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Die
Erfindung betrifft einen Dieselhammer mit
- a)
einem Zylinder;
- b) einem in dem Zylinder verschiebbar geführten Kolben;
- c) einem in dem Zylinder verschiebbar geführten Schlagstück, welches
in der Betriebsstellung des Dieselhammers unterhalb des Kolbens
angeordnet ist;
- d) einem Arbeitsraum, der axial von einer im Inneren des Zylinders
liegenden Stirnfläche
des Schlagstücks
und einer Stirnfläche
des Kolbens begrenzt ist;
- e) einer Kraftstoffzuführeinrichtung,
durch die bei jedem Arbeitszyklus eine vorgegebene Menge Kraftstoff,
insbesondere Dieselöl,
in den Arbeitsraum einbringbar ist.
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Derartige
Dieselhämmer,
die auch als Dieselbären
bezeichnet werden, werden insbesondere bei Gründungsarbeiten in der Bauindustrie
zum Einrammen von Pfählen
aller Art, wie Betonpfeilern, Eisenträgern, Spundwandelementen oder
dergleichen, in einen Baugrund eingesetzt.
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Zum
Starten eines solchen Dieselhammers wird der Kolben mit Hilfe einer
Ausklinkvorrichtung nach oben gezogen und in einer bestimmten Höhe freigegeben,
worauf er unter Einwirkung der Schwerkraft nach unten fällt. Der
Kolben betätigt
beim Niederfallen eine Kraftstoffpumpe, wodurch einer oder mehreren
Einspritzdüsen
Kraftstoff, insbesondere Dieselöl,
zugeführt
wird, die den Kraftstoff in den Arbeitsraum des Zylinders einspritzen.
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Beim
Niederfallen des Kolbens wird die im Arbeitsraum des Zylinders befindliche
Luft komprimiert und dadurch derart erhitzt, daß sich das im Arbeitsraum vorliegende
Kraftstoff/Luft-Gemisch entzündet,
worauf es explosionsartig verbrennt.
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Die
dabei freiwerdende Explosionsenergie schleudert einerseits den Kolben
zu einem neuen Arbeitszyklus wieder nach oben und treibt andererseits. das
Rammgut in den Boden.
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Bei
solchen Dieselhämmern
sind zwei Typen mit unterschiedlichen Arten zum Einspritzen von Kraftstoff
in den Arbeitsraum bekannt.
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Bei
einer ersten Einspritzart, der Hochdruck-Einspritzung, wird der
Kraftstoff während
der Kompression der Luft durch den fallenden Kolben mit hohem Druck
meist in Form eines fein zerstäubten Kraftstoffnebels
in den Arbeitsraum des Zylinders eingespritzt. Dieser Nebel bildet
zusammen mit der Luft ein zündfähiges Gemisch.
Der Kraftstoff entzündet
sich bei der Hochdruck-Einspritzung bereits während des Kompressionsvorganges,
sobald die komprimierte Luft eine Temperatur erreicht, die zur Entzündung des
Kraftstoffgemischs ausreicht.
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Durch
die explosionsartige Verbrennung baut sich im Arbeitsraum ein hoher
Druck auf, durch den einerseits der Kolben abgebremst wird. Andererseits
wirkt dieser Verbrennungsdruck auf das Schlagstück, welches eine Kraft auf
das Rammgut ausübt, wodurch
dieses in den Boden eingetrieben wird.
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Der
Verdichtungsvorgang endet spätestens mit
dem Auftreffen des Kolbens auf das Schlagstück, wobei der Kolben, der ja
bereits vor dem Auftreffen auf das Schlagstück durch die expandierenden
Verbrennungsprodukte abgebremst wurde, nicht mit voller kinetischer
Energie auf das Schlagstück
aufschlägt.
Zeitweise, insbesondere bei einem harten Baugrund, kann sogar der
Fall auftreten, daß der
Kolben das Schlagstück überhaupt
nicht berührt
und ohne vorherigen Kontakt mit dem Schlagstück durch die Verbrennungsgase
wieder nach oben geschleudert wird. Unter solchen Bedingungen wirkt
das Schlagstück
nur über
das Verbrennungsgas-Polster auf
das Rammgut ein.
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Daher
eignen sich Dieselhämmer,
bei denen eine Hochdruckeinspritzung verwendet wird, weniger zum
Einrammen von schwerem Rammgut oder bei schwierigen Bodenverhältnissen
mit harten Schichten.
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Zudem
wird ein derartiger Dieselhammer im Betrieb sehr heiß und das
System der Hochdruck-Einspritzung neigt bei Überhitzung zu Fehlzündungen.
Ein solches System ist zudem reparaturanfällig und hat einen verhältnismäßig komplizierten Aufbau.
Dies bringt den Nachteil mit sich, dass ein Dieselhammer mit Hochdruck-Einspritzung
auf Baustellen vor Ort nur schlecht oder gar nicht reparierbar ist.
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Vorteile
der Hochdruck-Einspritzung liegen bei einer guten, relativ rückstandsfreien
Verbrennung und einem guten Startverhalten des Dieselhammers sowie
einer guten Rammwirkung bei weichen Bodenschichten.
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Die
zweite Einspritzart ist die sogenannte Schlagzerstäubung, die
im Gegensatz zur Hochdruck-Einspritzung auch als Niederdruck-Einspritzung
bezeichnet werden kann.
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Dort
wird der Kraftstoff zu Beginn des Kompressionsvorganges mit niedrigerem
Druck, meist in Form eines Kraftstoffstrahls, in den Arbeitsraum
eingebracht und liegt danach zunächst
als Kraftstofflache auf der oberen Stirnseite des Schlagstücks.
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Die
Luft im Arbeitsraum wird durch den niederfallenden Kolben solange
komprimiert, bis dieser auf das Schlagstück aufschlägt. In diesem Moment wird der
flüssige
Kraftstoff durch die auftreffende Kolbenfläche zerstäubt und entzündet sich
in diesem Zustand in der heißen
komprimierten Luft. Der Kolben wird dann durch die Explosion nach
oben geschleudert, worauf ein weiterer Arbeitszyklus beginnen kann.
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Bis
zum Aufschlagen auf das Schlagstück wird
der Kolben lediglich durch die im Arbeitraum befindliche und durch
ihn komprimierte Luft in seinem Fall gebremst. Dies bedeutet, die
Bewegungsenergie des Kolbens wird zum großen Teil auf das Schlagstück übertragen,
wodurch bei gleichem Gewicht des Kolbens deutlich höhere Schlagkräfte auf
das Rammgut ausgeübt
werden können
als dies bei der oben erläuterten
Hochdruck-Einspritzung der Fall ist. Der Aufschlag des Kolbens auf
das Schlagstück
erfolgt zeitlich vor der Verbrennung des Kraftstoffes.
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Dieselhämmer, die
eine Niederdruck-Einspritzung verwenden, sind weniger gut dafür geeignet,
bei geringen Bodenwiderständen
eingesetzt zu werden. In diesen Fällen verringert sich die Kompression
auf Grund des geringeren Widerstandes des Erdreiches, denn bereits
der sich aufbauende Kompressionsdruck wird über das sich nach unten bewegende
Schlagstück
auf das Rammgut übertragen. Der
Arbeitsraum wird dadurch faktisch vergrößert, was wiederum auf Kosten
des Kompressionsdruckes geht.
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Die
Verbrennung läuft
somit bei weichen Böden
nur mit verminderter Qualität
ab, was zu unerwünschten
Rückständen (Ruß, unverbrannter
Kraftstoff in den Verbrennungsgasen) führen kann, die die Umwelt belasten.
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Vorteilhaft
bei der Schlagzerstäubung
ist, daß die
Bewegungsenergie des Kolbens effektiv genutzt wird, da der Kolben
hart auf dem Schlagstück aufschlägt. Zudem
neigt ein Dieselhammer mit Schlagzerstäubung weniger zu einer Überhitzung,
ist weniger störanfällig und
einfacher zu bedienen als ein Dieselhammer mit Hochdruck-Einspritzung.
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Bislang
mußte
bei Dieselhämmern
der Nachteil in Kauf genommen werden, daß ein nach einem der beiden
Arbeitsprinzipien arbeitender Dieselhammer immer nur bestimmten örtlichen
Gegebenheiten Rechnung tragen konnte. Stellte sich vor Ort heraus, daß die Bodenbeschaffenheit
anders war oder wurde als vorausgeplant, mußte entweder mit dem nicht
optimalen Gerät
weitergearbeitet werden oder ein anderer Dieselhammer beschafft
werden, was zu Zeitverlust und höheren
Kosten führte.
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Durch
die Erfindung soll ein Dieselhammer geschaffen werden, der bei unterschiedlichen
Bodenverhältnissen
mit guter Schlageffektivität
bei guter Verbrennungsqualität
einsetzbar ist.
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Diese
Aufgabe ist bei einem Dieselhammer der eingangs angesprochenen Art
dadurch gelöst, daß
- f) die Kraftstoffzuführeinrichtung derart ausgebildet
ist, daß der
Kraftstoff in einer ersten Einspritzart als zerstäubter Kraftstoffnebel
und in einer zweiten Einspritzart als Kraftstoffstrahl in den Arbeitsraum
eingespritzt wird.
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Dadurch
wird es ermöglicht,
daß der
Dieselhammer bei weichen Bodenverhältnissen mit Hochdruck-Einspritzung
arbeiten, bei harten Bodenschichten jedoch mit der oben angesprochenen
Schlagzerstäubung
betrieben werden kann.
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So
ist eine Anpassung der Wirksamkeit des Dieselhammers bei gleichzeitiger
Optimierung der Verbrennung, die ja teilweise ebenfalls von dem
Bodenwiderstand abhängt,
an weiche oder harte Schichten des Bodens gewährleistet.
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Es
ist günstig,
wenn der Kraftstoffnebel der ersten Einspritzart im wesentlichen
senkrecht zur Bewegungsrichtung des Kolbens in der Nähe der oberen
Stirnfläche
des Schlagstücks
in den Arbeitsraum einströmt.
Dadurch wird eine gute Verteilung des Kraftstoffnebels im Arbeitsraum
erreicht, was zu einer insgesamt guten und effektiven Verbrennung
des entstehenden Kraftstoff/Luft-Gemischs führt.
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Vorteilhaft
wird der Kraftstoffstrahl der zweiten Einspritzart derart in den
Arbeitsraum des Zylinders eingespritzt, daß er schräg auf die kolbenseitige Stirnfläche des
Schlagstücks
trifft. So ist gewährleistet,
daß sich
der flüssige
Kraftstoff gut über
die Stirnfläche
verteilt, was zu einer besseren Zerstäubung beim Auftreffen des Kolbens
auf das Schlagstück
und damit zu einer guten und effektiven Verbrennung führt.
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Ein
baulich einfach umzusetzender Dieselhammer ergibt sich aus derjenigen
Ausführungsform, bei
der die Kraftstoffzuführeinrichtung
wenigstens eine Hochdruck-Einspritzvorrichtung und wenigstens eine
Niederdruck-Einspritzvorrichtung umfaßt, denen über jeweils eine Leitung durch wenigstens
eine Kraftstoffpumpe, deren Einlaß mit einem Kraftstofftank
kommuniziert, bei jedem Arbeitszyklus des Dieselhammers eine bestimmte
Menge Kraftstoff zuführbar
ist.
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Auf
diese Weise können
vorteilhaft bereits bekannte Komponenten einer Hochdruck-Einspritzung
bzw. einer Niederdruck-Einspritzung zur Realisierung eines erfindungsgemäßen Dieselhammers verwendet
werden.
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Es
ist günstig,
wenn die jeweils über
eine Hochdruck-Einspritzvorrichtung
und die jeweils über eine
Niederdruck-Einspritzvorrichtung
zugeführte Kraftstoffmenge
einstellbar ist, vorzugsweise über die
Kraftstoffpumpe selbst. Dadurch kann die Schlagintensität des Dieselhammers
an unterschiedliche Bodenverhältnisse,
je nach Härte
des Baugrundes, angepasst werden.
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Alternativ
ist auch die Verwendung steerbarer Drosseln oder in der Öffnungszeit
steuerbarer Ventile möglich.
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Eine
gut funktionierende und zeitlich zuverlässig auf einen Arbeitszyklus
des Dieselhammers abgestimmte Einspritzung des Kraftstoffes wird
erzielt, wenn der niederfallende Kolben die Kraftstoffpumpe oder
ein Einspritzventil steuert oder betätigt.
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Ein
Zusetzen der zumeist sehr feinen Einspritzdüsen der Hochdruck-Einspritzvorrichtung
wird auf einfache Weise verhindert, wenn die Kraftstoffpumpe der
Hochdruck-Einspritzvorrichtung bei jedem Arbeitszyklus eine Mindestmenge
Kraftstoff zuführt.
Dadurch wird die Einspritzdüse
bei jedem Zyklus von Kraftstoff durchströmt und somit von Verunreinigungen
befreit bzw. davon freigehalten.
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Ein
eine effektive Verbrennung gewährleistender
Verbrennungsraum ist gegeben, wenn die den Arbeitsraum des Zylinders
begrenzende Stirnfläche des
Kolbens durch eine umlaufende radial außenliegende Stufe abgesetzt
ist. So ist der Verbrennungsraum, der gebildet ist, wenn die Stirnfläche des
Kolbens auf der inneren Stirnfläche
des Schlagstücks aufliegt,
toroidförmig
und weist ein verhältnismäßig geringes
Volumen auf.
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Gemäß weiterer
Fortbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Kraftstoff in einer dritten
Einspritzart sowohl als zerstäubter
Kraftstoffnebel als auch als Kraftstoffstrahl in den Arbeitsraum
des Zylinders eingespritzt wird.
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Man
kann so einen Übergang
zwischen der ersten und der zweiten Einspritzart realisieren.
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Nachstehend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
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1 einen
dem Baugrund zugewandten unteren Abschnitt eines Dieselhammers in
teilweisem Schnitt;
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2 eine
Niederdruck-Einspritzvorrichtung mit und 3 Kraftstoffpumpe,
deren Betätigungsstößel in unterschiedlichen
Ausgangsstellungen gezeigt ist; und
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4 schematisch
eine elektronische Steuerung der Kraftstoffmenge, die dem Arbeitsraum
zugeführt
wird.
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1 zeigt
einen Dieselhammer 10 mit einem beidseitig offenen Zylinder 12,
der in der Praxis eine Länge
von 5 bis 10 m und einen Durchmesser von 0,5 bis 1 m aufweisen kann.
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In
dem Zylinder 12 läuft
ein Kolben 14. Ein hierzu koaxiales Schlagstück 16 greift
verschiebbar in das offene untere Ende des Zylinders 12 ein.
Das untere Ende des Zylinders 12 trägt eine mittels Schrauben,
von denen in der Figur eine mit dem Bezugszeichen 18 gekennzeichnet
ist, befestigte ringförmige
Lagereinheit 20. In dieser ist ein mittiger Schaftabschnitt 22 des
Schlagstücks 16 dicht
und verschiebbar geführt,
der einen gegenüber
dem Innendurchmesser des Zylinders 12 verminderten Außendurchmesser
hat.
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An
das untere Ende des Schaftabschnitts 22 ist eine unterhalb
des Zylinders liegende Schlagplatte 24 angeformt, deren
außenliegende
untere konvexe Begrenzungsfläche 26 im
Betrieb mit dem oberen Ende eines einzutreibenden Rammgutes wie
einem Betonpfahl, einem Eisenträger,
einem Spundwandelement oder dergleichen zusammenarbeitet.
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An
das obere Ende des Schaftabschnitts 22 des Schlagstücks 16 ist
ein Kolbenabschnitt 28 mit mehreren umlaufenden, axial
beabstandeten Dichtringen 30 angeformt, die auf der Innenmantelfläche 32 des
Zylinders 12 laufen. Die Oberseite des Kolbenabschnitts 28 begrenzt
zusammen mit der Unterseite des Kolbens 14 und der Umfangswand
des Zylinders 12 einen Arbeitsraum 34. Die dem
Arbeitsraum 34 des Zylinders 12 zugewandte Stirnfläche 36 des
Schlagstücks 16 ist
plan mit einer flachen Brennstoffmulde 37 geschliffen.
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Zwischen
der Schlagplatte 24 des Schlagstücks 16 und der Lagereinheit 20 des
Zylinders 12 ist ein Dämpfungsring 38 angeordnet.
Ein weiterer Dämpfungsring 40 ist
in der Nähe
der Lagereinheit 20 zwischen der Oberseite der Lagereinheit 20 und
der Unterseite des Kolbenabschnitts 28 des Schlagstücks 16 wirksam.
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Im
Inneren des Zylinders 12 läuft oberhalb des Schlagstücks 16 ein
mit umlaufenden, axial beabstandeten Dichtringen 42 versehenes
unteres Arbeitsende 44 des Kolbens 14.
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Die
untere freie plan geschliffene Stirnfläche 46 des Kolbens 14 ist
durch eine radial außenliegende
umlaufende Stufe 48 abgesetzt, so daß sich eine toroidförmige Gestalt
des Verbrennungsraumes bildet, wenn die Stirnfläche 46 des Kolbens 14 auf
der Stirnfläche 36 des
Schlagstücks 16 aufliegt.
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Das
Arbeitsende 44 des Kolbens 14 ist an einen Massenabschnitt 50 desselben
angeformt, der sich in den hier nicht dargestellten oberen Abschnitt des
Zylinders 12 hinein erstreckt.
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Um
den Kolben 12 zum Starten des Dieselhammers ein erstes
Mal anzuheben, weist der Massenabschnitt 50 eine hier nicht
gezeigte Mitnahmeschulter auf, an welcher ein ausklinkbarer Haken
einer hier ebenfalls nicht dargestellten Hebevorrichtung angreifen
kann.
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An
der Umfangswand des Zylinders 12 ist eine Hochdruck-Einspritzvorrichtung 52 mit
einer schematisch angedeuteten Kraftstoffpumpe 53 und einer
Hochdruck-Einspritzdüse 54 angeordnet.
In der in der Figur gezeigten oberen Endstellung des Schlagstücks 16,
wenn also eine obere Ringfläche 56 der
Schlagplatte 24 des Schlagstücks 16 gegen den Dämpfungsring 38 anliegt,
mündet
die Einspritzdüse 54 der
Hochdruck-Einspritzvorrichtung 52 knapp oberhalb der Stirnfläche 36 des
Schlagstücks 16 in den
Arbeitsraum 34 des Zylinders 12.
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Neben
der Hochdruck-Einspritzdüse 54 können (vorzugsweise
auf gleicher Höhe)
weitere Hochdruck-Einspritzdüsen
gleich verteilt in der Umfangswand des Zylinders 12 angeordnet
sein.
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Die
Hochdruck-Einspritzdüse 54 ist über eine
Leitung 58 mit dem Auslaß der auf der Außenseite
des Zylinders 12 angeordneten Kraftstoffpumpe 53 verbunden,
deren Einlaß mit
einem mit Dieselöl gefüllten Kraftstofftank 55 kommuniziert.
Die Kraftstoffpumpe 53 wird über einen Betätigungsstößel 57 betätigt, wenn
der Kolben 14 nach unten fällt.
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Die
Hochdruck-Einspritzvorrichtung 52, insbesondere deren Einspritzdüse 54,
ist so ausgebilet, daß sie
das ihr zugeführte
Dieselöl
mit hohem Druck im wesentlichen als fein zerstäubten Nebel 76 in
den Arbeitsraum 34 des Zylinders 12 einspritzt.
Die Einspritzdüse 54 ist
dabei so ausgerichtet, daß das
Dieselöl
im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Kolbens 14 eingespritzt
wird.
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Eine
weitere Kraftstoffpumpe 60, die durch einen ins Innere
des Zylinders 12 vorgespannten Betätigungsstößel 61 beim Fallen
des Kolbens 14 angetrieben wird, ist förderseitig über eine Leitung 64 mit einer
Niederdruck-Einspritzdüse 66 verbunden
und bildet mit dieser eine Niederdruck-Einspritzvorrichtung 68.
Die Kraftstoffpumpe 60 kommuniziert mit einem mit Dieselöl gefülltem Kraftstofftank 62.
Die Niederdruck-Einspritzvorrichtung 68 ist axial von der Hochdruck-Einspritzvorrichtung 52 in
Richtung auf das obere Ende des Zylinders 12 beabstandet
an und in der Umfangswand des Zylinders 12 vorgesehen. Ihre
Einspritzdüse 66 ist
derart ausgebildet und ausgerichtet, daß der abgegebene Kraftstoff
in einem im wesentlichen zusammen hängenden Strahl etwa mittig
auf die Stirnfläche 36 des
Schlagstücks 16 gespritzt
wird.
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Auch
hier können
ergänzende
weitere Niederdruck-Einspritzdüsen
vorzugsweise auf gleicher Höhe
liegend wie die Niederdruck-Einspritzdüse 66 um den Umfang
des Zylinders 12 verteilt sein.
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Insgesamt
bilden also die Hochdruck-Einspritzvorrichtung 52, die
Niederdruck-Einspritzvorrichtung 68 und die Kraftstofftanks 55 und 62 gemeinsam
eine Kraftstoffzuführeinrichtung.
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Die
Kraftstoffpumpen 53 und 60 sind unabhängig voneinander
in ihrer Fördermenge
einstellbar, so daß die
der Hochdruck-Einspritzdüse 54 und
die der Niederdruck-Einspritzdüse 66 zugeführte Kraftstoffe
kontinuierlich variierbar ist, wie nachfolgend noch erläutert wird.
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Oberhalb
der Niederdruck-Einspritzvorrichtung 68 ist die Umfangswand
des Zylinders 12 von schräg nach oben verlaufenden Arbeitsstutzen 70 und 72 durchsetzt,
wie dies aus der Figur ersichtlich ist. Über sie wird Verbrennungsluft
angesaugt und werden Verbrennungsgase abgegeben.
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Schließlich umfaßt der Dieselhammer 10 hier
nicht extra dargestellte Schmiermittelpumpen und in Umfangsrichtung
des Zylinders 12 verteilte Schmiermitteldüsen, über die
Schmiermittel zwischen den Kolben 14 und die Innenmantelfläche 32 des
Zylinders 12 gegeben wird.
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Die 2 und 3 zeigen
die Kraftstoffpumpe 60 der Niederdruck-Einspritzvorrichtung 68, wobei
ihr Betätigungsstößel 61 in
zwei unterschiedlichen Ausgangsstellungen gezeigt ist.
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Der
Betätigungsstößel 61 erstreckt
sich durch die Umfangswand des Zylinders 12 hindurch. Er
endet außen
in einem Pumpenkolben 80 und im Inneren des Zylinders 12 in
einem in einer passenden Ausnehmung 81 in der Umfangwand
des Zylinders 12 laufenden keilförmigen Betätigungsabschnitt 82, die über eine
Kolbenstange 84 miteinander verbunden sind. Eine zum Innenraum
des Zylinders 12 zeigende konkave Betätigungsfläche 86 des Betätigungsabschnitts 82 weist
eine Krümmung
auf, die derjenigen der Innemantelfläche 32 des Zylinders 12 entpricht,
und ist nach oben und radial nach außen geneigt.
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Je
nach Ausgangsstellung des Betätigungsstößels 61 ragt
dessen Betätigungsfläche 86 vollständig, wie
in 2 zu erkennen ist, oder mit einem unteren Bereich,
was in 3 gezeigt ist, in den Innenraum des Zylinders 12 hinein.
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Etwa
mittig zwischen dem Pumpenkolben 80 und dem Betätigungsabschnitt 82 ist
mit der Kolbenstange 84 eine nach oben weisende Anschlagplatte 88 verbunden,
welche mit einer radial verstellbaren gehäusefesten Anschlagplatte 90 einer
Hubeinstelleinrichtung 92 zusammenarbeitet. Die Anschlagplatte 90 läuft über eine
Gewindebohrung 94 auf einer radial nach außen verlaufenden
Gewindespindel 96, die über
einen Servomotor 98, der in der Zeichnung nur schematisch
angedeutet ist, verdreht werden kann.
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Der
Pumpenkolben 80 läuft
in einem außen an
der Umfangswand des Zylinders 12 angeordneten Pumpenzylinder 100,
welcher einen Kraftstoffauslaß 102,
der mit der Einspritzdüse 66 kommuniziert,
und einen Kraftstoffeinlaß 104 aufweist,
der mit dem Kraftstofftank 62 in Fluidverbindung steht.
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Der
Betätigungsstößel 61 wird
durch eine Feder 106 stets in Richtung auf den Innenraum
des Zylinders 12 gedrückt,
so daß die
Anschlagplatte 88 in der Ausgangsstellung gegen die Anschlagplatte 90 der
Hubeinstellvorrichtung 92 anliegt.
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Die 2 zeigt
diejenige Stellung der Anschlagplatte 90, in welcher der
Pumpenkolben 80 seinen größten Hub hat. Dies bedeutet,
daß in
dieser Stellung der Anschlagplatte 90 die von der Kraftstoffpumpe 60 pro
Hub abgegebene Kraftstoffmenge maximal ist.
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Wird
nun, ausgehend von der in 2 gezeigten
Stellung, die Gewindespindel 96 der Einstellvorrichtung 92 verdreht,
wird die Anschlagplatte 90 radial nach außen bewegt.
Dadurch verringert sich der Hub des Pumpenkolbens 80 im
Pumpenzylinder 100 und damit das Volumen des Arbeitsraums 108 der
Kraftstoffpumpe, was so zu einer Verringerung derjenigen Kraftstoffmenge
führt,
die pro Hub gefördert
werden kann. Eine solche Stellung der Hubeinstelleinrichtung 92 ist
in 3 gezeigt.
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Die
Hochdruck-Einspritzvorrichtung 52 kann dem oben erläuterten
Ausführungsbeispiel
der Niederdruck-Einspritzvorrichtung 68 entsprechend ausgebildet
sein. Komponenten der Hochdruck-Einspritzvorrichtung 52 sind
in den 2 und 3 mit entsprechenden Bezugszeichen
versehen.
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Die
durch die Hochdruck-Einspritzvorrichtung 52 bzw. durch
die Niederdruck-Einspritzvorrichtung 68 in den Arbeitsraum 32 des
Zylinders 12 abgegebene Kraftstoffmenge ist folglich durch
die jeweilige Stellung der zugehörigen
gehäusefesten
Anschlagplatte 90 vorgebbar.
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In 4 ist
eine elektronische Steuerung der dem Arbeits raum 32 des
Zylinders 12 zugeführten Kraftstoffmenge
gezeigt, wobei denjenigen der 1 bis 3 entsprechende
Komponenten mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
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Die
Hochdruck-Einspritzdüse 54 und
die Niederdruck-Einspritzdüse 66 stehen
jeweils mit einem federbeaufschlagten Magnetventil 110 in
Fluidverbindung. Letztere kommunizieren jeweils mit einem unter
Druck stehenden Kraftstoffspeicher 112, die von den entsprechenden
Kraftstoffpumpen 53 bzw. 60 über Rückschlagventile 113 gespeist
sind.
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Die
Kraftstoffmenge, die der Hochdruck-Einspritzdüse 54 bzw. der Niederdruck-Einspritzdüse 66 zugeführt werden
soll, wird einem Rechner 114 mit einem Anzeigemonitor 116 über ein
Tastenfeld 118 eingegeben. Als Eingabeparameter sind auch
Angaben über
die vorliegenden Bodenverhältnisse
möglich,
anhand derer dann von einer entsprechenden Software geeignete Daten
für die
Hochdruck-Einspritzvorrichtung 52 und die Niederdruck-Einspritzvorrichtung 68 berechnet
werden.
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Der
Rechner 114 berechnet aus den Eingabedaten denjenigen Zeitraum, über den
die Magnetventile 110 geöffnet werden, wodurch entsprechend deren Öffnungsdauer
eine bestimmte Kraftstoffmenge durch die Hochdruck-Einspritzdüse 54 bzw.
durch die Niederdruck-Einspritzdüse 66 in
den Arbeitsraum 32 des Zylinders 12 eingespritzt
wird.
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Die
vom Rechner ermittelten Öffnungszeiten werden
einer Steuereinheit 120 übermittelt, die diese als Steuersignale
an jeweils einen steuerbaren Monoflop 122 der Hochdruck-Einspritzvorrichtung 52 bzw.
der Niederdruck-Einspritzvorrichtung 68 weitergibt.
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Die
Monoflops 122 stehen eingangsseitig über Kontaktklemmen 124 mit
in 4 lediglich schematisch angedeuteten in die Kolbenbahn
ragenden Betätigungsstößeln 126 in
Verbindung und werden bei einer Bewegung der Betätigungsstößel 126 aktiviert.
Alternativ können
berührungsfrei
arbeitende Sensoren eingesetzt werden, die ansprechen, wenn der
Kolben 14 beim Fallen eine vorgegebene Stellung erreicht.
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Ausgangsseitig
sind die Monoflops 122 jeweils mit einem Verstärker 128 verbunden,
der das verstärkte
Signal der Monoflops 122 an das entsprechende Magnetventil 110 leitet,
worauf dieses entsprechend der jeweils eingestellten Impulsbreite
des Monoflops 122 seine Offenstellung einnimmmt. Ist die
Schaltzeit der beiden Monoflops 110, die für die Hochdruck-Einspritzvorrichtung 52 und
für die
Niederdruck-Einspritzvorrichtung 68 unterschiedlich gewählt sein
kann, erreicht, werden die Magnetventile 110 durch Federkraft
wieder in ihre Schließstellung überführt.
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Somit
bilden ein Magnetventil 110, ein Kraftstoffreservoir 112 und
ein Monoflop 122 gemeinsam eine in der Förderleistung
steuerbare Kraftstoffquelle.
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Der
oben beschriebene Dieselhammer 10 arbeitet folgendermaßen:
Im
Ausgangszustand sei der Kolben 12 durch die bereits angesprochene
nicht dargestellte Haltevorrichtung in eine obere Stellung angehoben.
Nach Ausklinken fällt
er von dort unter Einwirkung der Schwerkraft nach unten, verschließt die Arbeitsstutzen 70 und 72 und
betätigt
mit seiner Stirnfläche 46 die
Betätigungsstößel 57, 61 der
Hochdruckeinspritzvorrichtung 52 bzw. der Niederdruck-Einspritzvorrichtung 68.
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Wird
die in den 2 und 3 gezeigte Ausführungsform
der Einspritzvorrichtungen 52 bzw. 68 verwendet,
so bedeutet dies, daß der
Kolben 14 von oben auf die Betätigungsfläche 86 des Betätigungsabschnitts 82 des
Betätigungsstößels 61 trifft. Beim
weiteren Niederfallen des Kolbens 14 wird dieser, in den 2 und 3 nach
links, verschoben. Dadurch wird der Pumpenkolben 80 in
Richtung auf den Auslaß 102 des
Pumpenzylinders 100 verschoben, wodurch der im Arbeitsraum 108 befindliche Kraftstoff
zur Einspritzdüse 54 bzw. 66 gefördert und in
den Arbeitsraum 34 des Zylinders eingespritzt wird.
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Dort
bildet sich, sei es schon durch das Hochdruck-Einspritzen, sei es
durch Schlagzerstäubung,
ein zündfähiges Gemisch
aus Kraftstofftröpfchen
und Luft. Die Einspritzdüsen 54 und 66 werden nun
einzeln oder in Kombination, je nach Einstellung der Kraftstoffpumpen 53 und 60,
eine bestimmte Menge Dieselöl
in der jeweils oben geschilderten Art in den Arbeitsraum 34 des
Zylinders 12 einspritzen. Soll eine der Einspritzvorrichtungen 52, 68 keinen Kraftstoff
in den Arbeitsraum 34 des Zylinders 12 einspritzen,
so wird ihr Betätigungsstößel 57 bzw. 61 durch
Steuerung des Servomotors 98 so weit radial nach außen verschoben,
bis der jeweilige Betätigungsabschnitt 86 nicht
mehr in den Innenraum des Zylinders 12 ragt.
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Bei
der Verwendung einer elektronischen Steuerung, die in 4 gezeigt
ist, werden die gewünschten
Parameter über
den Rechner 114 programmiert. Soll dabei eine der beiden
Einspritzvorrichtungen 52, 68 keinen Kraftstoff
in den Arbeitsraum 34 des Zylinders 12 einspritzen,
so wird in diesem Fall das entsprechende Monoflop 122 auf
Impulsbreite null gesteuert, so daß das entsprechende Magnetventil 110 beim
Niederfallen des Kolbens 14 nicht geöffnet wird.
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Mit
dem Aufschlagen des Kolbens 14 auf das Schlagstück 16 und/oder über das
Gaskissen zwischen Kolben und Schlagstück wird auf das Schlagstück und über dieses
auf das Rammgut eine nach unten gerichtete Kraft ausgeübt, welche
das Rammgut weiter in das Erdreich treibt.
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Bei
der anschließend
durch die explosive Verbrennung des Dieselöls ausgelösten Aufwärtsbewegung des Kolbens 14 gibt
dieser die Arbeitsstutzen 70, 72 frei, wodurch
sich die Verbrennungsgase entspannen und über die Arbeitsstutzen 70, 72 abströmen. Der
Kolben 14 wird nun unter Ansaugen von frischer Verbrennungsluft,
was ebenfalls durch die Arbeitsstutzen 70, 72 erfolgt,
weiter nach oben geschleudert, bis er seine obere Endstellung erreicht und
sich der beschriebene Arbeitszyklus wiederholt.
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Der
Dieselhammer kann also wahlweise nur mittels der Hochdruck-Einspritzvorrichtung 52 in
einer ersten Einspritzart als zerstäubter Kraftstoffnebel, nur
mittels der Niederdruck-Einspritzvorrichtung 68 in einer
zweiten Einspritzart als Kraftstoffstrahl oder durch eine Kombination
dieser beiden in einer dritten Einspritzart sowohl als zerstäubter Kraftstoffnebel
als auch als Kraftstoffstrahl betrieben werden. Dadurch ist er an
unterschiedliche Bodenverhältnisse
anpaßbar.
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Zu
Beginn einer Rammung liegen meist weiche Bodenverhältnisse,
d.h. geringe Bodenwiderstände,
vor, wodurch es günstig
ist, zu diesem Zeitpunkt den Dieselhammer 10 nur bzw. überwiegend mit
Hochdruck-Einspritzung mittels der Hochdruck-Einspritzvorrichtung 52 zu
betreiben. Gegebenenfalls kann auch die Niederdruck-Einspritzvorrichtung 68 mit
einer geringen Menge Kraftstoff versorgt werden, so daß auch die
bereits erläuterte
Schlagzerstäubung unterstützend zur
Anwendung kommt.
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Erreicht
das Rammgut tragfähigere
und damit meist härtere
Schichten des Erdreichs, kann der Anteil der Niederdruck-Einspritzung durch
entsprechende Veränderung
der zugeteilten Kraftstoffmenge über
die Niederdruck-Einspritzvorrichtung 68 erhöht werden,
wodurch die direkte Kraftübertragung
des Kolbens 14 auf das Schlagstück 16 und damit auf
das Rammgut erhöht
wird, wie dies bereits erläutert
wurde.
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Sollten
sich die Bodenverhältnisse
in größeren Tiefen
wieder zu weicheren Schichten wie beispielsweise Sandschichten verändern, so
kann das Verhältnis
der durch die Einspritzvorrichtungen 52 und 68 zugeführten Kraftstoffmengen
entsprechend angepaßt
werden. So ist eine individuelle Anpassung der Arbeits- und Wirkweise
des Dieselhammers 10 an unterschiedliche und an sich verändernde
Bodenverhältnisse
möglich,
wobei eine gute und vollständige
Verbrennung des Dieselöls
gewährleistet
ist.
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Vorzugsweise
wird die Hochdruck-Einspritzvorrichtung 52 bei Arbeiten
in harten Schichten des Erdreichs, bei denen das Prinzip der Schlagzerstäubung verwendet
wird, bei jedem Arbeitszyklus mit geringer Kraftstoffmenge weiterbetrieben.
Die Kraftstoffpumpe 53 der Hochdruck-Einspritzvorrichtung 52 führt also
bei jedem Arbeitszyklus der Hochdruck-Einspritzdüse 54 eine Mindestmenge
Kraftstoff zu. Dadurch wird vermieden, daß die in der Regel sehr fein
ausgebildete Einspritzdüse 54 der
Hochdruck-Einspritzvorrichtung 52 durch Verbrennungsrückstände oder
andere Verunreinigungen wie Schmierölreste zugesetzt wird und nicht
mehr funktioniert.
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In
Abwandlung kann man auch nur eine einzige Pumpe zur Bereitstellung
von unter Druck stehendem Kraftsstoff verwenden, die gleichermaßen für die Hochdruckeinspritzung
und die Niederdruckeinspritzung (ggf. über einen Druckminderer oder eine
Drossel) dient.
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Und
in weiterer Abwandlung kann man auch auf eine Steuerung der Kraftstoffmenge
im laufenden Betrieb verzichten, wenn ein besonders einfach aufgebauter
Dieselbär
gewünscht
wird und/oder die Belastungsänderungen
klein sind.