EP0461565B1 - Method and device for the determination of characteristic features of an impact motor - Google Patents
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- EP0461565B1 EP0461565B1 EP91109395A EP91109395A EP0461565B1 EP 0461565 B1 EP0461565 B1 EP 0461565B1 EP 91109395 A EP91109395 A EP 91109395A EP 91109395 A EP91109395 A EP 91109395A EP 0461565 B1 EP0461565 B1 EP 0461565B1
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- B25D9/14—Control devices for the reciprocating piston
- B25D9/26—Control devices for adjusting the stroke of the piston or the force or frequency of impact thereof
Definitions
- the hydraulic unit 1 is equipped with a controller 10, which allows the impact energy of the striking mechanism to be changed, for example by changing the hydraulic pressure. This is also assigned a controller 11, via which the number of strokes can be influenced in a known manner.
- the values continuously determined by means of the computer 7 can - at least in part - be fed directly to the controllers 10, 11 as input variables.
- the operator can act on the controllers 10 and 11 on the basis of the values of the parameters, which can be recognized by means of the display unit 8 - by adjusting the respective controller characteristic curve and thus improve or optimize the operating behavior of the striking mechanism 2.
- the guide unit 5 has a plurality of swivel arms 15, 16, 17 a / b which can be moved by hydraulic cylinder units 18, 19 and 20 acting on them, and a holder 21 connected to the striking mechanism 2. This is simultaneously connected to the swivel arms 16 and 17b articulated.
- the swivel arm 15 is rotatably supported on a support part 22, which in turn is adjustable in height with respect to the platform 13 by means of a hydraulic cylinder unit 23.
- the measuring unit for determining the time intervals between the time marks of interest here is designed in such a way that the sensor unit 38, which has only one sensor head, moved the movement of the percussion piston 26 past it during the working stroke and the return stroke Markings (ring grooves 40 and 41) are scanned in a contact-free manner and converted into impulse-like timestamps.
- the effect of the ring grooves 40 and 41 - which, viewed in the longitudinal direction of the percussion piston, preferably have a small width - can, if necessary, be supported or improved by suitable coloring, coating or lining.
- 6 b shows, the end sections 42 a and 43 a of the light fibers are advantageously arranged over the entire circumference of the sensor head 38 a, the end sections 42 a and Alternate 43 a. Their diameter and thus the length of the sensor head in the direction of the percussion piston longitudinal extension should be as small as possible in view of the highest possible resolution accuracy.
- the outer jacket 53b serving for electrical feedback is connected on the one hand via a line 54 to the rear 27a of the cylinder 27 and on the other hand to the earth potential of a high-voltage source 55 (shown schematically in FIG. 24b).
- the electrical connection between the cylinder 27 and the hollow piston section 26b is established by a conductive piston ring 56 fitted in the cylinder; this may have openings through which the annular recess 30a is connected to the gas space 29.
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Abstract
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.The invention relates to a method for determining characteristic parameters for the purpose of influencing the operating behavior of an impact mechanism with a percussion piston, which alternately executes a working stroke in the direction of impact and a return stroke when acted upon by a fluid drive means. The invention also relates to a device suitable for carrying out the method on a percussion mechanism with a cylinder and a percussion piston guided therein, which alternately under the action of a fluid drive means - which can alternately be connected to a pressure source and to a pressure-free return via a control performs a working stroke in the direction of impact and a return stroke.
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 Hand oder ferngesteuert (DE-PS 17 03 061 bzw. DE-A1-26 58 455).It has already been proposed to adapt the operating behavior of impact mechanisms to the material to be processed by mutually coordinating the individual impact energy transmitted by the impact piston and its impact number. This is done by changing the percussion piston stroke and / or the pressure of the incompressible drive means by hand or remotely (DE-PS 17 03 061 or DE-A1-26 58 455).
Weiterhin sind 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-A1-35 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. Dabei klingt die Spannungswelle schneller ab, falls die die Bohreinrichtung in das Bearbeitungsmaterial schiebende Kraft zunimmt.
Nach der Lehre der EP-A1-02 14 064 wird bei jedem Aufschlagvorgang die Verweilzeit des Schlagkolbens in der Nähe seiner theoretischen Schlagposition gemessen und in Abhängigkeit von diesem Meßwert auf die Reguliereinrichtung für die Schlagparameter (Schlaggeschwindigkeit, Schlagfrequenz des Schlagkolbens) eingewirkt. 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-A1-02 56 955 werden die Schlagparameter (Hydraulikdruck, Schlagkolbenhub) hydraulisch in Abhängigkeit von den Druckschwankungen beeinflußt, die in den vom Schlagkolben mitgebildeten Kammern infolge des Rückpralls des Schlagkolbens auftreten.Furthermore, methods and control devices are known which control the processing material convert the conditional disturbance factors into control variables to adapt the operating behavior of a hammer mechanism or a rotary hammer. DE-A1-35 18 370 describes a method for optimizing percussion drilling, in which the voltage wave generated on the boring bar due to a blow is measured and the drilling device is regulated on the basis of the measured voltage wave. The voltage wave subsides faster if the force pushing the drilling device into the machining material increases.
According to the teaching of EP-A1-02 14 064, the dwell time of the percussion piston in the vicinity of its theoretical striking position is measured with each impact process and, depending on this measured value, acts on the regulating device for the impact parameters (impact speed, impact frequency of the impact piston). The measurement signal is derived hydraulically from the dwell time of the percussion piston; However, this is not only dependent on the properties of the machining material, so that an optimal adaptation of the operating behavior of the striking mechanism requires the consideration of further influencing variables.
Also in the subject of EP-A1-02 56 955, the impact parameters (hydraulic pressure, percussion piston stroke) are influenced hydraulically as a function of the pressure fluctuations which occur in the chambers formed by the percussion piston as a result of the rebound of the percussion piston.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Ermittlung charakteristischer Kenngrößen anzugeben, die es gestatten, mit vertretbarem technischem 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.The invention is based on the object of specifying a method and a device for determining characteristic parameters, which allow the operating behavior of a striking mechanism to be influenced with justifiable technical outlay, taking into account a larger number of parameters, if necessary, via a controller (possibly also by hand) and / or by regulating at least a portion of the workflow.
Die gestellte Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Grundgedanke der Erfindung besteht danach darin, die Ermittlung unterschiedlicher charakteristischer Kenngrößen, welche für das Betriebsverhalten eines Schlagwerks charakteristisch sind (insbesondere Aufschlagenergie, Schlagleistung, Reflexionsenergie, Reflexionsfaktor, Lage der Aufschlagebene und zeitliche Änderung der Lage der Aufschlagebene), auf die angenäherte Bestimmung der Auftreff- und Rückfluggeschwindigkeit des Schlagkolbens zurückzuführen, d. h. auf die Arbeitshubgeschwindigkeit des Schlagkolbens kurz vor und seine Rückhubgeschwindigkeit kurz nach dem Aufschlag. 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 aufeinanderfolgende Zeitmarken ausgelöst und die Zeitabstände zwischen den aufeinanderfolgenden Zeitmarken des Arbeits- und des Rückhubes ermittelt. Das Verfahren kann dabei beispielsweise (gemäß Anspruch 2) derart ausgestaltet sein, daß während jedes Arbeitszyklus vier Zeitmarken ausgelöst werden, nämlich zwei während des Arbeitshubes kurz vor und zwei während des Rückhubes kurz nach dem Aufschlag des Schlagkolbens. Da die im Normalfall hinsichtlich ihrer Größe übereinstimmenden Hubwegabschnitte bekannt sind (und üblicherweise eine konstante Größe aufweisen), welche der Schlagkolben während des Arbeits- und des Rückhubes in der jeweils zugehörigen Zeitspanne durchlaufen hat, entspricht die Größe der Zeitabstände zwischen den aufeinanderfolgenden Zeitmarken des Arbeits- und des Rückhubes mit ausreichender Annäherung der Größe der Auftreffgeschwindigkeit und der Rückfluggeschwindigkeit: Die Geschwindigkeit des Schlagkolbens ändert sich nämlich erfahrungsgemäß während des Arbeits- und des Rückhubes in der Nähe des Aufschlagpunktes allenfalls in vernachlässigbarem Umfang.
Aus der ermittelten Größe der Auftreff- und/oder Rückfluggeschwindigkeit lassen sich (beispielsweise mittels eines Rechners) nach Belieben weitere charakteristische Kenngrößen fortlaufend bestimmen, wie beispielsweise die Aufschlagenergie, die Schlagleistung, die Reflexionsenergie, der Reflexionsfaktor und die Lage der Aufschlagebene des Schlagkolbens.
Die Zeitmarken können in der Weise erzeugt werden, daß sie entweder ein kurzes, impulsartiges Signal darstellen oder Bestandteil eines länger andauernden Signals sind, d. h. dessen Anfangs- und Endbereich bilden. Falls während eines vorgegebenen Arbeitshub- bzw. Rückhubwegabschnitts jeweils nur ein einziges 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 Auftreff- bzw. Rückfluggeschwindigkeit angenähert aufweist.
Im einfachsten Fall ist der Zeitabstand zwischen der ersten und der zweiten Zeitmarke des Arbeitshubes sowie der ersten und zweiten Zeitmarke des Rückhubes angenähert proportional zur Größe der Auftreff- 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.The object is achieved by a method with the features of
From the determined size of the impingement and / or return flight speed, further characteristic parameters can be continuously determined (for example by means of a computer), such as the impact energy, the impact power, the reflection energy, the reflection factor and the position of the impact plane of the impact piston.
The time stamps can be generated in such a way that they either represent a short, pulse-like signal or are part of a longer-lasting signal, that is to say form its start and end area. If only a single signal is generated during a given working stroke or return stroke section, a statement can be made from its duration alone or by comparison with the duration of the associated other signal of each working cycle as to how high the working stroke speed is shortly before or Return stroke speed is shortly after the impact and which size corresponds approximately to the impact or return flight speed.
In the simplest case, the time interval between the first and the second time stamp of the working stroke and the first and second time stamp of the return stroke is approximately proportional to the size of the impact or return flight speed (cf. claim 2). From this size ratio, conclusions can be drawn about the working conditions of the striking mechanism, with the result that its operating behavior - for example changes that are becoming apparent mentioned size ratio - can be adjusted by hand or via a scheme.
If necessary, the method can also be carried out in such a way that the time stamps are a component of signals which overlap in time and the time intervals between the time stamps which form the start and end areas of the signals are determined during each working cycle.
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).The time stamps are preferably triggered by a relative movement between at least one sensor head and at least one marking scanned by it (claim 3); the at least one sensor head and the at least one marking are therefore at least indirectly part of either the percussion piston or the cylinder.
The time stamps can be triggered by scanning two markings each during the working stroke and the return stroke (claim 4).
Im Rahmen der Erfindung kann das Verfahren jedoch auch derart ausgestaltet sein, daß während des Arbeits- und des Rückhubes jeweils eine Markierung jeweils zweifach bzw. eine Markierung 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 oder die Zeitmarken auf induktivem Wege gewonnen werden. Eine andere vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, die Zeitmarken auf hydraulischem Wege dadurch zu erzeugen, daß die bereits erwähnte Relativbewegung (beispielsweise zwischen dem Schlagkolben und dem Zylinder) eine Drucksignaländerung hervorruft, die von zumindest einem Sensorkopf in Form eines Druckmeßgebers erfaßt wird.Within the scope of the invention, however, the method can also be designed in such a way that a marking is scanned twice or a marking is scanned during the working stroke and the return stroke; this presupposes that the at least one marking interacts with a sensor head or with two sensor heads.
The timestamps can be generated in particular by optically scanning the percussion piston or by inductively acquiring the timestamps. Another advantageous embodiment of the method is to generate the time stamps hydraulically by the fact that the aforementioned relative movement (for example between the percussion piston and the cylinder) causes a change in pressure signal which is detected by at least one sensor head in the form of a pressure sensor.
Die mit den charakteristischen Kenngrößen ermittelten 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 charakteristischen Kenngrößen zumindest teilweise als Eingangsgrößen für die Regelung des Schlagwerks einzusetzen; 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 Arbeitszyklus; deren Kehrwert entspricht der vom Schlagkolben in der Zeiteinheit ausgeführten Schlagzahl.The information determined using the characteristic parameters can be used by an operator to influence the operating behavior of the striking mechanism directly by hand or by adjusting a controller characteristic curve by hand. However, it is also possible to use the characteristic parameters at least partially as input variables for controlling the striking mechanism; this can be done by directly intervening in the regulation of the striking mechanism and / or in the regulation of the hydraulic unit, which forms the energy source for the operation of the striking mechanism.
The time interval between a time stamp and the corresponding time stamp of the subsequent work or return stroke is synonymous with the period of the work cycle; their reciprocal value corresponds to the number of strokes performed by the percussion piston in the time unit.
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 mittels des Schlagkolbens angetriebenen Meißelspitze, die Führung des Schlagwerks, die Lage der Aufschlagebene, den Verschleiß der die Aufschlagebene bestimmenden Zubehörteile und die Leistung des Schlagwerks:By continuously determining the characteristic parameters derived from the number of blows and the speed values of the striking piston, the operator of the striking mechanism receives important information about the material properties, the wear of the chisel tip driven by the striking piston, the guidance of the striking mechanism, the position of the impact level, the wear of the accessories determining the impact level and the performance of the striking mechanism:
Ziel des Einsatzes von Schlagwerken ist die Gewinnung, Zerkleinerung oder Zerstörung von Materialien, die aufgrund ihrer Härte und/oder Zähigkeit mittels anderer Verfahren nicht oder nicht wirtschaftlich bearbeitbar sind.
Während mit zunehmender Materialhärte die für die Zerstörung benötigte Aufschlagenergie E₀ zu erhöhen ist, sollte bei der Bearbeitung weicherer Materialien die Aufschlagenergie herabgesetzt und die Schlagzahl z erhöht werden.
Die Anzeige der augenblicklichen Größe auch der Schlagleistung N ermöglicht die Anpassung an unterschiedliche Arbeitsbedingungen durch Veränderung der Aufschlagenergie und Schlagzahl. Aus der Größe des Reflexionsfaktors R lassen sich Anhaltspunkte über die Beschaffenheit des Bearbeitungsmaterials gewinnen: Mit dessen Härte nimmt auch die Größe des Reflexionsfaktors zu. Damit stellt der fortlaufend ermittelte Wert der charakterisitschen Kenngröße R eine wichtige Beurteilungsgrundlage für die Beeinflussung des Betriebsverhaltens des Schlagwerks (durch Veränderung der Kenngrößen E₀ und z) im Sinne einer vorteilhaften Anpassung dar.The aim of the use of striking mechanisms is to extract, crush or destroy materials which, due to their hardness and / or toughness, cannot be processed or cannot be processed economically by other methods.
While the impact energy E₀ required for the destruction increases with increasing material hardness the impact energy should be reduced and the number of blows z should be increased when processing softer materials.
The display of the instantaneous size, including the impact performance N, enables adaptation to different working conditions by changing the impact energy and number of impacts. The size of the reflection factor R can provide clues about the nature of the processing material: the hardness also increases the size of the reflection factor. The continuously determined value of the characteristic parameter R thus represents an important assessment basis for influencing the operating behavior of the striking mechanism (by changing the parameters E₀ and z) in the sense of an advantageous adaptation.
Unter "Meißelspitze" ist hier die Anfangsform des Meißelendes zu verstehen, die unterschiedlich ausgebildet sein kann und durch Verschleiß eine Änderung erfährt.
Die Größe des Reflexionsfaktors R wird auch durch die Beschaffenheit der Meißelspitze beeinflußt: Bei gleichbleibender Materialbeschaffenheit über einen längeren Zeitraum weist eine langsame Änderung der Größe des Reflexionsfaktors auf eine Änderung der Anfangsform hin, d. h. auf einen Verschleiß der Meißelspitze.“Chisel tip” is to be understood here as the initial shape of the chisel end, which can be designed differently and undergoes a change due to wear.
The size of the reflection factor R is also influenced by the nature of the chisel tip: if the material properties remain the same over a longer period of time, a slow change in the size of the reflection factor indicates a change in the initial shape, ie wear of the chisel tip.
Bei der Bearbeitung harten Materials bildet sich unter der Meißelspitze nach kurzer Zeit ein Staubpolster, welches die Aufschlagenergie 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 rasch ändert, kann diese nachteilige Entwicklung - beispielsweise über einen Rechner - auch in Form eines Warnsignals erkennbar gemacht werden.When processing hard material, a dust cushion forms under the chisel tip, which partially absorbs the impact energy. The operator can react to the rapid change in the size of the reflection factor in the course of a stroke by displacing the striking mechanism. If the size of the reflection factor changes rapidly, it can disadvantageous development - for example via a computer - can also be made recognizable in the form of a warning signal.
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 Schlagwerks 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.The position of the impact plane, in which the percussion piston strikes the chisel, can be determined with respect to the cylinder by a dimension a₀. The invention allows the position of the impact level to be determined and displayed continuously. If the parameter Δa (at a = a₀) has the value zero, the functioning of the striking mechanism is to be regarded as normal. The rapid increase in the value a - and thus the rapid decrease in the parameter Δa - indicates strong tension between the striking mechanism and the chisel, which results in a shifting of the striking mechanism with respect to the chisel. This unfavorable operating behavior can be counteracted by a suitable displacement in such a way that the chisel returns to its target position and the percussion piston can thus transmit its target impact energy.
Eine langsame Veränderung des Wertes
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 eine Aussage darüber gewinnen, ob eine Minderleistung des Schlagwerks durch dieses oder die hydraulische Energiequelle begründet ist.The display of the striking power N of the striking mechanism shows whether it is still capable of working. By comparing the impact power and the hydraulic power consumed, a statement can be made as to whether the underperformance of the impact mechanism is due to this or the hydraulic energy source.
Die Art und Weise, in welcher sich die charakteristischen Kenngrößen gewinnen lassen, wird später anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert. Sie können als Ist-Wert in zumindest einen Regler eingegeben werden und somit die Bedienungsperson zumindest teilweise entlasten. Die Erfindung gestattet es, die Auswertung, den Rechner und den zumindest einen 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 Schlagzahlverstellbar 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 Schlagwerks steuern und/oder eine nutzlose bzw. schädliche Arbeitsweise des Schlagwerks zumindest anzeigen oder auch unterbinden.The manner in which the characteristic parameters can be obtained will be explained in detail later using the drawing. They can be entered as the actual value in at least one controller and thus at least partially relieve the operator. The invention allows the evaluation, the computer and the at least one controller to be arranged, for example, in the cabin of the carrier device and the characteristic curve of the controller to be adjustable in order to adapt the operating behavior of the striking mechanism to the material to be processed by changing the impact energy and the stroke rate. This is advantageous in that the cleavage of the processing material depends in a complex manner on several factors which cannot be optimally determined by a single controller characteristic. Programs can also be specified via the computer which, for example, control the start of the striking mechanism and / or at least indicate or even prevent a useless or harmful mode of operation of the striking mechanism.
Die gestellte Aufgabe wird ferner durch eine Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 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. Dieser ist ein Rechner nachgeschaltet, 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 Auftreff- und Rückfluggeschwindigkeit zumindest eine der charakteristischen Kenngrößen - Schlagzahl, Aufschlagenergie, Schlagleistung, Reflexionsenergie, Reflexionsfaktor, Lage der Aufschlagebene und zeitliche Änderung der Lage der Aufschlagebene - fortlaufend bestimmt wird.
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 insgesamt vier Zeitmarken erzeugt werden. Aus dem Zeitabstand zwischen den beiden aufeinanderfolgenden Zeitmarken des Arbeits- und des Rückhubes ergibt sich ohne nennenswerte Zeitvergrößerung angenähert die Größe der Auftreff- und und Rückfluggeschwindigkeit des Schlagkolbens.The object is further achieved by a device with the features of
In the simplest embodiment, the sensor unit and the at least one marking scanned by it are designed and assigned to one another in such a way that a total of four time stamps are generated during the working and return strokes. From the time interval between the two successive time stamps of the working and return strokes, the size of the impact and return flight speeds of the percussion piston is approximated without any significant increase in time.
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 6); die Markierungen selbst weisen dabei in Bewegungsrichtung des Schlagkolbens nur eine verhältnismäßig geringe Ausdehnung auf.
Jede Markierung kann insbesondere aus einer quer zur Schlagkolben-Längsachse angeordneten Ringut oder auch aus einer Umlaufkante des Schlagkolbens bestehen. Der zumindest eine Sensorkopf der Sensoreinheit ist vorzugsweise im Zylinder angeordnet bzw. Bestandteil des Zylinders.One embodiment of the device, with which two time marks in succession can be generated in the course of the working and return strokes, has a sensor unit with a sensor head effective in the direction of the cylinder bore, past which two markings can be moved back and forth , which follow each other in the direction of movement of the percussion piston at a distance (claim 6); the markings themselves have only a relatively small extent in the direction of movement of the percussion piston.
Each marking can consist in particular of an annular groove arranged transversely to the percussion piston longitudinal axis or also of a peripheral edge of the percussion piston. The at least one sensor head of the sensor unit is preferably arranged in the cylinder or is part of the cylinder.
Die paarweise zusammengehörigen Zeitmarken lassen sich auch mittels einer Sensoreinheit mit zwei Sensorköpfen erzeugen, die in Bewegungsrichtung des Schlagkolbens mit Abstand voneinander angeordnet sind (Anspruch 7).The time marks belonging together in pairs can also be generated by means of a sensor unit with two sensor heads which are arranged at a distance from one another in the direction of movement of the percussion piston (claim 7).
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 8). Die in Rede stehende Ausführungsform weist also eine Sensoreinheit auf, die lediglich mittelbar (nämlich über den Haltebolzen) Bestandteil des Zylinders ist.Provided that the rear end section of the percussion piston is designed as a hollow piston section, the device can also be designed in such a way that a retaining bolt, which is aligned parallel to the percussion piston longitudinal axis and which is fastened to the cylinder and projects with at least one, projects into the hollow piston section Sensor head equipped sensor unit carries; the at least one associated marking is attached to the bore wall of the hollow piston section (claim 8). The embodiment in question thus has a sensor unit which is only indirectly (namely via the retaining bolt) part of the cylinder.
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 Hubabschnitts entsprechenden Längserstreckung hin- und herbewegbar ist; der Sensorkopf oder die Markierung ist dabei derart angeordnet und seine bzw. ihre Länge in Bewegungsrichtung des Schlagkolbens derart bemessen, 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 9). Der zeitliche Abstand der beiden aufeinanderfolgenden Zeitmarken des Arbeits- und des Rückhubes entspricht dabei der Zeitspanne, während welcher das Signal anliegt.One embodiment of the device for generating a longer-lasting working stroke and return stroke signal - the beginning and end of which are each formed by a time stamp - has only one sensor head, past which there is a marking with a size of the lifting section in the direction of movement of the percussion piston corresponding longitudinal extension can be moved back and forth; the sensor head or the marking is arranged in such a way and its length in the direction of movement of the percussion piston is dimensioned such that the marking lies outside the effective range of the sensor head before the percussion piston carrying out the working stroke or the return stroke reaches the impact point or the upper reversal point has (claim 9). The time interval between the two successive time stamps of the working and return strokes corresponds to the time span during which the signal is present.
Der dem Anspruch 9 zugrundeliegende allgemeinere Lösungsgedanke besteht darin, eine der beiden bei der Abtastung der Kolbenbewegung zusammenwirkenden Vorrichtungen - nämlich den Sensorkopf oder die Markierung - mit einer in Richtung der Kolbenbewegung größeren Längsersteckung auszustatten; diese hat zur Folge, daß auf einem durch die Längserstreckung vorgegebenen Hubwegabschnitt während des Arbeits- und des Rückhubes über eine längere Zeitspanne jeweils nur ein Signal anliegt, dessen Anfangs- und Endbereich jeweils von zwei Zeitmarken gebildet wird.The more general idea on which the
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 theroretischen Aufschlagpunkt größer ist als der gegenseitige Abstand der Sensorköpfe in Bewegungsrichtung des Schlagkolbens (Anspruch 10). 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.However, the sensor unit can also have two sensor heads, past which a mark can be moved back and forth in the direction of movement of the percussion piston. The marking has a length that is at least larger than the mutual distance between the sensor heads in the direction of movement of the percussion piston by the percussion piston path between the end point of the working stroke section or the starting point of the return stroke section and the theoretical point of impact. As long as the percussion piston hits the material to be processed at the theoretical point of impact, this results in the generation of two signals, the duration of which is determined by the time interval between the first time stamp of the working stroke and the last time stamp of the return stroke or between the second time stamp of the working stroke and the first Return stroke timestamp is set; the first-mentioned signal is applied to the sensor head, which first interacts with the marking due to the movement of the percussion piston in the direction of impact.
If the percussion piston hits the material to be processed later than is theoretically intended (i.e. there is a shift in the impact plane), this deviation results in a changed time course of the signals applied to the sensor heads. If the signal at the first sensor head in the direction of impact is omitted while the signal is still present at the second sensor head, this is an indication that the position of the impact plane has undergone a change.
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 Auftreff- und Rückfluggeschwindigkeit entspricht dabei dem Zeitabstand zwischen der ersten Zeitmarke bzw. zwischen der letzten Zeitmarke der beiden Signale.A shift of the impact level in the direction of a larger percussion piston stroke leads to the signal in question disappearing immediately before the impact when the second signal is present and being present again immediately after the impact. The time interval of interest in this connection for determining the speed of impact and return flight corresponds to the time interval between the first time stamp or between the last time stamp of the two signals.
Jeder Sensorkopf kann insbesondere 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 - oder als Druckmeßgeber ausgebildet sein. Die letztgenannte Ausführungsform 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.
Der Erfindungsgegenstand kann auch eine Sensoreinheit aufweisen, die auf der Grundlage der elektrischen Entladung arbeitet. Dabei sind jeder Sensorkopf und jede Markierung als Elektroden ausgebildet, zwischen denen anläßlich der größtmöglichen gegenseitigen Annäherung eine elektrische Entladung stattfindet, wobei jeder Sensorkopf an eine ihn beaufschlagende Spannungsquelle angeschlossen ist (Anspruch 11). Die elektrische Entladung tritt dabei zwischen Elektroden auf, die an dem Schlagkolben angebracht bzw. Bestandteil des Zylinders sind. Im Gegensatz zu der den Sensorkopf bildenden Elektrode liegen der Schlagkolben und der Zylinder bzw. der den Sensorkopf aufnehmende Bestandteil des Zylinders elektrisch auf Erdpotential. Der bei der Bewegung des Schlagkolbens ausgelöste Entladungsstrom erzeugt an einem Widerstand einen im Sinne der Erfindung auswertbaren Spannungsimpuls.Each sensor head can in particular consist of supply and return light fibers - whose end sections arranged in a plane transverse to the longitudinal axis of the percussion piston are connected to the cylinder space and which are connected to the evaluation - or can be designed as pressure sensors. The latter embodiment is such that any relative movement between the at least one pressure sensor and the at least one marking is converted into a short-term or a relatively longer-lasting pressure change and thereby made evaluable.
The subject matter of the invention can also have a sensor unit which operates on the basis of the electrical discharge. Each sensor head and each marking are designed as electrodes, between which an electrical discharge takes place on the basis of the greatest possible mutual approximation, each sensor head being connected to a voltage source acting on it (claim 11). The electrical discharge occurs between electrodes that are attached to the percussion piston or are part of the cylinder. In contrast to the electrode forming the sensor head, the percussion piston and the cylinder or the component of the cylinder receiving the sensor head are electrically at ground potential. The discharge current triggered during the movement of the percussion piston generates on one Resistance a voltage pulse evaluable in the sense of the invention.
Die Einrichtung zur Ermittlung der charakteristischen Kenngrößen kann auch gemäß Anspruch 12 ausgebildet sein. Dabei ist jeder Sensorkopf als nach dem magnetoresistiven Prinzip arbeitender Feldplatten-Geber mit zumindest einem Halbleiterwiderstandselement aufgebaut, dessen Widerstand sich mit dem Vorbeilauf der zumindest einen Markierung ändert. Bei dieser Ausführungsform wird von der Erkenntnis Gebrauch gemacht, daß der elektrische Widerstand bestimmter Halbleiterwerkstoffe sich erheblich ändert, falls das den Halbleiterwerkstoff durchflutende Magnetfeld eine Änderung erfährt. Diese kann in einfacher Weise durch eine Ringnut hervorgerufen werden, welche relativ zu dem (vorzugsweise mittels eines Dauermagneten erzeugten) Magnetfeld bewegt wird. Die Widerstandsänderung im Halbleiterwiderstandselement läßt sich in Form einer Spannungsänderung bzw. eines Spannungsimpulses erkennbar machen bzw. auswerten.The device for determining the characteristic parameters can also be designed according to
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 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 gemaß 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,
- 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,
- Fig. 24a
- einen Teilausschnitt des Schlagwerks nebst Sensoreinheit mit einem Sensorkopf, welcher auf der Grundlage der elektrischen Entladung arbeitet,
- Fig. 24b
- ein elektrisches Schaltschema zur Ausführungsform gemäß Fig. 24a,
- Fig. 25a
- schematisiert einen Teilausschnitt eines Schlagwerks im Bereich einer Sensoreinheit, welche nach dem magnetoresistiven Prinzip arbeitet, und
- Fig. 25b
- ein elektrisches Schaltschema zu der Ausführungsform gemäß Fig. 25a.
Show it:
- Fig. 1
- plotted the movement of the percussion piston in a path-time diagram,
- 2 a, b
- in an enlarged representation compared to FIG. 1, a section of the path-time diagram in the area of the piston impact point or a diagram with the associated time stamps plotted over time
- Fig. 3
- a schematic image from which the course of the information between the striking mechanism and the associated additional devices can be seen,
- Fig. 4
- highly schematic an overall view of the striking mechanism and carrier device,
- Fig. 5
- as a schematic image a section through a hammer mechanism with sensor unit and control,
- Fig. 6a
- 5 shows an enlarged partial section of the striking mechanism in the area of the sensor unit,
- Fig. 6b, c
- on an enlarged scale a detail designated B or C in FIG. 6a,
- Fig. 7
- a sensor unit with a sensor head, to which two ring grooves arranged on the percussion piston are assigned as markings,
- Fig. 8
- a sensor unit equipped with two sensor heads, to which a peripheral edge of the percussion piston is assigned as a marking, is highly schematized,
- 9, 10
- 6a or 7, on a larger scale, a partial section of the striking mechanism,
- 11a, b
- a section of the path-time diagram or a diagram with the time marks plotted over time, which result in the embodiment according to FIGS. 9 and 10,
- Fig. 12
- on an enlarged scale, a partial section of an embodiment which is similar to that according to FIG. 6a with the proviso that an
annular groove 40 is scanned by two 38a and 38b,sensor heads - Fig. 13
- 7 on an enlarged scale, a partial section of an embodiment which is similar to that according to FIG. 7 with the proviso that only an annular groove is scanned by two sensor heads arranged at a distance from one another,
- 14a to c
- a section of the path-time diagram or diagrams with the time marks plotted over time, which at 12 and 13 are produced by the second or first sensor head, as seen in the direction of impact of the percussion piston,
- 15, 16
- on an enlarged scale, a partial section of an embodiment which is similar to that according to FIGS. 6a and 7, with the proviso that a single sensor head scans an annular groove with a larger longitudinal extension Δs in the direction of movement of the percussion piston,
- 17a, b
- a section of the path-time diagram or a diagram with the signals and time marks, which are generated by the embodiment according to FIGS. 15 and 16,
- 18, 19
- 6a and 7, with the proviso that two sensor heads arranged at a distance Δs from one another scan an annular groove with a greater longitudinal extent,
- 20a to c
- 18 shows a section of the path-time diagram or diagrams with the signals and time stamps plotted over time generated by the embodiments according to FIGS. 18 and 19 in the event that the impact point of the percussion piston lies in the theoretically assumed impact plane,
- 21, 22
- on an enlarged scale, a partial section of an embodiment, 18 or 19 is similar with the proviso that the impact point of the percussion piston deviates from the theoretically predetermined impact level,
- 23a to c
- a section of the path-time diagram or diagrams with the signals and time marks plotted over time, which are generated by the embodiments according to FIGS. 21 and 22,
- Fig. 24a
- a partial section of the striking mechanism and sensor unit with a sensor head, which works on the basis of the electrical discharge,
- Fig. 24b
- an electrical circuit diagram for the embodiment of FIG. 24a,
- Fig. 25a
- schematically shows a partial section of a striking mechanism in the area of a sensor unit which works according to the magnetoresistive principle, and
- Fig. 25b
- an electrical circuit diagram for the embodiment of FIG. 25a.
Aus Fig. 1 ist die Bewegung des Schlagkolbens während des Arbeitshubes in Schlagrichtung, d. h. zwischen dem oberen Totpunkt sO und dem Aufschlagpunkt sA, sowie während des Rückhubes, d. h. zwischen dem Aufschlagpunkt und dem oberen Totpunkt, ersichtlich. Die den Arbeitshub und den Rückhub beschreibenden Linienzüge verlaufen in der Nähe des Aufschlagpunktes annähernd geradlinig.From Fig. 1, the movement of the percussion piston during the working stroke in the direction of impact, ie between the top dead center s O and the impact point s A , and during the return stroke, ie between the impact point and the top dead center, can be seen. The lines describing the working stroke and the return stroke are approximately rectilinear in the vicinity of the point of impact.
Durch die Bewegung des Schlagkolbens werden kurz vor und kurz hinter dessen Aufschlagpunkt sA - nach Zurücklegen jeweils eines vorgegebenen Hubwegabschnitts (s₁ - s₂) - jeweils zwei Zeitmarken t₁, t₂ bzw. t₃, t₄ ausgelöst, deren Zeitabstand
Weiterhin wird der Zeitabstand T (entsprechend der Periodendauer) zwischen einer Zeitmarke (beispielsweise t1.n) und der entsprechenden Zeitmarke des nachfolgenden Arbeits- bzw. Rückhubes (beispielsweise t1.n+1) gemessen, aus dessen Kehrwert sich die Schlagzahl z des Schlagwerks bestimmen läßt (z = 1/T).The movement of the percussion piston shortly before and just after its impact point s A - after each travel a predetermined stroke section (s₁ - s₂) - triggered two time stamps t₁, t₂ and t₃, t₄, the time interval
Furthermore, the time interval T (corresponding to the period) between a time stamp (for example t 1.n ) and the corresponding time stamp of the subsequent working or return stroke (for example t 1.n + 1 ) is measured, from the reciprocal of which the beat number z of Percussion mechanism can be determined (z = 1 / T).
Unter Verwendung der Zeitabstandsgleichungen
lassen sich die weiteren charakteristischen Kenngrößen des Schlagwerks wie folgt berechnen:Using the time interval equations
the other characteristic parameters of the striking mechanism can be calculated as follows:
Der Abstand zwischen der Aufschlagebene bei s = sA und der Stellung des Schlagkolbens bei s = s₂ wird mit a₀ bezeichnet; daraus ergibt sich sA - s₂ = a₀.
Falls der Schlagkolben den Meißel nicht an der Stelle s = sA, sondern an einer beliebigen Stelle trifft, so ergibt sich daraus die Abweichung:
If the percussion piston does not hit the chisel at the point s = s A , but at any point, the deviation results from this:
Im einzelnen läßt sich die Größe a dabei errechnen unter Benutzung der Gleichungen:
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 werden - ausgelöst durch die Bewegung des mit zumindest einer Markierung versehenen Schlagkolbens - von einer noch zu beschreibenden Sensoreinheit erzeugt.Under the aforementioned conditions, all of the characteristic parameters of the striking mechanism can be determined if the time interval values in question are known.
The size m (corresponding to the mass of the percussion piston) represents a constructive predetermined constant as well as the distance value Δs, to which the time stamps t₁, t₂ or t₃, t₄ are assigned.
These are - triggered by the movement of the percussion piston provided with at least one marking - generated by a sensor unit to be described.
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) EO auf das zu bearbeitende Material 4 einwirkt. Abhängig von den Betriebsverhältnissen wird ein Teil der Aufschlagenergie als Reflexionsenergie ER 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.The basic structure and the mode of operation of the subject matter of the invention can be seen in FIG. 3. A
The position of the
Die Bewegung des mit dem Meißel 3 zusammenwirkenden, beispielsweise in Fig. 5 dargestellten Schlagkolbens 26 während des Arbeitshubes (d.h. in Schlagrichtung) löst kurz vor und während des Rückhubes kurz nach dem Aufschlag (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, Auftreff- 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 Auftreff- 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 3 a 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.The movement of the
The
Via the display unit, the
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.Depending on the identifiable values of the parameters, the
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.The
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.The values continuously determined by means of the
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.The carrier device, to which the
Die Führungseinheit 5 weist mehrere Schwenkarme 15, 16, 17 a/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.The
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 14 a zum Hydraulikaggregat 1; es enthält neben den Druck- und Rücklaufschläuchen auch eine Steuerleitung.The
Der Steuerstand 14 a 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.The
Das in Fig. 5 beispielhaft dargestellte Schlagwerk 2 weist einen Schlagkolben 26 mit einer Schlagkolbenspitze 26 a 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 27 a verschlossenen Zylinder 27 im Sinne des Doppelpfeils 28 in Längsrichtung hin und her beweglich geführt.
Der von der Schlagkolbenspitze 26 a abgewandte antriebsseitige Endabschnitt des Schlagkolbens ist als Hohlkolbenabschnitt 26 b 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 26 einerseits während des Arbeitshubes in Schlagrichtung (Pfeil 28 a) beschleunigt und andererseits während des Rückhubes (Pfeil 28 b) abgebremst.The
The drive-side end section of the percussion piston facing away from the
Under the action of the compressed gas, the
Im Anschluß an den Hohlkolbenabschnitt 26 b weist der Schlagkolben zwei Absätze 26 c und 26 d auf, die in axialer Richtung mit dem Zylinder zwei Ölräume 30 und 31 begrenzen. Der von dem Hohlkolbenabschnitt 26 b mitbegrenzte Ölraum 30 liegt dabei - im Gegensatz zum Ölraum 31 - in der Nähe des Gasraums 29.Following the
Die beiden Ölräume stehen jeweils über eine ringförmige Aussparung 30 a bzw. 31 a 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 35 a die Verbindung mit einer Druckölquelle (d.h. mit dem in Fig. 3 und 4 dargestellten Hydraulikaggregat 1) oder mit einer drucklosen Rücklaufleitung 35 b 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.The two oil chambers are each connected to a
The
An der Rückseite 27 a des Zylinders 27 ist ein Haltebolzen 37 befestigt, der in den Hohlkolbenabschnitt 26 b hineinragt und dessen dem Schlagkolben zugewandter Endabschnitt 37 a 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.On the back 27 a of the
Der Sensoreinheit 38 sind zwei in Bewegungsrichtung des Schlagkolbens 26 mit Abstand voneinander angeordnete Markierungen zugeordnet; diese bestehen aus Ringnuten 40 und 41, die in der Bohrungswand 26 e des Hohlkolbenabschnitts 26 b 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 28 a) kurz vor dem Auftreffen des Schlagkolbens auf den Meißel 3 und während des Rückhubes (Pfeil 28 b) 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 (
The
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.In the embodiment in question, the measuring unit for determining the time intervals between the time marks of interest here is designed in such a way that the
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 a bis c werden die Zeitmarken durch optische Abtastung der Bewegung des Schlagkolbens 26 in Richtung des Doppelpfeiles 28 erzeugt. An der Bohrungswand 26 e des Hohlkolbenabschnitts 26 b sind dabei als Markierungen die bereits erwähnten Ringnuten 40 und 41 angebracht. Die Sensoreinheit 38 weist einen Sensorkopf 38 a bestehend aus zu- und rückführenden Lichtfasern 42 bzw. 43 auf, deren Endabschnitte 42 a bzw. 43 a in einer Ebene quer zur Schlagkolben-Längserstreckung angeordnet sind und in den Hohlkolbenabschnitt 26 b hineinragen.
Die Meßleitung 39, welche die Lichtfasern 42 und 43 aufnimmt (vgl. Fig. 6 c) 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 42 a austretende Licht trifft auf die Bohrungswand 26 e auf, wird dort reflektiert, von den Endabschnitten 43 a 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 38 a 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. 6 b erkennen läßt, sind die Endabschnitte 42 a und 43 a der Lichtfasern vorteilhaft über den gesamten Umfang des Sensorkopfes 38 a angeordnet, wobei die Endabschnitte 42 a bzw.
43 a miteinander abwechseln. Deren Durchmesser und damit die Länge des Sensorkopfes in Richtung der Schlagkolben-Längserstreckung sollte im Hinblick auf eine möglichst hohe Auflösegenauigkeit möglichst gering sein.6 a to c, the time stamps are generated by optical scanning of the movement of the
The measuring
The effect of the
6 b shows, the
Alternate 43 a. Their diameter and thus the length of the sensor head in the direction of the percussion piston longitudinal extension should be as small as possible in view of the highest possible resolution accuracy.
Die mit dem Sensorkopf zusammenwirkenden Markierungen können auch andersartig ausgebildet sein. Insbesondere können die Ringnuten 40 und 41 jeweils durch einen Einsatzkörper ersetzt werden, welcher einen anderen Reflexionsgrad aufweist als die Bohrungswand 26 e außerhalb dieser Einsatzkörper.The markings interacting with the sensor head can also be designed differently. In particular, the
Die Meßeinheit zur Erzeugung der erforderlichen Zeitmarken kann auch in der Weise ausgebildet sein, daß der Sensorkopf 38 a in einer Aussparung 44 des Zylinders angeordnet ist und in der Umfangsfläche des Kolbenabsatzes 26 c - quer zur Schlagkolben-Längsachse 45 liegend - zwei Ringnuten 46, 47 angebracht sind (Fig. 7).
Die beiden Zeitmarken während des Arbeitshubes und während des Rückhubes werden dadurch ausgelöst, daß sich zeitlich nacheinander die Ringnut 47 und 46 bzw. 46 und 47 an dem Sensorkopf 38 a vorbeibewegen.
Dieser kann in der zuvor beschriebenen Weise (vgl. dazu Fig. 6 a 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. 6 a bis c) erstreckt sich der Sensorkopf 38 a über einen kleineren oder größeren Teil des Umfangs des Schlagkolbens.The measuring unit for generating the required time stamps can also be designed in such a way that the
The two time stamps during the working stroke and during the return stroke are triggered in that the
This can be constructed in the manner described above (cf. FIGS. 6 a to c) from a plurality of light fibers or also from a large number of light fibers, the end sections of which in the
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 8 werden die Zeitmarken durch eine Sensoreinheit mit zwei Sensorköpfen 38 a, 38 b hervorgerufen, denen eine einzige am Schlagkolben 26 angebrachte Markierung zugeordnet ist (Fig. 8). Diese besteht aus der Umlaufkante 26 f des Absatzes 26 c, welche dem Gasraum 29 zugewandt ist.
Die Bewegung des Schlagkolbens während des Arbeitshubes (Pfeil 28 a) hat zur Folge, daß die Umlaufkante 26 f zunächst im Zusammenwirken mit dem Sensorkopf 38 a und anschließend mit dem Sensorkopf 38 b nacheinander zwei Zeitmarken auslöst; während des Rückhubes (Pfeil 28 b) werden die Sensorköpfe im Zusammenwirken mit der Umlaufkante in umgekehrter Reihenfolge wirksam.
Abweichend von der Darstellung kann den Sensorköpfen 38 a und 38 b auch eine andersartig ausgebildete Markierung, insbesondere in Form einer Ringnut oder eines Einsatzkörpers mit abweichendem Reflexionsgrad, zugeordnet sein.In the embodiment according to FIG. 8, the time stamps are caused by a sensor unit with two sensor heads 38 a, 38 b, to which a single marking attached to the
The movement of the percussion piston during the working stroke (
Deviating from the illustration, the sensor heads 38 a and 38 b can also be assigned a different design, in particular in the form of an annular groove or an insert body with a different degree of reflection.
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
Rückfluggeschwindigkeit 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.The equipment of the
Return flight speed again.
This is due to the fact that both the
Die Einrichtung zur Ermittlung charakteristischer Kenngrößen kann 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. Dies 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 Auftreff- bzw. Rückfluggeschwindigkeit des Schlagkolbens wieder.The device for determining characteristic parameters can also be designed such that a single annular groove 40 (FIG. 12) or 46 (FIG. 13) in the
Die Zeitmarken t₁ bis t₄ lassen sich 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.The time stamps t₁ to t₄ can also be generated in that a
Such an embodiment leads to the generation of a working stroke signal AS 1 or return
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 sA 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 MS 1 bzw. MS 2.
Die Zeitdauer des Signals MS 1, 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 MS 2 am zweiten Sensorkopf 38b dem Zeitabstand zwischen den Zeitmarken t₃ und t₂.
Durch Gegenüberstellung der Signale MS 1 und MS 2 kann die Zeitdauer berechnet werden, welche der Schlagkolben für das Durchlaufen des Arbeitshub- bzw. Rückhubwegabschnitts Δs benötigt (vgl. dazu Fig. 20a).
Die Figuren 20a bis c gelten dabei für den Fall, daß der Aufschlagpunkt SA des Schlagkolbens exakt in der theoretisch angenommenen Aufschlagebene liegt.In the embodiment according to FIGS. 18 and 19, two
The relative movement between the sensor heads 38a, 38b and the correspondingly long
The duration of the
By comparing the
Figures 20a to c apply in the event that the impact point S A of the percussion piston lies exactly in the theoretically assumed impact level.
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 aO 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 MS 1' und MS 1'', 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 MS 1' und MS 1'' (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.The representations according to FIGS. 21, 22 and 23a to c relate to the embodiments according to FIGS. 18 and 19 with the special feature that the percussion piston hits the
This deviation manifests itself in a fundamentally changed course of the signal at the
The embodiment in question (according to FIGS. 18, 19 and 21, 22) thus makes it possible to qualitatively record deviations from the theoretical impact level on the basis of the course of the signal at the first sensor head and to intervene accordingly in the workflow:
If the signal at the
Der Erfindungsgegenstand kann auch in der Weise ausgebildet sein, daß durch eine Entladung zwischen sich mit Abstand gegenüberliegenden Elektroden geeignete Zeitmarken gewonnen werden können (Fig. 24a, b).
Die Sensoreinheit weist dabei einen Sensorkopf 38a in Gestalt einer Elektrode auf, die am Endabschnitt 37a des Haltebolzens 37 angebracht ist und unter Bildung unter umlaufenden Kante seitlich über diesen hinaus in Richtung auf den Hohlkolbenabschnitt 26b des Schlagkolbens 26 vorkragt. Der Sensorkopf 38a steht über einen elektrisch leitenden Draht 52, welcher durch den nicht leitenden Haltebolzen 37 hindurchgeführt ist, mit der Seele 53a eines Hochspannungskabels 53 in Verbindung. Dessen metallischer Außenmantel 53b ist durch eine Isolierung 53c gegen die Seele 53a abgeschirmt. Der der elektrischen Rückführung dienende Außenmantel 53b ist einerseits über eine Leitung 54 mit der Rückseite 27a des Zylinders 27 und andererseits mit dem Erdpotential einer (in Fig. 24b schematisch dargestellten) Hochspannungsquelle 55 verbunden.
Die elektische Verbindung zwischen dem Zylinder 27 und dem Hohlkolbenabschnitt 26b ist durch einen im Zylinder angebrachten, leitenden Kolbenring 56 hergestellt; dieser weist ggf. Öffnungen auf, über welche die ringförmige Aussparung 30a an den Gasraum 29 angeschlossen ist.The subject of the invention can also be designed in such a way that suitable time stamps can be obtained by discharging between electrodes located at a distance from one another (FIGS. 24a, b).
The sensor unit has a
The electrical connection between the
An der Bohrungswand 26e des Hohlkolbenabschnitts sind als Markierungen zwei ringförmige Vorsprünge 57, 58 ausgebildet, die - in Längsrichtung des Schlagkolbens 26 gesehen - um den Abstand Δs voneinander entfernt liegen.
Die Vorsprünge 57, 58 stellen Elektroden dar, welche eine elektrische Entladung auslösen, falls Ihnen der Sensorkopf 38a - ausgelöst durch die Bewegung des Schlagkolbens 26 - gegenüberliegt.On the
The
Die Hochspannungsquelle 55 weist als wesentliche Bestandteile einen Hochspannungsgenerator 59, zwei Arbeitswiderstände 60 und einen dazu parallel geschalteten Kondensator 61 auf; letzterer steht gleichzeitig mit einem der beiden Ausgänge 62a, b der Hochspannungsquelle in Verbindung. Einer der Arbeitswiderstände 60 ist außerdem über eine Leitung 63 an die Seele 53 a des Hochspannungskabels 53 angeschlossen.
Die Energieversorgung des Hochspannungsgenerators 59 erfolgt (beispielsweise mittels eines nicht dargestellten Bordnetzes) über Anschlüsse 64a, b.The essential components of the high-voltage source 55 include a high-
The
Falls sich die Elektroden 38a und 57 bzw. 58 im Verlaufe der Bewegung des Schlagkolbens 26 gegenüberliegen (vgl. dazu Fig. 24a), steigt das elektrische Potential zwischen Ihnen so stark an, daß eine Funkenentladung einsetzt. Der damit verbundene Stromfluß erzeugt an den Arbeitswiderständen 60 einen Spannungsabfall, welcher über den Kondensator 61 an den Ausgängen 62a, b abgenommen und in Gestalt einer Zeitmarke einer Auswertung zugeführt werden kann (vgl. dazu Fig. 3).
Der Vorteil dieser Ausführungsform ist darin zu sehen, daß sie im Bereich des Schlagwerks mit einfachen, wenig störanfälligen Bauelementen ausgestattet ist, die im übrigen im oberen, wenig durch Schmutz gefährdeten Abschnitt des den Schlagkolben aufnehmenden Zylinders liegen.If the
The advantage of this embodiment can be seen in the fact that it is equipped in the area of the striking mechanism with simple components which are less susceptible to faults and which, moreover, lie in the upper section of the cylinder receiving the percussion piston, which is not at risk of dirt.
Abweichend von der beispielsweise in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform kann die Sensoreinheit auch mit einem Sensorkopf 38a ausgestattet sein, der - nach Art einer Feldplatte aufgebaut - nach dem magnetoresistiven Prinzip arbeitet (Fig. 25a, b). Dabei kommen Halbleiterwerkstoffe zur Anwendung, welche ihren elektrischen Widerstand erheblich ändern, falls das sie durchflutende Magnetfeld sich ändert.5, the sensor unit can also be equipped with a
Bei der hier angesprochenen Ausführungsform sind - der Bohrungswand 26e des Hohlkolbenabschnitts 26b gegenüberliegend - in dem Endabschnitt 37a des Haltebolzens 37 zwei Halbleiterwiderstandselemente 65, 66 angebracht. Diese bilden miteinander einen Differentialwiderstand und werden von dem Magnetfeld (angedeutet durch die Feldlinien 67a, b) eines Dauermagneten 67 durchsetzt. Der Differentialwiderstand der nach Art einer Feldplatte angeordneten Halbleiterwiderstandselemente 65, 66 bleibt solange konstant, solange die zylindrische Bohrungswand 26e den Teilen 65, 66 gegenüberliegt. Beim Vorbeilauf der Ringnuten 40, 41 infolge der Bewegung des Schlagkolbens ändert sich mit dem Verlauf der Feldlinien die magnetische Durchflutung der Halbleiterwiderstandselemente 65, 66 und damit deren elektrischer Widerstand.In the embodiment mentioned here — opposite the
Die Anschlüsse 68a bis c der Halbleiterwiderstandselemente 65, 66 stehen über ein dreiadriges Kabel 69 (vgl. dazu Fig. 25b) - welches durch den Haltebolzen 37 nach außen geführt ist (vgl. dazu auch Fig. 5) - mit einer Schaltung 70 in Verbindung, die über Anschlußklemmen 71a, b mit Energie versorgt wird. An den Ausgängen 72a, b sind die Spannungsänderungen abgreifbar, die als Folge einer Widerstandsänderung in den Teilen 65, 66 auftreten.
Diese Spannungsänderungen, die während des Arbeits- und des Rückhubes des Schlagkolbens jeweils durch den Vorbeilauf der beiden Ringnuten 40, 41 ausgelöst werden, lassen sich in Zeitmarken umwandeln, wie sie beispielsweise in Fig. 2b dargestellt sind.The
These voltage changes, which are triggered during the working and return stroke of the percussion piston by the passage of the two
Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, daß sich anhand einfacher Meßvorgänge, die kurz vor und kurz nach dem Aufschlag des Schlagkolbens durchgeführt werden, je nach Bedarf eine kleinere oder größere Anzahl charakteristischer Kenngrößen eines Schlagwerks fortlaufend bestimmen läßt, so daß die Möglichkeit besteht, das Betriebsverhalten des Schlagwerks 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, aus der Bewegung des Schlagkolbens während des Arbeits- und Rückhubes mit guter Annäherung unmittelbar und fortlaufend die Größe der Auftreff- und der Rückfluggeschwindigkeit des Schlagkolbens zu ermitteln.The advantage achieved by the invention is that, based on simple measurement processes that are carried out shortly before and shortly after the impact of the percussion piston, a smaller or larger number of characteristic parameters of a percussion mechanism can be determined continuously, so that there is the possibility of adapt the operating behavior of the striking mechanism to changing operating conditions in the interests of optimization.
The invention can be implemented using sensor units with one or more sensor heads, which allow the size of the impact and return flight speed of the percussion piston to be determined directly and continuously from the movement of the percussion piston during the work and return stroke with good approximation.
Claims (12)
- A method of determining characteristic parameters for the purpose of influencing the operating behaviour of a breaking mechanism which has a percussion piston and which when acted upon by a working fluid alternately performs a working stroke in the impacting direction and a return stroke, characterized by the following features:- the impingement velocity of the percussion piston shortly before and its return velocity shortly after impingement are determined by a relative movement, corresponding to the movement of the percussion piston, on each occasion producing time marks which are associated with a portion of the working stroke and return stroke respectively and which succeed one another at intervals of time, the intervals of time being determined between the successive time marks of the working stroke and return stroke;- on the basis of the values of the intervals of time between the successive time marks of the working stroke and the return stroke, having regard to the value of the particular portion of the stroke travel, a continuous determination is made of both the impingement velocity and rebound velocity and also of at least one of the further characteristic parameters: number of impacts, energy of impact, impact power, reflection energy, reflection factor, position of the plane of impingement and change in time of the position of the plane of impingement.
- A method according to claim 1, characterized in that two time marks are produced during the working and return strokes respectively.
- A method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the time marks are produced by a relative movement between at least one sensor head and at least one marking scanned thereby.
- A method according to claim 3, characterized in that two markings are scanned to produce the time marks during the working and return stroke respectively.
- A device for determining characteristic parameters for the purpose of influencing the operating behaviour of a breaking mechanism having a cylinder (27) and a percussion piston (26) which slides therein and which is acted upon by a working fluid connectable via a control system alternately to a pressure source and to an unpressurized return alternately performs a working stroke in the impacting direction and a return stroke, for the performance of the method according to at least one of the preceding claims, characterized by the following features:- the cylinder (27) has a sensor unit (38) with which at least one marking (40, 41, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 26f; 57, 58) applied to the percussion piston (26) can be brought into interaction, while by the action of the marking on the sensor unit the piston movement shortly before and shortly after the impingement of the percussion piston produces every time a number of time marks (t₁, t₂; t₃, t₄) on the basis of which the amount of time required for the associated portion (Δs) of the working and return strokes can be determined by means of an evaluating system (6);- connected to the evaluation (6) is a computer (7), by means of which, on the basis of the intervals of time determined between the time marks (t₁, t₂; t₃, t₄) of the working and return stroke respectively, a continuous determination is made, taking into account the value of the associated portion (Δs) of stroke travel, of the value of the impingement velocity (vA) and the rebound velocity (vR) and also of one of the following characteristic parameters: number of impacts (z), energy of impact (EO), impact power (N), reflection energy (ER), reflection factor (R), position of the plane of impingement (Δa) and change in time of the position of the plane of impingement (Δa/Δt).
- A device according to claim 5, characterized in that the sensor unit (38) has a sensor head (38a) which operates in the direction of the cylinder bore and past which two markings (40, 41; 46, 47) can be moved backwards and forwards which succeed one another at a distance (Δs) in the direction of movement (arrow 28) of the percussion piston (26).
- A device according to claim 5, characterized in that the sensor unit (38) has two sensor heads (38a, 38b) which are disposed at a distance (Δs) from one another in the direction of movement (arrow 28) of the percussion piston (26).
- A device according to at least one of claims 5 and 7, wherein the rear end portion of the percussion piston (26) takes the form of a hollow piston portion (26b), characterized in that extending into the hollow piston portion is a retaining pin (37) which is aligned parallel with the longitudinal axis (45) of the percussion piston and which is attached to the cylinder (27) and bears the sensor unit (38) equipped with at least one sensor head (38a; 38b), the at least single marking being applied to the bore wall (26e) of the hollow piston portion (26b).
- A device according to at least one of claims 5 and 7, characterized in that the sensor unit (38) has a sensor head (38a) past which a marking can be moved backwards and forwards, the sensor head or the marking being so disposed and its length in the direction of movement of the percussion piston (26) being such that the marking lies outside the operative range of the sensor head before the impacting piston (26) performing the working stroke (arrow 28a) or the return stroke (arrow 28b) has reached the point of impingement (sA) or the top reversal point (sO) respectively.
- A device according to at least one of claims 5 and 7, characterized in that the sensor unit (38) has two sensor heads (38a, 38b) past which a marking (50; 51) can be moved backwards and forwards in the direction of movement (arrow 28) of the percussion piston (26), the marking having a length which is greater by at least the percussion piston travel (aO) between the end point (s₂) of the portion (Δs) of the working stroke travel and the starting point (s₂) of the portion (Δs) of the return travel and the theoretical point of impingement (sA) than the mutual distance (Δs) between the sensor heads in the direction of movement of the percussion piston.
- A device according to at least one of claims 8 to 10, characterized in that the at least single sensor head (38a) and the at least single marking (57, 58) take the form of electrodes between which an electric discharge takes place when they approach as close as possible to one another, each sensor head being connected to a voltage source (55) acting on said head.
- A device according to at least one of claims 8 to 10, characterized in that the at least single sensor head (38a) is constructed as a magnetic field depending resistor transmitter with at least one semi-conductor resistor element (65, 66) whose resistance changes as the at least single marking (40, 41) passes by.
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