CH629868A5 - Hydraulic pile hammer - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen hydraulischen Rammbär, dessen Masse mit mindestens einem umsteuerbaren hydraulischen Hubzylinder gekuppelt ist, der mit einem druckempfindlichen Ventil verbunden ist, über das bei drucklosem Zustand an den Anschlüssen an den Enden des Hubzylinders diese Anschlüsse miteinander verbunden sind.

Ein bekannter Rammbär dieser Art (DE-AS 20 11 600) weist den erheblichen Vorteil auf, dass er ausschliesslich durch den Betriebsdruck steuerbar ist, dass also keine besonderen Steuerleitungen zum Rammbär selbst zu verlegen sind. Ein Nachteil besteht jedoch darin, dass zur Umsteuerung des

Ventils beim Heben des Bärs auf der Rücklaufseite ein Überdruck aufgebaut werden muss, wozu in der Rückleitung eine Drossel vorgesehen ist. Beim Fallen des Bärs fLiesst nur ein Teil der Flüssigkeit direkt vom unteren Zylinderraum über s das Ventil zum oberen Zylinderraum. Der restliche Flüssigkeitsaustausch muss über die Druckmittelzu- und rückleitung erfolgen, wodurch erhebliche Energieverluste entstehen, die sich in einer ohnehin schwer zu beherrschenden Erwärmung der Druckflüssigkeit auswirken, und die Schlagenergie des io Bärs wird herabgesetzt.

Es ist das Ziel vorliegender Erfindung, bei einem hydraulischen Rammbär der oben genannten Art Energieverluste und Erwärmungen weitgehendst zu vermeiden. Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass ein Dreiweg-Umsteuerventil vorge-ls sehen ist, über das das Druckmittel zum Heben der Masse verlustlos zu dem einen Anschluss des Hubzylinders gelangt, und welches die Druckmittel-Zuleitung absperrt und die beiden Anschlüsse direkt miteinander verbindet, wenn der Druck im Hubzylinder denjenigen in der von der Druck-20 quelle getrennten Zuleitung übersteigt, und dass die Hubzylinder durchgehende Kolbenstangen aufweisen, derart, dass der Flüssigkeitsaustausch bei fallender Masse ausschliesslich über das Umsteuerventil erfolgt.

Das Dreiweg-Umsteuerventil in Kombination mit den 25 durchgehenden Kolbenstangen erlaubt einen vollständigen lokalen Flüssigkeitsaustausch zwischen den beiden Zylinderräumen bei fallendem Bär, so dass in dieser Phase minimale Verluste und Erwärmungen auftreten. Beim Heben des Bärs wird anderseits die volle Zylinderfüllung, also alles alte, 30 erwärmte Öl, abgeleitet und durch neues, gekühltes Öl ersetzt. Der stets gleiche, genau bemessene Austausch von Druckmittel gestattet auch eine besonders genaue Bemessung des Hubs bzw. der Schlagenergie des Bärs. Zu diesem Zweck wird vorzugsweise ein Zeitgeber vorgesehen, der mit einer zur 35 Drehzahl der Druckmittelpumpe proportionalen Geschwindigkeit läuft und während jeder Arbeitsperiode die Dauer des Betriebsdruckes und damit den Hub der Masse bemisst.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Ausführungs variante eingehend 40 erläutert.

Figur 1 zeigt ein vereinfachtes hydraulisches Schema,

Figur 2 zeigt den Aufbau eines Umsteuerventils,

Figur 3 zeigt eine Seitenansicht des Rammbärs, teils im 45 Schnitt und

Figur 4 zeigt einen Längsschnitt durch den Rammbär.

In Figur 1 ist der Rammbär schematisch dargestellt durch seine Masse 1, die auf ein einzurammendes Rammgut 2 wirkt, so Wie schematisch angedeutet, ist die Masse vertikal beweglich geführt, und ihr oberes Ende ist mit durchgehenden Kolbenstangen 3 von hydraulischen Zylindern 4 verbunden. Jedem Zylinder 4 ist ein automatisches Umsteuerventil 5 zugeordnet. Jeder untere Anschluss der beiden Umsteuerventile 5 55 ist mit Zweigen 6a und 6b der schematisch angedeuteten flexiblen Zuleitung 6 für das Druckmittel verbunden, während je der obere Anschluss der Umsteuerventile 5 und der obere Anschluss der hydraulischen Zylinder 4 mit Zweigen 7a und 7b der flexiblen Rückleitung 7 verbunden sind. Je ein Aus-60 gang 8 der Umsteuerventile ist mit dem unteren Ende der hydraulischen Zylinder 4 verbunden.

Figur 2 zeigt einen Schnitt durch eines der Umsteuerventile 5. Dieses Umsteuerventil weist in der die Zuleitung 6 und den Anschluss 8 verbindenden Längsbohrung eine bewegliche 65 Hülse 9 auf, in der sich ein Rückschlagventil mit einer Kugel 10 und einer Feder 11 befindet. Der über die Zuleitung 6 wirkende Betriebsdruck verschiebt die Hülse 9 in die in Figur 2 dargestellte obere Endstellung, wobei die Verbindung zur

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Rückleitung 7 gesperrt wird, und sobald ein bestimmter Druck überschritten wird, öffnet sich das Rückschlagventil 10,11 und das Druckmittel gelangt aus der Zuleitung 6 in das untere Ende der Hubzylinder 4. Bei fehlendem Betriebsdruck in der Zuleitung 6 wird die Hülse 9 zurückgestellt, sobald an einem der übrigen Anschlüsse ein Überdruck herrscht, womit eine direkte Verbindung zwischen der Rückleitung 7 und dem Anschluss 8 bzw. eine direkte Verbindung zwischen dem unteren und dem oberen Ende der Hubzylinder 4 entsteht.

Das Druckmittel zur Betätigung des Rammbärs wird in einer Hauptpumpe 12 erzeugt, die von einem Motor 13 angetrieben wird. Der Betriebsdruck wird durch ein Überdruckventil 14 begrenzt. Mit der Druckseite der Pumpe 12 ist ferner ein Druckspeicher 15 verbunden. Ein elektrisch betätigbares Umsteuerventil 16 gestattet die Zuleitung 6 und die Rückleitung 7 wahlweise mit dem Betriebsdruck, bzw. mit einer nicht bezeichneten Rückleitung zum Druckmittelbehälter 17 zu verbinden. In der dargestellten Ruhestellung ist die Zuleitung 6 mit dem Rücklauf und die Rückleitung 7 mit dem Betriebsdruck verbunden. In der Rückleitung 7 liegt eine Drossel 18, und die Rückleitung 7 ist mit einem Druckvorspannventil 19 verbunden. Die Drossel 18 und das Vorspannventil 19 dienen beim dargestellten Betriebszustand zur Aufrechterhaltung eines bestimmten Restdrucks in der Rückleitung 7. Mit der Hauptpumpe 12 ist eine Hilfspumpe 20 starr gekuppelt,

deren Fördermenge mit derjenigen der Hauptpumpe 12 in einem festen Verhältnis steht. Die Druckseite der Hilfspumpe 12 ist mit einem Überdruckventil 21 und mit einem Umsteuerventil 22 verbunden. Das Umsteuerventil 22, das dem Umsteuerventil 16 parallel geschaltet ist, gestattet das von der Pumpe 20 geförderte Druckmittel in der dargestellten Ruhestellung mit dem Rücklauf, oder aber in der umgestellten Stellung mit einem Messzylinder 23 zu verbinden. In der dargestellten Ruhestellung ist der Messzylinder über eine einstellbare Drossel 24 mit dem Rücklauf verbunden. Der Messzylinder, dessen Kolben durch Federn belastet ist, die ihn in der untersten Stellung zu halten trachten, ist mit einem Betätigungsorgan 25 verbunden, das nacheinander mehrere Tastschalter 26 zu betätigen gestattet. Jeder Tastschalter kann mitels eines Wählschalters 27 einzeln wirksam gemacht werden, um auf die gemeinsame Steuerleitung der Umsteuerventile 16 und 22 zu wirken. Die Drossel 24 ist mit dem Wählschalter 27 derart gekoppelt, dass je nach dem wirksam gemachten Tastschalter 26 die Drossel in später beschriebener Weise mehr oder weniger geschlossen ist. Ein weiterer Tastschalter 26a wird in der dargestellten Ruhelage des Kolbens des Messzylinders 23 betätigt, und dieser Tastschalter 26a sowie der jeweils wirksame Tastschalter 26 wirkt je auf einen Eingang einer Steuerschaltung 27a, deren Ausgang auf die Umsteuerventile 16 und 22 wirkt. Der Messzylinder 23 dient in später beschriebener Weise zur Steuerung des Arbeitszyklus des Rammbärs.

Die Figuren 3 und 4 zeigen den Aufbau des Rammbärs an sich. In diesen Figuren sind nur die für die Erfindung wesentlichen Organe bezeichnet und im folgenden beschrieben. Die Masse 1 des Rammbärs ist am oberen Ende mit einer Platte 28 verschraubt, welche unter Zwischenlage elastischer, dämpfender Scheiben mit den oberen Enden der Kolbenstangen 3 gekuppelt ist. Wie erwähnt sind durchgehende Kolbenstangen vorgesehen, die aus den Hubzylindern 4 oben und unten vorragen. Die Hubzylinder 4 liegen in Rohren 30, die mit einem oberen Teil 31 des Bärgestells fest und mit einem unteren Teil 32 des Bärgestells beweglich verbunden sind. Beide Teile 31 und 32 des Bärgestells sind an einem in Figur 3 angedeuteten Mäkler 33 vertikal verschiebbar. Die beiden Hubzylinder 4 sind mittels Abstützringen 34 mit kugeligen Auflageflächen auf kugeligen Sitzen 35 in den Rohren 30 beweglich abgestützt.

Die bewegliche Verbindung der Rohre 30 mit dem unteren Gestellteil 32 erfolgt einmal dadurch, dass die Rohre mittels elastischer, dämpfender Scheiben 36 auf die Platte 32a des unteren Gestellteils abgestützt sind. Mit dem unteren Ende jedes Rohres sind im übrigen zwei Büchsen 37 verschweisst, in welchen Führungsstifte 38 gehalten sind, die durch Bohrungen der Gestellsplatte 32a durchragen. Zwischen den Büchsen 37 und die Platte 32a sind elastische, dämpfende Körper 39 eingesetzt. Die Führungsstangen 38 tragen gemeinsam einen Flansch 40, der mit einem Rohr 41 verbunden ist, in welches das untere Ende der Kolbenstange, bzw. das Führungsorgan eingreift. Zwischen die Flansche 40 und den Boden der Rohre 30 sind Führungshülsen 42 eingesetzt, welche der Führung der Rohre 30 in der Gestellsplatte 32a dienen. Über den Flanschen 40 sind elastische, dämpfende Scheiben 43 auf den Führungsstiften 38 angeordnet.

Im unteren Gestellteil 32 ist eine Rammkappe 44 in Schlagrichtung beweglich eingesetzt. Die Rammkappe 44 wird beispielsweise auf ein einzurammendes Rohr 45 aufgesetzt. Über eine elastische, dämpfende Zwischenlage 46 stützt sich mindestens im Ruhestand der untere Gestellteil 32 auf die Rammkappe 44 ab, und sie ist mittels eines zylindrischen Fortsatzes 47 in einer Öffnung der Gestellplatte 32a geführt. Im Fortsatz 47 ist ein Übertragungskörper 48 aus dämpfendem Material mit einer kugeligen Pfanne 49 eingesetzt. In der Pfanne 49 ruht ein weiterer metallischer Übertragungskörper 50 mit entsprechender kugeliger Auflagefläche, auf welchen ein weiterer elastischer und dämpfender Übertragungskörper 51 aufgesetzt ist, auf welchem die Masse des Rammbärs ruht, bzw. gegen welchen sie in später beschriebener Weise schlägt. Die Teile 44,48 und 50 sind mittels einer Schraube 52 eines Tellers 53 und einer Feder 54 beweglich miteinander verbunden.

Die Arbeitsweise des dargestellten, hydraulischen Rammbärs ist wie folgt: Im dargestellten Ruhezustand herscht der oben erwähnte, geringe Restdruck im oberen Teil des Hubzylinders 4. Die Kolben dieser Zylinder und die Masse 1 des Rammbärs befinden sich in der dargestellten unteren Ruhestellung. Das von der Hauptpumpe 12 gelieferte Druckmittel ladet den Druckspeicher 15 auf und fliesst, nachdem der Druckspeicher gefüllt ist, durch das Überdruckventil 14, teils auch durch die Drossel 18 und das Vorspannventil 19 zurück in den Druckmittelbehälter 17. Das von der Hilfspumpe 20 geförderte Druckmittel gelangt über das Ventil 22 direkt zurück zum Rücklauf. Der Kolben des Messzylinders 23 befindet sich in der dargestellten untersten Endstellung, bei welcher das Organ 25 den Tastschalter 26a betätigt. Wird nun die gemeinsame Steuerschaltung 27a mittels eines nicht dargestellten Hauptschalters eingeschaltet, werden die Ventile 16 und 22 umgesteuert. Damit gelangt das Druckmittel aus der Pumpe 12, bzw. dem Druckspeicher 15 über das Ventil 16 und die Zuleitung 6 zu den unteren Enden der Hubzylinder 4, die damit die Masse 1 anzuheben beginnen. Zugleich wird das von der Hilfspumpe 20 geförderte Druckmittel nun dem Messzylinder 23 zugeführt, der das Steuerorgan 25 anhebt. Sobald dieses Steuerorgan den wirksam gemachten Tastschalter 26 betätigt, werden die beiden Ventile 16 und 22 in die dargestellte Ruhestellung umgesteuert. Damit wird nun die Zuleitung 6 direkt mit dem Rücklauf verbunden und somit drucklos, während die Rückleitung 7 über die Drossel 18 unter einen gewissen Druck gesetzt wird, welcher jedenfalls genügt, um die Umsteuerventile 5 in der oben beschriebenen Weise umzusteuern, und damit eine direkte Verbindung herzustellen zwischen dem unteren und dem oberen Ende der Hubzylinder 4. Da das ganze Gewicht der Masse 1 des Rammbärs auf den Kolben der Hubzylinder 4 lastet, besteht im unteren Teil dieser Zylinder ein erheblicher Überdruck, so dass nun ein sehr rasches Überströmen der Flüssig5

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keit aus den unteren Zylinderteilen in die oberen Zylinderteile stattfindet und somit die Masse 1 des Rammbärs rasch herunterfällt. Der Austausch von Druckmittel nach aussen ist hierbei nicht erforderlich, weil infolge der durchgehenden Kolbenstangen die in den unteren Zylinderteilen verdrängte Ölmenge gleich ist der in die oberen Zylinderteile einströmenden Ölmenge. Dank dem oben erwähnten Restdruck kann im Bereich der oberen Zylinderteile weder Unterdruck noch Kavitation auftreten. Am Ende ihres Weges trifft die Masse 1 des Rammbärs auf den Übertragungskörper 51 auf, womit die Schlagkraft über diesen Körper, den Körper 50 und den Körper 48 auf die Rammkappe 44 und damit auf das einzurammende Rohr 45 übertragen wird. Beim Schlag werden die Teile 44,45,48,50 und 51 um die Einrahmtiefe plötzlich nach unten verschoben, während das Rammbärgestell mit den damit verbundenen Teilen noch stehen bleibt. Diese Teile fallen dann aber auch nach, wobei die Massenkräfte durch die verschiedenen oben beschriebenen, elastischen, dämpfenden Teile in Grenzen gehalten werden.

Mit der Umsteuerung der Ventile 16 und 22 in die dargestellte Ruhelage, ist auch der Zylinder 23 über die Drossel 24 mit dem Rücklauf verbunden worden, und der Kolben des Zylinders 23 mit dem Steuerorgan 24 beginnt sich zu senken. Die Sinkgeschwindigkeit wird bestimmt durch die Einstellung der Drossel 24. Die Einstellung erfolgt vorzugsweise so, dass die Sinkgeschwindigkeit um so grösser ist, je höher der Kolben des Messzylinders 23 und das Steuerorgan 25 vorher angestiegen waren, d.h. je höher der wirksame Tastschalter 26 liegt. Die Pause nach dem Schlag kann in dieser Weise immer etwa gleich bemessen werden. Wird der Tastschalter 26a betätigt, erfolgt eine neue Umsteuerung und damit ein Heben der Masse 1. Die Verwendung eines Druckspeichers hat den Vorteil, dass die Leistung des Motors, bzw. der Pumpe besser ausgenützt werden kann, indem auch während des Schlaghubs und einer eventuellen Pause nach dem Schlag das geförderte Druckmittel nicht einfach durch das Überdruckventil s 14 zurückfliesst, sondern gespeichert werden kann. Es ist jedoch in einer Ausführungsvariante auch möglich, auf einen Druckspeicher zu verzichten. In diesem Falle ist anstelle der Drossel 18 ein Rückschlagventil einzusetzen, welches das nicht benötigte Drucköl bei Ruhestellung des Ventils 16 über io das Ventil 19 mit geringem Druck zurückströmen lässt. Es wäre auch möglich, die beiden Hubzylinder 4 mit einem Umsteuerventil 5 zu steuern.

Wird eine volumetrisch fördernde Pumpe 12 verwendet, kann die dargestellte durch eine elektronische Steuervorrichtung ersetzt werden. Es wird hierbei die Anzahl von Umdrehungen der Pumpenwelle mittels eines Gebers erfasst und in einem elektronischen Zähler gespeichert. Bei einem bestimmten, voreinstellbaren Stand dieses Zählers wird die Umsteuerung ausgelöst.

Es kann erwünscht sein, nicht nur den Hub, sondern auch das Gewicht der Masse 1 zu verändern. Zu diesem Zwecke kann die Masse 1 unterteilt sein in einzelne Abschnitte, z.B. einen untersten Abschnitt mit einem Grundgewicht von 41 2s und zwei darüberliegende Massen von je 11 Gewicht. Eine oder beide dieser oberen Massen können durch Leerhülsen ersetzt werden, um das Gewicht zwischen 4 und 61 zu variieren. Die äusseren Abmessungen der Leerhülsen sind gleich wie diejenigen der oberen Massen, so dass die Abmes-30 sungen, insbesondere die Höhe der ganzen Masse stets gleich bleiben und somit keine Anpassung der Antriebskonstruktion erforderlich ist.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

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1. Hydraulischer Rammbär, dessen Masse mit umsteuerbaren hydraulischen Hubzylindern gekuppelt ist, von welchen jeder mit einem druckempfindlichen Ventil verbunden ist, über das bei drucklosem Zustand die Anschlüsse an den Enden des Hubzylinders miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dreiweg-Umsteuerventil (5) vorgesehen ist, über das das Druckmittel zum Heben der Masse (1) zu dem einen Anschluss (8) des Hubzylinders (4) gelangt, und welches die Druckmittel-Zuleitung (6) absperrt und die beiden Anschlüsse (7,8) direkt miteinander verbindet, wenn der Druck im Hubzylinder denjenigen in der Druckmittel-Zuleitung übersteigt, und dass die Hubzylinder durchgehende Kolbenstangen (3) aufweisen, derart, dass der Flüssigkeitsaustausch bei fallender Masse (1) ausschliesslich über das Umsteuerventil (5) erfolgt.

2. Rammbär nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit einer zur Drehzahl der Druckmittelpumpe (12) in einem festen Verhältnis laufender Zeitgeber (20-27) vorgesehen ist, der während jeder Arbeitsperiode die Dauer des Betriebsdruckes und damit den Hub der Masse (1) bemisst.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Rammbär nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Druckmittelpumpe (12) eine Hilfspumpe (20) gekuppelt ist, deren Fördermenge in einem festen Verhältnis zu derjenigen der Hauptpumpe steht, wobei die Hilfspumpe (20) auf einen Messzylinder (23) arbeitet, der die Umschal-tung von Betriebsdruck auf drucklosen Zustand steuert.

4. Rammbär nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Messzylinder (23) Endschalter (26) zugeordnet sind, die im Steuerstromkreis eines Umschaltventils (16) liegen.

5. Rammbär nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Messzylinder (23) über eine einstellbare Drossel (24) entleerbar ist.

6. Rammbär nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckspeicher (15) vorgesehen ist, der wahlweise mit einer Zu- (6) und Rückleitung (7) verbindbar ist, und dass in der Rückleitung (7) von den Hauptzylindern (4) eine Drossel (18) liegt, zwischen welcher und den Hubzylindern ein Vorspannventil (19) angeschlossen ist.

7. Rammbär nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubzylinder (4) in kugeligen Pfannen (36) von mit dem Bärgestell verbundenen Führungsrohren (30) abgestützt sind.

8. Rammbär nach einem der Ansprüche 1 -7, dadurch gekennzeichnet, dass am Bärgestell eine Rammkappe (4) in Schlagrichtung beweglich angeordnet ist.

9. Rammbär nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rammkappe (44) ein Schlagkörper (50,51) mittels einer kugeligen Fläche aufliegt.

10. Rammbär nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlagkörper (50,51 ) ein elastisches, dämpfendes Glied (51 ) aufweist.