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Durch den Verdichtungs- und nachfolgenden Verbrennungsdruck entgegen der Belastung durch eine Druckfeder betätigte Einspritzpumpe für Dieselrammen mit sich nach dem Aufschlag von der Unterlage abhebendem Rammkörper
Die Erfindung bezieht sich auf eine durch den Verdichtungs- und nachfolgenden Verbrennungsdruck entgegen der Belastung durch eine Druckfeder betätigte Einspritzpumpe für Dieselrammen mit sich nach dem Aufschlag von der Unterlage abhebendem Rammkörper.
Bei bekannten Ausführungen dieser Art ist der Einspritzbeginn ausschliesslich von der Charakteristik der Druckfeder und vom auf die Einspritzpumpe und damit auf die Druckfeder ausge- übten Gegendruck, also vom Verdichtungsverhältnis, abhängig.
Erfindungsgemäss wird diese Art der Einspritzpumpenbetätigung, die bei gewissen Betriebsverhältnissen Unzukömmlichkeiten ergibt, durch Anordnung einer mit dem Rammkörper fallenden, der Fallhöhe entsprechend abgestimmten, die Wirkung der Druckfeder unterstützenden Masse vervollkommnet, die eine zusätzliche Verzögerung des Einspritzbeginns auch in Abhängigkeit von der Fallhöhe des Rammkörpers bedingt.
Zweckmässig kann hiebei die die Wirkung der Druckfeder unterstützende Masse durch einen die Einspritzpumpe samt deren Nebenorgane umschliessenden Druckabnahmekolben gegeben und einerseits mit Rücksicht auf die grösste Fallhöhe und das grösste Verdichtungsverhältnis, anderseits auf das Druckübersetzungsverhältnis abgestimmt sein, das durch die ein Vielfaches der
Querschnittsfläche des Einspritzpumpenstempels betragende Querschnittsfläche des Druckabnahmekolbens bestimmt ist. Die Federbelastung wird damit durch die dynamische Wirkung der Masse des mit dem Rammkörper fallenden Druckabnahmekolbens mehr oder weniger in ihrer Wirkungsweise unterstützt, wodurch der Einspritzbeginn nicht mehr allein vom jeweiligen Ver- dichtungsverhältnis und der Federcharakteristik, sondern auch von der Fallhöhe des Rammkörpers abhängig ist, was ausserordentliche Vorteile bietet.
Durch die so gegebene Abhängigkeit des Einspritzbeginns auch von der Fallhöhe werden nämlich Dieselrammen für die verschiedensten Rammverhältnisse einsetzbar, wobei nebst wirtschaftlichen Betriebsbedingungen nicht nur die bestmögliche Leistung, sondern auch ein Höchstmass an Betriebssicherheit erzielt wird, was bei keiner der bisherigen Verbrennungskraftrammen der Fall war.
Bei der solcherart gegebenen automatischen Regelung des Einspritzbeginns, entsprechend der Fallhöhe, können, zwecks zusätzlicher Anpassung der Arbeitsweise der Ramme, ausser an der Mantelfläche des Rammenzylinders, zusätzliche Luftspeicherräume anbringbar und über einen Verbindungskanal an denverdichtungsraum des Rammenzylinders anschliessbar sein, um das Verdichtungsverhältnis zu verkleinern und damit eine weitergehende Verzögerung des Einspritzbeginns und somit ein Maximum an Schlagwirkung herbeizuführen, im Gegensatz zur maximalen Druckwirkung bei grösstem Verdichtungsverhältnis.
Die Notwendigkeit dieser erfindungsgemässen Ausbildung ist darin begründet, dass, sofern mit Dieselrammen das Gesamtgebiet der Rammarbeit beherrscht werden soll, man z. B. auch zu berücksichtigen hat, dass Betonpfähle oder Betonbohlen harten Schlägen nicht standhalten, weshalb in diesem Falle die Rammung wirtschaftlich mit höchstmöglicher Druckspitze, jedoch geringer Schlagwirkung vorzunehmen ist, weil die bisher als einziges Gegenmittel gegen die Zerstörung des Betons angewendete übermässige Ausfütterung der Schlaghaube arbeitsverzehrend wirkt und somit den Wirkungsgrad verschlechtert. Ebenso wird das Rammen in weichen Böden zumindest beim Starten Schwierigkeiten ergeben, wenn die Dieselramme auf harte Schläge abgestimmt ist, weshalb auch in diesem Falle mit höheren Druckspitzen und geringerer Schlagwirkung gearbeitet werden muss.
Beim Rammen in weichem Boden kann übrigens der Rammwiderstand anfänglich so gering sein, dass die blosse Verdichtungsarbeit genügt, um den Pfahl eindringen zu lassen, ohne dass eine Einspritzung stattfindet und damit der Rammkörper hochgeworfen würde. Diesen Übelstand kann man zwar dadurch begegnen, dass ein Teil des Treibstoffes bereits vor Erreichung der Zündgrenze in die verdichtete Luft eingespritzt und entgegen dem Dieselprinzip vergast wird, so dass er mit Erreichung der nötigen Entflammungswärme beim weiteren Niederfallen des Rammkörpers explosionsartig verbrennt, wobei durch den so erhöhten Druck weiterer Brennstoff zur Einspritzung kommt, um nunmehr wie im Dieselmotor zu
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verbrennen. Damit wird wohl das Arbeiten in weichen Böden betriebssicher gemacht, jedoch auf Kosten der Schlagleistung beim Auftreten höherer Rammwiderstände.
In jenen Fällen, wo weicher Boden einem widerstandsfähigeren aufge- lagert ist, muss nun nach Erreichen der wider- standsfähigeren Schicht das Weiterrammen mit möglichst grosser Schlagwirkung erfolgen, was durch die erfindungsgemässe Ausbildung erzielt wird, die in automatischer Weise eine starke Ver- zögerung der Einspritzung bewirkt, so dass diese, von der ursprünglichen Voreinspritzung bei In- betriebsetzung abweichend, nunmehr annähernd im Zeitpunkt des Aufschlagen und damit der
Bewegungsumkehr des Rammkörpers stattfindet.
Ohne diese Einspritzverzögerung würden die
Spitzendrücke auf Kosten des Rammschlages derart erhöht, dass dieser Schlag zum grössten Teil durch die Druckspitze aufgefangen, und dadurch eine entsprechende Leistungsminderung bedingt würde. Da Sprunghöhe des Rammkörpers und
Eindringwiderstand zueinander annähernd in linearem Verhältnis stehen, so gilt dies annähernd auch hinsichtlich der durch die dynamische
Wirkung der Masse bewirkten Einspritzver- zögerung. Genügt diese Verzögerung noch nicht, dann kann durch Zuschaltung der Luftspeicher- räume der Verdichtungsgrad vermindert werden, wodurch die erforderliche Anpassbarkeit an alle erdenklichen Rammverhältnisse ermöglicht ist.
Weitere erfindungsgemässe Merkmale sind an
Hand der Zeichnung beschrieben, die ein Aus- führungsbeispiel der erfindungsgemässen Ein- spritzpumpe in einem Längsschnitt wiedergibt.
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durch seine Masse die Wirkung der Druckfeder 11 unterstützende Druckabnahmekolben bezeichnet, der vorteilhafterweise zentral in dem den Zylinderraum abschliessenden Zylinderkopf 17, 17' gleitbar eingebaut ist. Der Druckabnahmekolben 1 umschliesst die Düse 2 der Einspritzpumpe, ferner deren Rückschlagventile 3, 3' ein Stabfilterstück 4 mit Filterstab 5, den Einspritzpumpenzylinder 6 und den in diesem geführten Pumpenstempel 25. Die Teile 2, 3, 3', 4 und 6 sind dabei gegenseitig flächendichtend übereinander angeordnet und mittels einer Druckschraube 7 mit Sicherungsmutter 8 aufeinandergepresst.
Das Muttergewinde der Druckschraube 7 befindet sich im Druckabnahmekolben 1, dessen Masse einerseits mit Rücksicht auf die grösste Fallhöhe und das grösste Verdichtungsverhältnis, anderseits auf das Druckübersetzungsverhältnis abgestimmt ist, das durch die ein Vielfaches der Querschnittsfläche des Einspritzpumpenstempels 25 betragende Querschnittsfläche des Druckabnahmekolbens bestimmt ist.
Der Gleitweg H des Druckabnahmekolbens 1 wird durch einen Ansatz 9 desselben begrenzt, der einerseits mit einem Führungskörper 13, anderseits, u. zw. bei nach oben gerichteter Druckausübung, mit einem an einer Niederhaltung 14 vorgesehenen Gegenanschlag 10 in Anlage kommt.
Der Gleitweg H muss der Entfernung zwischen der Unterkante des Pumpenstempels 25 und der Oberkante des Stabfilterstückes 4 gleich sein. Bei Aufwärtsbewegung des Druckabnahmekolbens 1 und der von diesem umschlossenen Teile 2, 3, 3'und 4 in bezug auf den festgelegten Pumpenstempel25 wird der ganze, unterhalb der Treib- stoffzuleitungskanäle 40 im Raum von der Höhe H minus L befindliche Treibstoff in den Verdichtung-un Verbrennungsraum 42 gedrückt, wogegen das oberhalb der Zuleitungskanäle 40 befindliche, die Höhe L aufweisende Treibstoffvolumen durch die Zuleitungskanäle 40 zurückströmen kann. Die dadurch gegebene Anlaufstrecke L sichert trotz der hier angewendeten offenen Düse 2 ein stossweises Einsetzen des Einspritzstrahles.
Wird eine geringere Einspritzmenge als der Höhe H minus L entspricht, gewünscht, dann wird ein durch eine Stellschraube gebildeter, am Rammkörper 43 angeordneter Anschlag 27 entsprechend höher gestellt und damit auch der Pumpenstempel 25, dessen oberes Ende mittels einer Feder 26 mit dem Anschlag 27 in Anlage gehalten ist. Durch die solcherart bewirkte Höherstellung des Pumpenstempels 25 wird dann nicht mehr die ganze unterhalb der Zuleitungskanäle 40 befindliche Treibstoffmenge in den Verbrennungsraum 42 gedrückt. Der durch den Führungskörper 13 und den Gegenanschlag 10 begrenzte Gleitweg H des Druckabnahmekolbens 1 ist dabei grösser als der wirksame Pumpenhub H minus L, wodurch trotz offener Düse ein stossweises Einsetzen des Einspritzstrahles gewährleistet ist.
Durch die Druckfeder 11, die sich einerseits an der Sicherungsmutter 8, anderseits an einer Büchse 12 abstützt, wird der Druckabnahmekolben 1 mit entsprechender Federvorspannung in seiner Ausgangslage gehalten. Die Vorspannung der Druckfeder 11, und damit auch der Einspritzbeginn, kann durch Verdrehen der aussen mit Gewinde versehenen Büchse 12 geändert werden. Hiezu dient ein durch den Abschlussdeckel der Ramme nach aussen führen- des Rohr 29 mit an ihm angeschlossenem Gleitstück 28, das mit der Büchse 12 auf Drehung gekuppelt ist.
Der Führungskörper 13, in dem der Druck- abnahmekolben 1 gleitet, ist mittels der Nieder- haltung 14 und dreier Schrauben 15 auf den Dichtungssitz 16 gepresst.
Zwecks Vermeidung von Druckverlusten bei
Einhaltung genügender wärmebedingter Tole- ranzen, ist der Druckabnahmekolben 1 in den
Führungskörper 13 unter Zwischenlage von
Kolbenringen 19 eingesetzt. Zwischen einem der an der Düse 2 vorgesehenen Düsenlöcher, das zwischen zwei Dichtungssitzen 23, 24 der Düse den Druckabnahmekolben durchsetzt, und der untersten Kolbenringnut ist ein Verbindungs- kanal 19'vorgesehen, durch den ein Bruchteil der Einspritzmenge während der Einspritzung in die unterste Kolbenringnut gedrückt wird, so dass die Kolbenringe 19 ständig gereinigt werden, und die Gleitbahn des Druckabnahmekolbens mit
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einem Ölfilm versehen wird.
Eine im Zylinderkopf 17 vorgesehene Bohrung 18 und deren im Führungskörper 13 befindliche, in einer schmalen Ringnut 18" desselben endende Fortsetzung 18' dienen zum Ableiten der über die Kolbenringe 19 tretenden und sich entspannenden Abgase ins Freie oder, wie gezeichnet, in einen Spülluftraum 41, damit sie nicht aufwärts in den Treibstoff gelangen können und dort funktionstörend wirken. Im Zylinderkopf 17 bzw. im Rammkörper 43 vorgesehene Bohrungen 20, 20', 20" und 20"', die in eine Hinterdrehung 44 des Druckabnahmekolbens 1 münden, dienen dazu, um aus einem im Rammkörper befindlichen Vorratsbehälter dem Druckabnahmekolben 1, zwecks zusätzlicher Schmierung desselben, Zylinderöl zuzuführen.
Ein zwischen den beiden Bohrungen 18 und 20 liegender ölbeständiger Gummidichtungsring 21 und ein zusätzlicher, über der Bohrung 20 angeordneter Gummidichtungsring 21'dichten Restgase, Zylinderöl und Treibstoff gegeneinander ab.
Ein über eine starke Schraubenfeder genähtes Filtertuch 22 reinigt den über eine Bohrung 39 des Zylinderkopfes 17 zutretenden Treibstoff, ehe dieser über die Treibstoffzuleitungskanäle 40 der Einspritzpumpe zugeführt wird. Durch die Anbringung des Filtertuches an der Feder wird eine Reinigung des Tuches durch die während des Betriebes auftretenden Federvibrationen bewirkt.
Der den Verbrennungsraum 42 innerhalb des Rammkörpers 43 abdeckende Zylinderkopf besteht aus dem Gussteil 17 und dem unterhalb desselben befindlichen Teil 17', der, zwecks Erreichung höchster Spitzendrücke, ebenso wie der Kolbenboden aus legiertem Stahl geringer Wärmeleitfähigkeit gefertigt ist und somit möglichst wenig Wärme vom Verbrennungsraum 42 abstrahlen lässt, womit ein erhöhter Wirkungsgrad bei geringerer Erwärmung des Druckabnahmekolbens 1 und der von diesem umschlossenen Teile erzielt wird. Die Verbindung der Zylinderkopfteile 17 und 17'ist mittels dreier Schrauben 34 bewerkstelligt. An der planen Dichtungsfläche beider Teile sind zentrierende Ringnuten 30 und 31 vorgesehen, innerhalb welcher je ein Weichmetallring 32 und 33 zur Abdichtung verformt ist.
Ein über dem Zylinderkopf 17, 17'sitzender Gewindering 35, der mit seinem Gewinde im Rammkörper 43 verschraubt ist, nimmt über seinen Umfang verteilte Druckschrauben 36 auf, mittels welchen der Zylinderkopf auf eine Abdichtung 37 gepresst wird.
Der Führungskörper 13, der mittels der durch die Schrauben 15 anziehbaren Niederhaltung 14 auf die Dichtung 16 gepresst wird, bildet gegen- über der ihn aufnehmenden Bohrung des Zylinderkopfes 17 zwei Hohlräume 54, 54', wobei der den Sitz der Niederhaltung 14 bildende, bundartig erweiterte obere Teil 61 des Führungskörpers 13 und ebenso ein an diesem vorgesehener, die beiden Hohlräume 54, 54'trennender Bund 61' an die besagte Zylinderbohrung bis auf ein geringes Passspiel 55, 55'heranreichen.
Ein Entlüften der Einspritzpumpe vor Beginn der Arbeit ist nicht nötig. Der eingefüllte Treibstoff, dessen Spiegel unbedingt über dem Ringspalt 38 stehen muss, erfüllt auch den Einspritzpumpeninnenraum, u. zw. deshalb, weil der Einspritzpumpenzylinder 6 oberhalb der in ihm vorgesehenen Treibstoffzuführungsleitungen 40 spiralförmig um seinen Mantel führende Bohrungen 50 aufweist, die in eine am Pumpenzylinder 6 vorgesehene Hinterdrehung 51 münden, von der eine den Druckabnahmekolben 1 durchquerende Bohrung 53 in eine Hinterdrehung 52 dieses Kolbens führt, die über eine im Führungskörper 13 befindliche Bohrung 53'mit dem oberen (54) der beiden durch den Führungskörper 13 gebildeten Hohlräume 54, 54'in Verbindung steht.
Die bei erstmaliger Füllung der Pumpe mit Treibstoff vorhandenen Lufteinschlüsse können somit in den Hohlraum 54 und von dort über das Passspiel 55 nach 56, also in den Treibstoffvorratsbehälter, und über diesen ins Freie gelangen.
Die Einspritzmenge wird durch den verstellbaren Anschlag 27 eingestellt. Die Einspritzmenge hängt davon ab, wie weit der Anschlag 27 gegen den der Pumpenstempel 25 durch die Feder 26 in Anlage gehalten wird, höher oder tiefer eingestellt ist, also der Pumpenstempel während des Betriebes die Treibstoffzuleitungskanäle 40 mehr oder weniger übergleitet und damit mehr oder weniger Treibstoff zur Einspritzung bringt.
In der gezeichneten Lage, die ungefähr der Volleinspritzung entspricht, ergibt sich eine Mindestleerlaufstrecke L vor Abdeckung der Zuleitungskanäle 40 durch die Unterkante des Stempels 25, so dass diese Abdeckung mit einer Geschwindigkeit erfolgt, die in Anbetracht der Masse des Druckabnahmekolbens 1 und der Geschwindigkeitsdifferenz zwischen diesem und dem Rammkörper 43 die Einspritzflüssigkeit schlagartig unter Druck setzt und somit einen stossweisen Einsatz des Einspritzstrahles trotz offener Düse 2 zur Folge hat.
Eine dem Erfindungsgedanken entsprechende fallweise Änderung des Verdichtungsverhältnisses ist dadurch möglich, dass an der äusseren Mantelfläche des Rammzylinders in der Höhe des inneren Verdichtungsraumes zusätzliche Luftspeicherräume grösseren oder kleineren Inhalts anbringbar, zweckmässig aufschraubbar, sind, die über einen Verbindungskanal 57 mit dem inneren Verdichtungsraum 42 in Verbindung gebracht werden können, um solcherart das Verdichtungsverhältnis zu verkleinern und damit eine weitergehende Verzögerung des Einspritzbeginns herbeizuführen.
Im Grenzfall kann der Verbindungskanal 57 abgeflanscht werden, wobei dann die Ramme mit höchstzulässigem Verdichtungsverhältnis arbeitet.
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