DE4036918A1 - Verfahren zur anpassung des arbeitsverhaltens eines schlagwerks an die haerte des zerkleinerungsmaterials und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents
Verfahren zur anpassung des arbeitsverhaltens eines schlagwerks an die haerte des zerkleinerungsmaterials und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrensInfo
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- B25D9/26—Control devices for adjusting the stroke of the piston or the force or frequency of impact thereof
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anpassung
des Arbeitsverhaltens eines Schlagwerks auch mit
Hubverstellung, dessen Schlagkolben unter
Einwirkung des von einer Fördereinheit gelieferten
hydraulischen Antriebsmittels hin- und hergehende
Bewegungen ausführt, an die Härte des
Zerkleinerungsmaterials und eine zur Durchführung
des Anpassungsverfahrens geeignete Einrichtung.
Hydraulisch betriebene Schlagwerke bilden mit der
Fördereinheit auf der einen und dem Werkzeug
(insbesondere Meißel) mit dem
Zerkleinerungsmaterial auf der anderen Seite eine
Wirkkette, die in beiden Richtungen von jeweils
einem Energiestrom durchflossen wird. Der primäre
Energiestrom ist von der Fördereinheit über das
Schlagwerk und das Werkzeug auf das
Zerkleinerungsmaterial (insbesondere Gestein)
gerichtet; der sekundäre, vom
Zerkleinerungsmaterial reflektierte Energiestrom
wirkt über das Schlagwerk bis zur Fördereinheit.
Die Eigenschaften des Zerkleinerungsmaterials und
des Werkzeugs werden durch den Reflexionsfaktor R
ausgedrückt, der eine indirekt meßbare Größe
darstellt und durch das Verhältnis primäre
Schlagenergie/reflektierte Schlagenergie definiert
ist. Über die Größe des Reflexionsfaktors lassen
sich insbesondere die Energiebilanz und die
Schlagwerkcharakteristik, d. h. das Verhältnis von
Schlagzahl zu Einzelschlagenergie eines
Schlagwerks, beeinflussen.
Im Hinblick auf eine möglichst große
Zerkleinerungsleistung sollte das Arbeitsverhalten
eines Schlagwerks in der Weise angepaßt werden, daß
bei zunehmender Materialhärte, also bei zunehmender
Größe des Reflexionsfaktors, die
Einzelschlagenergie ansteigt. Eine zu niedrige
Einzelschlagenergie führt zu unerwünschten
Reflexionen mit der Folge, daß sich bei hoher
Werkzeug- und Schlagwerkbeanspruchung lediglich
eine niedrige Zerkleinerungsleistung erzielen läßt.
Insbesondere zur Begrenzung der
Schlagwerkbeanspruchung sollte dafür Sorge getragen
werden, daß bei zunehmender Energiereflexion die
Schlagkolben-Schlagzahl nicht ansteigt und daß bei
Erhöhung der Einzelschlagenergie durch eine
Verstellung des Schlagwerkhubes die Schlagzahl in
geeignetem Ausmaß vermindert wird.
Zur Ermittlung der Größe des Reflexionsfaktors sind
bisher unterschiedliche Meßverfahren vorgeschlagen
worden, beispielsweise die Messung der Verweilzeit
des Schlagkolbens in der Aufschlagstellung anhand
der Zeitdauer eines hydraulischen Impulses
(EP-A1-02 14 064), elektrische Messung des
Schwingungsverlaufs in Bohrstangen mit daraus
abgeleiteter Beeinflussung der Lage der
Vorschubeinheit (DE-A1-35 18 370).
Ein unerwünschter Rückprall des Schlagkolbens
infolge nicht ausreichender Einzelschlagenergie
läßt sich mittels einer Umsteuerung zumindest
weitgehend vermeiden, welche die Größe des
Schlagkolbenhubes beeinflußt
(DE-C3-26 58 455).
Die zuvor angesprochenen Lösungsvorschläge zur
Anpassung des Arbeitsverhaltens eines Schlagwerks
an die Härte des Zerkleinerungsmaterials sind zum
Teil für den rauhen Arbeitseinsatz nicht geeignet,
störanfällig bzw. wenig reparaturfreundlich
und/oder empfindlich gegen Temperatureinflüsse und
damit verbundene Viskositätsänderungen des
Antriebsmittels; dies gilt insbesondere für
Regelungen, deren wesentliche Bestandteile in das
Schlagwerk integriert sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für
hydraulisch betriebene Schlagwerke ein Verfahren
und eine Einrichtung zur selbsttätigen Anpassung
des Arbeitsverhaltens an die Härte des
Zerkleinerungsmaterials zu entwickeln, deren
wesentliche und empfindliche Bestandteile
(insbesondere Sensoren und Regler) außerhalb des
Schlagwerks angeordnet, daher betriebssicher und
reparaturfreundlich sind sowie ggf. an
unterschiedlich ausgebildeten Schlagwerken zur
Anwendung kommen können.
Das Verfahren und die Einrichtung sollen dabei
derart beschaffen sein, daß die für die
Materialzerkleinerung erforderliche
Einzelschlagenergie selbsttätig an die sich
ändernde Härte des Zerkleinerungsmaterials angepaßt
wird. Falls konstruktionsbedingt eine Anpassung der
Einzelschlagenergie nicht möglich ist, soll
verhindert werden, daß die durch Reflexionsvorgänge
zurückgewonnene Schlagenergie eine unerwünschte
Erhöhung der Schlagkolben-Schlagzahl nach sich
zieht.
Vorzugsweise kommt die Erfindung an Schlagwerken
mit (der zuvor erwähnten) Energierückgewinnung zum
Einsatz (beschrieben in der EP-Druckschrift
01 83 093). Diese Ausführung setzt voraus, daß der
Schlagkolben nach dem Aufschlag während des
Rückhubes zeitweilig noch an die mit dem
Betriebsdruck beaufschlagte Druckleitung
angeschlossen ist.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst,
welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Abweichend vom bisher bekannten Stand der Technik
besteht der Grundgedanke der Erfindung darin, die
Regelung zur Anpassung des Arbeitsverhaltens auf
der Meßgröße Schlagkolben-Schlagzahl oder der
Meßgrößen von Schlagkolben-Schlagzahl und
Eingangsmengenstrom in das Schlagwerk aufzubauen,
in einen Regelbefehl umzuwandeln und zur
Veränderung des Innenwiderstands einer der beiden
zusammenwirkenden Arbeitseinheiten, nämlich der
Fördereinheit oder des Schlagwerks, heranzuziehen:
Bei Anstieg der Schlagzahl bzw. einer aus der
Meßgröße der Schlagzahl und des
Eingangsmengenstroms gebildeten Leistungskenngröße
auf einen einstellbaren Grenzwert wird der
Innenwiderstand einer der beiden Arbeitseinheiten
erhöht. Diese Veränderung bewirkt bei Schlagwerken
mit nicht verstellbarem Hub, daß die Schlagzahl
herabgesetzt wird. Bei Schlagwerken mit
Hubverstellung wird durch Vergrößerung des Hubes
die Einzelschlagenergie erhöht.
Die Erfindung macht von der an sich bekannten
Erkenntnis Gebrauch, daß die Schlagzahl eines
Schlagwerkes mit den Eigenschaften des
Zerkleinerungsmaterials wechselt, also mit
zunehmender Größe des Reflexionsfaktors zunimmt,
und daß das Verhältnis aus Schlagzahl und
Eingangsmengenstrom ebenfalls mit der Größe des
Reflexionsfaktors ansteigt.
Die zu messenden Größen, also die Schlagzahl und
ggf. zusätzlich der Eingangsmengenstrom in das
Schlagwerk, können dabei mittels an sich bekannter
Sensoren im Rahmen einer von der Schlagzahl
beeinflußten Schallwellen- oder Schwingungsmessung
bzw. einer Durchflußmessung erfaßt und in einen
Regelbefehl umgewandelt werden.
Im einfachsten Fall läßt sich der Innenwiderstand
des Schlagwerks dadurch erhöhen, daß in
entsprechender Weise der Druck in der
Rücklaufleitung (Rücklaufwiderstand), gegen welchen
der Schlagkolben den Rückhub ausführt, verändert
wird (Anspruch 2); dies läßt sich insbesondere
dadurch verwirklichen, daß aufgrund des aus der
Schlagzahl-Meßgröße gewonnenen Regelbefehls ein den
Querschnitt der Rücklaufleitung festlegendes
Drosselventil verstellt wird (Anspruch 3).
Falls mit zunehmender Größe des Reflexionsfaktors
die Meßgröße der Schlagzahl auf einen vorgegebenen
Grenzwert ansteigt, wird über den aus dieser
Meßgröße gewonnenen Regelbefehl der
Rücklaufwiderstand erhöht, wodurch sich die
maximale Rückhubgeschwindigkeit des Schlagkolbens,
d. h. die Rückhubstartgeschwindigkeit, reduziert
und damit das Anwachsen der Schlagzahl begrenzt
wird.
Die Anpassung des Arbeitsverhaltens des Schlagwerks
an die sich ändernde Härte des
Zerkleinerungsmaterials kann jedoch auch durch eine
Beeinflussung des Innenwiderstands der
Fördereinheit herbeigeführt werden (Anspruch 4);
deren Innenwiderstand nimmt definitionsgemäß dann
zu, wenn durch Verkleinerung des Fördervolumens der
austretende Förderstrom vermindert wird.
Falls also die Schlagzahl-Meßgröße auf den
vorgegebenen Grenzwert ansteigt, wird über den
Regelbefehl der Förderstrom solange zurückgefahren,
bis die Schlagzahl erneut den vorgegebenen
Grenzwert erreicht hat.
Bei Schlagwerken mit Hubverstellung kann das
Verfahren in der Weise ausgeführt werden, daß auch
die vom Schlagwerk aufgenommene Antriebsmittel-
Eingangsmenge als Meßgröße ermittelt und aus dem
Meßgrößenverhältnis Schlagzahl/Eingangsmenge ein
Meßgrößenverhältnis-Istwert gebildet wird. Falls
dieser auf einen Grenzwert ansteigt, der in
Abhängigkeit von der jeweils eingestellten Größe
des Schlagwerkhubes vorgegeben wird, wird durch
Hubverstellung der Schlagwerk-Innenwiderstand
erhöht (Anspruch 5).
Da mit zunehmender Größe des Reflexionsfaktors auch
der erwähnte Meßgrößenverhältnis-Istwert ansteigt,
führt die schließlich über den Regelbefehl
ausgelöste Vergrößerung des Schlagwerkhubes zu
einer entsprechenden Veränderung der auf das
Zerkleinerungsmaterial einwirkenden
Einzelschlagenergie. Der jeweils in Betracht
kommende Meßgrößenverhältnis-Grenzwert ist dabei
der augenblicklich eingestellten Größe des
Schlagwerkhubes angepaßt; das Verfahren arbeitet
demgemäß mit einem umschaltbaren
Meßgrößenverhältnis-Grenzwert.
Die zuvor beschriebene Ausführungsform des
Verfahrens kann dadurch weiter ausgestaltet sein,
daß der Schlagzahl-Grenzwert in Abhängigkeit von
der jeweils eingestellten Größe des Schlagwerkhubes
vorgegeben wird (Anspruch 6); auf diese Weise ist
sichergestellt, daß die Schlagzahl jeweils in dem
Bereich, der durch die Größe eines Schlagwerkhubes
festgelegt ist, stets unter den zugehörigen
Schlagzahl-Grenzwert zurückfährt.
Soweit durch Verstellen des Fördervolumens der
Fördereinheit die Größe des Förderstroms beeinflußt
werden kann, wird dieser - ggf. auch zusätzlich -
vermindert, falls der Betriebsdruck im Förderstrom
auf einen vorgegebenen Druck-Grenzwert ansteigt
(Anspruch 7); diese Ausgestaltung setzt voraus, daß
der im Förderstrom vorliegende Betriebsdruck
mittels eines Drucksensors erfaßt und über einen
Druckregler in eine Regelgröße umgewandelt wird.
Sofern eine Hubverstellung vorgesehen ist, wird der
Druck-Grenzwert zweckmäßigerweise in Abhängigkeit
von der jeweils eingestellten Größe des
Schlagwerkhubes vorgegeben (Anspruch 8); damit ist
die Möglichkeit geschaffen, den Druck-Grenzwert an
unterschiedliche, durch die Größe des
Schlagwerkhubes festgelegte Bereiche anzupassen.
Ein Schlagwerk mit Hubverstellung ist in der
bereits erwähnten Vorveröffentlichung
DE-C3-26 58 455 beschrieben. Der Hub des
Schlagkolbens läßt sich danach über einen
federbelasteten Steuerschieber verändern, der -
abhängig von der Größe eines ihn beaufschlagenden
Steuerdrucks - unterschiedlich angeordnete
Steuernuten und Steuerkanäle freigibt bzw. absperrt
und dadurch die Umsteuerung der Bewegung des
Schlagkolbens beeinflußt. Der Größe des
Steuerdrucks - der sich in einfacher Weise mittels
eines Drucksensors erfassen läßt - entspricht also
eine bestimmte Größe des zur Zeit eingestellten
Schlagkolbenhubes.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird
ferner durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des
Anspruchs 9 gelöst.
Wesentliche Bestandteile der zur Durchführung des
Verfahrens geeigneten Einrichtung sind ein die
Schlagkolben-Schlagzahl erfassender Schlagzahl-
Sensor, ein diesem nachgeschalteter Schlagzahl-
Regler und ein von diesem gesteuertes Stellglied,
über welches der Innenwiderstand der Fördereinheit
oder des Schlagwerks erhöht wird, falls die
Meßgröße der Schlagzahl auf einen vorgegebenen
Grenzwert ansteigt.
Das Stellglied kann dabei insbesondere aus einer
Verstelldrossel bestehen, welche in die
Rücklaufleitung des Schlagwerks eingebaut ist
(Anspruch 10), oder als Verstellantrieb ausgebildet
sein, über welchen das Fördervolumen der
Fördereinheit veränderbar ist (Anspruch 11).
Eine andersartige Einrichtung zur Durchführung des
Verfahrens weist zwei Sensoren auf, nämlich einen
die Schlagkolben-Schlagzahl erfassenden Schlagzahl-
Sensor und einen Eingangsstrom-Sensor zur
Ermittlung des vom Schlagwerk aufgenommenen
Eingangsmengenstroms. Weitere wesentliche
Bestandteile dieser Einrichtung sind ein
Rechenglied zur Bildung eines z/Q Istwertes aus dem
Verhältnis zwischen der Meßgröße der Schlagzahl und
dem Eingangsmengenstrom, ein den z/Q-Istwert
verarbeitender Regler und ein diesem
nachgeschaltetes Stellglied zur Beeinflussung des
Schlagwerk-Innenwiderstands. Dieser wird unter der
Einwirkung des Reglers vergrößert, falls der
Istwert des Meßgrößenverhältnisses auf einen
vorgegebenen, veränderbaren Grenzwert ansteigt
(Anspruch 12).
Eine Weiterbildung der zuvor angesprochenen
Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß
über das Stellglied (im Normalfall stufenweise) die
Größe des Schlagwerkhubes veränderbar ist (Anspruch
13); der Innenwiderstand des Schlagwerks läßt sich
dabei dadurch anheben, daß der Schlagwerkhub
vergrößert wird.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der
Einrichtung gemäß Anspruch 12 und 13 ist in die
Rücklaufleitung des Schlagwerks eine von einem
Schlagzahl-Regler gesteuerte Verstelldrossel
eingebaut. Der dem Schlagzahl-Sensor
nachgeschaltete Schlagzahl-Regler ist derart
ausgelegt, daß er erst wirksam wird, falls die
Meßgröße der Schlagzahl auf einen Grenzwert
ansteigt, der in Abhängigkeit von der jeweils
eingestellten Größe des Schlagwerkhubes vorgegeben
wird (Anspruch 14). Der Schlagzahl-Regler stellt
sicher, daß die Schlagzahl immer wieder unter einen
Grenzwert abgesenkt wird, der an die Größe des
augenblicklich eingestellten Schlagwerkhubes
angepaßt ist.
Die Einrichtung gemäß Anspruch 11 oder Anspruch 12
bis 14 kann zusätzlich einen Drucksensor aufweisen,
welcher den Betriebsdruck in der Förderleitung der
Fördereinheit aufnimmt, ferner einen
nachgeschalteten Druckregler und einen von diesem
gesteuerten Verstellantrieb, unter dessen
Einwirkung das Fördervolumen der Fördereinheit
verkleinert wird, falls die Meßgröße des
Betriebsdrucks auf einen vorgegebenen Druck-
Grenzwert ansteigt (Anspruch 15). Eine durch
geänderte Arbeitsbedingungen hervorgerufene
Änderung des Betriebsdrucks der Förderleitung führt
demnach dazu, daß das Fördervolumen der
Fördereinheit entsprechend angepaßt wird.
Eine weitergehende Anpassung an den jeweiligen
Arbeitsbereich des Schlagwerks läßt sich dadurch
herbeiführen, daß der Druck-Grenzwert in
Abhängigkeit von der jeweils eingestellten Größe
des Schlagwerkhubes über einen diese erfassenden
Druck-Grenzwertgeber vorgegeben wird (Anspruch 16);
bei einer derartigen Ausführungsform ist also auch
der Druck-Grenzwert an die augenblicklich
eingestellte Größe des Schlagwerkhubes angepaßt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der
Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele im
einzelnen erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 schematisiert ein als
Hydraulikbagger ausgebildetes
Trägergerät, an dem ein Schlagwerk
in Gestalt eines Hydraulikhammers
anstellbar angebracht ist,
Fig. 2 ein Schaltschema für eine
Einrichtung mit einer Verstellpumpe
als Fördereinheit, über welche die
als Meßgröße fortlaufend ermittelte
Schlagkolben-Schlagzahl ggf.
annähernd konstant gehalten werden
kann,
Fig. 3 ein Schaltschema für eine
Einrichtung, mittels welcher in
Abhängigkeit von der fortlaufend
ermittelten Meßgröße der Schlagzahl
ggf. der Rücklaufwiderstand des
Schlagwerks verändert wird,
Fig. 4 ein Schaltschema für eine
Einrichtung, bei welcher unter
Berücksichtigung der Meßgröße der
Schlagkolben-Schlagzahl und des
Eingangsmengenstroms in das
Schlagwerk ein Regelbefehl gewonnen
wird, über welchen ggf. der
Schlagwerkhub verändert wird,
Fig. 5 ein Schemabild für eine der
Ausführungsform gemäß Fig. 4
ähnliche Einrichtung, bei welcher
zusätzlich der Rücklaufwiderstand
des Schlagwerks mit Hubverstellung
in Abhängigkeit von der Größe der
gemessenen Schlagzahl verändert
wird,
Fig. 6 ein Schaltschema für eine
Drucksteuerung, mittels welcher der
im Förderstrom vorliegende
Betriebsdruck beeinflußt werden
kann, und
Fig. 7 ein Schaltschema für eine
Druckregelung für die
Ausführungsformen gemäß Fig. 4
oder 5, bei welcher der
Druck-Grenzwert in Abhängigkeit von
der jeweils eingestellten Größe des
Schlagwerkhubes vorgegeben wird.
Der in Fig. 1 dargestellte Hydraulikbagger 1 weist
als Versorgungseinheit einen Dieselmotor 2 auf, der
unter anderem eine Hydraulikpumpe 3 antreibt; diese
ist über eine Druckleitung 4 und eine
Rücklaufleitung 5 an einen Hydraulikhammer 6
angeschlossen, der seinerseits anstellbar an dem
Ausleger 7 des Hydraulikbaggers mit zwei
Auslegerarmen 7a, 7b gehalten ist.
Unter Einwirkung des über die Druckleitung 4
zugelieferten Förderstroms führt der Schlagkolben 8
des Hydraulikhammers eine alternierende Bewegung in
Richtung seiner Längsachse 8a aus, trifft am Ende
seines Hubes auf ein als Meißel 9 ausgebildetes
Werkzeug auf und wirkt über dieses auf das
Zerkleinerungsmaterial 10 ein; die Bewegungsenergie
des Schlagkolbens 8 wird dabei in Schlagenergie
umgesetzt.
In der Darstellung gemäß Fig. 2 (und ebenso in den
Fig. 3 bis 5) ist der Meißel 9 (vgl. Fig. 1) in
zwei Wirkpfeile 9a, 9b aufgelöst; die
unterschiedlichen Eigenschaften des
Zerkleinerungsmaterials 10 sind durch das Symbol 11
mit R als Reflexionsfaktor angedeutet.
Der von der Hydraulikpumpe 3 gelieferte Förderstrom
Qp gelangt mit dem Betriebsdruck über die
Druckleitung 4 zum Hydraulikhammer 6, welcher den
Eingangsmengenstrom Qe aufnimmt und über den
Schlagkolben in hydraulische Schlagleistung
umwandelt.
Eine etwaige Leistungsrückgewinnung innerhalb des
Hydraulikhammers ist durch die virtuelle Pumpe 12
mit dem Reflexionsmengenstrom QR angedeutet, durch
welche zurückgewonnene mechanische Leistung in
hydraulische Leistung umgewandelt wird.
Der Reflexionsmengenstrom QR steigt mit der Größe
des Reflexionsfaktors R an: Falls der
Reflexionsfaktor den Wert Null aufweist, liefert
dementsprechend die virtuelle Pumpe 12 keinen
Reflexionsmengenstrom QR.
Der nach rechts gerichtete Pfeil 9a symbolisiert
den vom Hydraulikhammer ausgehenden primären
Energiestrom, der Pfeil 9b dagegen den auf den
Hydraulikhammer einwirkenden, reflektierten
Energiestrom welcher ggf. die Entstehung des
Reflexionsmengenstroms QR zur Folge hat. Falls also
der Reflexionsfaktor R des Zerkleinerungsmaterials
10 (vgl. Fig. 1) nicht den Wert Null aufweist, ist
der vom Hydraulikhammer 6 aufgenommene
Eingangsmengenstrom Qe kleiner als der von der
Hydraulikpumpe 3 gelieferte Förderstrom Qp; dieser
Betriebszustand führt - soweit nicht Gegenmaßnahmen
ergriffen werden - dazu, daß der Betriebsdruck in
der Druckleitung 4 ansteigt.
Zur Anpassung des Arbeitsverhaltens des
Hydraulikhammers 6 an eine sich ändernde Größe des
Reflexionsfaktors R ist die in Rede stehende
Einrichtung gemäß der Lehre der Erfindung mit einem
Schlagzahl-Sensor 13 ausgestattet, welcher
außerhalb des Hydraulikhammers angeordnet ist. Der
nach Art eines Schallwellen- oder
Schwingungsaufnehmers arbeitende Schlagzahl-Sensor
erfaßt - angedeutet durch die unterbrochene Linie
14 - die durch den Betrieb des Hydraulikhammers
hervorgerufene, von der Schlagzahl abhängigen
Schallwellen oder Schwingungen und wandelt sie in
eine Meßgröße z um, die über eine Meßleitung 15 in
einen Schlagzahl-Regler 16 überführt wird; diesem
wird weiterhin über einen Grenzwertgeber 17 nebst
Leitung 18 ein einstellbarer
Schlagzahl-Grenzwert z₀ übermittelt.
Dem Schlagzahl-Regler 16 ist unter
Zwischenschaltung einer Steuerleitung 19 ein
Stellglied in Gestalt eines Verstellmotors 20
nachgeschaltet, über den - angedeutet durch die
Linie 21 - das Fördervolumen der Hydraulikpumpe 3
verändert werden kann; diese ist im vorliegenden
Fall also als Verstellpumpe ausgebildet.
Falls während des Betriebes des Hydraulikhammers 6
die als Meßgröße ermittelte Schlagzahl z auf den
vorgegebenen Schlagzahl-Grenzwert z₀ ansteigt,
erzeugt der Schlagzahl-Regler 16 einen an den
Verstellmotor 20 weitergeleiteten Regelbefehl, der
durch eine Verkleinerung des Fördervolumens den
Förderstrom in der Druckleitung 4 solange
zurückfährt, bis die Schlagzahl z den vorgegebenen
Schlagzahl-Grenzwert wieder erreicht hat.
Die in Rede stehende Ausführungsform des
Erfindungsgegenstandes ermöglicht es also, aufgrund
einer fortlaufenden Ermittlung der Größe der
Schlagzahl das Arbeitsverhalten des Schlagwerks an
sich ändernde Eigenschaften des
Zerkleinerungsmaterials, verkörpert durch den
Reflexionsfaktor R, anzupassen; der dazu
erforderliche Schlagzahl-Sensor 13 kann in an sich
bekannter Weise ausgebildet und außerhalb des
Hydraulikhammers - beispielsweise in einer von
Erschütterungen und Vibrationen weitgehend freien
Umgebung - angeordnet sein. Der damit erzielte
Vorteil ist auch darin zu sehen, daß die in Rede
stehende Einrichtung unabhängig von der Ausbildung
des Hydraulikhammers bzw. Schlagwerks eingesetzt
werden kann.
Bei der Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
nach Fig. 3 ist der Hydraulikhammer 6 über die
Druckleitung 4 an eine Hydraulikpumpe 3 mit
konstantem Fördervolumen angeschlossen; ein
unerwünschter Anstieg des Betriebsdrucks in der
Druckleitung wird durch ein Druckbegrenzungsventil
22 verhindert, dessen Anschlußleitung 23 von der
Druckleitung 4 ausgeht.
Im Gegensatz zu der zuvor beschriebenen
Ausführungsform steht der Schlagzahl-Regler 16
ausgangsseitig über eine Steuerleitung 24 mit einer
Verstelldrossel 25 in Verbindung, die in die
Rücklaufleitung 5 des Hydraulikhammers 6 eingebaut
ist. Durch Betätigung der Verstelldrossel kann der
Rücklaufwiderstand - und damit der Rücklaufdruck in
der Rücklaufleitung 5 - beeinflußt werden mit der
Folge, daß sich die Rückhubgeschwindigkeit des
Schlagkolbens 8 ändert.
Falls die mit dem Schlagzahl-Sensor 13 fortlaufend
ermittelte Schlagzahl z auf den vorgegebenen
Schlagzahl-Grenzwert z0 ansteigt, führt die
Verstelldrossel 25 unter Einwirkung eines vom
Schlagzahl-Regler 16 erzeugten Reglerbefehls eine
Schließbewegung aus, aufgrund derer bei erhöhtem
Innenwiderstand des Hydraulikhammers 6 die Bewegung
des Schlagkolbens 8 solange verzögert wird, bis die
Meßgröße der Schlagzahl z mit dem Schlagzahl-
Grenzwert wieder übereinstimmt.
Bei der in Rede stehenden Ausführungsform wird also
bei Änderung des Reflexionsfaktors R auf der
Grundlage einer fortlaufenden Schlagzahlmessung
ggf. eine Änderung des Innenwiderstandes des
Hydraulikhammers mit sich daraus ergebender
Schlagzahlabsenkung ausgelöst. Der in der
Druckleitung 4 auftretende Anstieg des
Betriebsdrucks führt ggf. dazu, daß sich das
Druckbegrenzungsventil 22 öffnet und ein Teilstrom
QV abzufließen beginnt.
Bei der Einrichtung gemäß Fig. 4 stützt sich die
Regelung zur Anpassung des Arbeitsverhaltens des
Hydraulikhammers 12 auf zwei fortlaufend ermittelte
Meßgrößen, nämlich die mittels des Schlagzahl-
Sensors 13 erfaßte Schlagzahl z und den mittels
eines Eingangsstrom-Sensors 26 erfaßten
Eingangsmengenstrom in den Hydraulikhammer 6. Der
Eingangsstrom-Sensor, welcher in an sich bekannter
Weise nach Art eines Durchflußmessers arbeitet, ist
zwischen der Anschlußleitung 23 für das
Druckbegrenzungsventil 22 und den Hydraulikhammer 6
in die Druckleitung 4 eingebaut.
Die mittels der Sensoren 13 und 26 gewonnenen
Meßgrößen - Schlagzahl z und Eingangsmengenstrom Qe
- werden über eine Steuerleitung 27 bzw. 28 einem
Rechenglied 29 zugeführt, in dem aus dem Verhältnis
zwischen den beiden Meßgrößen ein z/Q-Istwert
gebildet wird, der über eine Eingabe 30 an einen
Regler 31 übermittelt wird. Dieser steht
seinerseits über eine Steuerleitung 32 mit einem
Stellglied 33 in Verbindung, über welches -
angedeutet durch einen Pfeil 34 - die Größe des
Schlagwerkhubes verändert werden kann; die in Rede
stehende Ausführungsform setzt also die Verwendung
eines Hydraulikhammers mit Hubverstellung voraus.
Die Änderung des Schlagwerkhubes Δs kann in an
sich bekannter Weise in mehreren Stufen erfolgen,
die mit "n" angedeutet sind (vgl. dazu die bereits
erwähnte DE-C3-26 58 455).
Das Stellglied 33 steht ausgangsseitig unter
Zwischenschaltung eines z/Q-Grenzwertgebers 35 mit
der Eingangsseite des Reglers 31 in Verbindung. Vom
Stellglied 33 erhält der Bestandteil 35
Steuerbefehle, welche den Grenzwert (z/Q)0 jeweils
an den augenblicklich eingestellten Hub des
Schlagkolbens 8 anpassen.
Der Regler 31 wirkt über einen Reglerbefehl auf das
Stellglied 33 und über dieses im Sinne einer
Änderung des Innenwiderstands auf den
Hydraulikhammer 6 ein, falls der vom Rechenglied 29
gelieferte z/Q-Istwert größenmäßig den mittels des
z/Q-Grenzwertgebers 35 vorgegebenen Grenzwert
erreicht.
Die Regelung baut auf der Erkenntnis auf, daß das
Verhältnis zwischen der Meßgröße der Schlagzahl z
und dem Eingangsmengenstrom Qe bei ansteigenden
Werten des Reflexionsfaktors R ebenfalls zunimmt.
Falls dabei der vorgegebene, in Abhängigkeit vom
Schlagkolbenhub veränderbare z/Q-Grenzwert erreicht
wird, führt das Stellglied 33 unter Einwirkung des
Reglers 31 eine Vergrößerung des Schlagkolbenhubes
und damit eine entsprechende Veränderung des
Innenwiderstandes des Hydraulikhammers 6 herbei,
die bei sonst unveränderten Arbeitsbedingungen
einen Anstieg der Einzelschlagenergie und ein
Absinken der Schlagzahl zur Folge hat.
Dementsprechend nimmt auch der z/Q-Istwert ab.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 läßt sich dadurch
vorteilhaft ausgestalten, daß zusätzlich der
Schlagzahl-Grenzwert z0 in Abhängigkeit von der
Größe des jeweils eingestellten Schlagkolbenhubes
vorgegeben wird.
Eine derartige Ausführungsform ist aus der Fig. 5
ersichtlich, wobei der Hydraulikhammer 6 aus
Gründen der Übersichtlichkeit ohne die die
Energierückgewinnung andeutende virtuelle Pumpe 12
dargestellt ist (vgl. dazu Fig. 4).
Um ggf. einen unerwünschten Anstieg der Schlagzahl
z verhindern zu können, ist die in Rede stehende
Einrichtung zusätzlich mit einem Schlagzahl-
Grenzwertgeber 17, einem Schlagzahlregler 16 und
einem diesem nachgeschalteten Stellglied in Form
einer Verstelldrossel 25 ausgestattet; letztere ist
- wie bereits anhand der Fig. 3 erläutert - in die
Rücklaufleitung 5 des Hydraulikhammers 6 eingebaut.
Der Schlagzahlregler 16 ist eingangsseitig über
eine Meßleitung 36 an den Schlagzahl-Sensor 13
sowie über die Eingabe 18 an den Schlagzahl-
Grenzwertgeber 17 angeschlossen. Letzterer erhält
vom Stellglied 33 über eine Signalleitung 37
Steuerbefehle, welche den Schlagzahl-Grenzwert z0
der Größe des Schlagkolbenhubes entsprechend
umschalten.
Falls die Meßgröße der Schlagzahl z auf den an den
Schlagkolbenhub angepaßten Schlagzahl-Grenzwert
ansteigt, löst der Schlagzahl-Regler 16 über die
Steuerleitung 24 eine Verkleinerung des durch die
Verstelldrossel 25 festgelegten
Durchflußquerschnitts in der Rücklaufleitung 5 aus;
diese Veränderung hat zur Folge, daß der
Innenwiderstand des Hydraulikhammers 6 (verbunden
mit einem Anstieg des Rücklaufdrucks in der
Rücklaufleitung 5) ansteigt und die Schlagzahl z
absinkt.
Die beschriebene Ausgestaltung stellt also sicher,
daß unter Einwirkung des Schlagzahl-Reglers 16 die
Schlagzahl in jedem Bereich, welcher durch die
Größe des jeweiligen Schlagkolbenhubes festgelegt
ist, auf die Größe des angepaßten Schlagzahl-
Grenzwertes z0 (n) begrenzt wird.
Abweichend von der Ausführung gemäß Fig. 3 und 4 -
die auch beim Gegenstand der Fig. 5 anwendbar ist -
kann die Hydraulikpumpe 3 auch als Verstellpumpe
mit veränderbarem Fördervolumen ausgebildet sein,
deren Betriebszustand mittels einer Druckregelung
überwacht und ggf. angepaßt wird (Fig. 6).
Zu diesem Zweck ist die Hydraulikpumpe 3 mit einem
Drucksensor 38 ausgestattet, der über eine
Steuerleitung 39 auf einen Verstellantrieb 40
einwirkt; über diesen kann - angedeutet durch einen
Pfeil 41 - die Größe des Fördervolumens der
Hydraulikpumpe 3 verändert werden.
Der Druckregler 38 ist eingangsseitig unter
Zwischenschaltung eines Drucksensors 42 über eine
Meßleitung 43 an die Druckleitung 4 angeschlossen
und steht außerdem über eine Eingabe 44 mit einem
Druck-Grenzwertgeber 45 in Verbindung. Dieser gibt
die einstellbare Größe des vom Druckregler 38 zu
verarbeitenden Druck-Grenzwertes p0 vor. Falls der
vom Drucksensor 42 erfaßte Betriebsdruck p auf den
vorgegebenen Druck-Grenzwert p0 ansteigt, löst der
Druckregler 38 über die Steuerleitung 39 eine
Betätigung des Verstellantriebs 40 aus, und zwar in
der Weise, daß durch Verkleinerung des
Fördervolumens der Hydraulikpumpe 3 deren
Innenwiderstand erhöht, der austretende Förderstrom
vermindert und damit der Betriebsdruck in der
Druckleitung 4 abgesenkt wird.
Der mit dieser zusätzlichen Druckregelung erzielte
Vorteil besteht darin, daß der Hydraulikhammer 6
jeweils mit dem höchstzulässigen Betriebsdruck
beaufschlagt werden kann.
Fig. 7 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung der
Ausführungsform nach Fig. 5 für den Fall, daß die
Hydraulikpumpe 3 - gemäß Fig. 6 als Verstellpumpe
mit veränderbarem Fördervolumen und Druckregelung
ausgebildet ist.
Der Druck-Grenzwertgeber 45 ist dabei zusätzlich
über eine Leitung 46 an das Stellglied 33 zur
Beeinflussung der Größe des Schlagkolbenhubes
angeschlossen. Durch vom Stellglied 33 kommende
Steuerbefehle wird der vom Druck-Grenzwertgeber 45
vorgegebene Druck-Grenzwert p0 größenmäßig jeweils
an den derzeit eingestellten Schlagkolbenhub
angepaßt.
Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht
insbesondere darin, daß die Anpassung des
Arbeitsverhaltens hydraulisch betriebener
Schlagwerke auf die Messung zumindest einer der
beiden Leistungskenngrößen des Schlagwerks -
Schlagkolbenschlagzahl z und Eingangsmengenstrom Qe
in das Schlagwerk - zurückgeführt wird, die in an
sich bekannter Weise auch außerhalb des Schlagwerks
ermittelt werden kann; etwa zugehörige Regler
lassen sich dementsprechend optimal ausgestalten
und anbringen und auch bei unterschiedlich
ausgebildeten Schlagwerken einsetzen.
Claims (16)
1. Verfahren zur Anpassung des Arbeitsverhaltens eines
Schlagwerks auch mit Hubverstellung, dessen
Schlagkolben unter Einwirkung des von einer
Fördereinheit gelieferten hydraulischen
Antriebsmittels hin- und hergehende Bewegungen
ausführt, an die Härte des Zerkleinerungsmaterials,
dadurch gekennzeichnet, daß
von den beiden Leistungskenngrößen des Schlagwerks
- Eingangsmengenstrom (Qe) in das Schlagwerk und
Schlagkolben-Schlagzahl (z) - als Meßgröße
zumindest die letztere in einer Regelung in einen
Regelbefehl umgewandelt und an einem Stellglied zur
Einwirkung gebracht wird, mit dem der
Innenwiderstand einer der beiden Arbeitseinheiten -
der Fördereinheit und des Schlagwerks - derart
verändert wird, daß mit dem Anstieg der zumindest
einen Meßgröße auf einen einstellbaren
Leistungskenngrößen-Sollwert - mit dem ein
zumindest die Schlagzahl umfassender Grenzwert
vorgegeben wird - der Innenwiderstand erhöht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß aufgrund des aus der Schlagzahl-Meßgröße
gewonnenen Regelbefehls der Rücklaufwiderstand des
Schlagwerks erhöht wird, falls die Meßgröße auf
einen einstellbaren Schlagzahl-Grenzwert ansteigt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß aufgrund des aus der Schlagzahl-Meßgröße
gewonnenen Regelbefehls ein den Querschnitt der
Rücklaufleitung des Schlagwerks festlegendes
Drosselventil verstellt wird, falls die Meßgröße
auf einen einstellbaren Schlagzahl-Grenzwert
ansteigt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß aufgrund des aus der Schlagzahl-Meßgröße
gewonnenen Regelbefehls durch Verstellen des
Fördervolumens der Fördereinheit deren Förderstrom
beeinflußt wird, falls die Meßgröße auf einen
einstellbaren Schlagzahl-Grenzwert ansteigt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß auch die vom Schlagwerk aufgenommene
Antriebsmittel-Eingangsmenge als Meßgröße ermittelt
wird;
daß aus dem Meßgrößenverhältnis
Schlagzahl/Eingangsmenge ein Meßgrößenverhältnis-
Istwert gebildet wird und
daß durch Verstellen des Hubes des Schlagwerks
dessen Innenwiderstand erhöht wird, falls der
Meßgrößenverhältnis-Istwert auf einen Grenzwert
ansteigt, der in Abhängigkeit von der jeweils
eingestellten Größe des Schlagwerkhubes vorgegeben
wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schlagzahl-Grenzwert in Abhängigkeit von
der jeweils eingestellten Größe des Schlagwerkhubes
vorgegeben wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 3, 5 und 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der von der
Fördereinheit gelieferte Förderstrom durch
Verstellen ihres Fördervolumens vermindert wird,
falls der Betriebsdruck im Förderstrom auf einen
vorgegebenen Druck-Grenzwert ansteigt.
8. Verfahren nach Anspruch 7 und zumindest einem der
Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der
Druck-Grenzwert in Abhängigkeit von der jeweils
eingestellten Größe des Schlagwerkhubes vorgegeben
wird.
9. Einrichtung zur Anpassung des Arbeitsverhaltehs.
eines Schlagwerks mittels des Verfahrens nach
zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch
einen die Schlagkolben-Schlagzahl (z) erfassenden
Schlagzahl-Sensor (13), einen diesem
nachgeschalteten Schlagzahl-Regler (16) und ein von
diesem gesteuertes Stellglied (20 bzw. 25), über
welches der Innenwiderstand einer der
Arbeitseinheiten - Fördereinheit (3) und Schlagwerk
(6) - erhöht wird, falls die Meßgröße der
Schlagzahl z auf einen vorgegebenen Grenzwert z0
ansteigt.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß das Stellglied aus einer
Verstelldrossel (25) besteht, welche in die
Rücklaufleitung (5) des Schlagwerks (6) eingebaut
ist.
11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß das Stellglied aus einem
Verstellantrieb (20) besteht, über welchen das
Fördervolumen der Fördereinheit (3) veränderbar
ist.
12. Einrichtung zur Anpassung des Arbeitsverhaltens
eines Schlagwerks mittels des Verfahrens nach
zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8,
gekennzeichnet durch einen die
Schlagkolben-Schlagzahl (z) erfassenden Schlagzahl-
Sensor (13) und einen Eingangsstrom-Sensor (26) zur
Ermittlung des vom Schlagwerk (6) aufgenommenen
Eingangsmengenstroms (Qe), ein Rechenglied (29) zur
Bildung eines z/Q-Istwerts aus dem Verhältnis
zwischen der Meßgröße der Schlagzahl (z) und dem
Eingangsmengenstrom (Qe), einen den z/Q-Istwert
verarbeitenden Regler (31) und ein diesem
nachgeschaltetes Stellglied (33) zur Beeinflussung
des Schlagwerk-Innenwiderstands, wobei dieser unter
der Einwirkung des Reglers (31) vergrößert wird,
falls der Istwert des Meßgrößenverhältnisses (z/Q)
auf einen vorgegebenen, veränderbaren Grenzwert
((z/Q)0) ansteigt.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, daß über das Stellglied (33)
stufenweise die Größe des Schlagwerkhubes
veränderbar ist.
14. Einrichtung nach den Ansprüchen 12 und 13, dadurch
gekennzeichnet, daß in die Rücklaufleitung (5) des
Schlagwerks (6) eine von einem Schlagzahl-Regler
(16) gesteuerte Verstelldrossel (25) eingebaut ist,
wobei der Schlagzahl-Regler dem Schlagzahl-Sensor
(13) nachgeschaltet ist und erst wirksam wird,
falls die Meßgröße der Schlagzahl (z) auf einen
Grenzwert (z0) ansteigt, der in Abhängigkeit von
der jeweils eingestellten Größe des Schlagwerkhubes
vorgegeben wird.
15. Einrichtung nach Anspruch 11 oder 12 bis 14,
gekennzeichnet durch einen Drucksensor (42),
welcher den Betriebsdruck (p) in der Förderleitung
(4) der Fördereinheit (3) aufnimmt, einen
nachgeschalteten Druckregler (38) und einen von
diesem gesteuerten Verstellantrieb (40), unter
dessen Einwirkung das Fördervolumen der
Fördereinheit (3) verkleinert wird, falls die
Meßgröße des Betriebsdrucks (p) auf einen
vorgegebenen Druck-Grenzwert (p0) ansteigt.
16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch
gekennzeichnet, daß der Druck-Grenzwert (p0) in
Abhängigkeit von der jeweils eingestellten Größe
des Schlagwerkhubes über einen diese erfassenden
Druck-Grenzwertgeber (45) vorgegeben wird.
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