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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Verschleißzustands einer fluidisch angetriebenen Arbeitsvorrichtung mit zwei Druckkammern und einem Arbeitsglied, das mittels Druckbeaufschlagung der Druckkammern zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung bewegbar ist.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Steuerungseinrichtung für ein System umfassend eine Fluidversorgungseinrichtung mit wenigstens zwei Arbeitsanschlüssen, an denen jeweils ein vorbestimmter Druck eingestellt werden kann, eine Drucksensoreinrichtung zur Erfassung der an den Arbeitsanschlüssen anliegenden Drücke, und eine fluidisch angetriebene Arbeitsvorrichtung mit zwei Druckkammern, die jeweils mit den Arbeitsanschlüssen fluidisch verbunden sind, und einem Arbeitsglied, das mittels Druckbeaufschlagung der Druckkammern zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung bewegbar ist, sowie einer Sensoreinrichtung zur Erfassung einer Stellungsänderung des Arbeitsglieds.
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Bei der genannten Arbeitsvorrichtung tritt nach einer bestimmten Nutzungsdauer bzw. nach einer bestimmten Zahl von Stellungsänderungen des Arbeitsglieds in der Regel Verschleiß auf, der die Funktionalität der Arbeitsvorrichtung beeinträchtigen kann.
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Bei einer als Pneumatikzylinder ausgebildeten Arbeitsvorrichtung kann Verschleiß beispielsweise an einer Kolbendichtung auftreten. Ein Pneumatikzylinder umfasst bekanntlich eine häufig auch als Zylinderbohrung bezeichnete Arbeitskammer, in der ein Kolben mit einer zugeordneten Kolbendichtung beweglich gelagert ist. Die Kolbendichtung befindet sich zwischen dem Kolben und der Innenwand der Arbeitskammer und dient dazu, die Arbeitskammer in zwei zueinander abgedichtete Druckkammern unterteilen.
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Zwischen der Dichtung und der Innenwand der Arbeitskammer kommt es im Betrieb zu Reibung. Mit der Zeit verschleißt die Dichtung und/oder die Innenwand der Arbeitskammer und es entsteht Abrieb. Die Reibung der Dichtung gegenüber der Innenwand nimmt typischerweise mit fortschreitendem Dichtungsverschleiß zu. Am Ende des Verschleißprozesses entsteht schließlich Leckage zwischen den beiden Druckkammern.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die Leckage einer Arbeitsvorrichtung zu ermitteln. So beschreibt die
DE 103 55 250 A1 eine Leckage-Ermittlung bei einer Arbeitsvorrichtung, wobei mittels eines erfassten Drucks, eines erfassten Volumenstroms sowie einer bei ordnungsgemäßem Betrieb angepassten Gleichung eine Leckage festgestellt wird.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Steuerungseinrichtung bereitzustellen, um bei einer Arbeitsvorrichtung der eingangs genannten Art einen Verschleißzustand in einfacher und effizienter Weise frühzeitig bestimmen zu können.
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Diese Aufgabe wird anhand der im Kennzeichen des Anspruchs 1 definierten Merkmale gelöst. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren der eingangs genannten Art die Schritte: Erhöhen einer Druckdifferenz zwischen den beiden Druckkammern, Erfassen eines Druckwerts einer der Druckkammern und/oder eines davon abgeleiteten Werts, wenn eine Stellungsänderung des Arbeitsglieds erfasst wird, und Bestimmen eines Verschleißzustands der Arbeitsvorrichtung gemäß dem erfassten Druckwert und/oder des davon abgeleiteten Werts.
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Demnach wird ein Verschleißzustand abhängig davon bestimmt, welcher Druck in einer Druckkammer bzw. welche Druckdifferenz zwischen den Druckkammern benötigt wird, um das Arbeitsglied eine Stellungsänderung ausführen zu lassen. Für diese Bestimmung des Verschleißzustands wird insbesondere davon ausgegangen, dass die Stellungsänderung des Arbeitsglieds aus einer Ruhelage heraus erfolgt bzw. dass das Arbeitsglied aus einer Ruhelage heraus in Bewegung versetzt wird. Der Druck, bei dem eine Stellungsänderung des Arbeitsglieds erfolgt, wird nachstehend auch als Losbrechdruck bezeichnet.
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Aus dem Losbrechdruck bzw. der entsprechenden Druckdifferenz zwischen den Druckkammern kann darauf geschlossen werden, wie groß die Reibkraft ist, die überwunden werden muss, um das Arbeitsglied in Bewegung zu versetzen. Je größer die zu überwindende Reibkraft ist, desto höher ist auch der benötigte Druck bzw. die benötigte Druckdifferenz, bei welcher eine Stellungsänderung erfolgt.
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Die Größe der Reibkraft ist wiederum ein Indiz dafür, ob Verschleiß vorliegt. Somit kann bereits durch die Feststellung der Reibkraft bzw. durch die Feststellung einer von der Reibkraft abhängigen oder mit dieser korrelierenden Größe ein Verschleißzustand bestimmt werden. Insbesondere stellt dabei bereits die Feststellung der Reibkraft bzw. des Losbrechdrucks oder der Druckdifferenz die Bestimmung des Verschleißzustandes dar.
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Basierend auf der festgestellten Reibkraft kann dann beispielsweise die Ansteuerung der Arbeitsvorrichtung angepasst werden, um so die festgestellte Reibkraft bzw. die durch den Verschleiß verursachte Erhöhung der Reibkraft zu kompensieren.
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Insbesondere wenn die Reibkraft bzw. die zuvor genannte Größe einen bestimmten Schwellenwert übersteigt, kann davon ausgegangen werden, dass ein bestimmter Verschleißzustand erreicht ist. Vorzugsweise wird der Verschleißzustand basierend auf einem Vergleich des erfassten Druckwerts und/oder des davon abgeleiteten Werts mit einem Referenzwert bestimmt.
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Beispielsweise wird der Druckwert oder die Druckdifferenz, bei dem bzw. bei der die Stellungsänderung erfolgt ist, oder ein davon abgeleiteter Wert mit einem Referenzwert verglichen. Basierend auf dem Vergleich kann schließlich der Verschleißzustand bestimmt werden.
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Somit kann auf einfache und effiziente Art und Weise frühzeitig bestimmt werden, ob Verschleiß vorliegt oder nicht.
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Das beschriebene Verfahren ist besonders einfach und effizient, da bei vielen fluidisch angetriebenen Systemen die zur Durchführung dieses Verfahrens benötigte Sensorik bereits vorhanden ist. D.h., dass das erfindungsgemäße Verfahren in diesen Systemen eingesetzt werden kann, ohne dass hierfür zusätzliche Sensorik bereitgestellt werden müsste.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahren liegt darin, dass der Verschleißzustand bereits frühzeitig, und zwar insbesondere vor Auftreten von Leckage, erfasst werden kann. Bereits vor dem Auftreten der Leckage wird in der Regel viel Abrieb erzeugt und es ist möglich, dass die Funktionalität des Systems bereits zu diesem Zeitpunkt beeinträchtigt wird. Der Abrieb kann beispielsweise ein der Arbeitsvorrichtung zugehöriges Ventil verschmutzen und dort zu erhöhtem Verschleiß führen. Ferner kann der Abrieb zu einer Verschmutzung der Umgebung führen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Verschleißzustand bereits frühzeitig erfasst werden. Damit wird es möglich, den genannten Verschmutzungen durch entsprechendes Handeln, wie beispielsweise einer Wartung oder einem Austausch der Arbeitsvorrichtung vorzubeugen.
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Bei der Arbeitsvorrichtung, für die der Verschleißzustand bestimmt wird, handelt es sich insbesondere um eine Arbeitsvorrichtung, die eine Arbeitskammer aufweist, in der das Arbeitsglied beweglich gelagert ist. Vorzugsweise ist zwischen dem Arbeitsglied und einer Innenwand der Arbeitskammer eine Dichtung vorgesehen, die die Arbeitskammer in die beiden Druckkammern unterteilt. Die beschriebene Reibkraft rührt dann insbesondere von einer Reibung der Dichtung an der Innenwand der Arbeitskammer her. Die Dichtung ist beispielsweise als Dichtlippe ausgebildet.
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Insbesondere handelt es sich bei der Arbeitsvorrichtung um eine pneumatische Vorrichtung, wie beispielsweise einen doppeltwirkenden Pneumatikzylinder.
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Die Druckdifferenz zwischen den beiden Druckkammern kann auf verschiedene Weisen erhöht werden. Beispielsweise kann der Druck einer der beiden Druckkammern auf einen festen Wert gesetzt werden, und der Druck in der anderen Druckkammer kann ausgehend von einem Druck unterhalb des festen Werts erhöht oder ausgehend von einem Druck oberhalb des festen Werts abgesenkt werden. Die Erhöhung bzw. Absenkung kann dabei kontinuierlich oder schrittweise erfolgen.
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In der einfachsten Variante wird eine der Druckkammern nicht unter Druck gesetzt bzw. auf einen Entlüftungszustand geschaltet, so dass dort beispielsweise ein Umgebungsdruck vorliegt. Anschließend wird der Druck in der anderen Druckkammer ausgehend von einem Entlüftungszustand erhöht.
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Der erwähnte abgeleitete Wert, der von dem erfassten Druckwert abgeleitet wird, ist beispielsweise die Druckdifferenz, die zwischen den beiden Druckkammern anliegt, wenn eine Stellungsänderung erfolgt. Die Bestimmung des Verschleißzustands kann auf Grundlage des Druckwerts und/oder der Druckdifferenz erfolgen.
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Der Referenzwert ist beispielsweise ein im Voraus ermittelter und abgespeicherter Wert. Der Referenzwert kann insbesondere einen Schwellenwert darstellen. Überschreitet der Druckwert und/oder der abgeleitete Wert diesen Schwellenwert, kann davon ausgegangen werden, dass Verschleiß vorliegt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorzugsweise ist beim Erhöhen der Druckdifferenz eine der Druckkammern mit einem vorgebbaren Druck beaufschlagt und der Druck der anderen Druckkammer wird erhöht oder abgesenkt.
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Der vorgebbare Druck ist vorzugsweise ein konstanter Druck. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der vorgebbare Druck zeitlich variabel ist, wobei zweckmäßigerweise eine Änderungsgeschwindigkeit für eine Änderung dieses Druck kleiner als eine Änderungsgeschwindigkeit der Druckerhöhung oder Druckabsenkung in der anderen Druckkammer ist. Zweckmäßigerweise wird der vorgebbare Druck mittels einer Fluidversorgungseinrichtung, beispielsweise einer Ventilanordnung, mit der eine Drucksteuerung und/oder -regelung verwirklicht werden kann, bereitgestellt.
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Dies bedeutet, dass beim Erhöhen der Druckdifferenz beide Druckkammern mit Druck beaufschlagt sind. Insbesondere sind dabei beide Druckkammern mit Drücken beaufschlagt, die höher sind als ein Umgebungsdruck, der in einer Umgebung der Arbeitsvorrichtung herrscht, insbesondere höher als der atmosphärische Druck. Der vorgebbare Druck, der in der einen Druckkammer vorliegt und gegen den die Stellungsänderung erfolgen soll, wird im Folgenden auch Gegendruck genannt.
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Durch die beschriebene Vorgehensweise wird insbesondere der Vorteil erzielt, dass ein höherer Druck benötigt wird, um das Arbeitsglied in Bewegung zu versetzen, da nicht nur die Reibungskraft sondern auch die sich aus dem Gegendruck ergebende Kraft überwunden werden muss. Dies bedeutet, dass zur Ermittlung des Verschleißzustands mit größeren Drücken gearbeitet werden kann, was unter Umständen von Vorteil ist, wenn das System nicht in der Lage ist, kleinere Drücke bereitzustellen bzw. genau zu erfassen.
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Die beschriebene Vorgehensweise ist auch noch aus einem weiteren Grund von Vorteil. So kann die genannte Arbeitsvorrichtung derart ausgebildet sein, dass ein vorhandener Gegendruck auch die zu überwindende Reibkraft erhöht. Dies kann z.B. daran liegen, dass der Druck in den Druckkammern auf ein für die Reibkraft ursächliches Element, wie beispielsweise eine Dichtung, wirkt und dieses gegen eine entsprechende Lauffläche, wie beispielsweise die Innenwand einer Arbeitskammer, drückt. Durch diesen Effekt wird die Reibkraft, die als Indiz für den Verschleiß fungiert, bei zunehmendem Gegendruck größer. Dementsprechend wird auch der zur Stellungsänderung benötigte Druck bzw. die Druckdifferenz größer und kann somit besser erfasst werden.
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Die beschriebene Erhöhung der Druckdifferenz bei Druckbeaufschlagung beider Druckkammern kann auf verschiedene Weisen erfolgen.
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Beispielsweise kann eine erste Druckkammer mit einem festen Druck p1 beaufschlagt und der Druck p2 in einer zweiten Druckkammer erhöht werden. Auf diese Weise kann die Druckdifferenz p2 – p1 erhöht werden, um schließlich eine Druckdifferenz zu erreichen, bei der eine Stellungsänderung des Arbeitsglieds in Richtung der ersten Druckkammer erfolgt.
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Alternativ dazu kann die zweite Druckkammer mit einem festen Druck p2 beaufschlagt werden und der Druck p1 in der ersten Druckkammer abgesenkt werden. Auch in diesem Fall wird die Druckdifferenz p2 – p1 erhöht, so dass schließlich eine Stellungsänderung bewirkt werden kann.
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In bevorzugter Ausgestaltung wird das Erhöhen der Druckdifferenz und Erfassen eines Druckwerts und/oder abgeleiteten Werts wenigstens zweimal hintereinander durchgeführt, wobei wenigstens eine der Druckkammern beim zweiten Mal mit einem anderen Druck, insbesondere einem anderen Gegendruck, beaufschlagt wird als beim ersten Mal, so dass zwei verschiedene Druckwerte und/oder abgeleitete Werte erhalten werden und diese Druckwerte und/oder abgeleitete Werte der Bestimmung des Verschleißzustands zugrunde gelegt werden.
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Beispielsweise wird zunächst eine der Druckkammern auf einen ersten Druck gesetzt und die Druckdifferenz zwischen den Druckkammern erhöht, bis eine Bewegung des Arbeitsglieds festgestellt wird. Der Druckwert der anderen Druckkammer, bei dem die Bewegung des Arbeitsglieds erfolgt ist, wird als erster Druckwert aufgezeichnet.
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Anschließend wird eine Druckkammer, vorzugsweise dieselbe Druckkammer, die zuvor auf den ersten Druck gesetzt wurde, auf einen zweiten Druck gesetzt, der von dem ersten Druck verschieden ist, und die Druckdifferenz zwischen den Druckkammern wird erneut erhöht, bis eine Bewegung des Arbeitsglieds festgestellt wird. Auch diesmal wird erfasst, bei welchem Druckwert der anderen Druckkammer das Arbeitsglied beginnt, sich zu bewegen. Dieser Druckwert wird dann als zweiter Druckwert aufgezeichnet.
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Indem nun der erste und der zweite Druckwert und/oder davon abgeleitete Werte der Bestimmung des Verschleißzustands zugrunde gelegt werden, kann die Zuverlässigkeit der Bestimmung erhöht werden.
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Insbesondere wird aus den beiden Druckwerten eine Druckbeziehung erhalten und diese Druckbeziehung der Bestimmung des Verschleißzustands zugrunde gelegt.
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Durch diese Maßnahme können Kräfte, die zusätzlich auf das Arbeitsglied wirken, jedoch nicht von einem Verschleiß einer Dichtung verursacht werden, effektiv herausgerechnet werden.
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Beispielsweise kann es sich bei diesen Kräften um Gewichtskräfte von mit dem Arbeitsglied gekoppelten Arbeitslasten handeln. Durch die Bildung einer Druckbeziehung können diese Kräfte herausgerechnet werden, so dass sie die Bestimmung des Verschleißzustandes nicht beeinflussen.
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In der Regel hängt die Stärke der Reibkraft davon ab, mit welchen Drücken die Druckkammern beaufschlagt werden. Im Gegensatz dazu sind die erwähnten zusätzlichen Kräfte von den beaufschlagten Drücken unabhängig. Daher ist es möglich, die beiden Druckwerte derart in Beziehung zueinander zu setzen, dass sich die Komponenten, die den druckunabhängigen Kräften zuzuschreiben sind, gegenseitig aufheben.
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Zweckmäßigerweise werden die Schritte des Verfahrens in einem eingebauten und vorzugsweise belasteten Zustand der Arbeitsvorrichtung durchgeführt.
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Wie vorstehend beschrieben, kann bei der Ermittlung zweier Druckwerte die Reibkraft – und damit der Verschleißzustand – unabhängig von den sonstigen auf das Arbeitsglied wirkenden Kräften bestimmt werden. Dies ermöglicht es insbesondere, die beschriebene Bestimmung des Verschleißzustandes auch dann durchzuführen, wenn die zu prüfende Arbeitsvorrichtung in einer Betriebsumgebung eingebaut ist, in der das Arbeitsglied möglicherweise an einer Arbeitslast gekoppelt ist und beispielsweise mit Gewichtskräften belastet sein kann.
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Vorzugsweise ist die Arbeitsvorrichtung ein doppeltwirkender Zylinder, insbesondere ein Pneumatikzylinder.
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Zweckmäßigerweise umfasst der Zylinder eine Arbeitskammer, in der das Arbeitsglied linearbeweglich geführt ist. Das Arbeitsglied unterteilt die Arbeitskammer in die beiden Druckkammern. Um die beiden Druckkammern voneinander abzudichten, befindet sich zwischen dem Arbeitsglied, das in diesem Fall auch als Kolben bezeichnet wird, und der Innenwand der Arbeitskammer eine, insbesondere am Kolben angeordnete, Dichtung. Die beschriebene Bestimmung des Verschleißzustands betrifft insbesondere den Zustand dieser Dichtung und den Zustand der Innenwand der Arbeitskammer. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die beschriebene Bestimmung des Verschleißzustands auch andere Dichtungs- bzw. Reibestellen betreffen, wie beispielsweise eine Zylinderdichtung, die zwischen einer Kolbenstange und einer Austrittsöffnung für die Kolbenstange vorgesehen ist und die dazu dient, die Arbeitskammer des Zylinders nach außen hin abzudichten.
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Vorzugsweise ist das Arbeitsglied ein Kolben, der auf einer Seite eine Kolbenstange aufweist.
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In diesem Fall können die Druckkammern insbesondere derart mit Druck beaufschlagt werden, dass sich der Kolben bei der Stellungsänderung in eine Richtung bewegt, in der die Kolbenstange einfährt.
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Aufgrund der Kolbenstange ist dabei auf der einen Seite des Kolbens weniger Fläche vorhanden, auf die der Druck der jeweiligen Druckkammer wirken kann, als auf der anderen Seite des Kolbens. Somit wirkt auf der Seite der Kolbenstange effektiv nur die von der Kolbenstange nicht belegte Fläche. Dementsprechend muss ein höherer Druck bzw. eine größere Druckdifferenz beaufschlagt werden, um eine Stellungsänderung des Kolbens zu bewirken. Die Messung ist dadurch sensibler.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird bei Erfassen einer Stellungsänderung die Druckbeaufschlagung der Druckkammern um- und/oder abgeschaltet, so dass das Arbeitsglied zum Stehen kommt und/oder in eine vorbestimmte Stellung, vorzugsweise eine vorherige Stellung, versetzt wird.
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Auf diese Weise wird das Arbeitsglied bei der Bestimmung des Verschleißzustandes nur minimal bewegt, d.h., die Ermittlung des Verschleißzustandes findet quasistatisch statt und kann unter Umständen auch im Betrieb der Arbeitsvorrichtung durchgeführt werden.
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Die vorbestimmte bzw. vorherige Stellung kann dabei eine Stellung sein, die das Arbeitsglied vor Durchführung der Ermittlung des Verschleißzustandes innehatte. Beispielsweise handelt es sich dabei um eine Endlagenstellung.
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Die vorstehend genannte Aufgabe wird ferner für eine Steuereinrichtung der eingangs genannten Art mittels der im Kennzeichen des Anspruchs 10 definierten Merkmale gelöst. Erfindungsgemäß ist die Steuerungseinrichtung ausgebildet, Steuerbefehle an die Fluidversorgungseinrichtung auszugeben, so dass eine Erhöhung einer Druckdifferenz zwischen den beiden Druckkammern bewirkt wird, ein Drucksignal von der Drucksensoreinrichtung zu erfassen, wenn aus einem empfangenen Sensorsignal von der Sensoreinrichtung eine Stellungsänderung des Arbeitsglieds erfasst wird, und einen Verschleißzustand der Arbeitsvorrichtung gemäß dem erfassten Drucksignal und/oder einem davon abgeleiteten Wert zu bestimmen.
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Gemäß vorteilhaften Weiterbildungen ist die Steuereinrichtung ausgebildet, eine oder mehrere der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu realisieren.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist die Steuerungseinrichtung ausgebildet, bei der Bestimmung des Verschleißzustandes eine Reibkraft zu ermitteln und eine Ansteuerung der Arbeitsvorrichtung gemäß der ermittelten Reibkraft anzupassen. Insbesondere ist die Steuerungseinrichtung ausgebildet, die Ansteuerung der Arbeitsvorrichtung derart anzupassen, dass eine aufgrund eines Verschleißzustandes erhöhte Reibkraft, die auf das Arbeitsglied der Arbeitsvorrichtung wirkt, durch die angepasste Ansteuerung kompensiert wird.
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Die vorstehend genannte Aufgabe wird ferner für ein Verfahren der eingangs genannten Art mittels der im Kennzeichen des Anspruchs 12 definierten Merkmale gelöst. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren die Schritte: Einstellen einer Druckdifferenz zwischen den beiden Druckkammern, Erfassen einer Zeitperiode, die das Arbeitsglied benötigt, um sich von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung zu bewegen und/oder eines davon abgeleiteten Werts, und Bestimmen eines Verschleißzustandes der Arbeitsvorrichtung gemäß der erfassten Zeitperiode und/oder dem davon abgeleiteten Wert.
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Aus der erfassten Zeitperiode kann darauf geschlossen werden, wie groß die Reibkraft ist, die überwunden werden muss, um das Arbeitsglied von der ersten Stellung in die zweite Stellung zu bewegen. Je größer die zu überwindende Reibkraft ist, desto größer ist auch die erfasste Zeitperiode.
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Die Größe der Reibkraft ist wiederum ein Indiz dafür, ob Verschleiß vorliegt. Durch die Feststellung der Reibkraft bzw. der Zeitperiode kann somit ein Verschleißzustand bestimmt werden. Insbesondere stellt dabei bereits die Feststellung der Reibkraft bzw. der Zeitperiode die Bestimmung des Verschleißzustandes dar.
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Vorzugsweise handelt es sich bei der ersten und der zweiten Stellung um die beiden Endlagen des Arbeitsglieds. Das Arbeitsglied wird beispielsweise vor dem Einstellen der Druckdifferenz in die erste Stellung versetzt. Die beiden Druckkammern werden dann zumindest so lange mit der Druckdifferenz beaufschlagt, bis sich das Arbeitsglied in die zweite Stellung bewegt hat.
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Gemäß einer Ausgestaltung werden beim Einstellen der Druckdifferenz beide Druckkammern mit vorgebbaren Drücken beaufschlagt.
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Insbesondere sind dabei beide Druckkammern mit Drücken beaufschlagt, die höher sind als ein Umgebungsdruck, der in einer Umgebung der Arbeitsvorrichtung herrscht, insbesondere höher als der atmosphärische Druck.
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Die beschriebene Vorgehensweise ist insbesondere aus dem nachstehend erläuterten Grund von Vorteil. So kann die genannte Arbeitsvorrichtung derart ausgebildet sein, dass die in den Druckkammern vorhandenen Drücke die zu überwindende Reibkraft erhöhen. Dies kann z.B. daran liegen, dass die Drücke in den Druckkammern auf ein für die Reibkraft ursächliches Element, wie beispielsweise eine Dichtung, wirken und dieses gegen eine entsprechende Lauffläche, wie beispielsweise die Innenwand einer Arbeitskammer, drücken. Durch diesen Effekt wird die Reibkraft, die als Indiz für den Verschleiß fungiert, bei zunehmenden Drücken größer. Dementsprechend wird auch die Zeitperiode, die benötigt wird, um das Arbeitsglied von der ersten Stellung in die zweite Stellung zu bewegen, größer und kann somit besser erfasst werden.
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Gemäß einer weitere Ausgestaltung wird das Einstellen der Druckdifferenz und Erfassen einer Zeitperiode und/oder eines abgeleiteten Werts wenigstens zweimal hintereinander durchgeführt, wobei wenigstens eine erste Druckkammer beim zweiten Mal mit einem anderen Druck beaufschlagt wird als beim ersten Mal, so dass mehrere Zeitperioden und/oder abgeleitete Werte erhalten werden und die Zeitperioden und/oder abgeleiteten Werte der Bestimmung des Verschleißzustands zugrunde gelegt werden.
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Beispielsweise wird zunächst das Arbeitsglied in eine erste Stellung, vorzugsweise eine erste Endlage, versetzt. Eine erste Druckkammer wird mit einem ersten Druck beaufschlagt. Dann wird die Druckdifferenz eingestellt, indem eine zweite Druckkammer mit einem zweiten Druck beaufschlagt wird, vorzugsweise einem Druck, der größer ist als der erste Druck. Das Arbeitsglied bewegt sich daraufhin in die zweite Stellung, vorzugsweise eine zweite Endlage. Die Zeitperiode, die das Arbeitsglied benötigt, um sich von der ersten Stellung in die zweite Stellung zu bewegen, wird erfasst. Daraufhin wird das Arbeitsglied zurück in die erste Stellung versetzt. Die erste Druckkammer wird mit einem dritten Druck beaufschlagt, der sich von dem ersten Druck unterscheidet. Es wird eine Druckdifferenz eingestellt, indem die zweite Druckkammer mit einem vierten Druck beaufschlagt wird. Der vierte Druck unterscheidet sich vorzugsweise von dem zweiten Druck. Das Arbeitsglied bewegt sich erneut in die zweite Stellung und die Zeitperiode, die das Arbeitsglied dafür benötigt, wird erfasst. Basierend auf den beiden Zeitperioden wird ein Verschleißzustand bestimmt. Als Verschleißzustand kann beispielsweise eine Reibkraft bestimmt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird das Einstellen der Druckdifferenz und Erfassen einer Zeitperiode so oft wiederholt, bis eine erfasste Zeitperiode derjenigen Zeitperiode gleicht, die beim ersten Mal erfasst wurde, wobei ab dem zweiten Mal der Druck, mit dem die zweite Druckkammer beaufschlagt wird, jedes Mal variiert wird.
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Beispielsweise wird zunächst das Arbeitsglied in eine erste Stellung, vorzugsweise eine erste Endlage, versetzt. Eine erste Druckkammer wird mit einem ersten Druck beaufschlagt. Dann wird die Druckdifferenz eingestellt, indem eine zweite Druckkammer mit einem zweiten Druck beaufschlagt wird, vorzugsweise einem Druck, der größer ist als der erste Druck. Das Arbeitsglied bewegt sich daraufhin in die zweite Stellung, vorzugsweise eine zweite Endlage. Die Zeitperiode, die das Arbeitsglied benötigt, um sich von der ersten Stellung in die zweite Stellung zu bewegen, wird als erste Zeitperiode erfasst. Daraufhin wird das Arbeitsglied zurück in die erste Stellung versetzt. Die erste Druckkammer wird mit einem dritten Druck beaufschlagt, der sich von dem ersten Druck unterscheidet. Es wird eine Druckdifferenz eingestellt, indem die zweite Druckkammer mit einem vierten Druck beaufschlagt wird. Der vierte Druck unterscheidet sich vorzugsweise von dem zweiten Druck. Das Arbeitsglied bewegt sich erneut in die zweite Stellung und die Zeitperiode, die das Arbeitsglied dafür benötigt, wird als zweite Zeitperiode erfasst.
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Nun erfolgt ein Vergleich der ersten und der zweiten Zeitperiode. Sind die beiden Zeitperioden im Wesentlichen gleich, so wird der vierte Druck als Indikator für den Verschleißzustand verwendet.
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Unterscheiden sich die beiden Zeitperioden, so wird der Druck in der zweiten Druckkammer solange variiert, bis eine Zeitperiode erfasst wird, die der ersten Zeitperiode gleicht. Zu diesem Zweck wird das Arbeitsglied erneut in die erste Stellung bewegt, die erste Druckkammer mit dem dritten Druck beaufschlagt und eine Druckdifferenz zwischen den beiden Druckkammern eingestellt, wobei diesmal die zweite Druckkammer mit einem anderen Druck beaufschlagt wird, als beim vorherigen Mal. Erneut wird die Zeitperiode erfasst und mit der ersten Zeitperiode verglichen. Das Variieren des Drucks der zweiten Druckkammer und das Erfassen einer Zeitperiode wird solange wiederholt, bis eine erfasste Zeitperiode der ersten Zeitperiode gleicht. Der Druck der zweiten Druckkammer, bei dem diese Zeitperiode erzielt wurde, wird dann als Indikator für den Verschleißzustand verwendet.
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Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Dabei zeigt
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1 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung eines Verschleißzustandes gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung eines Verschleißzustandes gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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3 eine schematische Darstellung eines Systems umfassend eine Steuerungseinrichtung, eine Fluidversorgungseinrichtung und eine Arbeitsvorrichtung;
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4 ein schematisches Schaubild, in dem verschiedene Losbrechdrücke und Gegendrücke zueinander in Beziehung gesetzt sind;
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In der nachstehenden Figurenbeschreibung werden für funktionsgleiche Komponenten der dargestellten Ausführungsformen jeweils gleiche Bezeichnungen verwendet, wobei auf eine mehrfache Beschreibung funktionsgleicher Komponenten verzichtet wird.
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Die 1 und 2 zeigen zwei Ausführungsformen eines Verfahrens zur Bestimmung eines Verschleißzustandes. Die 3 zeigt ein beispielhaftes System, in dem die in den 1 und 2 dargestellten Verfahren ausgeführt werden können.
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Zum besseren Verständnis soll nachfolgend zunächst das in der 3 dargestellte System geläutert werden.
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Das in der 3 gezeigte System umfasst eine Steuerungseinrichtung 1, eine Arbeitsvorrichtung 2 und eine Fluidversorgungseinrichtung 3.
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Die Steuerungseinrichtung 1 ist sowohl mit der Fluidversorgungseinrichtung 3 als auch mit der Arbeitsvorrichtung 2 kommunikativ verbunden. Insbesondere ist die Steuerungseinrichtung 1 über eine Kommunikationsschnittstelle 17 und eine Kommunikationsverbindung 15 mit einer Kommunikationsschnittstelle 18 der Fluidversorgungseinrichtung 3 verbunden. Über die Kommunikationsverbindung 15 kann die Steuerungseinrichtung 1 Steuerbefehle an die Fluidversorgungseinrichtung 3 senden.
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Die Steuerungseinrichtung 1 ist ferner über eine Kommunikationsschnittstelle 17 und eine Kommunikationsverbindung 16 mit der Arbeitsvorrichtung 2 verbunden. Insbesondere ist die Steuerungseinrichtung 1 dabei mit einer Sensoreinrichtung 14 der Arbeitsvorrichtung kommunikativ verbunden. Über die Kommunikationsverbindung 16 kann die Steuerungseinrichtung 1 beispielsweise Sensorsignale von der Sensoreinrichtung 14 empfangen.
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Die Steuerungseinrichtung 1 kann dabei, wie gezeigt, als eigenständige Einheit ausgebildet sein. Alternativ dazu kann die Steuerungseinrichtung 1 als zusätzliches Hardwaremodul einer anderen Steuerungseinheit ausgebildet sein. Die Steuerungseinrichtung muss nicht zwingend, wie gezeigt, körperlich getrennt von der Fluidversorgungseinrichtung 3 bzw. der Arbeitsvorrichtung 2 vorgesehen sein, sondern kann auch stattdessen in einem selben Gehäuse wie die Fluidversorgungseinrichtung 3 bzw. die Arbeitsvorrichtung 2 angeordnet sein.
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Die Fluidversorgungseinrichtung 3 ist insbesondere als Ventilanordnung ausgebildet und über Fluidanschlüsse 25 mit einer fluidischen Zuleitung 11 und einer fluidischen Ableitung 12 verbunden. Bei einer pneumatischen Ausgestaltung des gezeigten Systems handelt es sich bei der Zuleitung 11 um eine Belüftungsleitung und bei der Ableitung 12 um eine Entlüftungsleitung.
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Die Fluidversorgungseinrichtung 3 ist ausgebildet, ansprechend auf einen oder mehrere Steuerbefehle von der Steuerungseinrichtung 1 bestimmte Drücke an ihren Arbeitsanschlüssen 21 und 22 bereitzustellen. Zu diesem Zweck ist die Fluidversorgungseinrichtung 3 beispielsweise ausgebildet, eine Drucksteuerung und/oder -regelung vorzunehmen.
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Die Fluidversorgungseinrichtung 3 umfasst eine Drucksensoreinrichtung 13, mit der die an den Arbeitsanschlüssen 21 und 22 anliegenden Drücke erfasst werden können. Die Fluidversorgungseinrichtung 3 ist ausgebildet, die erfassten Drücke und/oder davon abgeleitete Werte an die Steuerungseinrichtung 1 zu übertragen.
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Die Arbeitsanschlüsse 21 und 22 sind über Fluidverbindungen 19 und 20 mit jeweiligen Verbraucheranschlüssen 23 und 24 der Arbeitsvorrichtung 2 verbunden.
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Die Arbeitsvorrichtung 2 ist im gezeigten Beispiel als doppeltwirkender Kolbenstangenzylinder ausgebildet. Die Arbeitsvorrichtung 2 umfasst dabei eine zylinderförmige Arbeitskammer 26, in der ein als Kolben 8 ausgebildetes Arbeitsglied 6 beweglich geführt ist. Der Kolben 8 weist auf einer Seite eine Kolbenstange 7 auf, die die Arbeitskammer endseitig durchsetzt und mit einer nicht dargestellten Anlagenkomponente gekoppelt sein kann, die von der Arbeitsvorrichtung 2 in Bewegung versetzt werden soll. Am Kolben 8 ist eine an der Innenwand 27 der Arbeitskammer 26 abdichtend und gleitbeweglich anliegende Dichtung 9 vorgesehen, die die Arbeitskammer 26 in eine erste Druckkammer 4 und eine zweite Druckkammer 5 unterteilt. Exemplarisch ist vorgesehen, dass die Arbeitskammer 26, der Kolben 8 und die Kolbenstange 7 aus metallischen Materialien hergestellt sind und dass die Dichtung 9 aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere einem gummielastischen Material, hergestellt ist.
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Die erste Druckkammer 4 kann über den Verbraucheranschluss 21, die Fluidverbindung 19 und den Arbeitsanschluss 23 von der Fluidversorgungseinrichtung 3 mit einem bestimmten Druck beaufschlagt werden. Ferner kann die zweite Druckkammer 5 über den Verbraucheranschluss 22, die Fluidverbindung 20 und den Arbeitsanschluss 24 von der Fluidversorgungseinrichtung 3 mit einem bestimmten Druck beaufschlagt werden.
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In Abhängigkeit von den in den Druckkammern 4 und 5 vorhandenen Drücken bewegt sich das Arbeitsglied 6 innerhalb der Arbeitskammer 26. Der mit dem Bezugszeichen 10 versehene Pfeil zeigt in der 3 einen möglichen Bewegungsweg des Arbeitsglieds 6.
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Die Sensoreinrichtungen 14 sind insbesondere jeweils als Endlagenschalter ausgebildet und können somit erfassen, ob sich das Arbeitsglied 6 in einer seiner beiden Endlagen in der Arbeitskammer 26 befindet, vorzugsweise sind die als Endlagenschalter ausgebildeten Sensoreinrichtungen dazu eingerichtet, zumindest einen gewissen Bewegungsbereich, beispielsweise wenige Millimeter des Bewegungswegs, des Arbeitsglieds zu erfassen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Sensoreinrichtung 14 auch als Positionssensorik ausgebildet sein, um beispielsweise beliebige Positionen des Arbeitsglieds 6 entlang des gesamten Bewegungswegs 10 erfassen zu können. Zweckmäßigerweise gibt die Sensoreinrichtung 14 Sensorsignale aus, bzw. stellt diese bereit, aus denen auf eine Stellungsänderung des Arbeitsglieds 6 geschlossen werden kann.
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Alternativ oder zusätzlich dazu ist es möglich, dass zur Erfassung einer Stellungsänderung des Arbeitsglieds 6 eine Sensoreinrichtung verwendet wird, die auf der oben beschriebenen Drucksensoreinrichtung 13 beruht. In der Regel kommt es bei einer Stellungsänderung des Arbeitsglieds zu einer zumindest zeitweisen Druckänderung in einer oder beiden Druckkammern 4 und 5. Über eine entsprechende Signalverarbeitung von Druckwerten, die von der Drucksensoreinrichtung 13 erfasst werden, ist es möglich, diese Druckänderung zu erfassen und auf eine Stellungsänderung des Arbeitsglieds 6 zu schließen. Die Drucksensoreinrichtung 13 mit entsprechender Signalverarbeitung kann somit auch als Sensoreinrichtung zur Erfassung der Stellungsänderung eingesetzt werden. Bei Verwendung der Drucksensoreinrichtung 13 als Sensoreinrichtung zur Erfassung der Stellungsänderung kann auf die vorstehend beschriebene Sensoreinrichtung 14 verzichtet werden.
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Erfindungsgemäß ist die Steuerungseinrichtung 1 ausgebildet, einen Verschleißzustand der Arbeitsvorrichtung 2 zu bestimmen. Zu diesem Zweck ist die Steuerungseinrichtung 1 ausgebildet, Steuerbefehle an die Fluidversorgungseinrichtung 3 auszugeben, so dass eine Erhöhung einer Druckdifferenz zwischen den beiden Druckkammern 4, 5 bewirkt wird. Ferner ist die Steuerungseinrichtung 1 ausgebildet, ein Drucksignal von der Drucksensoreinrichtung 13 zu erfassen, wenn aus einem empfangenen Sensorsignal von der Sensoreinrichtung 14 eine Stellungsänderung des Arbeitsglieds 6 erfasst wird. Als Sensoreinrichtung zur Erfassung der Stellungsänderung kann dabei, wie vorstehend bereits beschrieben, die Drucksensoreinrichtung 13 dienen, so dass die Stellungsänderung auf Basis von Druckwerten von der Drucksensoreinrichtung 13 erfasst wird. Die Steuerungseinrichtung 1 kann dementsprechend ausgebildet sein, einen bestimmten Druckwert zu erfassen bzw. festzuhalten, wenn sich aus den Druckwerten ergibt, dass eine Stellungsänderung erfolgt ist. Schließlich ist die Steuerungseinrichtung 1 ausgebildet, einen Verschleißzustand der Arbeitsvorrichtung 2 gemäß dem erfassten Drucksignal und/oder einem davon abgeleiteten Wert zu bestimmen.
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Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung ausgebildet, den Verschleißzustand basierend auf einem Vergleich des erfassten Drucksignals und/oder einem davon abgeleiteten Wert mit einem gespeicherten Referenzwert zu bestimmen.
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Auf diese Weise kann insbesondere ein Verschleißzustand ermittelt werden, der beeinflusst, wie viel Druck benötigt wird, um das Arbeitsglied 6 in Bewegung zu versetzen. Insbesondere handelt es sich dabei um einen Verschleiß der Reibungsstellen zwischen der Dichtung 9 und der Innenwand 27 der Arbeitskammer 26 der Arbeitsvorrichtung 2. Bei Verschleiß nehmen die Reibkräfte zu, so dass zur Betätigung des Arbeitsglied 6 eine entsprechend höhere Kraft und damit auch ein entsprechend höherer Druck benötigt wird.
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Insbesondere ist die Steuerungseinheit 1 ausgebildet, basierend auf dem festgestellten Verschleißzustand bzw. der festgestellten Reibkraft die Ansteuerung der Arbeitsvorrichtung anzupassen, um so die festgestellte Reibkraft bzw. die durch den Verschleiß verursachte Erhöhung der Reibkraft zu kompensieren.
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Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beispielhafte Verfahren beschrieben, mit denen ein Verschleißzustand einer Arbeitsvorrichtung bestimmt werden kann.
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Diese Verfahren können insbesondere in dem in der 3 gezeigten und vorstehend erläuterten System 30 eingesetzt werden. Insbesondere kann die Steuerungseinrichtung 1 ausgebildet sein, eines oder beide dieser Verfahren auszuführen.
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Die nachfolgend beschriebenen Verfahren werden zwar im Kontext des Systems 30 beschrieben, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Die nachfolgend beschriebenen Verfahren können auch in anderen System eingesetzt werden, die eine Drucksteuerung und/oder -regelung der Druckkammern sowie eine Erfassung, insbesondere eine direkte oder indirekte Erfassung, einer Stellungsänderung des Arbeitsglieds ermöglichen.
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Das in der 1 gezeigte Verfahren beginnt mit dem Schritt S2, bei dem eine Druckdifferenz zwischen den beiden Druckkammern 4 und 5 erhöht wird.
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In dem System der 3 kann dies beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Steuerungseinrichtung 1 einen entsprechenden Befehl an die Fluidversorgungseinrichtung 3 gibt. Die Fluidversorgungseinrichtung 3 erhöht dann beispielsweise den Druck ihres Arbeitsanschlusses 23, während der Arbeitsanschluss 24 entlüftet ist oder mit einem konstanten Druck beaufschlagt wird.
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Vorzugsweise wird zuvor gewährleistet, dass sich das Arbeitsglied 6 in einer Position befindet, in der mittels einer Druckdifferenzerhöhung eine Bewegung des Arbeitsglieds 6 möglich ist, die von der Sensoreinrichtung 14 erfasst werden kann. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Arbeitsglied 6 in einer der beiden Endlagen positioniert ist. Exemplarisch wird davon ausgegangen, dass das Arbeitsglied 6 vor der Druckdifferenzerhöhung stillsteht.
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Im gezeigten Beispiel der 3 befindet sich das Arbeitsglied 6 beispielsweise in einer ersten Endlage, in der die Kolbenstange 7 eingefahren ist und der Kolben 8 an der als Endlagenschalter ausgebildeten Sensoreinrichtung 14 anliegt.
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In dieser Endlage ist das Volumen der ersten Druckkammer 4 minimal und das Volumen der zweiten Druckkammer 5 maximal. Die Druckdifferenz wird nun erhöht, in dem beispielsweise der Druck der zweiten Druckkammer 5 auf einen festen Wert gesetzt wird und der Druck der ersten Druckkammer 4 erhöht wird. Zweckmäßigerweise kann die zweite Druckkammer 5 dabei auf einen Entlüftungszustand geschaltet werden, und die erste Druckkammer 4 ausgehend von einem Entlüftungszustand mit einem zunehmenden Druck beaufschlagt werden.
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Im Schritt S3 wird geprüft, ob eine Stellungsänderung des Arbeitsglieds 6 erfasst wird.
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In dem System 30 der 3 ist die Steuereinrichtung 1 ausgebildet, Sensorsignale von der Arbeitsvorrichtung 2 zu erfassen und auf Basis der empfangenen Sensorsignale zu bestimmen, dass eine Stellungsänderung des Arbeitsglieds 6 erfolgt ist.
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Wenn sich der Kolben 6, wie in der 3 gezeigt, vor der Erhöhung der Druckdifferenz in der ersten Endlage befindet, bzw. in diese versetzt wird, so wird die Stellungsänderung erfasst, wenn die Steuerungseinrichtung 1 das Signal empfängt, dass sich das Arbeitsglied 6 nicht mehr in der ersten Endlage befindet.
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Solange keine Stellungsänderung vorliegt, wird mit dem Schritt S2 – also der Erhöhung der Druckdifferenz zwischen den beiden Druckkammern 4 und 5 – fortgefahren.
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Wird im Schritt S3 schließlich eine Stellungsänderung erfasst, wird gemäß Schritt S4 ein Druckwert und/oder ein abgeleiteter Wert erfasst.
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Im System 30 der 3 ist die Steuerungseinrichtung 1 ausgebildet, Druckwerte von der Fluidversorgungseinrichtung 3 zu empfangen und beim Erfassen einer Stellungsänderung einen aktuellen Druckwert und/oder einen davon abgeleiteten Wert zu erfassen. Vorzugsweise wird dabei derjenige Druck der ersten Druckkammer 4 erfasst, bei dem bzw. auf den die Stellungsänderung des Arbeitsglieds 6 erfolgt ist. Alternativ oder zusätzlich dazu kann auch ein davon abgeleiteter Wert erfasst werden. Bei dem abgeleiteten Wert kann es sich beispielsweise um die Druckdifferenz zwischen den Drücken der beiden Arbeitsanschlüsse 23 und 24 handeln, bei welcher die Stellungsänderung des Arbeitsglieds 6 erfolgt ist.
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Schließlich wird im Schritt S4 der Verschleißzustand der Arbeitsvorrichtung 2 bestimmt. Zu diesem Zweck ist die Steuerungseinrichtung 1 beispielsweise ausgebildet, den erfassten Druckwert und/oder den davon abgeleitete Wert mit einem gespeicherten Referenzwert zu vergleichen. Der gespeicherte Referenzwert kann insbesondere auf einem Druckwert bzw. einen davon abgeleiteten Wert basieren, der in einem ordnungsgemäßen Zustand – also in einem Zustand, in dem kein Verschleiß vorliegt – ermittelt wurde. Der Referenzwert kann beispielsweise durch Ausführen der Schritte S2, S3 und S4 in einem ordnungsgemäßen Zustand der Arbeitsvorrichtung 2 bestimmt werden. Alternativ dazu kann der Referenzwert auch empirisch oder analytisch ermittelt werden und im Voraus in der Steuerungseinrichtung 1 abgespeichert werden.
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Der Referenzwert kann insbesondere ein Schwellenwert sein. Der Schwellenwert kann dadurch gebildet werden, dass ein Vielfaches eines einen ordnungsgemäßen Zustand darstellenden Werts gebildet wird, oder dass zu einem solchen Wert ein Offsetwert hinzuaddiert wird.
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Übersteigt nun der ermittelte Druckwert bzw. der davon abgeleitete Wert den Referenzwert bzw. den Schwellenwert, so kann darauf geschlossen werden, dass ein Verschleißzustand vorliegt. Eine entsprechende Information kann in der Steuereinrichtung 1 abgelegt werden und/oder an eine übergeordnete Steuerung gemeldet werden.
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Gemäß einer Variation des in der 1 dargestellten Verfahrens werden beim Erhöhen der Druckdifferenz beide Druckkammern 4 und 5 mit Druck beaufschlagt. Insbesondere werden dabei beide Druckkammern 4 und 5 mit Drücken beaufschlagt, die höher sind als der atmosphärische Druck.
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Beispielsweise wird zunächst die zweite Druckkammer 5 mit einem festen Druck beaufschlagt und dann, daran anschließend, der Druck in der ersten Druckkammer 4 erhöht. Vorzugsweise wird dabei in der ersten Druckkammer 4 mit einem Druck begonnen, der unterhalb oder oberhalb des Drucks der zweiten Druckkammer 5 liegt oder diesem gleicht.
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Alternativ dazu ist es auch möglich, die erste Druckkammer 4 mit einem festen Druck zu beaufschlagen und in der zweiten Druckkammer 5 ausgehend von einem Druck, der vorzugsweise größer, kleiner oder gleich dem Druck der ersten Druckkammer 4 ist, den Druck der zweiten Druckkammer 5 abzusenken.
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Auf beide Weisen wird die Druckdifferenz erhöht, die sich aus der Subtraktion des Drucks der zweiten Druckkammer 5 von dem Druck der ersten Druckkammer 4 ergibt.
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Die Steuerungseinrichtung 1 ist insbesondere ausgebildet, entsprechende Steuerbefehle an die Fluidversorgungseinrichtung 3 zu senden, um die beschriebene Erhöhung der Druckdifferenz zu bewirken.
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Bei den vorstehend beschriebenen Verfahren wird das Arbeitsglied 6 ausgefahren. Alternativ dazu ist es auch möglich, die Verfahren derart auszuführen, dass das Arbeitsglied 6 eingefahren wird. Die Steuerungseinrichtung 1 kann ausgebildet sein, Steuerbefehle an die Fluidversorgungseinrichtung 3 zu senden, um zu bewirken, dass die Druckkammern 4 und 5 mit einer Druckdifferenz beaufschlagt werden, die eine Stellungsänderung des Arbeitsglieds 6 in Einfahrrichtung bewirkt.
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In der 2 ist ein zweites Verfahren dargestellt, mit dem ein Verschleißzustand der Arbeitsvorrichtung 2 festgestellt werden kann. Wie in der vorstehend beschriebenen Variation des Verfahrens der 1 werden auch bei dem Verfahren der 2 beide Druckkammern mit Druck beaufschlagt.
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Das Verfahren beginnt mit dem Schritt S1, bei dem eine Druckkammer, beispielsweise die zweite Druckkammer 5 der 3, mit einem ersten Druck beaufschlagt wird. Dieser Druck wird nachstehend auch als erster Gegendruck pg1 bezeichnet.
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Anschließend wird, wie vorstehend bereits erläutert, im Schritt S2 die Druckdifferenz zwischen den beiden Druckkammern 4 und 5 erhöht.
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Die Schritte S3 und S4 werden dabei, wie vorstehend bereits im Zusammenhang mit der 1 erläutert, durchgeführt. Im Schritt S4 wird dabei als Druckwert insbesondere ein Druck der ersten Druckkammer 4 erfasst, bei dem eine Stellungsänderung des Arbeitsglieds 6 erfolgt. Dieser Druck wird nachstehend auch als erster Losbrechdruck pl11 bezeichnet.
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Im Anschluss an den Schritt S4 wird der Schritt S5 durchgeführt, bei dem eine der Druckkammern mit einem zweiten Druck beaufschlagt wird. Vorzugsweise wird erneut die zweite Druckkammer 5 mit einem Druck beaufschlagt, und zwar mit einem zweiten Druck, der sich von dem ersten Druck unterscheidet. Dieser zweite Druck wird nachstehend auch als zweiter Gegendruck pg2 bezeichnet.
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In den Schritten S6 und S7 wird dann erneut die Druckdifferenz zwischen den beiden Druckkammern 4 und 5 erhöht, bis eine Stellungsänderung des Arbeitsglieds 6 erfasst wird.
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Insbesondere ist die Steuerungseinrichtung 1 ausgebildet, entsprechende Steuerbefehle an die Fluidversorgungseinrichtung 3 auszugeben.
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Im Schritt S8 wird ein zweiter Druckwert und/oder zweiter abgeleiteter Wert erfasst. Vorzugsweise wird der Druck in der ersten Druckkammer 4 bzw. die Druckdifferenz, bei dem/der die Stellungsänderung stattfindet, als zweiter Druckwert bzw. zweiter abgeleiteter Wert erfasst. Dies geschieht vorzugsweise durch die Steuerungseinrichtung 1. Der zweite Druckwert wird nachstehend auch als zweiter Losbrechdruck pl12 bezeichnet.
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Im Schritt S9 wird schließlich der Verschleißzustand der Arbeitsvorrichtung 2 unter Berücksichtigung der beiden Druckwerte bzw. der beiden abgeleiteten Werte bestimmt. Hierzu wird aus den beiden Druckwerten bzw. abgeleiteten Werten zunächst eine Druckbeziehung ermittelt.
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Als Druckbeziehung wird beispielsweise folgende Größe DB ermittelt: DB = (∆pl – ∆pg)/∆pg wobei ∆pl die Differenz der bei zwei verschiedenen Gegendrücken aufgenommenen Losbrechdrücke bezeichnet und ∆pg die Differenz der beiden Gegendrücke bezeichnet.
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Angewendet auf den vorstehend beschriebenen Fall, bei dem bei den Gegendrücken pg1 und pg2 die Losbrechdrücke pl11 und pl12 ermittelt wurden, ergibt sich folgende Druckbeziehung: DB = ((pl12 – pl11) – (pg2 – pg1))/(pg2 – pg1)
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Diese Größe kann nun der Bestimmung des Verschleißzustands zugrunde gelegt werden, indem sie beispielsweise mit einem entsprechenden Referenzwert bzw. einer Referenz-Druckbeziehung verglichen wird.
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Der Vorteil dieser Vorgehensweise soll nachstehend unter Bezugnahme auf die 4 erläutert werden.
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Die 4 zeigt ein Schaubild, in dem exemplarisch verschiedene Losbrechdrücke pl11, pl12, pl21, pl22, pl31 und pl32 aufgezeichnet sind, bei denen jeweils eine Stellungsänderung eines Arbeitsglieds 6 erfolgt ist.
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Auf der x-Achse des Schaubilds ist der vorstehend bereits erwähnte Gegendruck aufgezeichnet. Dieser Gegendruck stellt insbesondere denjenigen Druck dar, der bei der Bestimmung des Verschleißzustandes in der zweiten Druckkammer 5 eingestellt wird.
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Auf der y-Achse des Schaubilds ist der Losbrechdruck aufgezeichnet – also derjenige Druck in einer ersten Druckkammer 4, bei dem eine Stellungsänderung eines Arbeitsglieds 6 erfolgt.
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Die Losbrechdrücke pl11 und pl12 illustrieren einen ersten Fall, in dem kein Verschleiß vorliegt und das Arbeitsglied 6 nicht belastet ist. In diesem ersten Fall stehen einer Stellungsänderung des Arbeitsglieds 6 im Wesentlichen nur normale Reibkräfte sowie der Gegendruck der zweiten Druckkammer 5 entgegen.
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Die Losbrechdrücke pl21 und pl22 illustrieren einen zweiten Fall, in dem ebenfalls kein Verschleiß vorliegt. Im Gegensatz zum ersten Fall ist hier jedoch das Arbeitsglied 6 belastet.
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Beispielsweise ist eine Arbeitslast an das Arbeitsglied 6 gekoppelt und die Gewichtskraft der Arbeitslast wirkt auf das Arbeitsglied 6, so dass zur Stellungsänderung höhere Losbrechdrücke als im zuvor diskutierten ersten Fall benötigt werden.
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Die Losbrechdrücke pl31 und pl32 illustrieren einen dritten Fall. In diesem Fall ist das Arbeitsglied 6 unbelastet, dafür liegt nun allerdings Verschleiß vor. Dementsprechend sind die Losbrechdrücke im Vergleich zum ersten Fall ebenfalls erhöht.
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Wie aus den beschriebenen Fallbeispielen und der 4 ersichtlich ist, kann eine Erhöhung der Losbrechdrücke sowohl von einer Belastung des Arbeitsglieds 6 als auch von Verschleiß herrühren. Ist die Belastung des Arbeitsglieds nicht bekannt, so kann bei Aufnahme nur eines Losbrechdrucks bei nur einem Gegendruck (wie dies beispielsweise gemäß dem Verfahren der 1 erfolgen kann) nicht unterschieden werden, ob ein erhöhter Losbrechdruck auf eine erhöhte Arbeitslast oder auf Verschleiß zurückzuführen ist.
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Aus diesem Grund ist es von Vorteil, zwei Losbrechdrücke bei zwei verschiedenen Gegendrücken zu erfassen, und diese beiden Losbrechdrücke der Bestimmung des Verschleißzustandes zugrunde zu legen.
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Wie der 4 gut entnommen werden kann, wird es bei der Erfassung von zwei verschiedenen Losbrechdrücken möglich, Verschleiß von einer reinen Arbeitsbelastung zu unterscheiden. Während sich nämlich bei einer reinen Arbeitsbelastung die Losbrechdrücke unabhängig von dem Gegendruck um nahezu denselben Betrag erhöhen, ist bei Verschleiß die Erhöhung der Losbrechdrücke von dem Gegendruck abhängig.
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In der 4 kann dies daran gesehen werden, dass die vertikalen Abstände zwischen pl21 und pl11 bzw. pl22 und pl12 gleich sind, während der vertikale Abstand zwischen pl32 und pl12 größer ist als der vertikale Abstand zwischen pl31 und pl11. Legt man, wie in der 4 durch die gepunkteten Linien angedeutet, jeweilige Geraden durch die Messpunkte der verschiedenen Fälle, so ist der Unterschied zwischen Verschleiß und einer reinen Arbeitsbelastung auch dadurch erkennbar, dass es bei ersterem zu einer Änderung der Geradensteigung kommt, während bei letzterem die Geradensteigung im Wesentlichen konstant bleibt.
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Dieses unterschiedliche Verhalten ist darin begründet, dass ein beaufschlagter Gegendruck in der Regel die verschleißabhängige Reibung des Arbeitsglieds erhöht. In der Arbeitsvorrichtung 2 der 3 wirkt der beaufschlagte Gegendruck beispielsweise auf die Dichtung 9 und erhöht damit die auf das Arbeitsglied 6 wirkende verschleißabhängige Reibkraft. Die verschleißabhängige Reibkraft ist somit von dem beaufschlagten Gegendruck abhängig.
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Im Gegensatz dazu ist die auf das Arbeitsglied 6 wirkende Arbeitslast von dem beaufschlagten Gegendruck unabhängig.
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Die aufgezeichnet Losbrechdrücke bestehen somit im Wesentlichen aus einer Gegendruck-abhängigen Komponente und einer Gegendruck-unabhängigen Komponente, wobei in der Regel nur aus der ersteren auf Verschleiß geschlossen werden kann.
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Indem nun zwei Losbrechdrücke bei zwei verschiedenen Gegendrücken erfasst werden, kann die Gegendruck-unabhängige Komponente herausgerechnet werden. Dies kann, wie vorstehend bereits erläutert, insbesondere dadurch erfolgen, dass die Druckbeziehung DB ermittelt wird.
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Auf diese Weise können störende Einflüsse einer auf das Arbeitsglied 6 wirkenden Arbeitslast effektiv und effizient kompensiert werden, so dass die Genauigkeit der Verschleißbestimmung erhöht werden kann.
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Zweckmäßigerweise ist die Steuerungseinrichtung 1 dazu ausgebildet, eine entsprechende Druckbeziehung zu berechnen und diese der Bestimmung des Verschleißzustands zugrunde zu legen.
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Gemäß einer Variation der vorstehend beschriebenen Verfahren wird das Arbeitsglied 6 nach Erfassen einer Stellungsänderung jeweils bis in eine zweite Endlage bewegt und die dafür benötigte Zeitperiode aufgezeichnet. Diese Zeitperiode ist ebenfalls vom Verschleiß der Arbeitsvorrichtung 2 abhängig und kann daher zusätzlich oder alternativ zu den vorstehend beschriebenen Druckwerten der Bestimmung des Verschleißzustands zugrunde gelegt werden. Vorzugsweise werden zwei verschiedene Zeitperioden bei zwei verschiedenen Gegendrücken aufgezeichnet und der Bestimmung des Verschleißzustands zugrunde gelegt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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