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Dokumentenidentifikation DE3431100C2 30.08.1990
Titel Hydraulischer Rammhammer
Anmelder Stolze, Walter, Ing.(grad.), 2000 Wedel, DE
Erfinder Stolze, Walter, Ing.(grad.), 2000 Wedel, DE
DE-Anmeldedatum 24.08.1984
DE-Aktenzeichen 3431100
Offenlegungstag 24.01.1985
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 30.08.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.08.1990
IPC-Hauptklasse E02D 7/10

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Rammhammer nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Durch die deutsche Offenlegungsschrift 27 32 934 wurde ein Rammgerät bekannt, dessen Triebwerkseinrichtung aus hydraulischen, elektromechanischen und elektronischen Komponenten besteht.

Das Rammverfahren mit dem Vibrationshammer nach obiger Offenlegungsschrift ist charakterisiert durch einen kontinuierlich steuer- und regelbaren Übergang vom reinen Vibrieren der energieerzeugenden Masse bis zum direkten Anschlagen auf das Rammgut. Wegen der Sensibilität in der Abstimmung zwischen Pfahlzug einerseits und Amplitude bzw. Frequenz der energieerzeugenden Masse andererseits wird hier von der Elektronik Gebrauch gemacht. Die mit hoher Vollkommenheit steuer- und regelbaren Betriebsparameter müssen aber durch einen relativ komplexen Aufbau erkauft werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung gegenüber dem aufgezeigten Stand der Technik besteht darin, einen hydraulischen Rammhammer zu schaffen, der relativ leicht ist und der vollautomatisch wahlweise mit freiem Fall des Bärkörpers oder mit beschleunigtem Fall des Bärkörpers betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem hydraulischen Rammhammer der gattungsgemäßen Art durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die aus dem Dampframmenbau bekannte, auch für hydraulische Rammen übernommene, sogenannte "starre Konstruktionsweise" erweist sich bei Hydraulikhämmern als problematisch. Bei der "starren Konstruktionsweise" haben der sekundäre Energieerzeuger (Zylinder mit Kolbenstange) und die Hubbewegung des Bärkörpers, der zugleich als Zylinder ausgebildet ist, theoretisch eine gemeinsame Achse. Das Problem liegt in der dem Fachmann bekannten Schwierigkeit, die beiden Achsen fertigungstechnisch in Übereinstimmung zu bringen.

Im Ausführungsbeispiel wird durch Einführung eines separaten Zylinders die nachteilige Doppelfunktion des Bärkörpers als schlagendes Teil und Zylinder hinfällig. Die gemeinsame Flucht von Kolbenstange und separatem Zylinder braucht hierbei nicht mehr identisch zu sein mit der translatorischen Achse der Bärkörper- Hubbewegung.

Zweckmäßig ist die Verwendung eines für schnelle Schaltvorgänge geeigneten Industriehydraulik-Wegeventiles als Umsteuerventil, welches mit einer zusätzlichen Hubbegrenzung für den Hauptkolben vervollkommnet ist,

die Erhöhung der effektiven Schlagleistung durch Verbesserung der Gleiteigenschaften des Bärkörpers im Hammergehäuse und

die Unterbringung der Hydrospeicher im optimalen Schutzraum, so daß in bezug auf Arbeitssicherheit und Unfallschutz jegliche Kritik unangebracht ist.

Die folgenden Zeichnungen zeigen in Verbindung mit der Funktionsbeschreibung ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Es zeigt

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau des gesamten Rammhammers größtenteils geschnitten dargestellt,

Fig. 2 ein Funktionsbild in Schnittdarstellung, aus dem der gesamte hydraulische Energie- und Signalfluß ersichtlich ist, bei Hammerbetrieb im "freien Fall",

Fig. 3 die Schaltposition "Fallen" des Umsteuerventiles bei "freiem Fall",

Fig. 4 die Schaltposition "Anheben" des Umsteuerventiles bei "beschleunigtem Fall",

Fig. 5 ein Funktionsbild, aus dem der gesamte hydraulische Energie- und Signalfluß erkennbar ist, bei Hammerbetrieb im "beschleunigten Fall".

Fig. 1 zeigt das Umsteuerventil 1, welches auf dem Querhaupt 2 des Rammhammers befestigt wird. Ebenfalls an das Querhaupt 2 von unten starr angeschraubt ist die Kolbenstange 3. Der Zylinder 4 ist oben und unten durch Federelemente 5 in den Bärkörper 6 kraftschlüssig eingespannt und bewegt sich zusammen mit diesem auf und nieder. Die äußere Führungsbuchse 7 des zweiseitig wirkenden Zylinders 4 liegt eingebettet in ein Lager aus Elastomerwerkstoff 8, so daß dem Zylinder 4 im Bärkörper 6 eine minimale kardanische Bewegung gestattet ist. Auch das Querhaupt 2 ist über elastische Glieder 9 am Hammergehäuse 12 abgestützt. Der Bärkörper hat ein Schmiermitteldepot mit Niederdrucköl-Zulauf durch eine Bohrung 10 aus dem Hydraulik-Kreislauf, ferner oben und unten spezielle Dichtungspakete. Das Hammergehäuse 12 hat einen Luftventilationskanal 13 und ist am oberen Ende als Träger für das Querhaupt 2 und außerdem als stabiler Schutzmantel für die unverzichtbaren Hydrospeicher 14 ausgebildet. In bekannter Weise sind sowohl dem Hochdruckanschluß 15 als auch dem Rücklaufanschluß 16 einer oder mehrere Hydrospeicher 14 zugeordnet, welche hier in bezug auf Arbeitssicherheit und Unfallschutz an sehr vorteilhafter Stelle angeordnet sind. Der Bärkörper 6 schlägt auf eine Aufschlagplatte 18, die den Schlag zum Beispiel an einem Rohrpfahl 19 weitergibt. Der obere Festanschlag 20 sorgt für eine Hubbegrenzung des Bärkörpers nach oben und ist besonders wichtig, wenn der Hammer als Ziehgerät benutzt wird.

Der gesamte hydraulische Energie- und Signalteil ist bis zu einem gewissen Grade von den Prellschlägen und Stößen während des Rammens abisoliert. Der Stoßisolation dienen die Federelemente 5, das Lager aus Elastomerwerkstoff 8, die elastischen Glieder 9 sowie untere Anschläge 21.

Maßgeblich für den wahlweisen Betrieb des Hammers im freien oder beschleunigten Fall des Bärkörpers 6 ist die Schaltstellung des Hubbegrenzungskolbens 22. Bei permanenter Druckbeaufschlagung am Anschluß 23 ist der Hammerbetrieb auf "freien Fall" arretiert.

Bei Fig. 2 sitzt der Bärkörper 6 noch auf der Aufschlagplatte 18 und der Aufwärtshub beginnt gerade. Der Hauptkolben 24 des Umsteuerventiles 1 befindet sich durch die Kraft der Feder 25 in Anfangsposition für den Bewegungsbeginn des Bärkörpers 6 bzw. Zylinders 4 nach oben. Die gezeichnete Schaltstellung des Umschaltventiles 1 ist identisch mit der Schaltstellung "Null" des ebenfalls dargestellten Sinnbildes nach DIN ISO 1219. Vom Hochdruckanschluß 15 strömt das hydrostatische Druckmittel (Hochdrucköl) durch das Umsteuerventil 1 in die energieführende Leitung 26 zum aktiven Zylinderhubraum 27, wodurch der Aufwärtshub des Zylinders 4 und mit diesem des Bärkörpers 6 eingeleitet wird. Hierbei pflanzt sich der beim Anheben entstehende hydrostatische Druck über die momentan passive signalführende Leitung 28 und das Rückschlagventil 29 bis in den Ringkanal 30 fort und befindet sich dort in Warteposition. Die Druckfortpflanzung aus dem Ringkanal 30 durch die signalführende Leitung 31 in die Ventilkammer 32 ist hier ohne Bedeutung.

Nachdem sich der Zylinder 4 mit Bärkörper 6 so weit angehoben hat, daß die Querbohrung 33 der signalführenden Leitung 34 mit dem unter Druck stehenden Ringkanal 30 Kontakt erhalten hat, beginnt die sogenannte "Obere Umsteuerung".

Durch die jetzt aktivierte signalführende Leitung 34 wird der Druckuntersetzer 35 beaufschlagt, welcher seinerseits durch sein unterschiedliches Flächenverhältnis einen wesentlich kleineren Öldruck als in der signalführenden Leitung 34 in die Ventilkammer 36 überführt. Hierdurch schaltet das Umsteuerventil schlagartig um und hat dann die Schaltposition, wie dies in Fig. 3 deutlich dargestellt ist. Bei der Umsteuerung verdrängt der Kolben 24 ein Ölvolumen aus der Ventilkammer 32 durch die momentan passive signalführende Leitung 31 in den immer passiven und nur mit Rücklaufdruck beanspruchten Zylinderhubraum 37. Von dort besteht erstens durch die Rückführleitung 38 Verbindung zum Rücklaufanschluß 16 und zweitens durch die Bohrung 10 die schon erwähnte Niederdruckölzufuhr zum Schmiermitteldepot des Bärkörpers 6. Das Teil 39 ist ein Dichtringträger mit radialer Freiheit.

Aus Fig. 3 ist deutlich zu sehen, wie der Hubbegrenzungskolben 22 es nicht zuläßt, daß der Hauptkolben 24 bei der "Oberen Umsteuerung" einen vollen Hub machen kann, sondern nur von der Schaltstellung "Null" in die Mittelstellung a springt. Siehe Sinnbild. Dadurch ist der Hochdruckanschluß 15 mit energieführenden Leitungen 26 und 40 verbunden. Vorausgesetzt, daß die Kolbenstange 3 an beiden Enden den gleichen Durchmesser hat, heben sich nun die hydraulischen Kräfte in den Zylinderhubräumen 27 und 41 in ihrer Wirkung gegenseitig auf. Der zweifach wirkende Zylinder 4 bleibt trotz der herrschenden Drücke passiv, so daß nun der Bärkörper 6 lediglich durch seine eigene Schwerkraft nach unten fällt. Während der Fallbewegung fördert die Hydraulikpumpe, mit der der Hammer betrieben wird, in diejenigen Hydrospeicher 14, welche mit dem Hochdruckanschluß 15 verbunden sind. Es findet somit bei Hammerbetrieb im "freien Fall" keine Energievergeudung statt.

Es folgt die "Untere Umsteuerung". Die Querbohrung 42 der signalführenden Leitung 31 befand sich während des Abwärtshubes in Verbindung mit dem passiven Zylinderhubraum 37. Sobald die Querbohrung 42 in den Ringkanal 30 einmündet, wird der Ventilkammer 32 der volle Arbeitsdruck zugeführt. Es entsteht schlagartig am Hauptkolben 24 ein Kräfte- Ungleichgewicht, hervorgerufen durch den noch bestehenden, untersetzten Druck in der Ventilkammer 36 und dem vollen Druck aus der Ventilkammer 32, wodurch sich der Kolben 24 in die Ursprungs-Schaltstellung gemäß Fig. 2, Ventil-Schaltstellung "Null" zurückschiebt. Anbei wird auch der Druckuntersetzer 35 in seine ursprüngliche Lage zurückbewegt. Das Rückschlagventil 43 gestattet, daß sich der Federraum 35a des Druckuntersetzers 35 sowie die Ventilkammer 36 während der nun folgenden Bärkörper-Hubphase wieder gänzlich mit Öl füllen können, um Leckagen durch den Spalt des Hauptkolbenteils 24a beim Abwärtshub zu ersetzen.

Für den Betrieb des Rammhammers bei beschleunigtem Fall des Bärkörpers 6 wird der Hubbegrenzungskolben 22 des Umsteuerventiles 1 umgestellt, und zwar, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, also durch Druckeingabe am Anschluß 44. Aus Fig. 4 und Fig. 5 ist erkennbar, daß der Hauptkolben 24nun nicht mehr durch den Hubbegrenzungskolben 22 blockiert wird. Die wechselseitig am Hauptkolben 24 angreifenden Kräfte schieben diesen jeweils in die Endstellungen "Null" und "b", die Mittelstellung "a" wird in Millisekunden überfahren.

Das Arbeitsspiel des auf beschleunigten Fall eingestellten Rammhammers beginnt in gleicher Weise wie für den freien Fall. Die Ausgangsposition des Umsteuerventiles 1 ist dabei die Schaltstellung "Null" gemäß Fig. 4. In Fig. 5 hat die "Obere Umsteuerung" bereits stattgefunden. Es spielt hier das Rückschlagventil 29 eine Rolle. Es verhindert, daß unmittelbar nach dem Sprung des Kolbens 24 in die Schaltstellung "b" das Steueröl vom Druckuntersetzer 35 in den drucklos gewordenen oberen Zylinderhubraum 27 zurückströmt. Durch die "Obere Umsteuerung" wird der untere Zylinderhubraum 41 mit dem Hochdruckanschluß 15 verbunden, der obere Zylinderhubraum 27 dagegen mit dem Niederdruck-Rücklaufanschluß 16. Somit fällt der Bärkörper 6 nicht nur durch seine natürliche Schwerkraft nach unten, sondern durch die zusätzliche Zylinderkraft mit ungefähr zweifacher Erdbeschleunigung, wodurch sich auch die Schlagenergie verdoppelt.

Für die nun folgende "Untere Umsteuerung" ist anzumerken, daß diese im Gegensatz zur Freifall-Version dann einsetzt, wenn die Querbohrung 45 der signalführenden Leitung 46 mit dem unter Druck stehenden Zylinderhubraum 41 Kontakt bekommt. Die Positionen 45 und 46 sind konstruktiv also nicht identisch mit 42 und 31 und müssen durch ein Absperrmittel voneinander getrennt werden.

Weitere Ausgestaltungen und Ergänzungen:

Der Druckuntersetzer 35 kann vollständig entfallen, wenn das linke Kolbenteil 24a des Umsteuerventiles 1 im Durchmesser wesentlich kleiner ausgeführt wird als der übrige Kolben-Außendurchmesser.

Ein praxisgerechter Rammhammer muß mit unterschiedlicher Wucht schlagen können. Durch die wahlweise Betriebsweise des beschriebenen Rammhammers mit "freien Fall" oder "beschleunigtem Fall" ergibt sich bereits eine unterschiedliche Wucht beim Aufschlagen des Bärkörpers 6 auf die Aufschlagplatte 18. In der bisherigen Funktionsbeschreibung wurde stets der volle Zylinderhub bzw. Bärkörperhub behandelt. Wenn außer der beschriebenen signalführenden Leitung 34 eine weitere oder mehrere mit Querbohrungen wie 33 in unterschiedlicher Höhe angeordnet werden, sind auch entsprechend mehrere Hubhöhen des Bärkörpers realisierbar. Bereits mit nur einer zusätzlichen signalführenden Leitung sind insgesamt vier Schlagenergie-Abstufungen möglich. Es darf dabei immer nur eine signalführende Leitung geöffnet sein.

Die obere und untere Umsteuerung kann so weit nach oben verlegt werden, daß der Bärkörper 6 fortwährend gegen den oberen Anschlag 20 des Hammergehäuses 12 anschlägt.

Eine zufriedenstellende und zuverlässige Schmierung des Bärkörpers 6 im zylindrischen Hammergehäuse 12 ist vor allem bei der Schrägrammung bedeutsam, weil hierbei erhebliche Reibungsverluste und Verschleiß entstehen.

Weil das für den Hammerbetrieb verwendete hydrostatische Druckmittel nicht zwangsläufig auch das bestgeeignete Schmiermittel für die Bärkörperschmierung sein muß, wird das Schmiermitteldepot von außen durch das Hammergehäuse 12 hindurch mit dem optimalen Schmiermedium vorgefüllt. Es ergibt sich daraus ein Zweikomponenten-Schmiersystem, bestehend aus einer schmierenden Komponente und einer komprimierenden Komponete durch die Druckmittelzuführung aus dem Hydraulikkreislauf.


Anspruch[de]
  1. 1. Hydraulischer Rammhammer

    mit einer zylindrischen Kolbenstange, die, abgesehen von einem ringartigen mittleren Bereich mit vergrößertem Querschnitt, überall den gleichen Querschnitt aufweist, und einem Zylinder, der zwei aktive Zylinderhubräume bildend, abgedichtet an der Kolbenstange und dem Bereich des vergrößerten Querschnitts gleitend anliegt,

    mit einem mit dem Zylinder zusammenwirkenden Bärkörper, einem Querhaupt, einem am Querhaupt angeordneten in drei Schaltstellungen steuerbaren Umsteuerventil und mindestens einem Hydrospeicher und

    mit energieführenden Leitungen, die das Umsteuerventil durch die Kolbenstange hindurch mit den aktiven Zylinderhubräumen verbinden,

    dadurch gekennzeichnet,

    daß koaxial zum Hauptkolben (24) des Umsteuerventils (1) auf der einen Seite des Hauptkolbens (24) ein in zwei Stellungen bringbarer Hubbegrenzungskolben (22) angeordnet ist, der in seiner einen Stellung eine der drei Schaltstellungen des Hauptkolbens (24) des Umsteuerventils (1) blockiert,

    daß der Rammhammer abhängig von der Stellung des Hubbegrenzungskolbens (22) gegen das Rammgut vorspannbar ist,

    daß außer den aktiven Zylinderhubräumen (27, 41) zwischen der Kolbenstange (3) und dem Zylinder (4) ein über eine Signalleitung (28) mit Rückschlagventil (29) mit dem aktiven Zylinderhubraum (27) verbundener Ringkanal (30) und ein über die Rückführleitung (38) mit dem Rücklaufanschluß (16) verbundener passiver Zylinderhubraum (37) gebildet sind und

    daß das vollhydraulisch ansteuerbare Umsteuerventil (1) in der einen Richtung über eine mit dem aktiven Zylinderhubraum (41) oder dem Ringkanal (30) in Verbindung stehende, einen Druckuntersetzer (35) aufweisende Signalleitung (34) und in der anderen Richtung in der einen Stellung des Hubbegrenzungskolbens (22) über eine mit dem Ringkanal (30) oder dem passiven Zylinderhubraum (37) in Verbindung stehende Signalleitung (31) und in der anderen Stellung des Hubbegrenzungskolbens (22) über eine mit dem aktiven Zylinderhubraum (41) oder dem passiven Zylinderhubraum (37) in Verbindung stehende Signalleitung (46) betätigbar ist.
  2. 2. Hydraulischer Rammhammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (3) mit ihrer einen Seite starr mit dem in elastischen Gliedern (9) gehaltenen Querhaupt (2) verbunden und mit ihrer anderen Seite in dem Zylinder (4) abgestützt ist und daß der Zylinder (4) durch das ihn umschließende verformbare Lager (8) einerseits und durch in Achsrichtung zweiseitig wirkende vorgespannte Federelemente (5) andererseits im Bärkörper (6) gehalten ist.
  3. 3. Hydraulischer Rammhammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

    daß eine Niederdrucköl-Abzweigung (10) aus dem passiven Zylinderhubraum (37) in das Schmiermitteldepot des Bärkörpers (6) einmündet und

    daß das oben und unten abgedichtete, am Außenumfang des Bärkörpers (6) befindliche Schmiermitteldepot durch das Hammergehäuse hindurch mit dem optimalen Schmiermedium gefüllt ist.
  4. 4. Hydraulischer Rammhammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrospeicher (14) durch Anordnung unterhalb des massiven Querhauptes (2) vom oberen Teil des stabilen Hammergehäuses (12) umschlossen sind.






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