(57)【要約】【解決手段】連続する負荷ストローク(LH1,LH2,LH3,LH4) 中に油圧シリンダに供給するための油圧集合体が、集合体の状態を自動的に判定するために、油圧集合体の作業負荷について監視される。この目的のために、圧力の時間積分が負荷ストローク毎に決定される。圧力及び継続時間が、摩耗を示す特性値に処理されて、これにより油圧集合体の状態を常時診断することが可能になる。
2010515588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷ストロークを行なうための油圧シリンダ(12)に加圧された液圧媒体を供給すべく設けられた油圧集合体(25)の状態を自動的に判定する方法において、
少なくとも１つの集合体要素(Ki)について、摩耗を示す特性値(zi)が、圧力(p(τ)) と始動からの作動継続時間とから計算されて、磨耗度(gi)が、前記特性値と前記集合体要素について設定された摩耗限度(zi,0)とから決定されて、集合体全体について、全ての集合体要素の磨耗度(gi)の内の最大値(max(gi)|i=1 n) が決定されて、全体の磨耗度(G)が前記最大値に基づいて得られることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記特性値(zi)は圧力(p(τ)) の時間積分から生成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記液圧媒体の温度が、状態変数を得る処理に含められることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
エラーメッセージのためのセンサが設けられて、エラーメッセージの数が、状態変数を得る処理に含められることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
負荷ストローク毎に、圧力と継続時間との積が計算されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記油圧集合体(25)の限界温度以上又は限界温度以下の作動継続時間が、測定されて評価されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
負荷ストロークを行なうための油圧シリンダ(12)に供給すべく設けられた油圧集合体であり、ポンプ(26)、制御弁(30)、負荷ストローク中の圧力を測定するための圧力センサ(32)、及びディスプレイ手段(40)を含む制御装置(31)を備えた前記油圧集合体において、
前記制御装置は、少なくとも１つの集合体要素(Ki)について、圧力(p(τ)) と始動からの作動継続時間とから摩耗を示す特性値(zi)を計算して、前記特性値と、前記集合体要素について設定された摩耗限度(zi,0)とから磨耗度(gi)を決定して、集合体全体について、全ての集合体要素の磨耗度(gi)の内の最大値(max(gi)|i=1 n) を決定し、全体の磨耗度(G) を前記最大値から得るべく構成されていることを特徴とする油圧集合体。
【請求項８】
前記制御装置(31)は、自己検査を自動的に行なうべく相応して構成されて、前記ポンプ(26)は、圧力を増加して、該圧力の時間的推移がエラー判定のために評価され得ることを特徴とする請求項７に記載の油圧集合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷ストロークを行なうための油圧シリンダに供給すべく設けられた油圧集合体の状態を自動的に判定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
独国特許出願公開第１０２００４０１７９７９号明細書には、角度を制御しながら対象物を回転する方法について記述されており、該方法では、油圧集合体がパワーレンチの油圧シリンダのための圧力を供給している。油圧集合体には、制御装置が設けられており、制御装置は、生成された圧力に応じて制御弁を切り替えるべく作動する。各負荷ストロークで、圧力は、最初により急な勾配で増加し、次に油圧シリンダのエンドストップ部分に達するまでより緩やかな勾配で増加する。
【０００３】
最新の機械及び作業機器には、あり得る既存の欠陥又は差し迫った欠陥に関してこれらの機械を検査すべく、定期的な保守が必要である。このような保守処理は、磨耗部分の交換を含んでいる。保守は通常、一定の時間間隔を置いて、又は装置が所定時間作動した後に行なわれる。このような間隔に基づく保守処理の実施計画は、装置の実際の作業負荷にほんの少ししか適応していない。例えば、油圧機械が、ほんの僅かな負荷ストロークしか実行していないか否か、又は場合によっては油圧機械の作業能率の限界まで押圧されたか否か考慮されていないままである。
【０００４】
様々な負荷状態にさらされる複合システムでは、「状態監視」が開発されており、状態監視では、システムの故障を回避するために状態検出が行われている。検出された状態は、監視されたシステムが、近いうちに予測される欠陥又は故障の発生がどの程度先のことであるかを示している。このように、システムの微妙な変化は初期に認識され、変化の原因が予測され得る。前記状態監視は、システムの状態に適応したサービスを可能にし、これまでの通常の手法である、機械に対して保守作業を一定の保守間隔で行う予防サービスの代わりとなる。更に、状態監視は、状態診断をオンラインで行なうことが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００４０１７９７９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、油圧集合体の状態を自動的に検出する方法を提供することを目的とし、該方法は、実際の状態に近い状態を検出することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の方法は請求項１によって定義される。従って、少なくとも１つの集合体要素について、摩耗を示す特性値が、圧力と始動からの作動継続時間とから計算されて、磨耗度が、前記特性値と集合体要素について設定された摩耗限度とから決定されて、集合体全体について、全ての集合体要素の磨耗度の内の最大値が決定されて、全体の磨耗度が前記最大値に基づいて得られる。
【０００８】
増加した圧力のレベルが生成されたエネルギーを示し、そのエネルギーから、負荷ストロークの継続時間と組み合わせて、作業又は関連した値を決定することが可能である。従って、本方法は、負荷ストロークに対する抵抗に基づいて負荷ストロークを区別する。従って、進行困難な負荷ストロークは、進行容易な負荷ストロークより、より高いランクと評価される。
【０００９】
本発明の方法は、ねじ、ナット及び同様の回転可能な部品を締付けるための油圧パワーレンチを駆動すべく設けられた油圧集合体に特に適している。このような適用では、負荷ストローク中に生成された圧力は、回転されるべき部品が回転移動に対して加える抵抗に左右される。
【００１０】
磨耗度は、蓄積された作業負荷を示している。これは、直近の保守以降油圧集合体によって行なわれた全ての作業処理が、磨耗度の増加の一因となる、すなわち摩耗度の増加は、行われた作業量に相当するという意味で理解されるべきである。重作業を行なうために用いられた油圧集合体は、同一の作業時間数に基づき比較されたとき、軽作業のみを行うために用いられた油圧集合体より、より早く摩耗の上限値つまり摩耗限度に達する。磨耗度はいわば、装置の「消耗」の基準である。磨耗度から、次の保守処理まで未だ許容可能な作業時間数を計算することができる。この計算は、油圧集合体の制御装置で自動的に実行される。残りの作業時間は、ボタンを押すことによって呼び出して表示され得る。残された作業時間を計算する際には、これまでに操作された作業負荷の重さの平均が、行なわれる予定の今後の作業を見積もる根拠として用いられる。
【００１１】
本発明の好ましい変形例では、前記特性値を計算するために、圧力の時間積分が確定される。この目的のために、負荷ストローク中に得られた圧力曲線下の表面積が求められる。簡略化された変形例によれば、圧力と負荷ストロークの継続時間とが、磨耗度の決定及び更なる進行のためのパラメータとして処理される。
【００１２】
圧力及び負荷ストロークの継続時間は、状態変数の決定及び状態変数の今後の進行のためのパラメータとして処理される。これは、各負荷ストロークの負荷値を得るために、圧力と継続時間との積を計算することにより適切に実行され得る。この時点までに蓄積された磨耗度は、この負荷値によって増加する。
【００１３】
圧力及び負荷ストロークの継続時間は、必ずしも状態変数に影響を及ぼす唯一のパラメータではない。更に、例えば負荷ストロークの数又は液圧媒体の温度も、状態変数の計算に含められ得る。これは様々な方法で含められ得る。例えば、各パラメータに加重として付与され得る。
【００１４】
更に、エラーメッセージを示すセンサの信号が、状態変数の計算に含められ得る。例えば、限界温度の頻繁な超過は状態変数の異常な増加につながる。更に、油圧集合体が限界温度以下、又は限界温度以上で作動する時間の長さを測定することも可能である。一例として、油圧集合体が50作業時間作動しており、その内の30時間で温度が50℃以上である例が挙げられる。
【００１５】
本発明は、更に負荷ストロークを行なうための油圧シリンダに供給すべく設けられた油圧集合体に関し、該油圧集合体は請求項７によって構成されている。
【００１６】
前記油圧集合体は、監視されるパラメータを検出して記憶することが可能であり、該パラメータは、例えば、始動からの作動時間数及び直近の保守からの作業時間数、電気作業としてのモータの作動時間、電流と電圧との積、油圧作業としてのモータの作動時間、圧力と体積流量との積、温度と時間との積、電流のピーク値、電圧のピーク値及び／又は電圧の最小値、温度のピーク値、圧力のピーク値、体積流量と蓄積された汲み上げ体積を検出するための時間との積である。
【００１７】
状態判定とは別に、例えば、油圧集合体の自己検査のような更なる機能が設けられ得る。この目的のために、前方及び後方への流れのための２本のチューブが接続されて、最大圧力が、予め設定可能な値、例えば400 バールに調節される。それらの端部で閉じられているチューブの弾性により、圧力は、記録され記憶されている基準曲線のように経時的に直線的に夫々増加する。その後、測定された曲線が基準曲線の予め設定された展開であったか否か調べられる。
【００１８】
更に、前進ストローク及び戻りストロークのための圧力センサの作動可能状態、モータの電流、圧力増加つまり主弁の機能性、歯車ポンプの機能性、全てのポンプ要素の機能性、及び圧力除去つまり安全弁の機能性が調べられる。
【００１９】
制御装置は、磨耗に関するデータ又は装置全体の履歴を読み出すために、診断プラグに接続すべく適合されている。このようにして、集合体の状態は常時呼び出され得る。制御装置が危険な状態にある中間記憶装置のために作動するので、エラー診断が容易になる。
【００２０】
更に、制御装置はインターネット又は別のデータネットワークに連結され得る。この場合、データが集合体から保守サーバに、例えば毎日送信され得る。パラメータの適合が、保守サーバに記録され、次の診断ではプログラムに自動的に入力され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】油圧集合体とねじを回すためのパワーレンチとを備えたねじ駆動装置の実施形態を示す概略図である。
【図２】ピストン／シリンダ駆動を含むパワーレンチを示す概略図である。
【図３】遠隔制御装置とプログラミングユニットとを含む完成した油圧集合体を示す図である。
【図４】数回の連続した負荷ストローク中の圧力発生を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施形態を、図面を参照して以下により詳細に説明する。
【００２３】
図１及び２には、パワーレンチ10が概略的に示されている。パワーレンチは、油圧シリンダ12と、シリンダ内で移動すべく配置されたピストン13とを含む油圧ピストン／シリンダ駆動11を備える。ピストンはピストン棒14に接続されて、ピストン棒の端部がレバー15と係合し、レバーは、ラッチ15a によってつめ車17の歯と係合する。つめ車17は、環状部材18の一部であり、環状部材は、回転されるべきキーナット又はねじ頭を挿入するためのソケット19と共に形成されている。ピストン13の往復移動は、環状部材18の回転及びそれに伴うねじの回転を引き起こす。環状部材18は、ハウジング20内に支持されて、ハウジングには、更にピストン／シリンダ駆動11も収容されている。
【００２４】
ピストン／シリンダ駆動11のための圧力は、図１に示される油圧集合体25によって供給されて、油圧集合体は、例えば歯車伝動ポンプである容量型ポンプ26と、速度制御された同期モータと、タンクとを含む。前記モータはポンプ26を駆動するために配置されている。油圧集合体25は、圧力管28及び戻り管29に接続されている。これら２本の管は制御弁30を通ってピストン／シリンダ駆動11に接続されている。制御弁30を切り替えることによって、ピストンは前方又は後方のいずれかに移動され得る。
【００２５】
油圧集合体25及び制御弁30を制御するために、制御装置31が設けられている。制御装置は、モータのために可変駆動周波数を生成する周波数変換器を含んでいる。従って、制御装置31は、ポンプ26の回転速度を決定する。前記ポンプの速度は、圧力管28に供給される体積流量を決定する。
【００２６】
圧力管28には、圧力センサ32が圧力管中の液圧p を測定するために設けられている。圧力センサはライン33を介して制御装置31に接続されている。
【００２７】
油圧集合体25は、作動油を収容しているハウジング35を含んでいる。ハウジング35にはポンプが収容されて、該ポンプは、浸漬型ポンプとして構成されて、チューブシステム28,29 のための圧力を生成する。前記ポンプは、歯車ポンプ、又は分散配置されてモータによって駆動される複数のポンプセグメントから構成されている容積測定ポンプである。
【００２８】
ハウジング35の前方端部側には、調整可能な安全圧力弁36と、前記チューブ28,29 のためのコネクタ37とが配置されている。この領域には、更に圧力管28のための圧力センサ32が設けられている。別の圧力センサが、戻り管29用に設けられている。
【００２９】
制御装置31は、ハウジングと、ハウジングの上面に配置されたディスプレイ40とを含んでいる。前記ハウジングは、制御弁30の手動制御のために設けられた遠隔制御ユニット41に接続されている。
【００３０】
制御装置は、更にプログラミングユニット42と接続すべく適合されており、プログラミングユニットは、キーボード及びディスプレイを含むユーザインタフェースを形成している。
【００３１】
図４は、パワーレンチの数回の連続した負荷ストローク中の時間τに対する圧力p の発生を示す。圧力センサ32によって測定されるのはこの圧力である。
【００３２】
図４には、ピストンの負荷ストロークLH1-LH4 が示されている。各負荷ストロークは初期部分45を有し、初期部分では、圧力が、摩擦を克服し、夫々前回の上昇ストロークが終了した状態を再確立するために比較的急勾配に上昇する。この負荷ストローク部分は、ねじが回転される部分46へと続く。負荷ストロークの終了の際に、ピストン13はシリンダの前方のエンドストップに接する（図２）。これは、部分47によって表わされる急勾配の圧力増加を引き起こす。この急勾配の部分47の検出によって、負荷ストロークの終了の際のブロッキング状態が検出される。部分47の後に降下部分48が続き、降下部分48では、ピストンの戻りストロークが行なわれて、圧力p が再び0 まで戻る。
【００３３】
負荷ストロークLH1-LH4 の各々では、初期部分45は、前回の負荷ストロークに対して部分45中に達した回転モーメントに再度達するまで延びる。その後でのみ、部分46が始まり、部分46ではねじが回転抵抗に対して回転される。
【００３４】
一変形例によれば、生成された圧力のレベルが負荷ストローク毎に検出され、記憶される。圧力のレベルは、部分47の圧力p であり、部分47では、負荷ストロークから戻りストロークに切り替えられる。この切替に対して、短い部分47の始点又は終点のいずれかが選択され得る。達した圧力のレベルは、作業負荷を決定するためのパラメータである。作業負荷を決定するための別のパラメータは、負荷ストロークの継続時間である。この点については、初期部分45の始めから部分46の終わりまでの継続時間が評価され得る。しかしながら、部分46の継続時間だけを評価することも可能であり、又は戻りストロークを表わす部分48の継続時間をも含めることも可能である。好ましくは、２つの部分45,46 の継続時間が評価される。
【００３５】
制御装置31は、圧力レベルと負荷ストロークの継続時間との積を計算し、全ての負荷ストロークに関してこのようにして確定された積を合計して、その結果、摩耗を示す状態変数が得られる。この状態変数が所定値に達している場合、保守又は検査が行われるべき時である。摩耗限度と現時点の値との間の差が、次の保守時期までの残りの期間を差から決定するために表示され得る。
【００３６】
蓄積された作業負荷を示す状態変数を得るための上記の処理は、次の保守サイクルの時点を決定する唯一の基準を必ずしも表わすものではない。蓄積された作業負荷に関係なく、負荷ストロークの数が代替の基準又は補足の基準を表わすことが可能である。例えば液圧媒体の温度のような他の基準が、緊急停止を行なうために用いられることが可能であり、又は、例えば温度が限界値を超過する負荷ストロークに付加的な加重を割当てることにより状態判定処理に含められることが可能である。
【００３７】
本発明の第２実施形態を、ここでも図１乃至図４を参照して以下に説明する。
【００３８】
油圧集合体の実際の作業負荷から特性値が計算されて、これにより、個々の集合体要素の（摩耗）状態に関する判定が可能になる。この処理は、実際には、ねじ締付け処理で検出された圧力／時間特性曲線（図４）に基づき行なわれて、場合によっては更に連続的に検出された測定データに加えて油温を含めて行われる。
【００３９】
圧力／時間特性図は、ねじ締付け処理に用いられる周辺機器（チューブ、油圧式駆動装置、ねじ締め装置、・・・）と、ねじ締付けの特定の状態（回転モーメント、摩擦モーメント、勾配、・・・）とに関係なく、集合体の磨耗に関するデータを含む。
【００４０】
摩耗に対して、液圧性能に加えて高圧、圧力ピーク、圧力変動及び押し出された体積も特に影響を及ぼし、更に、これらの値の多くの影響が作業温度に応じて変化するが、作業温度は油温により十分な精度で概算される。
【００４１】
個々の要素の摩耗は、これらの特性値に様々な程度で左右される。従って、例えば、シーリング要素は、圧力変化により主に機械的に応力が加えられるが、ポンプの要素は、主としてポンプ要素により行われる（機械的及びこの液圧）作業の結果として応力が加えられる。
【００４２】
要素は、その摩耗に伴い経時的に連続した変化を受けるので、時間的推移に対するこれらの特性値の積分により、その摩耗に関する有効な判定を引き出すことが可能になる。
【００４３】
従って、集合体要素Kiの摩耗を決定する始動（τ=0）から時点τまでの特性値ziが、以下に示す通り計算される。
【００４４】
【数１】
2010515588.tif 000003
【００４５】
各要素Kiに関して、特性値が、保守が必要になる摩耗限度zi,0に対して決定される。その後、以下の式によって、磨耗度giが、要素毎にパーセントで検出される。
【００４６】
【数２】
2010515588.tif 000004
【００４７】
集合体全体について、n 個の個々の要素全ての磨耗度の最大値が決定される。つまり、G= max(gi)|i=1nによって計算される。
【図１】
2010515588.tif 000005
【図２】
2010515588.tif 000006
【図３】
2010515588.tif 000007
【図４】
2010515588.tif 000008
【国際調査報告】
2010515588.tif 000009
2010515588.tif 000010
2010515588.tif 000011
2010515588.tif 000012
2010515588.tif 000013
2010515588.tif 000014