weg-Zeit-Diagramms bzw. Diagramme mit den über der Zeit aufgetragenen, von den Ausführungsformen gemäß Fig. 18 bzw. 19 erzeugten Signalen und Zeitmarken für den Fall, daß der Aufschlagpunkt des Schlagkolbens in der theoretisch angenommenen Aufschlagebene liegt,

Fig. 21, 22 in vergrößertem Maßstab einen Teilausschnitt einer Ausführungsform, die derjenigen gemäß Fig. 18 bzw. 19 ähnlich ist mit der Maßgabe, daß der Aufschlagpunkt des Schlagkolbens von der theoretisch vorgegebenen Aufschlagebene abweicht, und

Fig. 23a bis c einen Ausschnitt des Weg-Zeit-Diagramms bzw. Diagramme mit den über der Zeit aufgetragenen Signalen und Zeitmarken, die von den Ausführungsformen gemäß Fig. 21 bzw. 22 erzeugt werden.

Aus der Darstellung gem. Fig. 1 ist die Bewegung des Schlagkolbens während des Arbeitshubes in Schlagrichtung, d. h. zwischen dem oberen Totpunkt s_O und dem Aufschlagpunkt s_A, sowie während des Rückhubes, d. h. zwischen dem Aufschlagpunkt und dem oberen Totpunkt, ersichtlich. Weiterhin ist erkennbar, daß die den Arbeitshub und den Rückhub beschreibenden Linienzüge in der Nähe des Aufschlagpunktes annähernd geradlinig verlaufen.

Nach der Lehre der Erfindung werden durch die Bewegung des Schlagkolbens kurz vor und kurz hinter dessen Aufschlagpunkt s_A - nach Zurücklegen jeweils eines vorgegebenen Hubwegabschnitts (s₁-s₂) - jeweils zwei Zeitmarken t_1, t₂ bzw. t_3, t₄ ausgelöst, deren Zeitabstand Δt₁=t₂-t₁ bzw. Δt₃=t₄-t₃ ermittelt wird (vgl. dazu Fig. 2a und 2b). Weiterhin wird der Zeitabstand T (entsprechend der Periodendauer) zwischen einer Zeitmarke (beispielsweise t₁ · n) und der entsprechenden Zeitmarke des nachfolgenden Arbeits- bzw. Rückhubes (beispielsweise t_{1 · n+1}) gemessen, aus dessen Kehrwert sich die Schlagzahl z des Schlagwerks bestimmen läßt (z=1/T).

Unter Verwendung der Zeitabstandsgleichungen

t₃-t₂=Δt₂; t_A-t₂=t_x; t₃-t_A=t_y

lassen sich die weiteren charakteristischen Kenngrößen des Schlagwerks wie folgt berechnen:

Aufschlaggeschwindigkeit des Schlagkolbens:

V_A≈Δs/Δt₁=(s₂-s₁)/(t₂-t₁)

Rückfluggeschwindigkeit des Schlagbolzens:

V_R≈Δs/Δt₃=(s₂-s₁)/(t₄-t₃)

Aufschlagenergie:

E_O=m × v_A²/2=C/(t₂-t₁)²

Schlagleistung:

N=E × z

Reflexionsenergie:

E_R=m × v_R²/2=C/(t₄-t₃)²

Reflexionsfaktor:

R=E_R/E_O=((t₂-t₁)/(t₄-t₃))²

Lage der Aufschlagebene

Der Abstand zwischen der Aufschlagebene bei s = s_A und der Stellung des Schlagkolbens bei s = s₂ wird mit a₀ bezeichnet; daraus ergibt sich s_A-s₂ = a₀. Falls der Schlagkolben den Meißel nicht an der Stelle s = s_A, sondern an einer beliebigen Stelle trifft, so ergibt sich daraus die Abweichung:

Δa=a₀+/-a=a₀ +/- Δs × Δ t₂/(Δ t₁+Δ t₃)

Im einzelnen läßt sich die Größe a dabei errechnen unter Benutzung der Gleichungen:

v_A≈Δs/Δt₁≈(Δs+a)/(Δt₁+t_x)

v_R≈Δs/Δt₃≈(Δs+a)/(Δt₃+t_y)

t_x+t_y=Δt₂ (d. h. t_x=Δ t₂-t_y)

a=Δs × Δ t₂/(Δ t₁+Δ t₃)

Unter den zuvor genannten Voraussetzungen lassen sich also alle genannten charakteristischen Kenngrößen des Schlagwerks ermitteln, falls die in Frage kommenden Zeitabstandswerte bekannt sind.

Die Größe m (entsprechend der Masse des Schlagkolbens) stellt dabei ebenso eine konstruktive vorgegebene Konstante dar wie der Abstandswert Δs, dem die Zeitmarken t₁, t₂ bzw. t₃, t₄ zugeordnet sind. Diese Zeitmarken werden - ausgelöst durch die Bewegung des mit zumindest einer Markierung versehenen Schlagkolbens - von einer noch zu beschreibenden Sensoreinheit erzeugt.

Der grundsätzliche Aufbau und die Arbeitsweise des Erfindungsgegenstandes sind der Fig. 3 entnehmbar. Ein Hydraulikaggregat 1 als Energiequelle erzeugt die Hydraulik-Leistung, die im Schlagwerk 2 in Schlagleistung dadurch umgesetzt wird, daß ein durch das Schlagwerk angetriebener Meißel 3 in einer Folge von Einzelschlägen mit der Energie (Aufschlagenergie) E_O auf das zu bearbeitende Material 4 einwirkt. Abhängig von den Betriebsverhältnissen wird ein Teil der Aufschlagenergie als Reflexionsenergie E_R vom Material 4 über den Meißel 3 auf das Schlagwerk 2 zurückübertragen.

Die Lage des Schlagwerks 2 bezüglich des Materials 4 läßt sich mittels einer Führungseinheit 5 verändern und an die Betriebsverhältnisse anpassen.

Die Bewegung des mit dem Meißel 3 zusammenwirkenden, beispielsweise in Fig. 5 dargestellten Schlagkolbens 26 während des Arbeitshubes (d. h. in Schlagrichtung) kurz vor und während des Rückhubes kurz nach dem Aufschlag löst (hervorgerufen durch das Zusammenwirken einer Sensoreinheit 38 mit mindestens einer Markierung 40 bzw. 41, dargestellt beispielsweise in Fig. 5, jeweils zwei Zeitmarken aus, aus denen in einer Auswertung 6 die Periodendauer des Arbeitszyklus und der Zeitabstand zwischen den beiden Zeitmarken sowohl des Arbeitshubes als auch des Rückhubes ermittelt werden.

Der Auswertung 6 ist ein Rechner 7 nachgeschaltet, mit dem unter Berücksichtigung der Größe des Hubwegabschnitts - welcher den Zeitmarken zugeordnet ist - die bereits zuvor erwähnten charakteristischen Kenngrößen (Schlagzahl, Aufschlag- und Rückfluggeschwindigkeit des Schlagkolbens, Aufschlagenergie, Schlagleistung, Reflexionsenergie, Reflexionsfaktor, Lage der Aufschlagebene und zeitliche Änderung der Lage der Aufschlagebene) fortlaufend bestimmt und (abgesehen allenfalls von der Aufschlag- und Rückfluggeschwindigkeit des Schlagkolbens) mittels einer Anzeigeeinheit 8 erkennbar und auswertbar gemacht werden. Über die Anzeigeeinheit erhält die Bedienungsperson 9 wichtige Hinweise über die Beschaffenheit des zu bearbeitenden Materials 4, den Verschleiß an der Spitze 3a des Meißels 3, die Führung des Schlagwerks, die Lage und Verschiebung der Aufschlagebene, den Verschleiß der die Aufschlagebene bestimmenden Komponenten und die Leistung des Schlagwerks.

Abhängig von den erkennbar gemachten Werten der Kenngrößen kann die Bedienungsperson 9 über die Führungseinheit 5 auf die Stellung des Schlagwerks 2 bezüglich des Materials 4 einwirken.

Das Hydraulikaggregat 1 ist mit einem Regler 10 ausgestattet, der es gestattet, beispielsweise durch Veränderung des Hydraulikdrucks die Aufschlagenergie des Schlagwerks zu verändern. Diesem ist außerdem ein Regler 11 zugeordnet, über welchen sich in bekannter Weise die Schlagzahl beeinflussen läßt.

Die mittels des Rechners 7 fortlaufend ermittelten Werte können - zumindest teilweise - unmittelbar als Eingangsgrößen den Reglern 10, 11 zugeführt werden. Zusätzlich oder statt dessen kann die Bedienungsperson auf Grund der mittels der Anzeigeeinheit 8 erkennbar gemachten Werte der Kenngrößen - durch Verstellung der jeweiligen Reglerkennlinie - auf die Regler 10 und 11 einwirken und damit das Betriebsverhalten des Schlagwerks 2 verbessern bzw. optimieren.

Das Trägergerät, an dem das Schlagwerk 2 über die zuvor erwähnte Führungseinheit 5 lageeinstellbar befestigt ist, besteht bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 aus einem Raupenfahrzeug 12 mit einer schwenkbaren Plattform 13; auf dieser ist einerseits das als Energiequelle dienende Hydraulikaggregat 1 und andererseits eine Kabine 14 nebst Steuerstand 14a für die Bedienungsperson angeordnet.

Die Führungseinheit 5 weist mehrere Schwenkarme 15, 16, 17a/b auf, die über an ihnen angreifende Hydraulik-Zylinderaggregate 18, 19 und 20 bewegbar sind, sowie eine mit dem Schlagwerk 2 verbundene Halterung 21. Diese ist gleichzeitig an die Schwenkarme 16 und 17b angelenkt.

Der Schwenkarm 15 stützt sich drehbar an einem Tragteil 22 ab, das seinerseits mittels eines Hydraulik-Zylinderaggregats 23 bezüglich der Plattform 13 höhenverstellbar ist.

Der Steuerstand 14a steht über ein Leitungsbündel 24 - welches Schläuche für die Engergieversorgung sowie Meß- und Steuerleitungen enthält - mit dem Schlagwerk 2 in Verbindung. Ein zweites Leitungsbündel 25 führt vom Steuerstand 14a zum Hydraulikaggregat 1; es enthält neben den Druck- und Rücklaufschläuchen auch eine Steuerleitung.

Der Steuerstand 14a umfaßt die (anhand der Fig. 3 erläuterten) Geräte, die eine Optimierung des Betriebsverhaltens des Schlagwerks 2 ermöglichen, nämlich die Anzeigeeinheit 8 nebst Rechner 7 und Auswertung 6 sowie die Regler 10 und 11.

Das in Fig. 5 beispielhaft dargestellte Schlagwerk 2 weist einen Schlagkolben 26 mit einer Schlagkolbenspitze 26a auf, welche dem Meißel 3 zugewandt ist und während des Betriebes des Schlagwerks in der Aufschlagebene S-S auf den Meißel auftrifft. Der Schlagkolben 26 selbst ist in einem an seiner Rückseite 27a verschlossenen Zylinder 27 im Sinne des Doppelpfeils 28 in Längsrichtung hin und her beweglich geführt.

Der von der Schlagkolbenspitze 26a abgewandte antriebsseitige Endabschnitt des Schlagkolbens ist als Hohlkolbenabschnitt 26b ausgebildet, welcher teilweise in einen mit Druckgas gefüllten Gasraum 29 hineinragt, dieser ist über eine nicht dargestellte Leitung an einen Druckgasspeicher oder eine Druckgasquelle anschließbar und kann dadurch nachgefüllt werden kann.

Unter der Einwirkung des Druckgases wird der Schlagkolben 28 einerseits während des Arbeitshubes in Schlagrichtung (Pfeil 28a) beschleunigt und andererseits während des Rückhubes (Pfeil 28b) abgebremst werden.

Im Anschluß an den Hohlkolbenabschnitt 26b weist der Schlagkolben zwei Absätze 26c und 26d auf, die in axialer Richtung mit dem Zylinder zwei Ölräume 30 und 31 begrenzen. Der von dem Hohlkolbenabschnitt 26b mitbegrenzte Ölraum 30 liegt dabei - im Gegensatz zum Ölraum 31 - in der Nähe des Gasraums 29.

Die beiden Ölräume stehen jeweils über eine ringförmige Aussparung 30a bzw. 31a und eine sich daran anschließende Leitung 32 bzw. 33 mit einer Steuerung 34 in Verbindung. Diese erzeugt in an sich bekannter Weise die periodische Bewegung des Schlagkolbens 26 im Sinne des Doppelpfeils 28 dadurch, daß sie über eine Druckleitung 35a die Verbindung mit einer Druckölquelle (d. h. mit dem in Fig. 3 und 4 dargestellten Hydraulikaggregat 1) oder mit einer drucklosen Rücklaufleitung 35b herstellt. Die Steuerung 34 steht weiterhin über eine Steuerleitung 36 mit dem in Fig. 3 dargestellten Regler 11 in Verbindung. Mittels der von diesem erzeugten Regelsignale läßt sich die Schlagzahl und die Einzelschlagenergie des Schlagkolbens 26 verändern.

An der Rückseite 27a des Zylinders 27 ist ein Haltebolzen 37 befestigt, der in den Hohlkolbenabschnitt 26b hineinragt und dessen dem Schlagkolben zugewandter Endabschnitt 37a eine berührungslos arbeitende Sensoreinheit 38 mit einem (hier nicht dargestellten) Sensorkopf trägt. Die Sensoreinheit steht über eine durch den Haltebolzen 37 hindurchgeführte Meßleitung 39 mit der in Fig. 3 dargestellten Auswertung 6 in Verbindung.

Der Sensoreinheit 38 sind zwei in Bewegungsrichtung des Schlagkolbens 26 mit Abstand voneinander angeordnete Markierungen zugeordnet; diese bestehen aus zwei Ringnuten 40 und 41, die in der Bohrungswand 26e des Hohlkolbenabschnitts 26b angebracht sind. Die quer zur Schlagkolben-Längsachse 45 ausgerichteten Ringnuten 40 und 41 sind bezüglich der Sensoreinheit 38 derart angeordnet, daß sie während des Arbeitshubes (Pfeil 28a) kurz vor dem Auftreffen des Schlagkolbens auf den Meißel 3 und während des Rückhubes (Pfeil 28b) kurz nach dem Aufschlagpunkt mit der Sensoreinheit in Wechselwirkung treten und dabei jeweils zwei zeitlich aufeinanderfolgende Zeitmarken (t₁, t₂ bzw. t₃, t₄ in Fig. 2 a, b) erzeugen; diese werden über die Meßleitung 39 der Auswertung 6 (vgl. Fig. 3) zugeführt. Der gegenseitige Abstand der Ringnuten 40 und 41 (Δs = s₁-s₂; Fig. 2a, b) stellt eine Konstante dar, deren Größe bekannt ist und bei der fortlaufenden Ermittlung der charakteristischen Kenngrößen des Schlagwerks mitberücksichtigt wird.

Bei der in Rede stehenden Ausführungsform ist also die Meßeinheit zur Ermittlung der Zeitabstände zwischen den hier interessierenden Zeitmarken in der Weise ausgebildet, daß die lediglich einen Sensorkopf aufweisende Sensoreinheit 38 die Bewegung des Schlagkolbens 26 während des Arbeits- und des Rückhubes über zwei an ihr vorbei bewegte Markierungen (Ringnuten 40 und 41) berührungsfrei abtastet und in impulsartig ausgebildete Zeitmarken umsetzt.

Bei der Ausführungsform gem. Fig. 6a bis c werden die Zeitmarken, anhand derer die charakteristischen Kenngrößen des Schlagwerks 2 fortlaufend bestimmt werden, durch optische Abtastung der Bewegung des Schlagkolbens 26 in Richtung des Doppelpfeiles 28 erzeugt. An der Bohrungswand 26e des Hohlkolbenabschnitts 26b sind dabei als Markierungen die bereits erwähnten Ringnuten 40 und 41 angebracht, die quer zur Längserstreckung bzw. Längsachse des Schlagkolbens verlaufen.

Die Sensoreinheit 38 weist einen Sensorkopf 38a bestehend aus zu- und rückführenden Lichtfasern 42 bzw. 43 auf, deren Endabschnitte 42a bzw. 43a in einer Ebene quer zur Schlagkolben-Längserstreckung angeordnet sind und in den Hohlkolbenabschnitt 26b hineinragen.

Die Meßleitung 39, welche die Lichtfasern 42 und 43 aufnimmt (vgl. Fig. 6c) mündet in die Auswertung 6 ein (vgl. dazu Fig. 3). Diese umfaßt im vorliegenden Fall zusätzlich eine Lichtquelle, welche die zuführenden Lichtfasern 42 beaufschlagt. Das an den Endabschnitten 42a austretende Licht trifft auf die Bohrungswand 26e auf, wird dort reflektiert, von den Endabschnitten 43a erfaßt und über die Lichtfaser 43 in die Auswertung zurückgeführt; in dieser können etwa auftretende Abweichungen durch Vergleich der zurückgeführten Lichtmenge mit einem vorgegebenen Lichtmengen-Sollwert fortlaufend festgestellt werden. Sobald anläßlich der Bewegung des Schlagkolbens 26 eine der beiden Ringnuten 40 bzw. 41 von dem Sensorkopf 38a erfaßt wird, ändert sich der Wert der in die Auswertung 6 zurückgeführten Lichtmenge, d. h. der augenblickliche Istwert weicht von dem vorgegebenen Sollwert ab. Diese kurzzeitige Störung stellt eine der weiterzuverarbeitenden Zeitmarken dar (vgl. dazu Fig. 2 b).

Die Wirkung der Ringnuten 40 und 41 - die, in Schlagkolben-Längserstreckung gesehen, vorzugsweise eine geringe Breite aufweisen - läßt sich erforderlichenfalls durch geeignete Einfärbung, Beschichtung oder Auskleidung unterstützen bzw. verbessern.

Wie Fig. 6b erkennen läßt, sind die Endabschnitte 42a und 43a der Lichtfasern vorteilhaft über den gesamten Umfang des Sensorkopfes 38a angeordnet, wobei die zu- und abführende Endabschnitte 42a bzw. 43a miteinander abwechseln. Der Durchmesser der Endabschnitte - und damit die Länge des Sensorkopfes in Richtung der Schlagkolben-Längserstreckung oder - Bewegung - sollte im Hinblick auf eine möglichst hohe Auflösegenauigkeit möglichst gering sein.

Abweichend von der dargestellten Ausführungsform können die mit dem Sensorkopf zusammenwirkenden Markierungen auch andersartig ausgebildet sein. Insbesondere ist es denkbar, die Ringnuten 40 und 41 jeweils durch einen Einsatzkörper zu ersetzen, welcher einen anderen Reflexionsgrad aufweist als die Bohrungswand 26e außerhalb dieser Einsatzkörper.

Die Meßeinheit zur Erzeugung der erforderlichen Zeitmarken kann auch in der Weise ausgebildet sein, daß der Sensorkopf 38a in einer Aussparung 44 des Zylinders angeordnet ist und in der Umfangsfläche des Kolbenabsatzes 26c - quer zur Schlagkolben-Längsachse 45 liegend - zwei Ringnuten 46, 47 angebracht sind (Fig. 7).

Bei dieser Ausführungsform werden die beiden Zeitmarken während des Arbeitshubes und während des Rückhubes dadurch ausgelöst, daß sich zeitlich nacheinander die Ringnut 47 und 46 bzw. 46 und 47 an dem Sensorkopf 38a vorbeibewegen.

Dieser kann in der zuvor beschriebenen Weise (vgl. dazu Fig. 6a bis c) aus mehreren Lichtfasern oder auch aus einer Vielzahl Lichtfasern aufgebaut sein, deren in der Bohrung 44 liegende Endabschnitte dem Schlagkolben 26 zugewandt sind. Abhängig von der Anzahl nebeneinanderliegender Lichtfaser-Endabschnitte (vgl. Fig. 6a bis c) erstreckt sich der Sensorkopf 38a über einen kleineren oder größeren Teil des Umfangs des Schlagkolbens.

Bei der Ausführungsform gem. Fig. 8 werden die Zeitmarken zur Ermittlung der charakteristischen Kenngrößen dadurch hervorgerufen, daß die Sensoreinheit zwei Sensorköpfe 38a und 38b aufweist, denen eine einzige am Schlagkolben 26 angebrachte Markierung zugeordnet ist (Fig. 8). Diese besteht aus der Umlaufkante 26f des Absatzes 26c, welche dem Gasraum 29 zugewandt ist.

Die Bewegung des Schlagkolbens während des Arbeitshubes (Pfeil 28a) hat zur Folge, daß die Umlaufkante 26f zunächst im Zusammenwirken mit dem Sensorkopf 38a und anschließend dem Sensorkopf 38b nacheinander zwei Zeitmarken auslöst; während des Rückhubes (Pfeil 28b) werden die Sensorköpfe im Zusammenwirken mit der Umlaufkante in umgekehrter Reihenfolge wirksam, d. h. der Sensorkopf 38b zeitlich vor dem Sensorkopf 38a.

Abweichend von der in Rede stehenden Ausführungsform kann den beiden Sensorköpfen 38a und 38b auch eine andersartig ausgebildete Markierung, insbesondere in Form einer Ringnut oder eines Einsatzkörpers mit abweichendem Reflexionsgrad, zugeordnet sein.

Die Ausstattung des Hohlkolbenabschnitts 26b (Fig. 9) bzw. des Schlagkolbens 26 (Fig. 10) mit zwei Ringnuten 40, 41 bzw. 46, 47 - die in Bewegungsrichtung des Schlagkolbens mit einem Abstand Δs = s₁-s₂ voneinander angeordnet sind - hat zur Folge, daß über den zugehörigen einzigen Sensorkopf 38a während des Arbeitshubes und des Rückhubes kurz vor und kurz nach dem Aufschlag (Zeitpunkt t_A in Fig. 11a) zwei Zeitmarken t₁ und t₂ bzw. t₃ und t₄ ausgelöst werden (Fig. 11b); deren gegenseitiger Zeitabstand t₂-t₁ bzw. t₄-t₃ ist proportional zur Kolbengeschwindigkeit auf dem Hubwegabschnitt Δs und gibt angenähert die Aufschlaggeschwindigkeit bzw. Rückfluggeschwindigkeit des Schlagkolbens wieder. Bedingt dadurch, daß sowohl die Ringnuten 40, 41 bzw. 46, 47 als auch der Sensorkopf 38a in Bewegungsrichtung des Schlagkolbens eine geringe Längserstreckung aufweisen, stellen die Zeitmarken t₁ bis t₄ impulsartige Signale dar, die kurzzeitig am Ausgang des Sensorkopfes 38a anliegen.

Die Einrichtung zur Ermittlung charakteristischer Kenngrößen kann jedoch auch derart ausgebildet sein, daß einer einzigen Ringnut 40 (Fig. 12) bzw. 46 (Fig. 13) im Endabschnitt 37a des Haltebolzens bzw. im Zylinder 27 selbst zwei Sensorköpfe 38a, 38b mit gegenseitigem Abstand Δs steuerungstechnisch zugeordnet sind.

Eine derartige Ausbildung hat zur Folge, daß über den in Schlagrichtung des Schlagkolbens ersten Sensorkopf 38a die in Fig. 14c und über den zweiten Sensorkopf 38b die in Fig. 14b dargestellten Zeitmarken t₁, t₄ bzw. t₂, t₃ ausgelöst werden. Die Größe des Zeitabstandes zwischen den Zeitmarken t₂ und t₁ bzw. t₄ und t₃ gibt dabei wiederum angenähert die Größe der Aufschlag- bzw. Rückfluggeschwindigkeit des Schlagkolbens wieder.

Die Zeitmarken t₁ bis t₄ lassen sich jedoch auch dadurch erzeugen, daß einem einzigen Sensorkopf 38a im Endabschnitt 37a des Haltebolzens (Fig. 15) bzw. im Zylinder 27 (Fig. 16) eine einzige Ringnut 48 bzw. 49 gegenüberliegt, deren Längserstreckung in Bewegungsrichtung des Schlagkolbens mit dem Hubwegabschnitt Δs (vgl. dazu auch dazu Fig. 17a) übereinstimmt.

Eine derartige Ausgestaltung führt zur Erzeugung eines Arbeitshub-Signals AS 1 bzw. Rückhub-Signals RS 2, dessen Zeitdauer durch den Zeitabstand der zugehörigen Zeitmarken t₂, t₁ bzw. t₄, t₃ festgelegt ist (vgl. dazu Fig. 17b). Die Zeitmarken bilden dabei den Anfangs- bzw. Endbereich der Signale AS 1 und RS 2, d. h. deren Anstiegs- bzw. Abfall-Flanke.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 18 und 19 wirken zwei mit Abstand Δs voneinander angeordnete Sensorköpfe 38a, 38b mit einer einzigen Ringnut 50 bzw. 51 zusammen, deren Längserstreckung in Bewegungsrichtung des Schlagkolbens zumindest um den Schlagkolbenweg a₀ zwischen dem Endpunkt s₂ des Arbeitshubwegabschnitts bzw. dem Anfangspunkt s₂ des Rückhubwegabschnitts und dem theoretischen Aufschlagpunkt s_A größer ist als der bereits erwähnte gegenseitige Abstand der Sensorköpfe (vgl. dazu Fig. 20a).

Die Relativbewegung zwischen den Sensorköpfen 38a, 38b und der entsprechend lang bemessenen Ringnut 50 bzw. 51 führt zur Erzeugung der in Fig. 20c und 20b dargestellten Signale MS1 bzw. MS2.

Die Zeitdauer des Signals MS1, welches an dem in Schlagrichtung ersten Sensorkopf 38a (Fig. 18 bzw. 19) anliegt, entspricht dabei dem Zeitabstand zwischen den Zeitmarken t₄ und t₁, die Zeitdauer des Signals MS2 am zweiten Sensorkopf 38b dem Zeitabstand zwischen den Zeitmarken t₃ und t₂.

Durch Gegenüberstellung der Signale MS1 und MS2 kann die Zeitdauer berechnet werden, welche der Schlagkolben für das Durchlaufen des Arbeitshub- bzw. Rückhubwegabschnitts Δs benötigt (vgl. dazu Fig. 20a).

Die Fig. 20a bis c gelten dabei für den Fall, daß der Aufschlagpunkt S_A des Schlagkolbens exakt in der theoretisch angenommenen Aufschlagebene liegt.

Die Darstellungen gemäß Fig. 21, 22 und 23a bis c beziehen sich auf die Ausführungsformen gemäß Fig. 18 und 19 mit der Besonderheit, daß der Schlagkolben zu einem einem späteren Zeitpunkt auf den Meißel 3 (vgl. dazu beispielsweise Fig. 5) auftrifft als durch den Schlagkolbenweg a_O im Anschluß an den Hubwegabschnitt Δs festgelegt ist (Fig. 23a).

Diese Abweichung macht sich in einem grundsätzlich geänderten Verlauf des Signals am ersten Sensorkopf 38a (Fig. 23c) bemerkbar; dieses zerfällt in die Teilsignale MS1′ und MS1′′, deren Anfangs- und Endbereich (entsprechend deren Anstiegs- und Abfall- Flanke) von den Zeitmarken t₁, t′₄ bzw. t′₁, t₄ gebildet wird. Der Zeitabstand zwischen den beiden Teilsignalen MS1′ und MS1′′ (also der Zeitunterschied zwischen den beiden Zeitmarken t′₁ und t′₄) nimmt mit größer werdender Abweichung des Aufschlagpunktes von der theoretischen Aufschlagebene zu (vgl. dazu Fig. 23a).

Die in Rede stehende Ausführungsform (gemäß Fig. 18, 19 und 21, 22) ermöglicht es also, Abweichungen von der theoretischen Aufschlagebene anhand des Verlaufs des Signals am ersten Sensorkopf qualitativ zu erfassen und dementsprechend in den Arbeitsablauf einzugreifen:
Falls das Signal am ersten Sensorkopf 38a verschwindet, solange das Signal am zweiten Sensorkopf 38b noch anliegt, ist eine Abweichung a zwischen dem Aufschlagpunkt und der theoretischen Aufschlagebene vorhanden. Diese Information, die sich optisch erkennbar machen läßt, kann beispielsweise von einer Bedienungsperson dazu verwendet werden, die Stellung des Schlagwerks bezüglich des zu bearbeitenden Materials durch Verstellen der Führungseinheit in der Weise zu verändern, daß die zuvor erwähnte Abweichung des Aufschlagpunktes verschwindet.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, daß sich anhand einfach zu erzeugender Zeitmarken und der daraus gewinnbaren Zeitabstandswerte je nach Bedarf auch eine größere Anzahl charakteristischer Kenngrößen eines Schlagwerks fortlaufend bestimmen lassen, so daß die Möglichkeit besteht, das Betriebsverhalten des Schlagwerks auch wechselnden Betriebsverhältnissen im Sinne einer Optimierung anzupassen.

Die Erfindung läßt sich dabei unter Verwendung von Sensoreinheiten mit einem oder mehreren Sensorköpfen verwirklichen, die es gestatten, die Bewegung des Schlagkolbens während des Arbeits- und Rückhubes in mehrere Zeitmarken umzuwandeln, denen ein vorgegebener, bekannter Hubwegabschnitt zugeordnet ist. Der der Erfindung zugrundeliegende Lösungsgedanke besteht danach auch darin, durch voneinander getrennte Meßvorgänge kurz vor und kurz nach dem Aufschlag des Schlagkolbens auf das zu bearbeitende Material Informationen zu gewinnen, aus denen unmittelbar auf die Größe der Aufschlag- und der Rückfluggeschwindigkeit des Schlagkolbens geschlossen werden kann.

Claims

1. Verfahren zur Ermittlung charakteristischer Kenngrößen zum Zwecke der Beeinflussung des Betriebsverhaltens eines Schlagwerks mit einem Schlagkolben, der unter Beaufschlagung durch ein fluides Antriebsmittel wechselweise einen Arbeitshub in Schlagrichtung und einen Rückhub ausführt, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitshubgeschwindigkeit des Schlagkolbens kurz vor und seine Rückhubgeschwindigkeit kurz nach dem Aufschlag dadurch bestimmt werden, daß durch eine der Schlagkolbenbewegung entsprechende Relativbewegung jeweils mehrere einem Arbeitshub- bzw. Rückhubwegabschnitt zugeordnete, mit Zeitabstand aufeinanderfolgende Zeitmarken ausgelöst und die Zeitabstände zwischen den aufeinanderfolgenden Zeitmarken des Arbeits- und des Rückhubes ermittelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß während des Arbeits- und des Rückhubes jeweils zwei Zeitmarken ausgelöst werden.

3. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitmarken durch eine Relativbewegung zwischen zumindest einem Sensorkopf und zumindest einer von diesem abgetasteten Markierung ausgelöst werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Zeitmarken während des Arbeits- und des Rückhubes jeweils zwei Markierungen abgetastet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Zeitmarken während des Arbeits- und des Rückhubes jeweils eine Markierung jeweils zweifach abgetastet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Zeitmarken während des Arbeits- und des Rückhubes jeweils eine Markierung abgetastet wird.

7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitmarken durch optische Abtastung des Schlagkolbens erzeugt werden.

8. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitmarken auf hydraulischem Wege erzeugt werden.

9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund der Werte der Zeitabstände zwischen den aufeinanderfolgenden Zeitmarken des Arbeits- und des Rückhubes unter Berücksichtigung der Größe des jeweiligen Hubwegabschnitts außer der Auftreff- und Rückfluggeschwindigkeit zumindest eine der weiteren charakteristischen Kenngrößen - Schlagzahl, Aufschlagenergie, Schlagleistung, Reflexionsenergie, Reflexionsfaktor, Lage der Aufschlagebene und zeitliche Änderung der Lage der Aufschlagebene - fortlaufend errechnet und erkennbar gemacht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die charakteristischen Kenngrößen zumindest teilweise als Eingangsgrößen für die Regelung des Schlagwerks Verwendung finden.

11. Einrichtung zur Ermittlung charakteristischer Kenngrößen zum Zwecke der Beeinflussung des Betriebsverhaltens eines Schlagwerks mit einem Zylinder und einem in diesem geführten Schlagkolben, der unter Einwirkung eines fluiden Antriebmittels - welches über eine Steuerung wechselweise an eine Druckquelle sowie an einen drucklosen Rücklauf anschließbar ist - abwechselnd einen Arbeitshub in Schlagrichtung und einen Rückhub ausführt, zur Durchführung des Verfahrens nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (27) eine Sensoreinheit (38) aufweist und an dem Schlagkolben (26), mit dieser in Wechselwirkung bringbar, zumindest eine Markierung (40, 41, 46, 47, 48, 49, 50, 51 bzw. 26f) angebracht ist, unter deren Einwirkung auf die Sensoreinheit die Kolbenbewegung kurz vor und kurz nach dem Aufschlag des Schlagkolbens jeweils mehrere Zeitmarken (t₁, t₂ bzw. t₃, t₄) auslöst, anhand derer die für den zugehörigen Arbeitshub- bzw. Rückhubwegabschnitt ( Δs) benötigte Zeitspanne mittels einer Auswertung (6) bestimmbar ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinheit (38) einen in Richtung auf die Zylinderbohrung wirksamen Sensorkopf (38a) aufweist, an dem vorbei zwei Markierungen (40, 41 bzw. 46, 47) hin- und herbewegbar sind, die in Bewegungsrichtung (Pfeil 28) des Schlagkolbens (26) mit Abstand ( Δs) aufeinanderfolgen.

13. Einrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede Markierung aus einer quer zur Schlagkolben- Längsachse (45) angeordneten Ringnut (40, 41 bzw. 46, 47) besteht.

14. Einrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Sensorkopf (38a bzw. 38b) der Sensoreinheit (38) im Zylinder (27) angeordnet ist.

15. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinheit (38) zwei Sensorköpfe (38a, 38b) aufweist, die in Bewegungsrichtung (Pfeil 28) des Schlagkolbens (26) mit Abstand ( Δs) voneinander angeordnet sind, und daß die Markierung von einer Umlaufkante (26f) des Schlagkolbens gebildet wird.

16. Einrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 11, 13 und 15, wobei der rückwärtige Endabschnitt des Schlagkolbens (26) als Hohlkolbenabschnitt (26b) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in den Hohlkolbenabschnitt ein parallel zur Schlagkolben- Längsachse (45) ausgerichteter Haltebolzen (37) hineinragt, der an dem Zylinder (27) befestigt ist und die mit zumindest einem Sensorkopf (38a bzw. 38b) ausgestattete Sensoreinheit (38) trägt, und daß die zumindest eine Markierung an der Bohrungswand (26e) des Hohlkolbenabschnitts (26b) angebracht ist.

17. Einrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 11, 13 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinheit (38) einen Sensorkopf (38a) aufweist, an dem vorbei eine Markierung (48, 49) mit einer in Bewegungsrichtung (Pfeil 28) des Schlagkolbens (26) der Größe des Hubwegabschnitts (Δs) entsprechenden Längserstreckung hin- und herbewegbar ist, wobei die Markierung derart angeordnet und bemessen ist, daß sie außerhalb des Wirkbereichs des Sensorkopfes liegt, bevor der den Arbeitshub (Pfeil 28a) bzw. den Rückhub (Pfeil 28b) ausführende Schlagkolben den Aufschlagpunkt (s_A) bzw. den oberen Umkehrpunkt (s₀) erreicht hat.

18. Einrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 11, 13 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinheit (38) einen Sensorkopf (38a) aufweist, an dem vorbei eine Markierung hin- und herbewegbar ist, wobei die Länge des Sensorkopfes in Bewegungsrichtung des Schlagkolbens (26) derart bemessen und dieser derart angeordnet ist, daß die Markierung außerhalb des Wirkbereichs des Sensorkopfes liegt, bevor der den Arbeitshub (Pfeil 28a) bzw. den Rückhub (Pfeil 28b) ausführende Schlagkolben (26) den Aufschlagpunkt (s_A) bzw. den oberen Umkehrpunkt (s₀) erreicht hat.

19. Einrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 11, 13 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinheit (38) zwei Sensorköpfe (38a, 38b) aufweist, an denen vorbei eine Markierung (50 bzw. 51) in Bewegungsrichtung (Pfeil 28) des Schlagkolbens (26) hin- und herbewegbar ist, wobei die Markierung eine Länge aufweist, die zumindest um den Schlagkolbenweg (a₀) zwischen dem Endpunkt (s₂) des Arbeitshubwegabschnitts (Δs) bzw. dem Anfangspunkt (s₂) des Rückhubwegabschnitts (Δs) und dem theoretischen Aufschlagpunkt (s_A) größer ist als der gegenseitige Abstand (Δs) der Sensorköpfe in Bewegungsrichtung des Schlagkolbens.

20. Einrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sensorkopf (38a) der Sensoreinheit (38) aus zu- und rückführenden Lichtfasern (42 bzw. 43) besteht, deren in einer Ebene quer zur Schlagkolben-Längsachse (45) angeordnete Endabschnitte (42a bzw. 43a) mit dem Zylinderraum in Verbindung stehen und die an die Auswertung (6) angeschlossen sind.

21. Einrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sensorkopf der Sensoreinheit (38) aus einem Druckmeßgeber besteht.

22. Einrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswertung (6) ein Rechner (7) nachgeschaltet ist, mit dem anhand der ermittelten Zeitabstände zwischen den Zeitmarken (t₁, t₂ bzw. t₃, t₄) des Arbeits- bzw. des Rückhubes unter Berücksichtigung der Größe des zugehörigen Hubwegabschnitts (Δs) außer der Größe der Aufschlag- und Rückfluggeschwindigkeit (v_A bzw. v_R) des Schlagkolbens (26) zumindest eine der weiteren charakteristischen Kenngrößen - Schlagzahl (z), Aufschlagenergie (E₀), Schlagleistung (N), Reflexionsenergie (E_R), Reflexionsfaktor (R), Lage der Aufschlagebene (Δa) und zeitliche Änderung der Lage der Aufschlagebene (Δa/Δt) - fortlaufend bestimmt und erkennbar gemacht wird.