EP1607186A1 - Elektropneumatischer Bohr-/Meisselhammer mit veränderbarer Schlagenergie - Google Patents

Elektropneumatischer Bohr-/Meisselhammer mit veränderbarer Schlagenergie Download PDF

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EP1607186A1
EP1607186A1 EP04102795A EP04102795A EP1607186A1 EP 1607186 A1 EP1607186 A1 EP 1607186A1 EP 04102795 A EP04102795 A EP 04102795A EP 04102795 A EP04102795 A EP 04102795A EP 1607186 A1 EP1607186 A1 EP 1607186A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drill
piston
impact energy
hammer according
guide tube
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04102795A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Würsch
Harald Schmitzer
Roland Schaer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hilti AG
Original Assignee
Hilti AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hilti AG filed Critical Hilti AG
Priority to EP04102795A priority Critical patent/EP1607186A1/de
Publication of EP1607186A1 publication Critical patent/EP1607186A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D11/00—Portable percussive tools with electromotor or other motor drive
    • B25D11/06—Means for driving the impulse member
    • B25D11/12—Means for driving the impulse member comprising a crank mechanism
    • B25D11/125—Means for driving the impulse member comprising a crank mechanism with a fluid cushion between the crank drive and the striking body
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D11/00—Portable percussive tools with electromotor or other motor drive
    • B25D11/005—Arrangements for adjusting the stroke of the impulse member or for stopping the impact action when the tool is lifted from the working surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D2250/00—General details of portable percussive tools; Components used in portable percussive tools
    • B25D2250/221—Sensors

Definitions

  • the invention relates to a rotary and / or chisel hammer with electropneumatic Schlagtechnik, whose impact energy is changeable.
  • a first possibility is the impact energy of the percussion over the Set the speed of the drive motor. This is the case with combi-hammers, for example in chisel mode increases the engine speed to in this mode a to be able to pull maximum power out of the mining equipment. In hammer drill mode In contrast, the power of the engine is divided into about two equal shares.
  • DE 34 23 493 recommends C2 for adjusting the impact energy of rotary hammers that on the flying mass acting impact pads by switching on / off of the circumference of a guide cylinder for the flying and percussion piston in a plane perpendicular to the cylinder axis Manually change distributed equalization holes using a control knob.
  • the third possibility is the stroke of the connecting rod of the compression piston for the air spring acting on the air piston via a cycloidal or planetary gear to adjust (see EP 0 063 725 A2).
  • the air piston accelerates less strongly. This leads to a lower one Impact energy.
  • the adjustment of the Pleuelhubs takes place mechanically by a from the Device user to be operated control handle.
  • the invention is therefore based on the object, an electropneumatic impact mechanism for rotary hammers whose single impact energy is in choose a wide frequency range independent of the beat frequency, regulate or can be adjusted so as to achieve an optimal degradation for each substrate.
  • This task is performed on a rotary / chisel hammer with electropneumatic Schlagwerk solved in that to change the impact energy according to the invention a sensor device which correlates the single impact energy or a thereto Size recorded and a control device are present, in which the single impact energy corresponding size compared to a target value and a Control value is generated, which is an adjusting device for tracking the single impact energy acted upon the setpoint.
  • the electropneumatic hammer mechanism preferably comprises in a guide tube or guide cylinder via a motor-driven connecting rod by a compressor piston, also called exciter piston, compressed air shock pad, here referred to as "air spring”, which is a displaceable flying piston acted upon, and at the output side end of the guide tube through this guided percussion piston or striker, the z. B. via an air pressure cushion ("Pressure pad” below) or directly on a percussion tool acts.
  • a compressor piston also called exciter piston, compressed air shock pad, here referred to as "air spring”
  • air spring compressed air shock pad
  • the sensor device and the regulation of the single impact energy and the Adjusting device for tracking the single impact energy can - as in dependent Claims defined and explained in more detail below - in different Implementation variants be realized.
  • the inventive control is an exact compliance with a desired single impact energy regardless of the temperature or the respective Condition of the percussion enabled.
  • the single impact energy can in one wide frequency range, regardless of the beat frequency chosen become.
  • a low Select impact energy at high beat frequency of, for example, 100 Hz while you often use the maximum for chiselling or hammering concrete Impact energy at a relatively low impact frequency of, for example, 30 to 60 Hz wishes.
  • the defined in claim 1 invention thus relates to a electro-pneumatic rotary or chisel hammer with electronic single-stroke control, where the single impact energy or (a) correlated to the single impact energy Size (s) detected by a sensor, in a digital or analogue control be processed and compared with a target size to a manipulated variable for to generate an actuator that controls the single impact energy to the setpoint.
  • the controller is a PI controller.
  • the sensor may be, for example, a speed sensor, which the Speed of the flying piston detected in the forward and reverse direction.
  • the flying piston with circumferential grooves or contrasting, be provided axially successive rings whose temporal Sequence when passing the piston by a on or in the guide tube held Hall sensor, in particular a differential Hall sensor or also an optical sensor can be detected.
  • the difference of the kinetic energy in forward and return flight of the flying piston is a measure of the single impact energy.
  • the single impact energy control consists in fixed and in one of Practice corresponding operating range freely selectable beat frequency by a controllable valve to change the pressure or a leakage of the air spring or to regulate.
  • This valve can be an electromagnetically or piezoelectrically actuated Be a valve. In chisel hammers or rotary hammers, in which the rotational movement that is not transmitted directly through the guide tube Valve attached directly to or in the guide tube to the dead volume to keep small.
  • FIG. 1 illustrates an electropneumatic Drill and / or chisel hammer 1, on the opposite of a drive and handle area protruding tool-side end of a tool holder 6 (without inserted Tool shown) is present.
  • Mode selector switch 2 Laterally on the outside of only in outline shown device housing 7 is a user to be actuated Mode selector switch 2, via which the hammer drill operation on the one hand or the Chisel operation on the other hand, and optionally other operating modes such as Feinmeisseln and Schweebeleisseln are preselected.
  • the selection position of the selector switch 2 is a usually realized in a microcontroller 9 electronic Control and regulation communicated when pressing a manual push button 12 switched by an ON / OFF switch 13 in standby mode or from a symbolized only as a connecting cable 14 power supply is disconnected.
  • microcontroller includes both a fully integrated digital or hybrid, e.g. B. as ASIC realized circuit as well as the alternative a built in discrete components circuit arrangement.
  • One in his Structure principle known electropneumatic impact mechanism 15 is in the front Part of the device housing 7 installed. This percussion includes one in one only indicated guide tube 16 in the rear region guided exciter pistons 3, via a connecting rod drive 17 when selecting the chisel forward, d. H.
  • These changeable leakage 18 may be due to one or more radial openings, so-called Schnauflöcher 19, on the guide tube 16 in the region of the air spring 20th be realized, by one of an actuator 31, for example a Stepper motor, rotatable punching sleeve 32 can be varied with one of the number the Schanuflöscher 19 corresponding number of oblique windows 33 is provided.
  • a sensor 11 for example a differential Hall sensor
  • the differential speed is a measure of the energy transferred to the striker 5 of a single strike.
  • This speed difference signal is fed to the microcontroller 9, the value of the calculated single impact energy as PI control against an energy setpoint value and a control value signal to the actuator 31 supplies, which rotates the hole sleeve 32 accordingly and thereby the or on Circumference of the guide tube 16 formed puff holes 19 releases or closes, So a leakage at the air-shock pad 20 varies.
  • the functional block diagram representation of FIG. 2 illustrates the different possibilities for default values of the single impact energy, speed, etc., for the PI controller 34 in the microcontroller 9, which influences, for example, the actuator 31 as an actuator and thus the air spring 20 in the impact mechanism 15.
  • the mode selector 2 can - as mentioned - set basic operating instructions, such as hammer drilling, chiselling, Feinmeisseln, Schwebeleisseln, which together with the values of a setpoint generator 25 and optionally with signals from other input sources 26 for speed, current and voltage the default value E should determine for the single impact energy.
  • the sensor device 11 supplies to the controller 34 in the microcontroller 9 an actual value of the differential speed, from which the actual value of the kinetic energy E kin of a single stroke is determined, which is against the default value E should be compared.
  • the controller 34 supplies a control value G (s) to the valve device 35, which can be realized as a pressure reducing valve or as a passage control valve.
  • pressure peaks can be achieved by means of the pressure reducing valve restrict. Any excess pressure will be in the front Pressure pad 21 diverted, creating an additional damping of the flying piston. 4 is reached. The air piston 4 accelerating force then results from the Difference between the pressures at the two ends of the free piston issue.
  • the pressure reducing valve the pressure peaks between the exciter piston 3 and the flying piston 4 reduced. The excess pressure is used to increase the static pressure in the front pressure pad 21. In doing so may However, the pressure peaks are only reduced to the extent that it is guaranteed that the excitation piston 3 and the flying piston 4 do not touch.
  • the pressure peaks arise from the impulse that is necessary to the direction of movement of the Fly piston 4, as well as the rigidity of the overall system. Unless the Valve device 35 is realized as a passage control valve, the latter is more advantageous connected to an outer chamber.
  • ⁇ x denotes the mutual axial distance (structure width or period) of the circumferential grooves 10
  • FK denotes the mass of the flying piston.
  • the ratio of the return flight velocity v back to the forward velocity v before is called the collision number k. It indicates how much impulse has been absorbed by the processed surface and therefore also says something about the nature of the ground.
  • k v reset v in front ⁇ 0.1 ... 0.3
  • the air piston velocity is biased by means of two with permanent magnets digital Hall switch 11a and 11b in the sensor 11, d.
  • digital Hall switch 11a and 11b in the sensor 11, d.
  • a Hall switch is a Hall element whose output is set to logical 1 (or analog at logical 0) as soon as the local field strength exceeds a certain minimum threshold. If you clamp such a Hall switch with a permanent magnet before and sets the threshold accordingly, z. B. at a programmable Hall switch, so this reacts with a logical 1, once a ferromagnetic Body is brought in the vicinity of this sensor, in the case of the invention of the flying pistons 4th
  • the digital Hall switches 11a and 11b are arranged at a defined distance .DELTA.s from each other in the front half of the percussion mechanism on the guide tube 16 so that the flying lance 4 in the foremost position of the working position, ie at the time of impact on the backwardly pressed striker. 5 , both Hall switches 11a, 11b covered so that both switch through.
  • the flying piston velocity can be determined simply by first guiding both sensor outputs to an XOR gate whose output acts on the counter input of the microcontroller 9. This measures the pulse width of the two rectangular pulses, which are denoted by t 1 and t 2 ; see. Fig. 5.
  • a variant provides the measurement of the air piston velocity by means of differential Hall sensors.
  • the simplest construction consists of two identical Hall elements, approximately as illustrated in FIG. 4 by references 11a and 11b, which stand next to each other at a small distance and whose outputs are fed to a differential amplifier.
  • analog signals are measured, the course of which is qualitatively illustrated in FIG. 6 (top) for the Hall element 11a by the solid curve A and by the dashed curve B for the Hall element 11b.
  • This analog signal is converted by means of a comparator (not shown) with a threshold into a digital signal, the qualitative course of which is shown in the center of the diagram of FIG.
  • This signal triggers a flip-flop.
  • the first pulse sets the flip-flop, the second clears it again.
  • rectangular pulses are generated whose width corresponds to the forward speed t 1 and the return speed t 2 of the flying piston 4.
  • the width of the peak of the analogue then obtained Signal is a measure of the time that the Aero-piston 4 needs to take this Sensor to move past and thus a measure of the airspeed.
  • a somewhat more sophisticated but advantageous method of operation reliability is the use of a Hall sensor array 70 consisting of 2 n digital Hall switches as illustrated in FIG. 7. This makes it possible to determine the position and the speed of the flying piston 4 over the length of the entire sensor. The determination of the air piston velocity corresponds to that already described. If, for the purpose of determining a position of the flying piston 4, the 2 n- Hall switches are converted by an n-fold multiplexer from a 2 n -times parallel signal directly into an n-bit serial signal, then this signal describes the instantaneous position of the flying piston 4.
  • FIG. 8A and 8B Another way to measure the free piston velocity in the Figures 8A and 8B is based on the principle of induction.
  • the flying mass 4 can be part of a magnetic Circle are understood, consisting of river guidance, if necessary Permanent magnet and coil winding. By the river change it comes to a Stress induction in the coil, especially if the edge of the Flying piston 4 past the coil.
  • the amount of induced voltage as well the width of the voltage peak is a measure of the aircraft piston velocity. ever faster the air piston 4 passes, the higher the induced voltage and the shorter the voltage pulse.
  • a further embodiment variant of the invention for determining the single impact energy shown in FIG. 9 is based on a measurement according to the LVDT principle.
  • a differential linear transformer 80 is used, a so-called LVDT (Linear Variable Differential Transformer) transformer, in which the flying mass 4 is a longitudinally displaceable magnetic core acts and thus the coupling between a field winding 81 and sensor windings 82a, 82b changed complementarily.
  • Both the drive circuit for the field winding 81 and the sensor windings (not shown) for the sensor windings 82a, 82b supply an analog voltage signal that is proportional to the position of the magnetic core, here realized by the flying mass 4.
  • FIG. 1 Another advantageous proven possibility for measuring the position and velocity of the flying piston 4 by means of a distance sensor 90 mounted perpendicular to its direction of movement is illustrated in FIG.
  • this solution is based on a travel measurement of the flying piston 4.
  • the flying mass 4 between a rear annular seal 91, usually an O-ring or lip seal, and a front leading edge 92 is formed conically decreasing.
  • an eddy current sensor or Hall element as a distance sensor 90, which is mounted laterally on the guide tube 16, the distance to the over a substantial portion of its axial length conical lateral surface of the flying piston 4 is measured.
  • the flying-piston position x FK (t) can be calculated from this signal. If the distance sensor 90 does not supply a distance-proportional signal, for example in the case of a Hall sensor, then the lateral surface of the flying piston 4 can be designed such that the non-linearity is compensated. In this case too, its position can be determined while the flying piston 4 passes by. By differentiation of the position value, it is thus also possible to measure the flying-piston velocity at the location of the distance sensor 90.
  • the particular advantage of this embodiment is that the sign of the speed is maintained. For a simple separation of the signals during forward and backward movement of the flying piston 4 is possible.
  • the measuring voltage U (t) is proportional to the position x (t) of the flying piston 4:
  • 11 and 12 serve to explain the tracking of the single impact energy via a speed control 27.
  • the explained with reference to FIGS. 1 to 10 assemblies are provided with the corresponding reference numerals and will not be described again.
  • the determination of the instantaneous single impact energy E S takes place, for example, according to Eq. (2).
  • the manipulated variable G (s) generated by the controller 34 in the microcontroller 9 in relation to a default value E soll is applied in this case to the speed control 27, which may likewise be implemented in the microcontroller 9.
  • This specifies the rotational speed ⁇ red for a drive motor 41, which can be realized, for example, as a universal motor, SR motor or PLDC motor.
  • the set value G (s) for the setpoint speed ⁇ soll provided by the (energy) controller 34 can also be preset by actuation of a changeover switch 51 by means of a pontentiometer 52 which can be actuated via the manual pushbutton 12, if the electropneumatic drill / chisel hammer passes through the Users should be set individually for certain work processes.
  • ⁇ of the engine speed target value is ⁇ in a comparator 53 against a tapped at the motor shaft, for example a tacho generator 54 actual rotation set value is compared, and the difference ⁇ reaches the engine controller 50.
  • the single impact energy E depends roughly quadratically on the impact frequency f and thus on the engine speed ⁇ red .
  • the instantaneous impact energy is measured and compared with the target value.
  • This controller 34 calculates the new setpoint ⁇ soll for the speed controller H (s), which may be in simple PI controllers with anti-windup.
  • H (s) .DELTA.U ⁇
  • This block PE can for Universal motors a simple phase control by means of a triac But it can also be a more complex control for electronically commutated Engines such as brushless DC motors or switched reluctance motors.
  • Fig. 13 with the detail of Fig. 14 illustrate one in one Functional design studied variant of the invention for control the single impact energy, preferably at a constant beat frequency, over a controllable leakage in percussion 15 by axial displacement of a sleeve 36th
  • This leakage is provided for example by two or four radial openings or bores 71 in the guide tube 16 in the region of the air spring 20.
  • Wie 14 reveals the cross sections of the bores 71 behind, so in the direction of the exciter piston 3, gradually from. This can be added axial displacement of the sleeve 36 a continuous cross-sectional change realize the way of the sleeve 36.
  • Fig. 13 illustrates a partial Cover of the holes 71.
  • the arrangement of FIG. 13 recognize that in this embodiment for Schlagenergieregelung the Speed controller H (s) in the motor control 50 and the (energy) controller G (s) in the Regulation 34 depend on each other and influence each other, so that a Parameter change is possible.
  • the controller constants for the energy regulator hang from the operating point of the percussion and thus the beat frequency, so the Speed off.
  • These parameters can be stored in the form of look-up tables and depending on the speed used. With heavy energy lowering (i.e. large leakage) the impact mechanism is sensitive to minor disturbances and Changes, and it is the more sensitive, the higher the beat rate. This is taken into account in the controller with adapted controller constants.
  • An actuator 56 realized for example as a linear motor, linear stepping motor or Voice coil actuator, shifts the sleeve 36 in the axial direction to change the Leakage 18 via the bore 71 as specified by the energy regulator G (s).
  • the perforated sleeve 32 is rotatable, wherein as an actuator 56 a Stepper motor, a torque motor, a DC motor with worm gear or a Helical gear 37 as shown in FIG. 1 in question.
  • the rotatable hole sleeve 32nd has the mentioned in connection with Fig. 1 inclined window 33 (with bevelled Frame), resulting in a continuous cross-sectional change of as Schnauflöcher 19 serving holes 71 via the tangential Verfitweg the Perforated sleeve 32 can be realized.
  • Fig. 15 are the Quersterrorisme the holes 71 partially open, which is a reduction of the single impact energy equivalent.
  • fully open holes 71 is the Schlagwerk deactivated.
  • the measuring principle for the determination of the single impact energy is based on the measurement the shock wave in the striker 5 upon impact of the flying piston 4.
  • An axial preferably Coil 83 wound around the lower portion of the striker 5 magnetizes the Beater 5 in the axial direction at a certain operating point.
  • voltage source or power source - will either be the Voltage or current change caused by momentary magnetic flux changes in the made of a magneto-elastic steel (Ni-containing) made anvil 5 measured due to the magneto-elastic effect.
  • this voltage U2 is tapped via a shunt 85; it is proportional to Change of the mechanical stress in the material of the beatpiece 5.
  • the shock wave reaches the tip of the tool and generates a high mechanical compressive and tensile stress, which leads to a failure of the substrate lead to the mining of the subsoil.
  • the elastic energy of the pulse and thus the single impact energy can be calculated. It is given by the integral of the square of the mechanical stresses.
  • shockwave wanders through the striker 5
  • its magnetic properties change. This happens within a time of about 50 to 100 ⁇ s.
  • a common constant current source acts as a constant voltage source due to inertia.
  • a short current change which is proportional to the change in the mechanical stresses in the striker 5, is measured across the shunt 85.
  • the voltage or current source 84 is advantageously supported by a large capacitor (not shown) which is not capable of doing so is to compensate for rapid power fluctuations.
  • the current change as illustrated in FIG.
  • the digitized signal is first numerically integrated in the arithmetic unit 88, then squared and then numerically integrated again over the pulse duration ⁇ (eg 500 ⁇ s) to obtain the single beat energy E S at the output. It is important to ensure a clean triggering and separation of the pulse bursts, in order to separate the first shock pulse clearly from the signals resulting from multiple reflections.
  • a trigger signal can be used on the striker 5, the tapped ME signal itself or an additional signal, eg. B. the flying-piston position or recorded on the device housing 7 acceleration (not shown).
  • the factor A indicates a gain which depends on the type of ME sensor.
  • the pulse duration ⁇ is about 100 to 200 ⁇ s.
  • the dynamics of the controller is not determined by the beat frequency certainly. It is not essential to the energy of the individual Single stroke to regulate. Rather, the controller is designed so that, for example within 0.3 to 0.5 seconds the single impact energy to a desired Setpoint adjusted. A higher dynamics is not required in practice. It is important that, for example, the wear-related decrease of the single impact energy can be compensated for without drilling on delicate surfaces, such as marble or granite slabs, a given single impact energy is exceeded, otherwise there is a risk that in To form the material to be machined too long cracks. That's the requirements to the actuators of the controller is not extremely high, so that z. B. for the above-described Leakage change through an adjustable sleeve used a stepper motor can be, for example, a spindle stepping motor.

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Abstract

Erfindungsgegenstand ist ein Bohr- und/oder Meisselhammer mit elektropneumatischem Schlagwerk, das einen in einem Führungsrohr (16) durch einen elektromotorisch angetriebenen Erregerkolben (3) über eine Luftfeder (20) verschieblichen Flugkolben (4) und einen durch diesen schlagend angetriebenen Döpper (5) aufweist, der auf ein Sehlagwerkzeug wirkt. Erfindungsgemäß wird nach Vorgabe eines Betriebsmodus und gegebenenfalls weiterer Eingangs- oder Sollwerte die Energie eines Einzelschlags des Schlagwerks dadurch geregelt, dass eine Sensoreinrichtung (11) eine zur aktuellen Einzelschlagenergie korrelierte Größe erfasst, die über eine Regeleinrichtung einen Aktuator, beispielsweise für ein Ventil zur Regulierung des Drucks in der Luftfeder (20), zur Änderung der Schlagenergie beaufschlagt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Bohr- und/oder Meisselhammer mit elektropneumatischem Schlagwerk, dessen Schlagenergie veränderbar ist.
Bekannt sind drei grundsätzliche Möglichkeiten, um die Schlagenergie von elektropneumatischen Schlagwerken für Abbaugeräte der genannten Art einzustellen.
(a) Drehzahleinstellung
Eine erste Möglichkeit besteht darin, die Schlagenergie des Schlagwerks über die Drehzahl des Antriebsmotors einzustellen. So wird beispielsweise bei Kombi-Hämmern im Meisselmodus die Motordrehzahl erhöht, um in diesem Modus eine maximale Leistung aus dem Abbaugerät ziehen zu können. Im Hammerbohr-Modus dagegen wird die Leistung des Motors in etwa zwei gleich große Anteile aufgeteilt.
Je zur Hälfte wird das Moment des Motors für den Drehantrieb einerseits und für das Schlagwerk andererseits verwendet. Im Meisselmodus wird der Drehantrieb nicht benötigt, so dass die Drehantriebsleistung zusätzlich dem Schlagwerk zugeführt werden kann. Dazu wird die Drehzahl erhöht, so dass die Druckspitzen und somit die kinetische Energie beispielsweise eines auf einen Schlagkolben wirkenden Flugkolbens erhöht wird. Die Folge ist eine höhere Einzelschlagenergie. Grundsätzlich bekannt ist es auch, die Drehzahl und damit die Schlagleistung durch aktive Umschaltung des Gerätebenutzers zu reduzieren, um einen Feinschlag zu realisieren.
(b) Veränderbare Luftöffnungen im Schlagwerk
Eine andere Möglichkeit zur Änderung der Schlagenergie besteht darin, in die den Flugkolben beaufschlagende Luftfeder des elektropneumatischen Schlagwerks eine definierte Leckage oder einen definierten Luftaustausch mit einem abgeschlossenen größeren Außenvolumen herzustellen. Dies geschieht meist durch Vergrößern bzw. Verkleinern von definierten Schnauföffnungen. Man erreicht dadurch bei konstanter Arbeitsfrequenz eine Absenkung der Schlagenergie. So empfiehlt DE 34 23 493 C2 zur Einstellung der Schlagenergie bei Bohrhämmern das auf den Flugkolben wirkende Schlagpolster durch Zu-/Abschalten von am Umfang eines Führungszylinders für den Flug- und Schlagkolben in einer Ebene senkrecht zur Zylinderachse verteilte Ausgleichsbohrungen über einen Stellknopf manuell zu verändern. Eine andere Möglichkeit ist in DE 39 23 134 A1 beschrieben, in der für ein pneumatisches Schlagwerk vorgeschlagen wird, den Weg des Flugkolbens durch Einstellung der Wirkungslänge einer auf diesen wirkenden Luftfeder zu verändern. Dazu weist der Führungszylinder im Bereich der Luftfeder Öffnungen auf, die durch eine axial verschiebbare, mit Durchbrüchen versehene Hülse, die gleichzeitig als federbelastete Abstützung für den Schlagkolben (Döpper) dient, veränderbar sind. Durch einen Drehknopf lassen sich die Durchbrüche mehr oder weniger auf die Öffnungen ausrichten, um so die Schlagstärke zu verstellen.
(c) Änderung des Pleuelhubs eines Kompressionskolbens
Die dritte Möglichkeit besteht darin, den Hub des Pleuels des Kompressionskolbens für die auf den Flugkolben wirkende Luftfeder über ein Zykloiden- oder Planetengetriebe zu verstellen (vgl. EP 0 063 725 A2). Bei verringertem Hub des Pleuels wird der Flugkolben weniger stark beschleunigt. Dies führt zu einer geringeren Schlagenergie. Die Verstellung des Pleuelhubs erfolgt mechanisch durch einen vom Gerätebenutzer zu betätigenden Stellgriff.
Diese drei grundsätzlich bekannten Möglichkeiten zur Veränderung der Schlagenergie sind mit folgenden Einschränkungen bzw. Nachteilen behaftet:
Bei der Möglichkeit (a) (Drehzahleinstellung) ist die Schlagenergie an die Schlagfrequenz gekoppelt. Eine Änderung der Schlagenergie bringt immer eine Änderung der Schlagfrequenz mit sich. Bei den höchsten Schlagfrequenzen erzielt man die höchste Schlagenergie. Für viele Anwendungen ist dies jedoch genau die falsche Richtung. Für eine gute Abbaueffizienz bei hoher Lebensdauer der Werkzeuge benötigt man hohe Schlagfrequenzen bei niedrigen Schlagenergien und umgekehrt, um eine optimale Abbauleistung zu erzielen
Die Möglichkeiten (b) (veränderbare Luftöffnungen im Schlagwerk) und (c) (Veränderung des Pleuelhubs) erlauben zwar eine teilweise Entkopplung von Schlagenergie und Schlagfrequenz. Bei der Methode (b) lassen sich allerdings in der Regel nur zwei Schlagenergien wählen bzw. einstellen. Durch eine verschiebbare Hülse werden einzelne Schnauföffnungen geöffnet oder geschlossen. Die Methode (c) ist mechanisch relativ aufwändig.
Allen drei im Stand der Technik bekannten Möglichkeiten ist gemeinsam, dass die Schlagenergie des Schlagwerks nur eingestellt wird und sich nach Veränderung der Einstellung mit einer gewissen Streuung auf einen Betriebswert einstellt. Dieser Betriebswert ist jedoch nicht nur von der Temperatur und dem jeweiligen Schmierzustand des Schlagwerks abhängig, sondern auch stark von dessen Alter. Je undichter die Dichtungen im Schlagwerk werden, desto geringer wird die Einzelschlagenergie. Je höher die Temperatur, desto höher wird die Einzelschlagenergie.
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein elektropneumatisches Schlagwerk für Bohr-/Meisselhämmer zu schaffen, deren Einzelschlagenergie sich in einem weiten Frequenzbereich unabhängig von der Schlagfrequenz wählen, regeln bzw. einstellen lässt, um so einen für jeden Untergrund optimalen Abbau zu erreichen.
Diese Aufgabe wird für einen Bohr-/Meisselhammer mit elektropneumatischem Schlagwerk dadurch gelöst, dass zur Änderung der Schlagenergie erfindungsgemäß eine Sensoreinrichtung, welche die Einzelschlagenergie bzw. eine dazu korrelierte Größe erfasst sowie eine Regeleinrichtung vorhanden sind, in welcher die der Einzelschlagenergie entsprechende Größe gegen einen Sollwert verglichen und ein Stellwert generiert wird, der eine Stelleinrichtung zur Nachführung der Einzelschlagenergie auf den Sollwert beaufschlagt.
Das elektropneumatische Schlagwerk umfasst vorzugsweise in einem Führungsrohr oder Führungszylinder ein über ein elektromotorisch angetriebenes Pleuel durch einen Verdichterkolben, auch Erregerkolben genannt, komprimiertes Luft-Stoßpolster, hier als "Luftfeder" bezeichnet, das einen verschieblichen Flugkolben beaufschlagt, sowie einen am abtriebsseitigen Ende des Führungsrohrs durch dieses geführten Schlagkolben oder Döpper, der z. B. über ein Luft-Druckpolster ("Druckpolster" im Folgenden) oder direkt auf ein Schlagwerkzeug wirkt.
Die Sensoreinrichtung sowie die Regelung der Einzelschlagenergie und die Stelleinrichtung zur Nachführung der Einzelschlagenergie können - wie in abhängigen Patentansprüchen definiert und nachfolgend noch näher erläutert - in unterschiedlichen Ausführungsvarianten realisiert sein.
Durch die erfindungsgemäße Regelung wird eine exakte Einhaltung einer gewünschten Einzelschlagenergie unabhängig von der Temperatur oder dem jeweiligen Zustand des Schlagwerks ermöglicht. Die Einzelschlagenergie kann in einem weiten Frequenzbereich, und zwar unabhängig von der Schlagfrequenz gewählt werden. So lässt sich beispielsweise zur Bearbeitung von Fliesen eine niedrige Schlagenergie bei hoher Schlagfrequenz von beispielsweise 100 Hz wählen, während man zum Meissel- bzw. Hammerbohren von Beton häufig die maximale Schlagenergie bei relativ geringer Schlagfrequenz von beispielsweise 30 bis 60 Hz wünscht.
Die im Patentanspruch 1 definierte Erfindung bezieht sich also auf einen elektropneumatischen Bohr- oder Meisselhammer mit elektronischer Einzelschlagregelung, bei dem die Einzelschlagenergie oder (eine) zur Einzelschlagenergie korrelierte Größe(n) durch einen Sensor erfasst, in einer digitalen oder analogen Regelung verarbeitet und mit einer Sollgröße verglichen werden, um einen Stellwert für einen Aktuator zu generieren, der die Einzelschlagenergie auf den Sollwert regelt. Vorzugsweise ist der Regler ein PI-Regler.
Die abhängigen Patentansprüche definieren vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Der Sensor kann beispielsweise ein Geschwindigkeitssensor sein, der die Geschwindigkeit des Flugkolbens in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung erfasst. Zu diesem Zweck kann beispielshalber der Flugkolben mit Umfangsrillen oder kontrastierenden, axial aufeinander folgenden Ringen versehen sein, deren zeitliche Aufeinanderfolge beim Vorbeiflug des Kolbens durch einen am oder im Führungsrohr gehaltenen Hall-Sensor, insbesondere einen differenziellen Hall-Sensor oder auch einen optischen Sensor erfasst werden. Die Differenz der kinetischen Energie bei Vor- und Rückflug des Flugkolbens ist ein Maß für die Einzelschlagenergie.
Eine andere vorteilhafte Möglichkeit die Einzelschlagenergie zu ermitteln, besteht im Einsatz eines magneto-elastischen Sensors, der die Stoßwelle im Döpper oder im Flugkolben mittels des magneto-elastischen Effekts erfasst.
Vorteilhaft ist es, zur Nachführung der Einzelschlagenergie die Schlagfrequenz, d. h. die Motordrehzahl, als Ausgangsgröße des Reglers vorzusehen. Eine andere Möglichkeit der Einzelschlagenergie-Regelung besteht darin, bei fixer und in einem der Praxis entsprechenden Betriebsbereich frei wählbarer Schlagfrequenz durch ein steuerbares Ventil den Druck oder eine Leckage der Luftfeder zu ändern bzw. zu regeln. Dieses Ventil kann ein elektromagnetisch oder piezoelektrisch betätigbares Ventil sein. Bei Meisselhämmern oder bei Bohrhämmern, bei welchen die Rotationsbewegung nicht über das Führungsrohr direkt übertragen wird, kann das Ventil direkt am oder im Führungsrohr angebracht werden, um das Totvolumen klein zu halten. Bei Bohrhämmern andererseits, bei denen der Drehantrieb über das Führungsrohr erfolgt, ist eine rotatorische Entkopplung zwischen dem Führungsrohr und dem umgebenen Gehäuse notwendig. Dazu kann z. B. eine gedichtete Hülse um rotatorisch oder axial verstellbare Luftablassöffnungen im Führungsrohr vorgesehen sein.
Die Erfindung und vorteilhafte Ausführungsformen und Ergänzungen werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
die schematische Darstellung eines Bohr-/Meisselhammers, dessen elektropneumatisches Schlagwerk erfindungsgemäß geregelt ist;
Fig. 2
eine Funktions-Blockbilddarstellung zur Veranschaulichung der erfindungsgemäßen Regelung der Einzelschlagenergie über unterschiedliche Ventilsteuerungen;
Fig. 3
eine Funktionsbilddarstellung für die Einzelschlag-Energieregelung über Ventile;
Fig. 4
eine Ausführungsvariante der Erfindung, bei der die Flugkolbengeschwindigkeit mittels zweier durch Permanentmagneten vorgespannter digitaler Hall-Schalter oder differenzieller Hall-Sensoren bestimmt wird;
Fig. 5
zwei zeitkorrelierte Signaldiagramme zur Veranschaulichung der Bestimmung der Flugkolbengeschwindigkeit aus den Sensorsignalen zweier digitaler Hall-Schalter;
Fig. 6
die zeitkorrelierte Darstellung der Signale zweier differenzieller Hall-Sensoren zur Messung der Fluggeschwindigkeit (oben), den Signalverlauf nach Durchlaufen einer Komparatorschaltung mit Schwelle (Mitte) und des Signalverlaufs am Ausgang einer nachgeschalteten Flip-Flop-Triggerschaltung (unten);
Fig. 7
die schematische Darstellung eines elektropneumatischen Schlagwerks, bei dem die Position und Geschwindigkeit eines Flugkolbens mittels eines Hall-Arrays bestimmt werden;
Fig. 8
mit Teilfiguren 8A und 8B die schematische Darstellung eines elektropneumatischen Schlagwerks, bei dem die Flugkolbengeschwindigkeit nach dem Prinzip der Induktion bestimmt wird;
Fig. 9
die schematische Darstellung eines elektropneumatischen Schlagwerks, bei dem die Flugkolbenposition mittels eines LVD-Transformators bestimmt wird;
Fig. 10
die schematische Darstellung eines elektropneumatischen Schlagwerks, bei dem die Flugkolbenposition und die -geschwindigkeit mittels eines Abstandssensors bestimmt werden, der senkrecht zur Bewegungsrichtung des Flugkolbens angebracht ist;
Fig. 11
eine Funktions-Block-Übersichtdarstellung zur Veranschaulichung der Variation der Einzelschlagenergie eines elektropneumatischen Schlagwerks über eine Drehzahlregelung;
Fig. 12
eine der Übersichtdarstellung nach Fig. 10 entsprechende Blockschaltbild-Anordnung zur Änderung der Einzelschlagenergie eines elektropneumatischen Schlagwerks über eine Drehzahlregelung;
Fig. 13
eine Blockschaltbild-Anordnung für eine Schlagenergieregelung eines elektropnematischen Schlagwerks über eine veränderbare Leckage, wobei sich ein Drehzahlregler und ein Energieregler gegenseitig beeinflussen (können);
Fig. 14
eine Detailansicht einer veränderbaren Leckagebohrung im Führungsrohr eines elektropneumatischen Schlagwerks, das entsprechend der Anordnung von Fig. 12 geregelt wird;
Fig. 15
eine abgewandelte Ausführungsvariante eines elektropneumatischen Schlagwerks, bei dem die Einzelschlagenergie bei konstanter Schlagfrequenz über eine veränderbare Leckage am Schlagwerk durch tangentiale (rotatorische) Verschiebung einer Hülse bewirkt wird;
Fig. 16
die Prinzipdarstellung eines elektropneumatischen Schlagwerks, bei dem die Einzelschlagenergie durch Messung einer Stoßwelle in einem Döpper mittels des magneto-elastischen Effekts (ME-Effekt) erfolgt; und
Fig. 17
eine vereinfachte Signalpfadanordnung zur Berechnung der Einzelschlagenergie ES aus dem bei Messung der Stoßwelle im Döpper nach Fig. 15 erhaltenen Sensorsignal.
Die Prinzipdarstellung der Fig. 1 veranschaulicht einen elektropneumatischen Bohr- und/oder Meisselhammer 1, an dessen gegenüber einem Antriebs- und Griffbereich vorstehendem werkzeugseitigen Ende ein Werkzeughalter 6 (ohne eingesetztes Werkzeug gezeigt) vorhanden ist. Seitlich auf der Außenseite des nur in Umrissen dargestellten Gerätegehäuses 7 befindet sich ein vom Benutzer zu betätigender Modus-Wahlschalter 2, über den der Bohrhammerbetrieb einerseits oder der Meisselbetrieb andererseits sowie gegebenenfalls weitere Betriebsmodi wie Feinmeisseln und Schwebemeisseln vorwählbar sind. Die Wahlstellung des Wählschalters 2 wird einer in der Regel in einem Mikrocontroller 9 realisierten elektronischen Steuerung und Regelung mitgeteilt, die bei Betätigung einer Hand-Drucktaste 12 durch einen EIN-/AUS-Schalter 13 in Funktionsbereitschaft geschaltet bzw. von einer nur als Anschlusskabel 14 symbolisierten Stromversorgung getrennt wird. Der Begriff "Mikrocontroller" beinhaltet dabei sowohl eine vollständig integrierte digitale oder hybride, z. B. als ASIC realisierte Schaltung als auch die Alternative einer in diskreten Bauelementen aufgebauten Schaltungsanordnung. Ein in seinem Aufbau prinzipiell bekanntes elektropneumatisches Schlagwerk 15 ist im vorderen Teil des Gerätegehäuses 7 eingebaut. Zu diesem Schlagwerk gehört ein in einem nur angedeuteten Führungsrohr 16 in dessen hinterem Bereich geführter Erregerkolben 3, der über einen Pleuelantrieb 17 bei Wahl des Meisselbetriebs vorwärts, d. h. in Richtung auf den Werkzeughalter 6, und rückwärts angetrieben wird. Ein mit mehreren axial beabstandeten Bereichen unterschiedlicher magnetischer Permeabilität, insbesondere mit axial aufeinander folgenden gleich abständigen Umfangsrillen 10 (von denen nur zwei dargestellt sind) versehener Flugkolben 4 wird beim Vorschub des Erregerkolbens 3 rückseitig durch ein Luft-Stoßpolster (Luftfeder) 20 beaufschlagt, das seinerseits über ein Druckpolster 21 auf einen Döpper 5 wirkt, der über den Werkzeughalter 6 beispielsweise einen Meissel (nicht gezeigt) antreibt.
Erfindungsgemäß wird bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel die Einzelschlagenergie des elektropneumatischen Schlagwerks über eine durch einen Aktuator, z. B. eine motorisch veränderbare Leckage 18 vom Mikrocontroller (Mikroprozessor) 9 aus zur Veränderung des Drucks in der Luftfeder 20 geregelt. Diese änderbare Leckage 18 kann durch ein oder mehrere radiale Durchbrechungen, so genannte Schnauflöcher 19, am Führungsrohr 16 im Bereich der Luftfeder 20 realisiert sein, die durch eine von einem Stellantrieb 31, beispielsweise einem Schrittmotor, verdrehbare Lochhülse 32 variiert werden, die mit einer der Anzahl der Schanuflöscher 19 entsprechenden Anzahl von Schrägfenstern 33 versehen ist. Um die tatsächliche kinetische Energie eines Einzelschlags zu bestimmen, misst ein Sensor 11, beispielsweise ein differenzieller Hall-Sensor, die Geschwindigkeit des Flugkolbens 4 durch Abtastung des Vorbeiflugs der Umfangsrillen 10 in Vorwärtsrichtung und beim Rückstoß also in Rückwärtsrichtung. Die Differenzgeschwindigkeit ist ein Maß für die auf den Döpper 5 übertragene Energie eines Einzelschlags. Dieses Geschwindigkeits-Differenzsignal wird dem Mikrocontroller 9 zugeführt, der den Wert der errechneten Einzelschlagenergie als PI-Regelvorgang gegen einen Energiesollwert vergleicht und ein Stellwertsignal an den Stellantrieb 31 liefert, der die Lochhülse 32 entsprechend verdreht und dadurch das oder die am Umfang des Führungsrohrs 16 ausgebildeten Schnauflöcher 19 freigibt bzw. verschließt, also eine Leckage am Luft-Stoßpolster 20 variiert.
Die Funktions-Blockbilddarstellung der Fig. 2 veranschaulicht die unterschiedlichen Möglichkeiten für Vorgabewerte der Einzelschlagenergie, Drehzahl etc., für den PI-Regler 34 im Mikrocontroller 9, der beispielsweise den Stellantrieb 31 als Aktuator und damit die Luftfeder 20 im Schlagwerk 15 beeinflusst. Am Modus-Wahlschalter 2 lassen sich - wie erwähnt - grundsätzliche Betriebsvorgaben einstellen, wie Hammerbohren, Meisseln, Feinmeisseln, Schwebemeisseln, die gemeinsam mit den Werten eines Sollwert-Gebers 25 und gegebenenfalls mit Signalen anderer Eingabequellen 26 für Drehzahl, Strom und Spannung den Vorgabewert Esoll für die Einzelschlagenergie bestimmen.
Die Funktionsbilddarstellung der Fig. 3 veranschaulicht eine Einzelschlagenergieregelung über eine steuerbare Ventileinrichtung 35. Die Sensoreinrichtung 11 liefert an den Regler 34 im Mikrocontroller 9 einen Istwert der Differenzgeschwindigkeit, aus dem der Istwert der kinetischen Energie Ekin eines Einzelschlags bestimmt wird, die gegen den Vorgabewert Esoll verglichen wird. Der Regler 34 liefert einen Stellwert G(s) an die Ventileinrichtung 35, die als Druckreduzierventil oder auch als Durchlass-Regelventil realisiert sein kann.
Mit der Regelanordnung nach Fig. 3 lassen sich Druckspitzen mittels des Druckreduzierventils beschränken. Ein eventuell überschüssiger Druck wird in das vordere Druckpolster 21 umgeleitet, wodurch eine zusätzliche Dämpfung des Flugkolbens 4 erreicht wird. Die den Flugkolben 4 beschleunigende Kraft ergibt sich dann aus der Differenz zwischen den Drücken, die an den beiden Stimflächen des Flugkolbens anliegen. Über das Druckreduzierventil werden die Druckspitzen zwischen dem Erregerkolben 3 und dem Flugkolben 4 reduziert. Der überschüssige Druck dient dazu, den statischen Druck im vorderen Druckpolster 21 zu erhöhen. Dabei dürfen die Druckspitzen jedoch nur soweit reduziert werden, dass gewährleistet ist, dass sich der Erregerkolben 3 und der Flugkolben 4 nicht berühren. Die Druckspitzen ergeben sich aus dem Impuls der notwendig ist, um die Bewegungsrichtung des Flugkolbens 4 umzukehren, sowie aus der Steifheit des Gesamtsystems. Sofern die Ventileinrichtung 35 als Durchlass-Regelventil realisiert ist, ist letzteres vorteilhafter mit einer Außenkammer verbunden.
Im Rahmen der Erfindung und zur Bestimmung der Einzelschlagenergie kommt bei bevorzugten Ausführungsvarianten der Erfindung der Messung der Flugkolbengeschwindigkeit eine wichtige Bedeutung zu. In Versuchsaufbauten erprobte Möglichkeiten werden nachfolgend vorgestellt.
Eine inkrementelle magnetische Messmethode ist bereits in DE 102 19 950 C1 beschreiben. Durch Anbringen der Umfangsrillen 10 auf der Mantelfläche des zylinderförmigen Flugkolbens 4 wird das Magnetfeld eines Permanentmagneten periodisch moduliert. Diese Magnetflussmodulation kann durch einen Halbleiter-Magnetfeldsensor gemessen werden. Die Periode dieser so gemessenen Oszillation ist ein Maß für die Geschwindigkeit des Flugkolbens 4.
Bezeichnet Δx den gegenseitigen Axialabstand (Strukturbreite oder Periode) der Umfangsrillen 10, so errechnet sich die Flugkolbengeschwindigkeit v gemäß: v = ΔxΔt = f · Δx
Bei der Vorwärtsbewegung des Flugkolbens 4 in Richtung Döpper 5 misst man - je nach der Stoßzahl k - eine etwa drei Mal höhere Oszillationsfrequenz als bei der Rückwärtsbewegung. Angenommen die Flugkolbengeschwindigkeit betrage bei der Vorwärtsbewegung etwa 10 m/s und die Periode der Umfangsrillen 10 betrage 3 mm, so ergibt sich eine Periodendauer von 300 µs oder eine Frequenz von etwa 3 kHz. Diese Frequenz lässt sich einfach beispielsweise über den Counter-Eingang des Mikrocontrollers 9 messen. Dazu wird beispielsweise über eine Diode nur der positive Signalanteil gebildet und anschließend über einen Komparator zu einem Rechtecksignal gewandelt und direkt in den Counter-Eingang des Mikrocontrollers 9 geführt. Aus den so gesampelten Frequenzen oder Pulsbreiten lässt sich die Einzelschlagenergie Es wie folgt berechnen: ES = mFK 2 · (v2 vor-v2 rück)
Darin bezeichnet mFK die Masse des Flugkolbens. Das Verhältnis der Rückfluggeschwindigkeit vrück zur Vorwärtsgeschwindigkeit vvor nennt man die Stoßzahl k. Sie gibt an, wieviel Impuls durch den bearbeiteten Untergrund aufgenommen wurde, und sagt daher auch etwas über die Beschaffenheit des Untergrunds aus. k =vrück vvor ≈ 0.1...0.3
Ein Ausführungsbeispiel für die Messung der Flugzeit bzw. Flugkolbengeschwindigkeit mittels Hall-Schaltern und einer XOR-Schaltung veranschaulicht die Prinzipdarstellung der Fig. 4, zu der die Signalverlaufsdarstellung der Fig. 5 gehört.
Die Flugkolbengeschwindigkeit wird mittels zweier mit Permanentmagneten vorgespannter digitaler Hall-Schalter 11a und 11b im Sensor 11, d. h. einer Art "magnetischer Lichtschranke" gemessen.
Ein Hall-Schalter ist ein Hall-Element, dessen Ausgang auf logisch 1 (oder analog auf logisch 0) liegt, sobald die lokale Feldstärke eine gewisse Mindestschwelle überschreitet. Spannt man einen solchen Hall-Schalter mit einem Permanentmagneten vor und stellt die Schwelle entsprechend ein, z. B. bei einem programmierbaren Hall-Schalter, so reagiert dieser mit einer logischen 1, sobald ein ferromagnetischer Körper in die Nähe dieses Sensors gebracht wird, im Falle der Erfindung der Flugkolben 4.
Die digitalen Hall-Schalter 11a und 11b sind in einem definierten Abstand Δs voneinander in der vorderen Hälfte des Schlagwerks am Führungsrohr 16 so angeordnet, dass der Flugkolben 4 in der vordersten Position der Arbeitsstellung, d. h. zum Zeitpunkt des Stoßes auf den nach hinten gepressten Döpper 5, beide Hall-Schalter 11a, 11b überdeckt, so dass beide durchschalten. Mit dieser Anordnung des Sensors 11 lässt sich die Flugkolbengeschwindigkeit einfach dadurch bestimmen, dass beide Sensorausgänge zunächst auf ein XOR-Gatter geführt werden, dessen Ausgang den Counter-Eingang des Mikrocontrollers 9 beaufschlagt. Dieser misst die Pulsbreite der beiden Rechteckpulse, die mit t1 und t2 bezeichnet sind; vgl. Fig. 5.
Aus diesen beiden Zeiten t1 und t2 lassen sich die Flugkolbengeschwindigkeiten bei Vor- und Rückflug bei jedem Schlag wie folgt berechnen: vvor = Δst1 vrück = Δs t2
Eine Variante sieht die Messung der Flugkolbengeschwindigkeit mittels differenzieller Hall-Sensoren vor. Der einfachste Aufbau besteht aus zwei identischen Hall-Elementen, etwa wie in Fig. 4 durch Bezugshinweise 11a und 11b veranschaulicht, die in geringem Abstand nebeneinander stehen und deren Ausgänge auf einen Differenzverstärker geführt werden. Man misst in diesem Fall analoge Signale, deren Verlauf in Fig. 6 (oben) für das Hall-Element 11a durch die ausgezogene Kurve A und für das Hall-Element 11b durch die gestrichelte Kurve B qualitativ veranschaulicht sind. Jedes Mal wenn die Vorderflanke des Flugkolbens 4 an den Hall-Elementen 11a, 11b vorbeisaust, wird an der Stelle dieser Sensoren eine Flussänderung und damit ein Spannungssignal detektiert. Dieses analoge Signal wird mittels eines Komparators (nicht gezeigt) mit Schwelle (Threshold) in ein digitales Signal verwandelt, dessen qualitativer Verlauf in der Mitte des Diagramms der Fig. 6 dargestellt ist. Dieses Signal triggert ein Flip-Flop. Dabei setzt der erste Puls das Flip-Flop, der zweite löscht es wieder. Dadurch werden Rechteckpulse generiert, deren Breite der Vorlaufgeschwindigkeit t1 bzw. der Rücklaufgeschwindigkeit t2 des Flugkolbens 4 entspricht.
Es sei darauf hingewiesen, dass es prinzipiell auch bereits ausreicht, nur einen differenziellen Sensor zu verwenden. Die Breite des Peaks des dann erhaltenen analogen Signals ist ein Maß für die Zeit, die der Flugkolben 4 benötigt, sich an diesem Sensor vorbeizubewegen und damit ein Maß für die Fluggeschwindigkeit.
Eine etwas aufwändigere, jedoch für die Betriebszuverlässigkeit vorteilhafte Methode besteht in der Verwendung eines Hall-Sensor-Arrays 70, bestehend aus 2n digitalen Hall-Schaltern, wie in Fig. 7 veranschaulicht. Damit lässt sich die Position und die Geschwindigkeit des Flugkolbens 4 über die Länge des gesamten Sensors bestimmen. Die Bestimmung der Flugkolbengeschwindigkeit entspricht der bereits beschriebenen. Werden zur Bestimmung einer Position des Flugkolbens 4 die 2n-Hall-Schalter mit einem n-fach Multiplexer von einem 2n-fach parallelen Signal direkt in ein n-bit serielles Signal gewandelt, so beschreibt dieses Signal die momentane Position des Flugkolbens 4.
Eine weitere Möglichkeit zur Messung der Flugkolbengeschwindigkeit, die in den Fig. 8A und 8B veranschaulicht ist, beruht auf dem Prinzip der Induktion. Dabei wird das Magnetfeld einer das Führungsrohr 16 umgebenden oder außerhalb angeordneten und über ein Joch 94 an das Führungsrohr 16 gekoppelten Spule 93 durch den vorbeifliegenden ferromagnetischen Flugkolben 4 moduliert und somit eine Spannung in der Spule 93 induziert. Der Flugkolben 4 kann als Teil eines magnetischen Kreises aufgefasst werden, bestehend aus Flussführung, gegebenenfalls Permanentmagnet und Spulenwicklung. Durch die Flussänderung kommt es zu einer Spannungsinduktion in der Spule, insbesondere dann, wenn die Kante des Flugkolbens 4 an der Spule vorbeisaust. Die Höhe der induzierten Spannung sowie die Breite des Spannungspeaks sind ein Maß für die Flugkolbengeschwindigkeit. Je schneller sich der Flugkolben 4 vorbeibewegt, desto höher ist die induzierte Spannung und umso kürzer ist der Spannungspuls.
Eine weitere in Fig. 9 gezeigte Ausführungsvariante der Erfindung zur Bestimmung der Einzelschlagenergie beruht auf einer Messung nach dem LVDT-Prinzip. Um die genaue Position des Flugkolbens 4 bzw. dessen Geschwindigkeit zu ermitteln, wird ein differenzieller linearer Transformator 80 verwendet, ein so genannter LVD(T)-Transformator (LVDT = Linear Variable Differential Transformer), bei welchem der Flugkolben 4 als längs verschiebbarer magnetischer Kern wirkt und somit die Kopplung zwischen einer Erregerwicklung 81 und Sensorwicklungen 82a, 82b komplementär verändert. Sowohl die Treiberschaltung für die Erregerwicklung 81 als auch die (nicht gezeigt) Demodulationsschaltkreise für die Sensorwicklungen 82a, 82b liefern ein analoges Spannungssignal, das proportional zur Position des magnetischen Kerns ist, hier realisiert durch den Flugkolben 4. Wichtig dabei ist, dass die Spannungen in den Sensorwicklungen 82a, 82b synchron zum Erregersignal demoduliert werden. Gleichzeitig wird als Referenz die Erregerspannung gemessen. Dadurch werden Drift (Amplitude, Phase) wegkompensiert. Eine genaue Beschreibung einer derartigen Schaltung findet der Leser in Datenblättern von Herstellern (z. B. Analog Devices, Philips) bzw. unter den Internet-Adressen
http://www.analog.com/Uploaded Files/Data_Sheets/34397787AD698_b.pdf
http://www.analog.com/Uploaded Files/Data_Sheets/82602395AD598_a.pdf
http://www.semiconductors.philips.com/acrobat/datasheets/NE552_SA5521_3.pdf
Eine weitere vorteilhafte erprobte Möglichkeit zur Messung der Position und Geschwindigkeit des Flugkolbens 4 mittels eines senkrecht zu dessen Bewegungsrichtung angebrachten Abstandssensors 90 ist in Fig. 10 veranschaulicht. Zur Bestimmung der Schlagenergie beruht diese Lösung auf einer Wegmessung des Flugkolbens 4. Dazu ist der Flugkolben 4 zwischen einer hinteren Ringabdichtung 91, meist einer O-Ring- oder Lippendichtung, und einer vorderen Führungskante 92 konisch abnehmend ausgebildet. Mit einem Wirbelstromsensor oder Hall-Element als Abstandssensor 90, der seitlich am Führungsrohr 16 angebracht ist, wird der Abstand zur über einen wesentlichen Abschnitt seiner axialen Länge konischen Mantelfläche des Flugkolbens 4 gemessen. Sofern der Abstandssensor 90 etwa im Falle eines Wirbelstromsensors ein abstandsproportionales Signal liefert, so lässt sich aus diesem Signal die Flugkolbenposition xFK(t) errechnen. Liefert der Abstandssensor 90 beispielsweise im Falle eines Hall-Sensors kein abstandsproportionales Signal, so kann die Mantelfläche des Flugkolbens 4 so gestaltet werden, dass die Nichtlinearität kompensiert wird. Auch in diesem Fall lässt sich während des Vorbeifliegens des Flugkolbens 4 seine Position bestimmen. Durch Differenziation des Positionswerts lässt sich damit auch die Flugkolbengeschwindigkeit an der Stelle des Abstandssensors 90 messen. Der besondere Vorteil dieser Ausführungsvariante ist es, dass das Vorzeichen der Geschwindigkeit erhalten bleibt. Damit ist eine einfache Trennung der Signale bei Vor- und Rückwärtsbewegung des Flugkolbens 4 möglich.
Der Zusammenhang zwischen der Messspannung des Hall- oder Wirbelstromsensors und der Flugkolbengeschwindigkeit lässt sich wie folgt darstellen:
Die Messspannung U(t) is proportional zur Position x(t) des Flugkolbens 4: u(t) = h[x(t)] = Δh Δs · x(t) = m · x(t)    m = Δh / Δs : Steigung des Keils oder Konus am Flugkolben 4
u(t): gemessene Spannung
Die Flugkolbengeschwindigkeit ergibt sich aus der Ableitung der gemessenen Sensorspannung u(t): ν FK (t) = ∂∂t x(t) =1 m ·∂u(t)∂t
Die Fig. 11 und 12 dienen zur Erläuterung der Nachführung der Einzelschlagenergie über eine Drehzahlregelung 27. Die anhand der Fig. 1 bis 10 erläuterten Baugruppen sind mit den entsprechenden Bezugszeichen versehen und werden nicht nochmals beschrieben. Die Ermittlung der momentanen Einzelschlagenergie ES erfolgt beispielsweise gemäß Gl. (2). Die vom Regler 34 im Mikrocontroller 9 in Relation zu einem Vorgabewert Esoll generierte Stellgröße G(s) beaufschlagt in diesem Fall die Drehzahlregelung 27, die ebenfalls im Mikrocontroller 9 implementiert sein kann. Diese gibt die Drehzahl ωrot für einen Antriebsmotor 41 vor, der beispielsweise als Universalmotor, SR-Motor oder PLDC-Motor realisiert sein kann.
Der vom (Energie-)Regler 34 bereitgestellte Stellwert G(s) für die Solldrehzahl ωsoll, kann nach Betätigen eines Umschalters 51 auch durch ein über die Hand-Drucktaste 12 betätigbares Pontentiometer 52 vorgegeben werden, wenn der elektropneumatische Bohr-/Meisselhammer durch den Benutzer für bestimmte Arbeitsvorgänge individuell eingestellt werden soll. Der Drehzahlvorgabewert ωsoll wird in einem Komparator 53 gegen einen beispielsweise über einen Tachogenerator 54 an der Motorwelle abgegriffenen tatsächlichen Drehsollwert ωist verglichen, und die Differenz Δω gelangt auf die Motorregelung 50. Diese in den Fig. 11 und 12 dargestellte einfachste Art der Regelung der Schlagenergie erfolgt ersichtlicherweise über die Regelung der Drehzahl des Antriebsmotors 41. Die Einzelschlagenergie E hängt in etwa quadratisch von der Schlagfrequenz f und damit von der Motordrehzahl ωrot ab. Über die Bestimmung der Vor- und Rückfluggeschwindigkeit des Flugkolbens 4 wird die momentane Schlagenergie gemessen und mit dem Sollwert verglichen. Die Regeldifferenz ist der über den Sensor 11 gelieferte Eingang des Reglers 34, auch als Schlagenergieregler bezeichnet, in Fig. 11 symbolisiert durch G(s): G(s) = Δωsoll ΔE
Dieser Regler 34 berechnet den neuen Sollwert ωsoll für den Drehzahlregler H(s), der in einfacher PI-Regler mit Anti-Windup sein kann. Es gilt: H(s) = ΔUΔω
Dabei bezeichnet ΔU die effektive Spannung über den Motorklemmen. Sie wird als Sollwert dem Block PE (= Power Electronics) übergeben. Dieser Block PE kann für Universalmotoren eine einfache Phasenanschnittsteuerung mittels eines Triacs sein, es kann aber auch eine komplexere Ansteuerung für elektronisch kommutierte Motoren wie Brushless DC-Motoren oder Switched Reluctance Motoren sein.
Die Fig. 13 mit der Detaildarstellung der Fig. 14 veranschaulichen eine in einem Funktionsaufbau untersuchte Ausführungsvariante der Erfindung zur Regelung der Einzelschlagenergie, vorzugsweise bei konstanter Schlagfrequenz, über eine steuerbare Leckage im Schlagwerk 15 durch axiales Verschieben einer Hülse 36. Diese Leckage wird bereitgestellt beispielsweise durch zwei oder vier radiale Durchbrüche oder Bohrungen 71 im Führungsrohr 16 im Bereich der Luftfeder 20. Wie die Fig. 14 erkennen lässt, nehmen die Querschnitte der Bohrungen 71 nach hinten, also in Richtung zum Erregerkolben 3, graduell ab. Dadurch lässt sich bei axialer Verschiebung der Hülse 36 eine kontinuierliche Querschnittsveränderung über den Weg der Hülse 36 realisieren. Die Fig. 13 veranschaulicht eine teilweise Abdeckung der Bohrungen 71.
In Abwandlung der Regelanordnung nach Fig. 12 lässt die Anordnung der Fig. 13 erkennen, dass bei dieser Ausführungsvariante zur Schlagenergieregelung der Drehzahlregeler H(s) in der Motorregelung 50 und der (Energie-)Regler G(s) in der Regelung 34 voneinander abhängen und sich gegenseitig beeinflussen, so dass eine Parameteränderung möglich ist. Die Reglerkonstanten für den Energieregler hängen vom Arbeitspunkt des Schlagwerks und damit von der Schlagfrequenz, also der Drehzahl ab. Diese Parameter können in Form von Look-Up-Tabellen abgelegt sein und je nach Drehzahl eingesetzt werden. Bei starker Energieabsenkung (d. h. großer Leckage) reagiert das Schlagwerk empfindlich auf kleine Störungen und Änderungen, und es reagiert umso empfindlicher, je höher die Schlagfrequenz ist. Dem wird im Regler mit angepassten Reglerkonstanten Rechnung getragen. Aus diesem Grund besteht eine bidirektionale Verbindung 55 zwischen G(s) und H(s). Ein Aktuator 56, beispielsweise realisiert als Linearmotor, Linearschrittmotor oder Voice-Coil-Actuator, verschiebt die Hülse 36 in Axialrichtung zur Veränderung der Leckage 18 über die Bohrung 71 entsprechend der Vorgabe über den Energieregler G(s).
Eine andere Möglichkeit zur Regelung der Einzelschlagenergie bei konstanter Schlagfrequenz über eine Leckage 18 am Schlagwerk 15, die dem Leser grundsätzlich aus der Beschreibung der Fig. 1 schon bekannt ist, veranschaulicht die Fig. 15. In diesem Fall ist die Lochhülse 32 verdrehbar, wobei als Aktuator 56 ein Schrittmotor, ein Torque-Motor, ein DC-Motor mit Schneckengetriebe oder ein Stirnradgetriebe 37 wie in Fig. 1 in Frage kommt. Die verdrehbare Lochhülse 32 weist das in Verbindung mit Fig. 1 erwähnte Schrägfenster 33 (mit abgeschrägtem Rahmen) auf, wodurch sich eine kontinuierliche Querschnittsveränderung der als Schnauflöcher 19 dienenden Bohrungen 71 über den tangentialen Verdrehweg der Lochhülse 32 realisieren lässt. In der in Fig. 15 eingezeichneten Stellung sind die Quersschnitte der Bohrungen 71 teilweise geöffnet, was einer Absenkung der Einzelschlagenergie entspricht. Bei vollständig geöffneten Bohrungen 71 ist das Schlagwerk deaktiviert.
Eine andere vorteilhafte Variante zur Messung der Energie eines Einzelschlags und zur Schlagenergieregelung wird nachfolgend unter Bezug auf die Fig. 16 und 17 beschrieben.
Das Messprinzip zur Bestimmung der Einzelschlagenergie beruht auf der Messung der Stoßwelle im Döpper 5 beim Auftreffen des Flugkolbens 4. Eine axial vorzugsweise um den unteren Bereich des Döppers 5 gewickelte Spule 83 magnetisiert den Döpper 5 in axialer Richtung in einem bestimmten Arbeitspunkt. Je nach Verwendung einer Quelle 84 - Spannungsquelle oder Stromquelle - wird entweder die Spannungs- oder die Stromänderung, verursacht durch momentane Magnetflussänderungen im aus einem magneto-elastischen Stahl (Ni-haltig) gefertigten Döpper 5 auf Grund des magneto-elastischen Effekts gemessen. Im dargestellten Beispiel wird diese Spannung U2 über einen Shunt 85 abgegriffen; sie ist proportional zur Änderung der mechanischen Spannung im Material des Döppers 5.
Beim Zusammenprall von Flugkolben 4 und Döpper 5 wird in beiden Körpern eine elastische Stoßwelle generiert, welche sich mit der Wellenausbreitungsgeschwindigkeit γ im elastischen Material des Döppers 5, welches durch die Elastizität E* und die Dichte ρ definiert ist, fortpflanzt: ρ = E*ρ ≈ 5300 ms-1
Für Stahl gilt: E* ≈ 2 · 1011 Nm2 ρ ≈ 7850kgm2
Die Stoßwelle gelangt an die Spitze des Werkzeugs und generiert dort eine hohe mechanische Druck- und Zugspannung, welche zu einem Versagen des Untergrunds führen und somit den Abbau des Untergrunds bewirken.
Die Geschwindigkeit der Verschiebungen im Material hängt über das hooksche Gesetz mit den mechanischen Spannungen zusammen. ν =∂u ∂t =∂u ∂x ∂x ∂t = ε · ∂x ∂t = ε · γ = σE* γ
Aus den mechanischen Spannungen in einem der Stoßkörper, insbesondere dem Döpper 5 lässt sich die elastische Energie des Impulses und damit die Einzelschlagenergie berechnen. Sie ist gegeben durch das Integral des Quadrats der mechanischen Spannungen.
Figure 00180001
Dabei bedeutet:
  • A: Querschnittsfläche, über welcher gemessen wird
  • Z: mechanische Wellenimpedanz des Materials
  • τ: Impulsdauer (typischerweise 100 bis 200 µs)
    • Wandert nun die Stoßwelle durch den Döpper 5, so ändern sich dessen magnetische Eigenschaften. Dies geschieht innerhalb einer Zeit von etwa 50 bis 100 µs. Während dieser Zeit wirkt eine übliche Konstantstromquelle als Konstantspannungsquelle aufgrund von Trägheit. In dieser Zeit misst man über den Shunt 85 eine kurze Stromänderung, die proportional ist zur Änderung der mechanischen Spannungen im Döpper 5. Dabei wird die Spannungs- bzw. Stromquelle 84 vorteilhaft durch einen großen Kondensator gestützt (nicht dargestellt), der nicht in der Lage ist, schnelle Stromschwankungen zu kompensieren. Die Stromänderung wird, wie die Fig. 17 veranschaulicht, AC-gekoppelt, über einen Operationsverstärker (nicht dargestellt) verstärkt, zunächst in 86 Bandpass-gefiltert und über einen AD-Wandler 87 digitalisiert und sodann in einer Recheneinheit 88 (Mikrocontroller) mit einer ausreichend hohen Taktzeit gesampelt. Wie durch Funktionsblöcke veranschaulicht, wird das digitalisierte Signal in der Recheneinheit 88 zunächst numerisch integriert, dann quadriert und dann nochmals über die Pulsdauer τ (z. B. 500 µs) numerisch integriert, um am Ausgang die Einzelschlagenergie ES zu erhalten. Dabei ist auf eine saubere Triggerung und Separation der Stoßpulse zu achten, um den ersten Stoßpuls deutlich von den Signalen, die von Mehrfachreflexionen herrühren, zu trennen. Als Trigger-Signal kann am Döpper 5 das abgegriffene ME-Signal selbst oder ein zusätzliches Signal dienen, z. B. die Flugkolbenposition oder die am Gerätegehäuse 7 aufgenommene Beschleunigung (nicht dargestellt). Bei dem vereinfachten Blockschaltbild der Fig. 17 gibt der Faktor A eine Verstärkung an, die abhängt von der Art des ME-Sensors. Die Pulsdauer τ beträgt etwa 100 bis 200 µs.
    Ganz allgemein kann zu den Anforderungen an die Dynamik des Schlagenergiereglers Folgendes gelten: Die Dynamik des Reglers ist nicht durch die Schlagfrequenz bestimmt. Es ist nicht zwingend erforderlich, die Energie des individuellen Einzelschlags zu regeln. Der Regler ist vielmehr so auszulegen, dass sich beispielsweise innerhalb von 0,3 bis 0,5 Sekunden die Einzelschlagenergie auf einen gewünschten Sollwert einpegelt. Eine höhere Dynamik ist in der Praxis nicht erforderlich. Wichtig ist, dass beispielsweise die verschleißbedingte Abnahme der Einzelschlagenergie kompensiert werden kann, ohne dass beim Bohren auf heiklen Untergründen, wie beispielsweise Marmor oder Granitplatten, eine vorgegebene Einzelschlagenergie überschritten wird, da ansonsten die Gefahr besteht, dass sich in dem zu bearbeitenden Material zu lange Risse bilden. Damit sind die Anforderungen an die Stellglieder des Reglers nicht extrem hoch, so dass z. B. für die oben beschriebene Leckage-Änderung durch eine verstellbare Hülse ein Schrittmotor eingesetzt werden kann, beispielsweise ein Spindelschrittmotor.

    Claims (20)

    1. Bohr- und/oder Meisselhammer mit elektropneumatischem Schlagwerk, dessen Schlagenergie veränderbar ist,
      gekennzeichnet durch
      eine Sensoreinrichtung (10, 11; 11a, 11b), welche eine zur auf einen abzubauenden Untergrund übertragenen Einzelschlagenergie korrelierte Größe erfasst;
      eine Regeleinrichtung (9, 34), in welche die der Einzelschlagenergie entsprechende Größe gegen einen Sollwert (Esoll) verglichen und ein Stellwert (G(s)) generiert wird, und
      eine durch den Stellwert beaufschlagten Aktuator (7) zur Nachführung der Einzelschlagenergie auf den Sollwert.
    2. Bohr- und/oder Meisselhammer nach Anspruch 1, dessen elektropneumatisches Schlagwerk einen in einem Führungsrohr (16) durch einen elektromotorisch angetriebenen Erregerkolben (3) über eine antriebsseitige Luftfeder (20) verschieblichen Flugkolben (4) und einen am abtriebsseitigen Ende des Führungsrohrs (16) vorhandenen Döpper (5) aufweist, der über ein Luft-Druckpolster (21), durch den Flugkolben (4) angetrieben, auf ein Schlagwerkzeug wirkt,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      die Sensoreinrichtung (11) die Momentanposition und/oder die Geschwindigkeit des Flugkolbens (4) in Vorwärtsrichtung zum Schlagwerkzeug und in Rückwärtsrichtung erfasst, und dass in einem Mikrocontroller (9) aus der Differenzgeschwindigkeit die kinetische Energiedifferenz als Maß für die Einzelschlagenergie bestimmt wird.
    3. Bohr- und/oder Meisselhammer nach Anspruch 1, dessen elektropneumatisches Schlagwerk einen in einem Führungsrohr (16) durch einen elektromotorisch angetriebenen Erregerkolben (3) über eine antriebsseitige Luftfeder (20) verschieblichen Flugkolben (4) und einen am abtriebsseitigen Ende des Führungsrohrs (16) vorhandene Döpper (5) aufweist, der über ein Luft-Druckpolster (21), durch den Flugkolben (4) angetrieben, auf ein Schlagwerkzeug wirkt,
      dadurch gekennzeichnet, dass
      der Döpper (5) ein magneto-elastisches, ferromagnetisches Material enthält oder aus diesem Material besteht,
      die Sensoreinrichtung einen dem Döpper (5) zugeordneten magneto-elastischen Sensor aufweist, der den Döpper mit einem Magnetfluss beaufschlagt und magnetische Permeabilitätsänderungen und damit Magnetflussänderungen im Döpper aufgrund von durch Schlageinwirkung des Flugkolbens (4) generierter Stoßwellen im Döpper (5) als Sensorsignal erfasst, und
      eine Einrichtung (86) zur Berechnung der Einzelschlagenergie (ES) aus dem Sensiorsignal.
    4. Bohr- und/oder Meisselhammer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung einen PI-Regler (34) aufweist.
    5. Bohr- und/oder Meisselhammer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Regeleinrichtung durch den Stellwert (G(s)) beaufschlagte Aktuator eine steuerbare Ventileinrichtung (35) betätigt, die den Druck in der Luftfeder (20) zur Nachführung der Schlagenergie verändert.
    6. Bohr- und/oder Meisselhammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (35) auch den Druck in einem Druckpolster (21) zwischen dem Flugkolben (4) und dem Dopper (5) verändert.
    7. Bohr- und/oder Meisselhammer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (11) zwei mit Permanentmagneten vorgespannte digitale Hall-Schalter (11a, 11b) aufweist, die am Führungsrohr (16) im Verschiebeweg des Flugkolbens (4) mit vorgegebenem Abstand (Δs) voneinander angeordnet sind.
    8. Bohr- und/oder Meisselhammer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (11) zwei differenzielle Hall-Sensoren aufweist, die am Führungsrohr (16) im Verschiebeweg des Flugkolbens (4) mit vorgegebenem Abstand nebeneinander angeordnet sind.
    9. Bohr- und/oder Meisselhammer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (11) einen differenziellen Hall-Sensor aufweist, der am Führungsrohr (16) im Verschiebeweg des Flugkolbens (4) angeordnet ist.
    10. Bohr- und/oder Meisselhammer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (11) ein Hall-Sehalter-Array (70) mit einer Mehrzahl von in vorgegebenem gegenseitigen Abstand (Δs) entlang dem Führungsrohr (16) im Verschiebeweg des Flugkolbens (4) angeordneter aufeinanderfolgender Hall-Schalter aufweist.
    11. Bohr- und/oder Meisselhammer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (11) einen das Führungsrohr (16) im Verschiebeweg des Flugkolbens (4) umgebenden LVD-Transformator (80) aufweist, bei welchem der Flugkolben (4) als längs verschieblicher magnetischer Kern wirkt, der bei Längsverschiebung die Kopplung zwischen einer Erregerwicklung (81) und wenigstens einer Sensorwicklung (82a, 82b) verändert.
    12. Bohr- und/oder Meisselhammer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (11) einen am Führungsrohr (16) senkrecht zur Bewegungsrichtung des Flugkolbens (4) in dessen Verschiebeweg angeordneten Abstandssensor (90) aufweist, wobei der Flugkolben eine mindestens über einen Teilbereich seiner axialen Länge konischen Mantelabschnitt aufweist.
    13. Bohr- und/oder Meisselhammer nach Anspruch 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung die Drehzahl des Antriebsmotors für den Erregerkolben (3) regelt.
    14. Bohr- und/oder Meisselhammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet durch einen die Motordrehzahl erfassenden Tachogenerator (54), dessen Drehzahl-Istwert (ωist) gegen einen vom Benutzer vorgebbaren Drehzahl-Sollwert (ωsoll) in einem Komparator (53) vergleichbar ist, wobei die ermittelte Drehzahlabweichung (Δω) als zusätzliche Einflussgröße über den Schlag-Energieregler (G(s)) auf den Aktuator (56) wirkt.
    15. Bohr- und/oder Meisselhammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbare Ventileinrichtung eine änderbare Leckage (18) an der Luftfeder (20) ist.
    16. Bohr- und/oder Meisselhammer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die änderbare Leckage durch wenigstens ein das Führungsrohr (16) durchsetzendes Schnaufloch (19) und eine durch einen Stellantrieb axial oder tangential relativ zum Führungsrohr verschiebliche Lochhülse (32) gebildet ist.
    17. Bohr- und/oder Meisselhammer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochhülse (32) ein mit einer schräg zur Achse des Führungsrohrs (16) verlaufenden Kante ausgebildetes Fenster (Schrägfenster) (33) aufweist, welches über der Schnauföffnung verfahrbar ist.
    18. Bohr- und/oder Meisselhammer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die änderbare Leckage (18) durch wenigstens eine das Führungsrohr (16) durchsetzende Bohrung (71) und eine axial durch den Aktuator (56) verstellbare Hülse (36) gebildet ist.
    19. Bohr- und/oder Meisselhammer nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (71) abgeschrägte Wandabschnitte aufweist.
    20. Bohr- und/oder Meisselhammer nach anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung einen Induktionssensor (87, 88) aufweist.
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