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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Ermittlung der Betriebsdauer und des Einsatz-Zustands eines
hydraulischen Schlagaggregats, insbesondere Hydraulikhammer, mit
einem Schlagkolben, der – in einem
Gehäuse
geführt – unter
Einwirkung einer Steuerung wechselweise einen Arbeitshub in Schlagrichtung
und einen Rückhub
ausführt.
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Die Erfindung bezieht sich ferner
auf eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens.
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Hydraulische Schlagwerke, wie insbesondere
Hydraulikhämmer,
werden zur Materialzerkleinerung (beispielsweise Gesteins- oder
Betonzerkleinerung) eingesetzt. Diese Zerkleinerung wird dadurch erreicht,
daß die
kinetische Energie eines Schlagkolbens durch Aufschlag auf ein Werkzeug über dieses und
die Werkzeugspitze in das zu bearbeitende Material eingeleitet und
dort in Zerstörungsarbeit
umgewandelt wird. Je nach der Härte
des zu bearbeitenden Materials wird nur ein Teil der kinetischen
Energie in Zerstörungsarbeit
umgewandelt; der nicht umgewandelte Energieanteil wird über das
Werkzeug in den Schlagkolben reflektiert. Im Gegensatz dazu wird
bei weicherem Material die Schlagenergie vollständig in Zerstörungsarbeit
umgewandelt.
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Hydraulische Schlagaggregate der
eingangs erwähnten
Gattung – bekannt
aus der Druckschrift
DE
34 43 542 C2 – stellen,
auch mit Rücksicht
auf die im übrigen
rauhen Einsatzbedingungen, hoch beanspruchte Vorrichtungen dar,
die unter dem Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit und Betriebssicherheit
einer eingehenden Beobachtung und entsprechenden Pflege bzw. Wartung
bedürfen.
Von wesentlicher Bedeutung in diesem Zusammenhang ist die Betriebsdauer
des hydraulischen Schlagaggregats,das heißt eine Aussage über die
gesamte Zeitspanne, während
der das hydraulische Schlagaggregat aktiv im Einsatz gewesen ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, Maßnahmen
und Mittel anzugeben, mit denen sich die Betriebsdauer und der Einsatz-Zustand eines hydraulischen
Schlagaggregats – insbesondere
auch für
eine Bedienungsperson erkennbar – feststellen lassen.
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Auf diese Weise hat die zuständige Stelle
die Möglichkeit
zu entscheiden, ob bereits Wartungsbedarf besteht oder ob das betreffende
Schlagaggregat weiterhin eingesetzt werden kann.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren
gelöst, welches
die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
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Die Erfindung baut dabei auf der
Erkenntnis auf, daß die
aktuelle Gesamtzahl der vom Schlagaggregat ausgeführten Schläge eine
relevante Größe für die Ermittlung
der aktiven Betriebsdauer darstellt, woraus – durch Vergleich mit entsprechenden
Vorgaben – eine
Aussage über
den Einsatz-Zustand des betreffenden Schlagaggregats abgeleitet
werden kann.
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Die Aussage über den Einsatz-Zustand besteht
im einfachsten Fall darin, daß erkennbar
gemacht wird, ob das Ende eines wartungsfreien Betriebszeitraums
erreicht ist und somit Wartungsbedarf besteht.
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Im einzelnen ist das erfindungsgemäße Verfahren
zur Ermittlung der Betriebsdauer und des Einsatz-Zustands eines
hydraulischen Schlagaggregats dadurch gekennzeichnet, daß während der
einzelnen, zeitlich aufeinanderfolgenden Betriebsabschnitte des
Schlagaggregats Signale erzeugt werden, deren Anzahl zu den vom
Schlagkolben in einer Bewegungsrichtung ausgeführten Hüben proportional ist; daß die Anzahl
der Signale fortlaufend aufsummiert und als Gesamtzahl gespeichert
wird; und daß die
jeweils aktuelle Gesamtzahl der Signale zumindest zeitweilig in
Form einer auf den Einsatz-Zustand hinweisenden Anzeige erkennbar
gemacht wird.
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Die zuletzt angesprochene Anzeige
kann im Rahmen der Erfindung optischer und/oder akustischer Natur
sein.
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Insbesondere ist es auch möglich, durch
Erzeugung eines fortdauernden akustischen Warnsignals darauf hinzuweisen,
daß mit
Erreichen einer vorgegebenen Signal-Gesamtzahl ein Einsatz-Zustand mit
Wartungsbedarf erreicht ist.
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Da die Signal-Gesamtzahl – unabhängig von einer
etwaigen Anzeige betreffend den Einsatz-Zustand – fortlaufend aufsummiert und
gespeichert wird, läßt sich
auch feststellen, in welchem Umfang ein vorgegebenes Wartungsintervall
durch Weiterbetreiben des hydraulischen Schlagaggregats überschritten
worden ist.
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Die Erzeugungsweise und die Art der
Signale können
im Rahmen der Erfindung an sich beliebig sein, soweit sichergestellt
ist, daß ihre
Anzahl eine Aussage über
die Anzahl der vom Schlagkolben in einer Bewegungsrichtung ausgeführten Hübe zuläßt.
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In Frage kommt insbesondere die Erzeugung
von Signalen mittels eines Sensors, der aufgrund der Schlagkolben-Bewegungen
auftretende physikalische Vorgänge
(oder auch damit verbundene Zustandsänderungen) erfaßt.
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Vorzugsweise werden die Signale in
Abhängigkeit
von zumindest einem der physikalischen Vorgänge – Druck, Weg, Schallpegel,
Temperatur, Durchfluß und
Schwingung – erzeugt
(Anspruch 2).
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Die Erfindung kann jedoch auch dahingehend
weiter ausgestaltet sein, daß die
in der erwähnten
Weise ermittelte aktuelle Gesamtzahl der Signale in Abhängigkeit
von zumindest einer weiteren Einflußgröße – beispielsweise der gemessenen
Außentemperatur – mit einem
Korrekturfaktor versehen wird, so daß die das Ende eines Wartungsintervalls erkennbar
machende Anzeige – bei
Unterschreiten einer vorgegebenen Außentemperatur – zu einem früheren Zeitpunkt
ausgelöst
wird.
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Bei einer besonders einfachen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden in einer der Versorgungsleitungen für das Schlagaggregat – nämlich der
Druckleitung für
das in das Schlagaggregat eintretende Fluid und Rücklaufleitung
für die
Rückführung des
austretenden Fluids – auftretende
Druckschwankungen oder Strömungsvorgänge erfaßt (Anspruch
3).
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Dabei können Druckschwankungen oder Änderungen
der Durchflußmenge – die periodisch
in Abhängigkeit
von den Schlagkolben-Hüben
auftreten – mittels
eines Druckwächters
bzw.
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mittels eines Durchflußmeßwertgebers
in Signale umgewandelt werden (Anspruch 4 bzw. 5).
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Die zuvor angesprochenen Ausführungsformen
(nach den Ansprüchen
3 bis 5) weisen auch den Vorteil auf, daß sie – unabhängig von der sonstigen konstruktiven
Ausgestaltung des hydraulischen Schlagaggregats – ohne besonderen Aufwand nachträglich eingerichtet
werden können.
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Das Verfahren läßt sich jedoch auch in der Weise
ausführen,
daß die
den Schlagkolben-Hüben proportionalen
Signale aufgrund einer Schallmessung (Anspruch 6) oder durch Erfassung
von Schwingungsvorgängen
(Anspruch 7) erzeugt werden.
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Im erstgenannten Fall kann dies mit
Hilfe eines Schallmeßwertgebers
in Form eines Mikrophons geschehen, dem gegebenenfalls ein geeigneter
Filter nachgeschaltet ist. Im zweitgenannten Fall können die
durch die Bewegungen des Schlagkolbens ausgelösten Schwingungsvorgänge mittels
eines Schwingungsmeßwertgebers
erfaßt
werden; dieser weist einen nach Art einer seismischen Masse schwingungsfähig gehaltenen
und mit einer Tauchspule zusammenwirkenden Schwingungsfühler auf.
Letzterer wird durch vom Schlagaggregat ausgehende Erschütterungen
zu Relativbewegungen bezüglich
der Tauchspule angeregt, wodurch auf induktivem Wege den Schwingungen
entsprechende Signale erzeugt werden.
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Alternativ kann das Verfahren auch
derart ausgestaltet sein, daß die
Verschiebung eines sich aufgrund der Schlagkolben-Hübe in einer
Bewegungsrichtung bewegenden Bestandteils des Schlagaggregats mittels
eines Wegmeßwertgebers
erfaßt wird
(Anspruch 8).
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Im einfachsten Fall können die
Bewegungsvorgänge
des Schlagkolbens selbst dadurch in entsprechende Signale umgewandelt
werden, daß dieser
berührungsfrei
von einer Induktionsspuleneinheit umschlossen ist. Letztere ist
vorzugsweise auf der von der Schlagkolbenspitze abgewandten Seite
des Schlagaggregats dem Schlagkolben zugeordnet.
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Im Rahmen der Erfindung kann das
Verfahren auch derart ausgestaltet sein, daß die Beanspruchung eines Bestandteils
des Schlagaggregats – die sich
mit den vom Schlagkolben ausgeführten
Schlägen
periodisch ändert – mittels
eines Kraft- oder Spannungsmeßwertgebers
erfaßt
wird (Anspruch 9). Zu diesem Zweck können Meßwertgeber Verwendung finden,
die als Dehnmeßstreifen
oder als Piezoelemente ausgebildet sind und die an ihnen auftretenden
Beanspruchungszustände
in Signale umwandeln.
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Im einfachsten Fall sind die betreffenden Meßwertgeber
derart am Gehäuse
des Schlagaggregats angebracht, daß sie mit dessen durch die Schlagkoben-Hübe hervorgerufene
Beanspruchung verformt werden.
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Falls das hydraulische Schlagaggregat
mit einem den Schlagkolben abstützenden
Gaspolster ausgestattet ist, lassen sich geeignete Signale auch dadurch
erzeugen, daß die
Temperatur oder der Druck des Gaspolsters mittels eines Temperaturmeßwertgebers
bzw. eines Druckwächters
erfaßt wird
(vgl. dazu Anspruch 10 bzw. 11).
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Da das Gaspolster normalerweise auf
der von der Schlagkolbenspitze abgewandten Seite des Schlagaggregats
angeordnet ist, liegen die hier angesprochenen Meßwertgeber
(Temperaturmeßwertgeber,
Druckwächter)
relativ weit vom unmittelbaren Arbeitsbereich des Schlagaggregats
entfernt.
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Vorzugsweise ist das Verfahren unter
dem Gesichtspunkt der Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit
derart weitergehend ausgestaltet, daß bei Erreichen einer vorgegebenen
Signal-Gesamtzahl zumindest eine Wartungs-Anzeige generiert wird,
die zumindest erkennbar macht, daß das Schlagaggregat der Wartung
bedarf (Anspruch 12). Dies kann insbesondere dadurch geschehen,
daß gegebenenfalls eine – beispielsweise
rote – Warnlampe
aufleuchtet, welche das Ende eines wartungsfreien Betriebszeitraums
andeutet.
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In Abhängigkeit von der jeweils aktuellen
Signal-Gesamtzahl können
zeitlich nacheinander jedoch auch mehrere Vorwarn-Anzeigen generiert
werden, die erkennbar machen, daß Teilabschnitte des durch
eine vorgegebene Obergrenze der Signal-Gesamtzahl definierten Wartungsintervalls
erreicht worden sind (Anspruch 13).
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Diese Vorwarn-Anzeigen können darin
bestehen, vor Erreichen einer Obergrenze der vorgegebenen Signal-Gesamtzahl
zunächst
eine grüne Warnlampe
und zu einem späteren
Zeitpunkt eine gelbe Warnlampe aufleuchtet, die sozusagen stufenweise
den aktuellen Einsatz-Zustand des Schlagaggregats erkennen lassen.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen
des Verfahrens ergeben sich aus den Ansprüchen 14 und 15.
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Diese Ausführungsformen gestatten es unter anderem,
die hier wesentlichen Informationen an einer Stelle verfügbar zu
machen, die vom Schlagaggregat räumlich
getrennt liegt.
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Die für die Bereitstellung – das heißt insbesondere
für die
Gewinnung, Aufsummierung und Speicherung – der Signale benötigte elektrische
Energie kann durch Batterien oder Akkus erzeugt werden. Die betreffenden
Energieeinheiten sollten dabei mit einer Ladungsanzeige ausgestattet
sein, um Störungsfälle auszuschließen.
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Das Verfahren kann jedoch auch in
der Weise ausgestaltet sein, daß die
elektrische Energie für die
Bereitstellung der Signale mittels des Fluids erzeugt wird, welches
auch den Schlagkolben antreibt (Anspruch 16). Zu diesem Zweck kann
insbesondere eine Elektro-Energieeinheit vorgesehen sein, die einen
Hilfs-Hydraulikmotor mit davon angetriebenem Generator und einen
diesem nachgeschalteten Elektrospeicher aufweist.
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Alternativ kann die elektrische Energie
für die Bereitstellung
der Signale auch mittels eines Generators erzeugt werden, der aufgrund
der von den Schlagkolben-Hüben
ausgelösten
Bewegungsvorgänge
wirksam wird und dem ein Elektrospeicher nachgeschaltet ist (Anspruch
17). Dieser selbsttätig arbeitende
Generator kann hinsichtlich seines grundsätzlichen Aufbaus insbesondere
dem bereits erwähnten
Schwingungsmeßwertgeber
entsprechen.
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Die gestellte Aufgabe wird ferner
durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst.
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Diese kann – gemäß Anspruch 19 – mit einem
Sensor ausgestattet sein, der aufgrund der Schlagkolben-Bewegungen
auftretende physikalische Vorgänge
in Signale umwandelt.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen
der Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens sind mit den Ansprüchen 20 bis 29 angesprochen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele im einzelnen
erläutert.
Es zeigen
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1 schematisiert
ein als Hydraulikbagger ausgebildetes Trägergerät, an dem ein hydraulisches Schlagaggregat
in Gestalt eines Hydraulikhammers anstellbar angebracht ist,
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2 schematisiert
den grundsätzlichen funktionalen
Aufbau des Erfindungsgegenstands,
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3a,b ein Schaltschema des Schaltaggregats
mit einem der Druckleitung zugeordneten Druckwächter bzw. als Zeitdiagramm
die vom Druckwächter
erzeugte Signalfolge,
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4a,b ein Teilschema entsprechend 3a mit einem der Umsteuerleitung zugeordneten Druckwächter bzw.
als Zeitdiagramm die vom Druckwächter
erzeugte Signalfolge,
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5a,b ein Teilschema entsprechend 3a mit einem einem Gaspolster zugeordneten Druckwächter bzw.
als Zeitdiagramm die vom Druckwächter
erzeugte Signalfolge,
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6a,b ein Teilschema entsprechend 3a mit einem einem Gaspolster zugeordneten Temperaturmeßwertgeber
bzw. als Zeitdiagramm die vom Temperaturmeßwertgeber erzeugte Signalfolge,
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7a,b ein Teilschema entsprechend 3a mit einem mit dem Schlagkolben zusammenwirkenden
Wegmeßwertgeber
bzw. als Zeitdiagramm die vom Wegmeßwertgeber erzeugte Signalfolge,
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8a,b schematisiert die Darstellung eines Hydraulikhammers
mit einem Schwingungsmeßwertgeber
bzw. als Zeitdiagramm die vom Schwingungsmeßwertgeber erzeugte Signalfolge,
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9a,b eine schematische Darstellung eines Hydraulikhammers
mit einem Dehnmeßstreifen bzw.
als Zeitdiagramm die vom Dehnmeßstreifen
erzeugte Signalfolge,
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10a,b eine schematische Darstellung eines Hydraulikhammers
mit einem Schallpegel-Meßwertgeber
in Form eines Mikrophons bzw. als Zeitdiagramm die zugehörige Signalfolge,
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11a, b eine schematische Darstellung eines Hydraulikhammers
mit einem Beschleunigungsmeßwertgeber
bzw. als Zeitdiagramm die zugehörige Signalfolge,
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12 eine
schematische Darstellung eines Hydraulikhammers nebst Beschleunigungsmeßwertgeber
und einem Generator zur Erzeugung der elektrischen Energie sowie
weiteren Einrichtungen und
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13 schematisiert
den Aufbau einer elektrischen Energieversorgung unter Verwendung
eines Hilfs-Hydraulikmotors.
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Der in 1 dargestellte
Hydraulikbagger 1 weist eine Versorgungseinheit 2 mit
einem nicht dargestellten Dieselmotor und einer davon angetriebenen
Hydraulikpumpe (vgl. dazu 3a) auf;
diese ist in an sich bekannter Weise an einen Hydraulikhammer 3 angeschlossen,
der seinerseits anstellbar an dem Ausleger 4 des Hydraulikbaggers
mit zwei Auslegerarmen 4a, 4b gehalten ist.
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Der Auslegerarm 4b trägt seinerseits
eine schwenkbare Anschlußkonsole 5,
an der ein Tragelement 6 – ausgebildet als Traggehäuse oder
als Tragrahmen – befestigt
ist. An diesem stützt
sich der Hydraulikhammer 3 über sein Gehäuse 3a ab.
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Unter der Einwirkung des von der
Versorgungseinheit 2 gelieferten Fluids wirkt der Hydraulikhammer 3 auf
ein als Meißel 7 ausgebildetes
Werkzeug ein, wobei die vom Hydraulikhammer ausgehende Bewegungsenergie
in Schlagenergie umgesetzt wird.
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Oberhalb des Tragelements 6 ist
ein Anzeigeelement A angeordnet, welches unter anderem Informationen über die
Betriebsdauer und den Einsatz-Zustand des Hydraulkhammers 3 erkennbar macht.
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Der Hydraulikhammer weist einen Sensor
S zur Erzeugung von Signalen auf, die in dem Anzeigeelement A fortlaufend
aufsummiert, als Gesamtzahl gespeichert und erkennbar gemacht werden.
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2 zeigt
schematisiert in weiteren Einzelheiten den Ablauf und das Zusammenwirken
der Vorgänge,
die schließlich
zu einer Aussage über
die Betriebsdauer und den Einsatz-Zustand des Hydraulikhammers 3 führen.
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Danach werden die anläßlich des
Betriebs des Hydraulikhammers 3 auftretenden Vorgänge vom
Sensor S in Signale umgewandelt, in einem Zähl- und Speicherelement ZS
hinsichtlich ihrer Gesamtzahl fortlaufend aufsummiert sowie als
Gesamtzahl gespeichert, wobei die jeweils aktuelle Gesamtzahl der
Signale über
die auf den Einsatz-Zustand des
Hydraulikhammers hinweisende Anzeige A erkennbar gemacht wird.
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Die für die Bereitstellung der Signale
und der daraus abgeleiteten Informationen erforderliche elektrische
Energie wird durch einen Elektrospeicher E zur Verfügung gestellt.
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Erforderlichenfalls können die
mittels des Zähl-
und Speicherelements ZS gewonnenen Informationen drahtlos an eine
Auswertung AW übermittelt
werden.
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Grundsätzlich ist der Sensor S derart
angeordnet und ausgebildet, daß während der
einzelnen, zeitlich aufeinanderfolgenden Betriebsabschnitte des Hydraulikhammers 3 Signale
erzeugt werden, deren Anzahl zu den vom Schlagkolben des Hydraulikhammers
in einer Bewegungsrichtung ausgeführten Hüben proportional ist. Der Sensor
erfaßt
also Vorgänge oder
Zustände
bzw. Zustandsänderungen,
welche durch die Schlagkolben-Bewegungen ausgelöst werden, und bildet diese
Vorgänge,
Zustände
oder Zustandsänderungen
in Signalform ab. Durch Aufsummieren der einzelnen, zeitlich aufeinanderfolgenden Signale
läßt sich
eine Aussage über
die aktive Betriebsdauer gewinnen, aus welcher – im Hinblick auf vorgegebene
Wartungsintervalle – Informationen über den
Einsatzzustand des Hydraulikhammers 3 abgeleitet werden
können.
Diese Informationen lassen sich über
die Anzeige A erkennbar machen und gegebenenfalls drahtlos der Auswertung
AW zuführen.
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Die Anzeige A kann dabei derart aufgebaut sein,
daß nach
Erreichen einer vorgegebenen Signal-Gesamtzahl zumindest eine Wartungs-Anzeige generiert
wird, welche das Erreichen des Endes eines wartungsfreien Betriebsdauerzeitraums
erkennbar macht.
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Darüber hinaus kann die Anzeige
auch derart beschaffen sein, daß sie
in Abhängigkeit
von der jeweils aktuellen Signal-Gesamtzahl zeitlich nacheinander
mehrere Vorwarn-Anzeigen generiert, die stufenweise die Annäherung an
das Ende eines Wartungsintervalls andeuten.
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Ausweislich der Darstellung in 3a weist der Hydraulikhammer 3 neben
den noch zu beschreibenden Leitungen sowie Antriebs- und Steuerungselementen
das bereits erwähnte
Gehäuse 3a auf,
in dem ein Schlagkolben 8 in Längsrichtung hin- und herbeweglich
gehalten ist. Dieser weist im Zylinderraum des Gehäuses 3a liegend
zwei Kolbenbunde 8a und 8b auf, welche durch eine
Umfangsnut 8c voneinander getrennt sind.
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Die nach außen gerichtete Kolbenfläche K1 und
K2 des Kolbenbundes 8b bzw. 8a begrenzt mit dem
Gehäuse 3a einen
hinteren und vorderen Zylinderraumabschnitt 3b bzw. 3c.
Die Kolbenfläche
K1 ist dabei kleiner bemessen als die Kolbenfläche K2.
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Außerhalb des Gehäuses 3a geht
der Schlagkolben 8 in eine Kolbenspitze 8d über, welcher der
Meißel 7 gegenüberliegt.
Die Bewegung des Schlagkolbens 8 in Richtung des Arbeitshubs
ist durch einen Pfeil 8e angedeutet.
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Die in Rede stehende Darstellung
zeigt den Hydraulikhammer 3 in einem Zustand unmittelbar nach
Auftreffen des Schlagkolbens 8 auf den Meißel 7.
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Die Steuerung für die Umschaltung der Bewegung
des Schlagkolbens 8 besteht aus einem in einem Steuerventil 9 beweglichen
Steuerschieber 9a, dessen kleinere Schieberfläche F1 über eine Rückstelleitung 10 ständig mit
dem Arbeitsdruck (Systemdruck) beaufschlagt ist; dieser wird von
einer Energiequelle in Form einer Hydraulikpumpe 11 erzeugt
(die ihrerseits – wie
bereits erwähnt – Bestandteil
der Versorgungseinheit 2 ist).
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Die kleinere Kolbenfläche K1 ist über eine Druckleitung 12,
welche mit der Rückstelleitung 10 in Verbindung
steht, ständig
mit dem Arbeitsdruck beaufschlagt. Die Einmündung 12a der Druckleitung
ist bezüglich
des Gehäuses 3a derart
angeordnet, daß sie
in jedem Fall außerhalb
des Kolbenbundes 8b und somit innerhalb des vorderen Zylinderraumabschnitts 3c liegt.
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Die größere Schieberfläche F2 des
Steuerschiebers 9a steht über eine Umsteuerleitung 13 mit dem
Zylinderraum des Gehäuses 3a derart
in Verbindung, daß ihre
Einmündung 13a in
dem dargestellten Zustand über
die Umfangsnut 8c an eine drucklos gehaltene Rücklaufleitung 14 angeschlossen
ist. Die Einmündung 13a und
die Einmündung 14a der
Rücklaufleitung
liegen sich also – in
Längsrichtung
des Schlagkolbens 8 gesehen – in einem Abstand gegenüber, der
kleiner ist als die axiale Länge
der Umfangsnut 8c.
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Das Steuerventil 9 ist einerseits über eine Steuerleitung 15 an
die Druckleitung 12 und andererseits über eine Abflußleitung 16 nebst
Tank 16a an die Rücklaufleitung 14 angeschlossen.
Weiterhin steht das Steuerventil 9 über eine Wechseldruckleitung 17 mit
dem hinteren Zylinderraumabschnitt 3b in Verbindung, über welchen
die größere Kolbenfläche K2 gegebenenfalls
mit Arbeitsdruck beaufschlagt werden kann.
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Das Steuerventil 9 kann
zwei Ventilstellungen einnehmen, nämlich die dargestellte (rechte) Rückhubstellung,
in welcher die größere Kolbenfläche K2 über die
Wechseldruckleitung 17 und die Abflußleitung 16 druckentlastet
ist, und die (linke) Arbeitshubstellung, in welcher der hintere
Zylinderraumabschnitt 3b über die Druckleitung 12,
die mit dieser in Verbindung stehende Steuerleitung 15 und die
Wechseldruckleitung 17 mit dem Arbeitsdruck beaufschlagt
ist. Dieser Zustand hat zur Folge, daß der Schlagkolben 8 – entgegen
der von der kleineren Kolbenfläche
K1 ausgehenden Rückstellkraft – einen
Arbeitshub in Richtung des Pfeiles 8e ausführt.
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Oberhalb des hinteren Zylinderraumabschnitts 3b ist
eine Kammer 18 angeordnet, die ein unter Druck stehendes
Gaspolster aufnimmt. An diesem stützt sich der Schlagkolben 8 auf
seiner von der Kolbenspitze 8d abgewandten Seite ab.
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Zur Erzeugung der bereits angesprochenen Signale
ist die Druckleitung 12 – vorzugsweise in der Nähe vor ihrem
Eintritt in das Gehäuse 3a (vgl.
dazu beispielsweise 1)
mit einem Meßwertgeber
in Form eines Druckwächters 19 ausgestattet.
Dieser erfaßt
Druckschwankungen innerhalb der Druckleitung 12 – welche
durch die Schlagkolben-Bewegungen
ausgelöst
werden – und
wandelt sie in Signale um, deren zeitlicher Verlauf in 3b angedeutet ist.
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Diese Signale – deren Anzahl zu den vom Schlagkolben
in einer Bewegungsrichtung ausgeführten Hüben proportional ist – können in
der bereits erwähnten
Weise dazu benutzt werden, Informationen über die aktuelle Betriebsdauer
und den Einsatz-Zustand des Hydraulikhammers 3 zu erhalten sowie
erkennbar zu machen.
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Bei der Ausführungsform gemäß 4a ist ein Druckwächter 20 dadurch in
die Steuerung für den
Hydraulikhammer 3 integriert, daß er der Umsteuerleitung 13 zugeordnet
ist.
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Die in 4b angedeutete
Ausbildung der vom Druckwächter 20 erzeugten
Signale ergibt sich in Abhängigkeit
von der Stellung des Kolbenbundes 8b bezüglich der
Einmündung 13a der
Umsteuerleitung 13.
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Solange die Einmündung 13a – wie dargestellt – über die
Umfangsnut 8c an die Rücklaufleitung 14 angeschlossen
ist, liegt an der Umsteuerleitung 13 das in 4b dargestellte untere Druckniveau an.
Dieses Druckniveau erfährt
erst eine Änderung,
nachdem der Kolbenbund 8b die Einmündung 13a überdeckt
hat und schließlich über den
vorderen Zylinderraumabschnitt 3c eine Verbindung zwischen
der Druckleitung 12 und der Umsteuerleitung 13 hergestellt
worden ist.
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Der Druckwächter 20 ist somit
in der Lage, in Abhängigkeit
von den Schlagkolben-Hüben
zu deren Anzahl proportionale Signale zu erzeugen, die entsprechend
aufsummiert und ausgewertet werden können.
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Falls der Hydraulikhammer 3 die
bereits erwähnte
Kammer 18 mit einem den Schlagkolben 8 abstützenden
Gaspolster aufweist, kann die Erfindung auch in der Weise ausgestaltet
sein, daß der Zustand
des Gaspolsters mittels eines Druckwächters 21 (5a) oder mittels eines Temperaturmeßwertgebers 22 (6a) erfaßt und in Signale (5b bzw. 6b)
umgewandelt wird.
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Die Bewegung des Schlagkolbens 8 in
Richtung des Arbeitshubes (Pfeil 8e) hat zur Folge, daß der Druck – und damit
auch die Temperatur – des Gaspolsters
absinkt.
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Im Gegensatz dazu führt die
Bewegung des Schlagkolbens während
des Rückhubs
zu einem Druck- und Temperaturanstieg.
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Mittels der Meßwertgeber 21 und 22 lassen sich
dementsprechend ebenfalls Signale erzeugen, deren Anzahl von den
Schlagkolbenbewegungen abhängig
ist.
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Die 7a und 7b beziehen sich auf eine Ausführungsform
der Erfindung, bei welcher die Verschiebung eines sich aufgrund
der Schlagkolben-Hübe
in einer Bewegungsrichtung bewegenden Bestandteils des Hydraulikhammers 3 mittels
eines Wegmeßwertgebers
erfaßt
wird. Dieser Wegmeßwertgeber
ist als induktiv arbeitende Tauchspule 23 ausgebildet,
welche einen Bestandteil der Kammer 18 bildet und dort
den Schlagkolben 8 – abhängig von dessen
Stellung innerhalb des Gehäuses 3a – mehr oder
weniger umschließt.
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Die Relativbewegungen des Schlagkolbens bezüglich der
Tauchspule 23 lösen
sich zeitlich ändernde
Induktionsvorgänge
aus, deren zeitlicher Verlauf in 7b dargestellt
ist.
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Diese Induktionsvorgänge können erfindungsgemäß dazu ausgenutzt
werden, Informationen über
die aktuelle Betriebsdauer des Hydraulikhammers 3 und über dessen
Einsatz-Zustand zu gewinnen.
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Die Erfindung kann auch in der Weise
ausgestaltet sein, daß durch
die Schlagkolben-Hübe
hervorgerufene Bewegungen mittels eines Schwingungsmeßwertgebers
erfaßt
und in entsprechende Signale umgewandelt werden.
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Bei der Ausführungsform gemäß 8a, b weist
der Schwingungsmeßwertgeber 24 als
wesentliche Bestandteile einen federnd gehaltenen Schwingkörper 24a auf,
der nach Art einer seismischen Masse zwischen zwei Tauchspulen 24b und 24c Pendelbewegungen
ausführen
kann; diese führen
zu Induktionsvorgängen,
deren zeitlicher Verlauf aus 8b ersichtlich
ist. Die Pendelbewegungen des Schwingkörpers 24a relativ
zu den Tauchspulen 24b und 24c werden durch die
Erschütterungen
hervorgerufen, welche aufgrund der Schlagkolben-Hübe auftreten.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Schwingungsmeßwertgeber 24 oberhalb
des Hydraulikhammers 3 als Einheit an der Anschlußkonsole 5 befestigt.
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Selbstverständlich kann im Rahmen der Erfindung
auch eine andersartige Anordnung Verwendung finden; insbesondere
kann der Schwinungsmeßwertgeber 24 innerhalb
des Tragelements 6 unmittelbar am Gehäuse 3a des Hydraulikhammers oder
auch am Tragelement 6 selbst angebracht sein.
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Die Darstellungen gemäß 9a, b beziehen
sich auf eine erfindungsgemäße Ausgestaltung, bei
welcher die Beanspruchung eines Bestandteils des Hydraulikhammers – die sich
mit den vom Schlagkolben ausgeführten
Schlägen
periodisch ändert – mittels
eines Spannungsmeßwertgebers
erfaßt und
in Signale umgewandelt wird.
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Zu diesem Zweck ist an dem Gehäuse 3a des
Hydraulikhammers 3 ein Dehnmeßstreifen 25 befestigt.
Dieser erfährt
in Abhängigkeit
von der Beanspruchung des Gehäuses 3a periodisch
elastische Verformungen, aus denen sich Signale der dargestellten
Art gewinnen lassen. Abweichend von der dargestellten Ausführungsform
kann der hier angesprochene Spannungsmeßwertgeber auch aus mehreren
zusammengeschalteten Dehnmeßstreifen
aufgebaut sein.
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Anstelle des zumindest einen Dehnmeßstreifens
kann auch ein Kraftmeßwertgeber
eingesetzt werden, der als Meßfühler zumindest
ein Piezoelement aufweist.
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Dieser Kraftmeßwertgeber kann beispielsweise
derart angeordnet sein, daß die
zugehörigen Piezoelemente
oberhalb des Gehäuses 3a zwischen diesem
und dem Flansch 6a für
die Befestigung des Tragelements 6 spielfrei befestigt
sind.
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Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung geeigneter
Signale besteht darin, das in Abhängigkeit von den Schlagkolben-Hüben unterschiedliche
Geräuschniveau
zu erfassen.
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Dieses Geräuschniveau weist jeweils einen kurzzeitigen
Spitzenwert auf, falls der Schlagkolben nebst Meißel 7 auf
das zu bearbeitende Material auftrifft.
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Bei der Ausführungsform gemäß 10a, b ist
der Schallpegel-Meßwertgeber
als Mikrophon 26 ausgebildet, welches unterhalb des Flansches 6a zwischen
dem Tragelement 6 und dem Gehäuse 3a des Hydraulikhammers
angeordnet ist.
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Durch geeignete Ausgestaltung des
Mikrophons 26 oder Nachschalten eines Filters kann sichergestellt
werden, daß jeweils
nur beim Aufschlag auf das zu bearbeitende Material die in 10b angedeuteten impulsartigen Signale
erzeugt werden, deren Anzahl mit derjenigen der Kolbenschläge übereinstimmt.
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Bei der Ausführungsform gemäß 11a, b ist
zur Erzeugung der hier interessierenden Signale ein Beschleunigungsmeßwertgeber 27 vorgesehen.
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Dieser stützt sich oberhalb des Flansches 6a an
der Anschlußkonsole 5 ab;
er kann im Rahmen der Erfindung jedoch auch an einer anderen geeigneten
Stelle – insbesondere
am Flansch 6a, am Tragelement 6 selbst oder am
Gehäuse 3a des
Hydraulikhammers – befestigt
sein. Mittels des Beschleunigungsmeßwertgebers 27 lassen
sich durch die Schlagkolben-Hübe
hervorgerufene Bewegungsabläufe
in Signale mit periodisch wiederkehrendem Verlauf umwandeln.
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Bei der Ausführungsform gemäß 12 werden die Signale zur
Ermittlung der Betriebsdauer und der daraus abgeleiteten weiteren
Informationen – wie
anhand der 11a, b erläutert – mittels
des Beschleunigungsmeßwertgebers 27 gewonnen.
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Zusätzlich ist der Einheit bestehend
aus Hydraulikhammer 3 und Tragelement 6 ein Generator zugeordnet,
welcher die für
die Bereitstellung der Signale und weiteren Informationen benötigte elektrische
Energie erzeugt. Dieser Generator entspricht vom Aufbau her dem
bereits anhand der 8a beschriebenen
Schwingungsmeßwertgeber 24.
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Die aufgrund der im Betrieb auftretenden
Erschütterungen
werden mittels des Generators 28 in elektrische Energie
umgewandelt, welche von einem Elektrospeicher 29 – als Bestandteil
des Zähl-
und Speicherelements ZS – aufgenommen
wird.
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Die vom Beschleunigungsmeßwertgeber 27 generierten
Signale werden in der Einheit ZS aufsummiert und als Signal-Gesamtzahl
gespeichert.
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Der Einheit ZS ist eine Anzeige A
nachgeschaltet, die sowohl die aktuelle Signal-Gesamtzahl erkennbar
macht als auch gegebenenfalls weitere Informationen betreffend den
Einsatz-Zustand des Hydraulikhammers 3 vermitteln kann.
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Diese weitergehenden Informationen
bestehen darin, daß in
Abhängigkeit
von der jeweils aktuellen Signal-Gesamtzahl zeitlich nacheinander
mehrere Vorwarn-Anzeigen A1 und A2 generiert werden und daß nach Erreichen
einer vorgegebenen Signal-Gesamtzahl eine Wartungs-Anzeige A3 erscheint,
welche das Ende eines definierten Wartungsintervalls andeutet.
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Dem Zähl- und Speicherelement ZS
ist weiterhin eine Sender-/Empfängereinheit
30 nachgeschaltet, mit der sich drahtlos entsprechende Informationen
an eine Sender-/Empfängereinheit
31 übermitteln
lassen; diese ist ihrerseits mit einer Auswertung AW (insbesondere
einem Computer) gekoppelt.
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Letztere ermöglicht nicht nur die Auswertung der
gespeicherten Informationen, sondern dient auch dazu, gespeicherte
Informationen durch Rückstellung
auf einen gewünschten
Rückstell-Wert
zu beeinflussen. Diese Rückstellung
wird dadurch ermöglicht, daß die von
der Auswertung AW ausgehenden Befehle durch Zusammenwirken der Einheiten 31 und 30 ebenfalls
drahtlos an die Einheit ZS übermittelt werden.
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Abweichend von der zuvor beschriebenen Ausführungsform
kann die elektrische Energie für
die Bereitstellung der Signale und der daraus abgeleiteten Informationen – wie aus 13 ersichtlich – mittels
eines Hilfs-Hydraulikmotors 32 erzeugt werden, der eingangsseitig
mit der Druckleitung 12 und ausgangsseitig mit der Rücklaufleitung 14 (vgl.
dazu 3a) in Verbindung steht.
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Der Hilfs-Hydraulikmotor 32 treibt
einen Generator 33 an, dem ein Elektrospeicher 34 nachgeschaltet
ist.
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Die in Rede stehende Anordnung ermöglicht es
also, die elektrische Energie mittels des Fluids zu erzeugen, welches
auch den Schlagkolben antreibt.
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Dabei kann der Elektrospeicher 34 als
eigenständiges
Element beispielsweise mit dem Speicherelement ZS gekoppelt oder – wie in 12 dargestellt – als Elektrospeicher 29 in
diese integriert sein.