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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerung für eine
Rammvorrichtung, wie diese insbesondere im Grundbau verwendet wird.
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Derartige
Rammvorrichtungen werden beispielsweise zum Verdichten von Böden
oder beispielsweise sonstiger Baumaterialien, insbesondere aber
zum Eintreiben von Pfählen oder Pfahlrohren oder Ähnlichem
verwendet. Derartige Rammvorrichtungen weisen ein Rammgewicht mit
einer Stoßfläche auf, welches auf den Boden beziehungsweise den
Pfahl, das Pfahlrohr oder Ähnliches und einer hierdurch
zur Verfügung gestellte Gegenstoßfläche einwirkt,
und so den Boden verdichtet beziehungsweise den Pfahl, das Pfahlrohr
oder Ähnliches in den Boden eintreibt. Das Rammgewicht
wird dabei üblicherweise als Freifallgewicht ausgebildet,
wobei der freie Fall durch Trägheiten der mitbewegten Massen als
auch durch Reibung abgebremst wird.
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Ein
besonderes Problem derartiger Rammvorrichtungen ist einerseits die
Bildung eines Schlappseils, was zur Folge haben kann, dass das Seil
Rillen einer Seiltrommel einer Seilwinde überspringt bzw.
nach dem Aufprall des Fallgewichtes nacheilt und damit beschädigt
wird. Darüber hinaus werden aufgrund der hohen Beschleunigung
als auch des hohen Gewichtes der eingesetzten Rammgewichte die bewegbaren
Massen der eingesetzten Seilwinden und deren Motoren einschließlich
möglichen Kupplungen stark belastet, wodurch diese kostenintensiven
Bauteile einem starken Verschleiß ausgesetzt sind.
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Aus
der
EP 0 413 189 A1 ist
eine Steuerung einer Seiltrommel einer Winde bekannt, mittels welcher
die Schlappseilbildung verhindert werden kann. Über einen
vorgebbaren Schwellwert, welcher durch eine Seillängenmessung
ermittelt werden kann, wird der Aufschlagpunkt eines Rammgewichtes
für einen nachfolgenden Rammschlag genau definiert, und
bei dem nachfolgenden Rammschlag nach Erreichen des Schwellwertes
eine vorhandene Bremse an der Winde aktiv und hierdurch ein Lastaufnahmemittel des
Rammgewichtes abgebremst. Aufgrund dieser Abbremsung wird nachteilig
ein nur geringer Rammfortschritt erzielt, jedoch vorteilhafterweise
eine Schlappseilbildung im Wesentlichen vermieden.
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Es
besteht daher ein Bedarf, eine Steuerung für Rammvorrichtungen
zur Verfügung zu stellen, bei welchen nicht nur die Schlappseilbildung
zumindest reduziert, sondern insbe sondere ein hoher Rammfortschritt
erhalten wird, schon allein um die Anzahl der notwendigen Rammschläge
und die hiermit einhergehenden Lärmemissionen zu vermindern.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuerung für
eine Rammvorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche die
vorstehend geschilderten aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile
vermeidet.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Steuerung für eine Rammvorrichtung mit mindestens
einer Seilwinde und mindestens einem Rammgewicht und einem von der
Seilwinde abtrommelbaren Seil, wobei zur Durchführung eines
Rammschlages bei Auslösen eines Freifalls des Rammgewichtes
das Seil mit einer vorgebbaren Länge entsprechend einem
vorherigen Rammfortschritt eines vorherigen Rammschlages zuzüglich
der Hubhöhe des Rammgewichtes abgetrommelt wird. Die abtrommelbare
Seillänge kann dabei gegebenenfalls, wie weiter unten beschrieben,
korrigiert werden aufgrund berechneter Tendenzwerte. Die erfindungsgemäße Steuerung
weist im Unterschied zu den aus dem Stand der Technik bekannten
Steuerungen, und insbesondere auch der aus der
EP 0 413 189 A1 bekannten
Steuerung den Vorteil auf, dass aufgrund der Einspeisung der Werte
eines vorherigen Rammfortschrittes bei vorausgesetzter Hubhöhe
des Rammgewichtes der erzielbare Rammfortschritt bei einem nachfolgenden
Rammschlag über den Bereich der aus dem vorherigen Rammfortschrittes
berechneten Weglänge ungebremst und damit mit hoher Effizienz erfolgt.
Der Erfinder hat erkannt, dass durch die Aufspaltung der vorgebbaren
Seillänge in zwei Teilbereiche es einfach ermöglicht
ist, eine hocheffizient arbeitende Steuerung für eine Rammvorrichtung
zur Verfügung zu stellen.
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Vorteilhafterweise
umfasst die Seilwinde mindestens eine Bremse und eine Kupplung,
wobei bei Auslösung des Freifalls die mindestens eine Bremse
geöffnet und die Kupplung aktiviert wird. Über
die Aktivierung der Kupplung kann die Abtrommelung der vorgebbaren
Seillänge gezielt vorgenommen werden. Die Vorsehung einer
Bremse hingegen ermöglicht in einer vorteilhaften Weiterbildung
eine spezifische Einstellung einer Bremskraft, wie nachfolgend noch
ausgeführt werden wird. "Bei Auslösung des Freifalls"
bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung stets, dass die Öffnung
der Bremse und die Aktivierung der Kupplung kurz vor, in etwa gleichzeitig
oder kurz nachfolgend der Auslösung des Freifalls erfolgen
kann.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform wird bei einem zusätzlichen
Rammfortschritt im Vergleich zu dem vorherigen Rammfortschritt nach
Abtrommelung über die vorgebbare Länge des Seiles
die mindestens eine Bremse auf eine vorgebbare, insbesondere redu zierte
Bremskraft einfällt, die Kupplung geöffnet und
Seil entsprechend dem positiven zusätzlichen Rammfortschritt
abgetrommelt. Die mindestens eine Bremse fällt dabei vorteilhafterweise
mit einer solchen Bremskraft ein, welche das Seil nach dem Aufprall
des Freifallgewichtes und der zusätzlichen positiven Seilentnahme über
den Rammfortschritt einer weiter unten beschriebenen Tendenzmessung
hinaus straff hält. Weist beispielsweise die Bremse eine
Bremskraft von 20 t auf, so wird eine Bremskraft von beispielsweise
maximal bis zu 4 t eingestellt. Der Einfall der Bremse mit einer
reduzierten Bremskraft und die Öffnung der Kupplung erfolgt
dabei vorteilhafterweise in etwa gleichzeitig, jedoch kann auch zunächst
die Bremse einfallen und nachfolgend die Kupplung öffnen.
Dieses erfolgt dann vorteilhafterweise innerhalb einer sehr kurzen
Zeitspanne. Durch diese Ausbildung der Steuerung wird vorteilhafterweise
erzielt, dass aufgrund der Öffnung der Kupplung der Motor
der Winde einen verringerten Verschleiß aufweist, und zudem
der auftretende zusätzliche Rammfortschritt nicht durch
Einfallen der Bremse mit voller Bremskraft verschenkt und somit
die Effizienz der erfindungsgemäßen Steuerung
nicht vermindert wird. Tritt umgekehrt kein positiver zusätzlicher
Rammfortschritt auf, sondern ist der Rammfortschritt des gegenwärtigen
Rammschlages geringer als der Rammfortschritt des vorherigen Rammschlages,
so erschlafft das Seil über eine durch diese Differenz
vorgegebene Seillänge. Ein Einfallen der Bremse mit reduzierter
Bremskraft und Öffnung der Kupplung ist in diesem Fall
nicht notwendig, kann jedoch gleichwohl erfolgen, wobei jedoch durch
ein solchermaßen erzieltes und im Folgenden als negativer zusätzlicher
Rammfortschritt angesprochenes Ereignis eine weitere Abtrommelung
des Seiles unter mit reduzierter Bremskraft eingefallener Bremse
nicht erfolgt.
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In
einer weiter bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Steuerung wird nach einem Rammschlag das Seil straff gezogen. Durch die
Straffung des Seiles ist letztendlich die Weglänge des
Seiles für einen Rammschlag bestimmbar, so dass sich für
einen nachfolgenden Rammschlag unter Berücksichtigung der
Hubhöhe des Rammgewichtes eine vorgebbare abzutrommelnde
Seillänge ermitteln lässt. Vorteilhafterweise
wird zur Straffung des Seiles die Kupplung aktiviert. Vorteilhafterweise wird über
das Auftrommeln des Seiles mit der Seilwinde die Seillänge
des vorherigen Rammfortschrittes bestimmt. Vorteilhafterweise erfolgt
eine Bestimmung des vorherigen positiven oder negativen Rammfortschrittes
durch Messung der Seillänge des schlaffen Seiles bis zu
dessen Straffung. Nach Straffung des Seiles fällt vorteilhafterweise
die Bremse ein.
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Der
erste Rammschlag einer Rammvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen
Steuerung wird vorteilhafterweise ausgeführt ausgehend
von einem auf einem Rammgut, beispielsweise Boden oder Pfahl et
cetera mit einem auf eine hierdurch gebildete Gegenstoßfläche aufgestellten
Rammgewicht, so dass dessen Stoßfläche auf der
Gegenstoßfläche zu liegen kommt. Das Seil wird über
die Seilwinde straff gezogen, die Bremse geschlossen und die Kupplung aktiviert.
Anschließend wird das Rammgewicht durch eine Seilverkürzung
angehoben, wobei die Hubhöhe des Rammgewichtes gemessen
wird. Die Messung kann durch fotooptische, mechanische und/oder elektronische
Sensorik erfolgen. Nachfolgend wird der Freifall durch Freigabe
des Seiles ausgelöst. Gleichzeitig wird die Bremse der
Winde geöffnet und Seil nachgesteuert. Vor dem Auftreffen
des Freifallgewichtes ist die Windenkupplung inaktiv und die Winde
wird teilweise eingebremst. Das Freifallgewicht verfügt
nunmehr über eine ausreichende Seillänge, die
nach dem Rammfortschritt weitestgehend zur Straffung des Seiles
führen wird. Da beim ersten Rammschlag noch keine Seillänge
für den Rammfortschritt von einem vorherigen Rammschlag
vorgegeben werden kann, ist eine Länge frei vorregelbar. Beim
folgenden Rammschlag erkennt die Steuerung eine Tendenz und beeinflusst
die vorgegebene Seillänge entsprechend dem zu erwartenden
Rammfortschritt.
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Nach
Vollendung des ersten Rammschlages wird die Windenkupplung geschlossen
bzw. aktiviert, die teilweise Einbremsung aufgehoben und das Seil gestrafft.
Es wird die Seillänge zur Straffung des Seiles mit dem
Seilbedarf des vorherigen Rammschlags verglichen und die Seilfreigabe
für den folgenden Rammschlag bestimmt. Dabei wird die Seillängenmessung
zur Ergänzung der Berechnungen für den Rammfortschritt
und die notwendige Seillängenvorwahl für den folgenden
Rammschlag ausgeführt und die Bremse fällt wieder
ein.
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Für
den zweiten und die folgenden Rammschläge wird das Rammgewicht
gehoben, die Hubhöhe des Rammgewichtes gemessen, nachfolgend der
Freifall des Rammgewichtes ausgelöst, wobei die Bremse
geöffnet und die Kupplung aktiviert ist, so dass Seil von
der Seilwinde abgetrommelt werden kann entsprechend der Hubhöhe
des Rammgewichtes zuzüglich des im ersten Rammschlag beziehungsweise
den weiteren vorhergehenden Rammschlägen erzielten, gegebenenfalls
korrigierten Rammfortschrittes. Nach Abtrommelung einer entsprechenden
Seillänge wird die Bremse der Seilwinde teilweise aktiviert,
bevorzugt gleichzeitig wird die Kupplung geöffnet, so dass
bei einem positiven zusätzlichen Rammfortschritt nunmehr
das Rammgewicht zusätzliches Seil von der Seilwinde abziehen kann.
Auch hierdurch wird, wie bereits vorstehend beschrieben, die Winde
nicht beschleunigt als auch einem Verschleiß des Motors
der Seilwinde vorgebeugt.
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Nachfolgend
diesem zweiten oder weiteren Rammschlag wird dann die Kupplung wieder
aktiviert, das Seil gestrafft, der Rammfortschritt hierdurch gemessen,
und die Bremse fällt ein. Dieser zweite und weitere Schritt
kann beliebig oft wiederholt werden, bis die gewünschte
Rammtiefe erzielt ist. Mittels der erfindungsgemäßen
Steuerung ist es vorteilhafterweise möglich, mindestens
5 Schläge pro Minute, weiter bevorzugt mindestens 10 Schläge
pro Minute, weiter bevorzugt mehr als 13 Schläge pro Minute durchzuführen.
Die Kupplung ist vorteilhafterweise zwischen dem Windengetriebe
und dem Windenmotor angeordnet.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird die Hubhöhe des Rammgewichtes bei einem
jeden Rammschlag im wesentlichen konstant gehalten. Eine Kontrolle der
Hubhöhe kann dabei über eine Messvorrichtung erfolgen.
Die Messvorrichtung weist dabei bevorzugt mindestens einen, weiter
bevorzugt mindestens zwei entsprechende Sensoren an der Rammvorrichtung auf.
Vorteilhafterweise ist zur Messung der Hubhöhe mindestens
ein Sensor an der Oberseite der Umlenkrolle des Hydraulikzylinders
angeordnet.
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Vorteilhafterweise
entspricht die Hubhöhe des Rammgewichtes zumindest einer
Teillänge einer Kolbenstange eines zwischen Seilwinde und
Rammgewicht angeordneten und mit dem Seil verbindbaren Hydraulikzylinders.
Durch Zwischenschaltung eines Hydraulikzylinders kann der Hub des
Rammgewichtes mit exakter Bestimmung der Hubhöhe erfolgen,
und zudem eine hohe Anzahl an Rammschlägen verwirklicht
werden. Vorteilhafterweise ist dabei die Kolbenstange des Hydraulikzylinders
mindestens so schnell bewegbar, wie das Rammgewicht fällt,
bevorzugt ist die Fallzeit des Rammgewichtes länger als
die Ausfahrzeit der Kolbenstange aus dem Hydraulikzylinder. Eine
dabei kurzfristigst entstehende Erschlaffung des Seils fällt
kaum ins Gewicht, und kann im Übrigen auch durch eine Einstellung
der Ausfahrzeit der Kolbenstange des Hydraulikzylinders in Hinblick
auf die jeweilige Rammvorrichtung spezifisch eingestellt beziehungsweise
durch die Steuerung berücksichtigt und hierdurch minimiert
werden.
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Durch
die erfindungsgemäße Steuerung ist es weiter vorteilhafterweise
ermöglicht, aufgrund der Bestimmung des Rammfortschrittes
mehrerer Rammschläge (mindestens zweier) eine Mittelung vorzunehmen
oder aber eine Tendenz in Hinblick auf die vorgegebenen Eigenschaften
des Bodens zu erkennen, und hierauf zu reagieren. Hierzu ist vorteilhafterweise
vorgesehen, dass zur Ermittlung einer Tendenz die Rammfortschritte
der vorherigen mindestens zwei Rammschläge eingerechnet
werden. Bevorzugt erfolgt eine Tendenzermittlung auf Grundlage der
vorherigen mindestens drei, weiter bevorzugt mindestens vier, noch
weiter bevorzugt fünf, und einer weiter bevorzugten Ausführungsform
auf Grundlage sämtlicher vorheriger Rammschläge.
Vorteilhafterweise werden die Ten denzwerte bei der Vorgabe der abtrommelbaren
Seillänge eingerechnet, und diese somit korrigiert, soweit
notwendig. Hierdurch ist eine intelligente Steuerung ermöglicht,
die nicht nur ausschließlich auf Grundlage von einem oder
zwei vorherigen Rammschlägen und den mit diesen erzielten
Rammfortschritten die Länge des abtrommelbaren Seiles ermöglicht
vorzugeben, sondern es kann zugleich in Hinblick auf die spezifischen Bodenbeschaffenheiten
individuell Rücksicht genommen werden, solange und soweit
eine Tendenz aus den ermittelten Tendenzwerten feststellbar ist.
Hierdurch erfolgt letztendlich eine Korrektur der vorgebbaren Seillänge.
Die erfindungsgemäße Steuerung kann dabei beispielsweise
als SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung) bzw. PLC (Programmable Logic
Controller) ausgebildet sein. Die erfindungsgemäße
Steuerung weist dabei vorzugsweise Logikventile auf, über
welche das Öffnen und Einfallen der Bremse beziehungsweise
die Aktivierung der Kupplung und das Ein- und Ausfahren eines Kolbens
eines hydraulischen Zylinders gesteuert wird. Die Steuerung kann
gegebenenfalls auch berücksichtigen, dass Rammfortschritte,
welche aufgrund Einbruch in zum Bespiel Kavernen erfolgen, als singuläre
Ereignisse nicht berücksichtigt werden für die
Bestimmung der abtrommelbaren Seillänge für den
nächsten Rammschlag, sondern dass dann zum Beispiel der Rammfortschritt
des vorvorherigen Rammschlages eingerechnet wird.
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Wird
die erfindungsgemäße Steuerung nun in einer Rammvorrichtung
vorgesehen, bei welcher zwischen Seilwinde und Rammgewicht zusätzlich
ein Hydraulikzylinder angeordnet ist, so erfolgt die Rammsteuerung
im wesentlichen wie vorstehend beschrieben, nur dass die Hubhöhe
des Rammgewichtes bestimmt wird letztendlich über eine
Teillänge der Kolbenstange, insbesondere bezogen auf deren
Länge im vollständig ausgefahrenen Zustand des
Hydraulikzylinders. Über die erfindungsgemäße
Steuerung wird dann zusätzlich das Ein- und Ausfahren der Kolbenstange
des Hydraulikzylinders gesteuert. Somit erfolgt die Hebung des Rammgewichtes
durch Einfahren des Kolbens des Hydraulikzylinders in das Zylindergehäuse.
Aufgrund eines positiven oder negativen Rammfortschrittes vorliegendes
schlaffes Seil wird über die Seilwinde durch die erfindungsgemäße
Steuerung gestrafft, und dabei der Wert dieses Rammfortschrittes,
welcher auch negativ im Verhältnis zum vorherigen Rammfortschritt
im Falle eines negativen Rammfortschrittes sein kann, bestimmt.
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Die
erfindungsgemäße Steuerung stellt somit ein Verfahren
zur Bedienung einer Rammvorrichtung und letztendlich ein Rammverfahren
zur Verfügung, mittels welchem aufgrund der verringerten
Anzahl notwendiger Rammschläge Lärmemissionen vermindert
und eine Bodenverdichtung beziehungsweise Einrammung von Pfählen,
Pfahlrohren oder Ähnli chem beschleunigt wird, insbesondere
bei Vorsehung eines zwischengeschalteten Hydraulikzylinders.
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Die
erfindungsgemäße Steuerung kann dabei insbesondere
auf einer Rammvorrichtung erfolgen, wie diese in den folgenden Figuren
näher gezeigt ist. Es zeigt:
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1:
eine Seitenansicht einer Rammvorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens; und
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2:
eine Rückansicht der Rammvorrichtung gemäß 1.
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Zunächst
sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die in den
Figuren gezeigten Merkmalskombinationen beschränkt ist.
Vielmehr sind die jeweils in der Beschreibung einschließlich der
Figurenbeschreibung offenbarten Merkmale mit denjenigen in den Figuren
angegebenen Merkmalen kombinierbar. Insbesondere sei darauf hingewiesen, dass
die in den Patentansprüchen aufgenommenen Bezugszeichen
in keiner Weise den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung beschränken
sollen, sondern lediglich auf die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele
verweisen. Insbesondere sei darauf hingewiesen, dass die Anordnung
des Hydraulikzylinders auf einer Seite eines Mäklers in
etwa gegenüberliegend dem Rammgewicht nur eine beispielhafte
Ausgestaltung ist, und dass der Hydraulikzylinder auch auf der gleichen
Seite des Mäklers angeordnet sein kann wie das Rammgewicht,
und gegebenenfalls der Hydraulikzylinder auch bewegbar über
zumindest eine Teillänge des Mäklers an diesem
angeordnet sein kann.
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1 zeigt
nun eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnete
Rammvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Steuerungsverfahrens mit einer Seilwinde 12, von welcher
ein Seil 16 über eine in einem oberen Bereich
eines Mäklers 11 angeordnete erste Umlenkrolle 22 zu
einer in einem Kopfbereich eines Hydraulikzylinders 18 angeordneten
Umlenkrolle 20 geführt und von dieser über
einen Kopfbereich 24 und mindestens eine dort angeordnete
weitere Umlenkrolle 26 auf die andere Seite des Mäklers 11 geführt
und dort mit dem als Rammbär ausgebildeten, im Mäkler 11 aufgenommenen
Rammgewicht 14 verbunden ist. Des Weiteren ist ein Betonierkübel 15 vorgesehen.
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Die
Rammvorrichtung 10 zeigt dabei den Hydraulikzylinder 18 mit
eingefahrenem Kolben und gehobenen Rammbären 14.
Die an dem Seil 16 angeordneten Pfeile sollen lediglich
der besseren Orientierung zur Verdeutlichung des Verlaufs desselben dienen.
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2 zeigt
die Rammvorrichtung 10 gemäß der 1 in
einer Rückansicht, aus welcher insbesondere die leicht
in Hinblick auf eine Mittelachse des Mäklers versetzte
Anordnung des Hydraulikzylinders 18 und entsprechend der
Anordnung der ersten Umlenkrolle 22 erkennbar ist.
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Fährt
die im Hydraulikzylinder 18 aufgenommene Kolbenstange in
Richtung auf den Kopfbereich 24 des Mäklers aus,
wird über die entsprechende Wegstrecke der Rammbär 14 nach
unten bewegt. Erfolgt dabei das Ausfahren der Kolbenstange des Hydraulikzylinders 18 schneller
als der Fall des Rammbären 14, so werden zusätzliche
Brems- und Reibungseffekte vermieden und der freie Fall des Rammbären 14 durch
den Hydraulikzylinder 18 nicht beeinträchtigt.
Der freie Fall wird dabei ausgelöst durch Abtrommeln des
Seiles 16 von der Seilwinde 12 nach Öffnung
der Bremsen der Seilwinde 12 durch vorteilhafterweise vorgesehene
Logikventile innerhalb der Steuerung der Rammvorrichtung 10.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0413189
A1 [0004, 0007]