Kolbenzylindereinheiten werden häufig dazu benutzt, in wieder- holten Lasthüben und Rückhüben einen Arbeitsvorgang auszufüh- ren. Eine solche Anwendung besteht beispielsweise bei Kraftschraubern, wo ein Ratschenrad von einer Kolbenzylinder- einheit gedreht wird, indem eine Rastklinke das Ratschenrad jeweils um ein Winkelsegment weiterdreht. Generell besteht die Schwierigkeit zu erkennen, wann der Arbeitsvorgang beendet ist und dann die Kolbenzylindereinheit zurückzufahren oder in Stellung zu belassen. Die Erkennung des Endes eines Arbeits- vorganges, bei dem eine definierte Kraft auf eine Last ausge- übt worden ist, ist in der Praxis schwierig. In der Regel er- folgt diese Erkennung durch eine Bedienungsperson, die fest- stellt, ob die Kolbenzylindereinheit sich noch bewegt. Ein Aufhören der Bewegung kann einerseits darauf zurückzuführen sein, dass die erforderliche Kraft auf die Last ausgeübt wurde, andererseits aber auch darauf, dass der Kolben der Kol- benzylindereinheit seine Endstellung erreicht hat. Bei einem hydraulischen Kraftschrauber muss der Anwender das Drehen der Schraube beobachten. Er sieht nicht, ob die Schraube festsitzt oder die Kolbenzylindereinheit die Kolbenendlage erreicht hat.

Beim Stillstand der Kolbenzylindereinheit muss der Anwender entscheiden, ob die Schraubendrehung wegen Erreichen des ge- wünschten Drehmomentes beendet werden soll oder ob ein neuer Lasthub durchgeführt werden soll. Der Betrieb eines solchen hydraulischen Werkzeugs unterliegt also der Einschätzung des Anwenders. Hieraus ergeben sich Nachteile. Der Arbeitsvorgang ist nicht hinreichend sicher, d. h. die Erreichung des ge- wünschten Drehmoments ist nicht garantiert. Der Arbeitsvorgang wird auch nicht in kürzester Zeit ausgeführt, sondern es kann vorkommen, dass nach Beendigung des Arbeitsvorganges noch der Versuch eines weiteren Lasthubes unternommen wird. Außerdem ist die dauernde Aufmerksamkeit des Anwenders gefordert. Da- durch ergeben sich hohe Personalkosten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung der Druckversorgung einer hydraulischen Kolbenzylin- dereinheit anzugeben, bei dem der Arbeitsvorgang bei Erreichen der gewünschten Kraft automatisch beendet wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Hiernach wird die Änderung des hydraulischen Druckes in Zeitintervallen gemessen und der Arbeitsvorgang wird dann beendet, wenn der Anstieg des Druckes bei einem Lasthub innerhalb einer vorgegebenen Zeit kleiner ist als ein vorgegebener Grenzwert.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine automatische Beendigung des Arbeitsvorganges aufgrund der Erkennung des Zu- standes, dass der hydraulische Druck bei einem Lasthub nicht mehr imstande ist, weiter anzusteigen. Der vorgegebene Grenz- wert beträgt entweder Null, oder es handelt sich um einen nahe bei Null liegenden Wert. Die Druckquelle wird auf einen be- stimmten Endwert eingestellt, welcher entsprechend der ge- wünschten Endkraft gewählt wird. Der Zustand, dass die Kolben- zylindereinheit diese Kraft erzeugt, wird daran erkannt, dass ein weiterer Druckanstieg wegen der Druckbegrenzung der Druck- quelle nicht möglich ist, so dass im darauf folgenden Inter- vall der Druckanstieg kleiner ist als Null oder ein anderer Grenzwert. Auf diese Weise kann das Erreichen des Zieles des Arbeitsvorganges leicht und vollautomatisch festgestellt wer- den.

Die Erfindung ist vorzugsweise bei hydraulischen Schraubgerä- ten anwendbar, bei denen eine Kolbenzylindereinheit über einen Ratschenantrieb eine Schraube dreht, bis ein gewünschtes An- zugsmoment erreicht ist. Andere Anwendungen ergeben sich bei Kolbenzylindereinheiten, die eine Last linear bewegen, bei- spielsweise bei Baggern oder Planierfahrzeugen oder bei Vor- trieben, bei denen ein Objekt mit bestimmter Kraft in ein Sub- strat eingetrieben werden soll.

Um das Ende des Arbeitsvorganges, also das Ausüben einer be- stimmten Kraft auf die zu bewegende Last, von dem Erreichen der Endstellung des Kolbens unterscheiden zu können, wird festgestellt, ob der Druck noch weiter ansteigen kann und mit welchem Druckgradienten er ansteigt. Wird ein Druckanstieg festgestellt, so ist das Ende des Arbeitsvorganges noch nicht erreicht.

Die Erfindung ermöglicht es, durch Erfassung des Druckes in der Druckleitung und durch Bildung des zeitlichen Druck- gradienten den Betriebszustand der Kolbenzylindereinheit zu erfassen, ohne dass hierzu Endschalter oder andere Hilfsein- richtungen nötig wären. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass sämtliche Druckmessungen an der Druckquelle bzw. dem drucker- zeugenden Aggregat vorgenommen werden können und an der Kol- benzylindereinheit keine Messeinrichtungen vorgesehen werden müssen. Die Höchstbelastung der Bauteile wird am Ende des Ar- beitsvorganges erreicht und nur für kurze Zeit beibehalten, bis festgestellt wird, dass der Enddruck erreicht ist und keine weitere Druckerhöhung erfolgt. Diese Feststellung ist normalerweise in wenigen Millisekunden abgeschlossen.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung einer hydraulischen Kolbenzylindereinheit an- zugeben, bei dem die Umschaltung zwischen Lästhub und Arbeits- hub automatisch und ohne Sensoren an der Kolbenzylindereinheit erfolgt.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 2. Hiernach wird beim Lasthub die zeitliche Änderung des hydraulischen Druckes in Zeitinterval- len gemessen, und es erfolgt eine Umschaltung auf den Rückhub, wenn in mindestes einem Intervall der Druckanstieg größer ist als in mindestens einem vorhergehenden Intervall des Arbeits- vorganges.

Dieser Aspekt der Erfindung geht von dem Gedanken aus, dass bei Erreichen der Kolbenendlage der Druckaufbau der Hydraulik- leitung sich beschleunigt. Dies liegt daran, dass der Zylin- derraum sich nicht mehr vergrößert und die Druckquelle nun gegen eine Blockierung arbeitet. Die Vergrößerung des zeit- lichen Druckgradienten wird erkannt und als Kriterium für das Erreichen der Endlage benutzt. Damit ist eine sehr schnelle Endlagenerkennung möglich. Insbesondere wird auch verhindert, dass bei Erreichen der Kolbenendlage der Druck über das erfor- derliche Maß hinaus erhöht wird. Daher erfolgt eine sehr schnelle Umschaltung auf den Rückhub, so dass nötige Leerzei- ten vermieden werden und auch keine unnötige Materialbelastung stattfindet.

Die Erfindung betrifft ferner eine hydraulische Antriebsein- richtung mit einer Kolbenzylindereinheit, die in Abhängigkeit von der zeitlichen Veränderung des hydraulischen Drucks ge- steuert ist. Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass die Steuereinrichtung zur Betätigung des Umschaltventils und zur Beendigung des Arbeitsvorganges an der Druckquelle angeordnet ist und mit Ausnahme der Hydraulikleitungen keine Verbindung zu der Kolbenzylindereinheit benötigt. Die Steuereinrichtung ist unabhängig von Größe und Bauart der Kolbenzylindereinheit.

Sie arbeitet lediglich aufgrund der ihr zugeführten Drucksig- nale. Die Steuereinheit ist auch unabhängig von den verwende- ten Hydraulikleitungen, d. h. von deren Durchmesser und Elas- tizitätsverhalten. Sie ist schließlich sogar unabhängig von der Art der benutzten Druckquelle. Die Druckquelle kann ein- oder mehrstufig ausgebildet sein. Bei einer mehrstufigen Druckquelle verändert sich das Liefervolumen in Abhängigkeit von der Größe des Druckes.

Schließlich kann die Erfindung sowohl bei einer doppelt wir- kenden Kolbenzylindereinheit benutzt werden, die an eine Druckleitung oder eine Rücklaufleitung angeschlossen wird, als auch bei einer einfach wirkenden Kolbenzylindereinheit, die nur an eine einzige Leitung angeschlossen wird und eine Rück- stellfeder enthält.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen : Fig. 1 das Schema einer hydraulischen Antriebseinrichtung aus einer Kolbenzylindereinheit und einer Druckquelle mit Umschaltventil und Steuereinrichtung, Fig. 2 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs des Druckes wäh- rend abwechselnder Last-und Rückhübe der Kolbenzylin- dereinheit und Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit III aus dem Diagramm von Fig. 2.

Bei dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Er- findung handelt es sich um einen hydraulischen Kraftschrauber, der dazu dient, Schrauben anzuziehen, wobei ein gewünschtes Enddrehmoment erreicht wird. Ein solcher Kraftschrauber ent- hält eine hydraulische Kolbenzylindereinheit 10 mit einem Zy- linder 11, in dem ein Kolben 12 bewegbar ist. Der Kolben 12 ist mit einer Kolbenstange 13 verbunden. Am Ende der Kolben- stange 13 befindet sich ein Ratschenhebel 14, der in die Ver- zahnung eines Ratschenrades 15 eingreift. Durch hin-und her- gehende Bewegung der Kolbenstange 13 wird das Ratschenrad 15 intermittierend in Richtung des Pfeiles gedreht. Das Ratschen- rad 15 ist mit einer (nicht dargestellten) Schlüsselnuss ge- koppelt, die auf den zu drehenden Schraubenkopf aufgesetzt wird. Durch hin-und hergehendes Bewegen des Kolbens 12 wird die Schraube gedreht.

Die beiden Zylinderräume des Zylinders 11 sind über Hydraulik- leitungen 16,17 mit einem hydraulischen Druckaggregat 18 ver- bunden, das ein Umschaltventil 19 enthält. Mit dem Umschalt- ventil 19 kann jede der Hydraulikleitungen 16,17 wechselweise mit einer Druckquelle 20 verbunden oder drucklos mit einem Rücklauf verbunden werden.

Die Steuerung des Umschaltventils 19 erfolgt durch eine Steuereinrichtung 21. Diese erhält Signale von zwei Drucksen- soren 22,23, welche die Drücke der hydraulischen Leitungen 16,17 messen. Die Drucksensoren 22,23 sind vorzugsweise Be- standteil des Druckaggregates 18, so dass sie am Druckaggregat auch dann verbleiben, wenn die Leitungen 16,17 abgekuppelt werden.

Mit den Drucksensoren 22,23 wird der Betrieb der Kolbenzylin- dereinheit 10 in der nachfolgend beschriebenen Weise durch die Steuereinrichtung 21 gesteuert.

In Figur 2 ist die charakteristische Druck-Zeit-Kurve des Druckaggregats 18 dargestellt, die sich ergibt, wenn das Druckaggregat gegen eine abgesperrte Leitung arbeitet. Dabei ist ein einstufiger Betrieb vorausgesetzt, bei dem das Druck- aggregat über den gesamten Druckbereich mit konstanter Förder- rate arbeitet. Ausgehend vom Punkt Ao baut sich nach einer im wesentlichen linearen Funktion bis zum Erreichen eines Endwer- tes PE auf, der beispielsweise 800 bar beträgt. Der Endwert PE wird vom Anwender eingestellt. Es handelt sich um denjenigen Druck, der das Anzugsmoment der zu drehenden Schraube bestimmt und bei dem der Arbeitsvorgang beendet werden soll. Die charakteristische Druck-Zeit-Kurve des jeweiligen Druckaggre- gats 18 wird in einem Kalibrierbetrieb vorab bestimmt und ge- speichert. Die Zeitachse t ist in Zeitintervalle I unterteilt.

Die Dauer eines Zeitintervalls beträgt 10 ms. Sie kann in Ab- hängigkeit von den Drücken oder in Abhängigkeit von dem Schraubwerkzeug oder vom Druckaggregat verändert werden. In den Abständen des Zeitintervalls I erfolgt. eine Messung des Druckes P. Da die Intervalle I sämtlich die gleiche Länge ha- dP ben, wird zur Bestimmung des Differentialquotienten y = die<BR> dt Druckdifferenz dP, die innerhalb eines Zeitintervalls auftritt, ausgewertet und in digitaler Form gespeichert. Bei der Referenzkurve 25 hat der Differentialquotient im Anstiegsbereich 25a den Wert yR. Wenn der Enddruck PE erreicht ist, geht die Kurve 25 in den Sättigungsbereich 25b über, in dem der Druck konstant bleibt. In dem Sättigungsbereich hat der Differentialquotient YR den Wert Null.

In Figur 2 zeigt die Kurve 26 ein Beispiel von drei Lasthüben LH eines Arbeitsvorganges. In dem Abschnitt 26a steigt der von dem Drucksensor 22 gemessene Druck in der Leitung 16 im we- sentlichen linear an, bis der Kolben 12 seine vordere Endstel- lung erreicht hat (Punkt Al). Dann erfolgt der Rückhub, indem das Umschaltventil 19 von der Steuereinrichtung 21 umgeschal- tet wird, so dass die Leitung 17 mit Druck beaufschlagt und die Leitung 16 mit dem Rücklauf verbunden wird. Der Abschnitt 26b in Figur 2 gibt den Rückhub an. Am Ende des Rückhubes ent- steht in der Leitung 17 ein Enddruck, der geringer ist als der Enddruck PE in der Leitung 16 und beispielsweise 100 bar be- trägt. Dieser Enddruck in der Leitung 17 entsteht, wenn der Kolben 12 seine hintere Endlage erreicht hat. Dies entspricht dem Punkt As der Kurve 26. Das Erreichen des Endwertes des Rückführdruckes wird von dem Drucksensor 23 erkannt und an die Steuereinrichtung 21 gemeldet. Diese steuert daraufhin das Um- schaltventil 19 um, so dass der nächste Lasthub LH im Punkt A2 begonnen wird. Dieser Lasthub weist einen Abschnitt 26c auf, der die gleiche Steigung hat wie der Abschnitt 25a der Refe- renzkurve 25, weil der Kolben zunächst gegen die beim ersten Lasthub bereits angezogene Schraube arbeiten muss, die ein festes Widerlager bildet. Wenn der Punkt A3 erreicht ist, bei dem der gleiche Druck herrscht wie im vorhergehenden Punkt Al, dreht sich die Schraube wieder, so dass sich ein Abschnitt 26d anschließt, bei dem die Steigung kleiner ist als im Abschnitt 26c. Der Abschnitt 26d hat im wesentlichen die gleiche Stei- gung wie der Abschnitt 26a beim vorhergehenden Lasthub.

Am Punkt A4 hat der Kolben 12 wieder seine vordere Endlage er- reicht, und es folgt ein Rückhub RH, bei dem im Abschnitt 26e der Druck auf Null abfällt. Der Abschnitt 26e hat das selbe Gefälle wie der Abschnitt 26b des vorherigen Rückhubes.

Am Punkt A5 beginnt der nächste Lasthub mit einem Abschnitt 26f, der bis zu einem Punkt AG reicht, bei dem der Druck gleich dem beim vorigen Lasthub erreichten maximalen Druck im Punkt A4 ist. Der Abschnitt 26f hat wiederum die gleiche Steigung wie der Abschnitt 25a der Referenzkurve. An ihn schließt sich ein Abschnitt 26g an, bei dem ein Weiterdrehen der Schraube er- folgt, bis im Punkt A7 der Enddruck PE erreicht ist.

Die Steuereinrichtung 21 stellt fest, wenn im Punkt A7 der Differentialquotient y der Kurve 26 Null wird. Dann wird der Arbeitsvorgang (Schraubvorgang) als beendet angesehen, und es folgt ein Abschnitt 26h, bei dem der Kolben 12 in seine rück- wärtige Endposition zurückgefahren wird.

Im Punkt A7 kann zusätzlich geprüft werden, ob der vorgesehene Enddruck PE von 800 bar erreicht ist. Ist dieser Enddruck nicht erreicht, wird der Arbeitsvorgang als nicht vorschriftsmäßig ausgeführt verworfen.

Während des Arbeitsvorganges werden die Druckdifferenzwerte mehrerer aufeinander folgender Intervalle gespeichert, und aus den gespeicherten Werten wird der Durchschnittswert ermittelt.

Dadurch wird vermieden, dass einzelne Ausreißer zu einer Fehl- interpretation führen.

Im folgenden wird nun die Erkennung der Umschaltpunkte erläu- tert, an denen der Lasthub LH beendet und auf den Rückhub RH umgeschaltet wird. Diese Erkennung erfolgt ebenfalls durch Be- stimmung des Gradienten der Kurve 26. In Figur 3 ist der Punkt Al der Kurve 26 vergrößert dargestellt. Der Abschnitt 26a en- det, wenn der Kolben 12 seine vordere Endstellung erreicht hat. Dann folgt ein Abschnitt B, der die gleiche Steigung hat wie der Abschnitt 25a der Referenzkurve 25. Durch die laufende Messung des Druckgradienten wird nun erkannt, dass im Ab- schnitt B die Steigung größer geworden ist als im vorausgehen- den Abschnitt 26a. Diese Vergrößerung des Druckgradienten ist das Kriterium dafür, dass der Kolben 12 den Umkehrpunkt er- reicht hat. Wenn jeweils 20 Werte des Druckgradienten gespei- chert werden, um daraus den Durchschnittswert zu ermitteln, hat bei 20 Zeitintervallen von je 1 ms Dauer der Abschnitt B eine Dauer von 20 ms. Nach dieser Zeit erfolgt die Betätigung des Umschaltventils 19 zur Einleitung des Rückhubes.

Die beschriebene Art der Erkennung der Kolbenendlage hat den Vorteil, dass sie vom absoluten Druck unabhängig ist und ohne besondere Einstellungen bei Aggregaten unterschiedlicher Bau- art und Leistung angewandt werden kann. Die Kolbenendlage wird auch unverzüglich erkannt, ohne dass der Druck sich noch wei- ter aufbauen würde. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Steuereinrichtung 21 unabhängig ist vom Druckaggregat 18 und für unterschiedliche Drücke und Förderleistungen gleicher- maßen verwendet werden kann.

Die generelle Verarbeitung der Messergebnisse kann in der Weise erfolgen, dass immer der Durchschnitt der letzten fünf Messungen mit der aktuellen Messung verglichen wird. Vergrö- ßert oder verkleinert sich der Wert der Druckdifferenz pro In- tervall, so wird die Veränderung entsprechend den beschriebe- nen Zusammenhängen bewertet und als Steuerungssignal verarbei- tet.