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Mit einem gas- oder dampfförmigen Druckmittel antreibbarer Pfahlzieher
Die Erfindung betrifft einen mit einem gas- oder dampfförmigen Druckmittel antreibbaren
Pfahlzieher mit einem Zylinder und einem einseitig beaufschlagbaren Schlagkolben,
mit in der Zylinderwand angeordneten Auspufföffnungen, die gegen Ende des Arbeitshubes
vom Schlagkolben freigegeben werden, und mit einem als Stufenkolben ausgebildeten
Steuerventil zum Öffnen und Schließen der Einströmöffnung, das mit einer Kolbenfläche
ständig mit dem Arbeitsraum des Zylinders in Verbindung steht und durch ein beim
Rückhub des Schlagkolbens in dem Arbeitsraum gebildetes Druckmittelpolster in die
Öffnungsstellung bringbar ist.
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Es ist ein Pfahlzieher bekannt, der in üblicher Weise mehrere, ausschließlich
die Einströmöffnungen steuernde Ventile aufweist, die beim Freigeben der Auspufföffnungen
schließen. Es besteht zwar dort die Möglichkeit, die Schlagkraft zu verändern, indem
eine beliebige Anzahl der Ventile außer Betrieb gesetzt wird, so daß dann die Dampfzufuhr
gedrosselt ist und ein Teil des Dampfes außerdem durch die freigegebenen Entlüftungsöffnungen
der außer Betrieb gesetzten Ventile ausströmt.
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Abgesehen davon, daß das Öffnen der Auspufföffnungen und das Schließen
der Einlaßöffnungen gleichzeitig erfolgt und somit zur Expansion des Dampfes keine
Zeit zur Verfügung steht, treten in Betrieb Dampfverluste auf, und der Wirkungsgrad
wird durch die Drosselung beeinträchtigt.
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Während bei der soeben besprochenen bekannten Ausbildung die Steuerung
durch den Arbe;tskolben selbst erfolgt, der in zeitlich abgestimmter Folge Einlaß-
und Auslaßöffnungen im Zylinder freigibt bzw. schließt, weist eine weitere bekannte
Ausbildung eines Pfahlziehers einen Differentialkolben als Steuerventil auf. Bei
dieser Ausbildung wird die Frischdampfzuleitung mittels des auf die kleine Kolbenfläche
einwirkenden Frischdampfes geschlossen und durch die Wirkung des Druckes des Luftpolsters
beim Niederfallen des Kolbens auf die große Fläche des Stufenkolbens geöffnet. Auch
bei dieser Ausbildung tritt die Wirkung des Frischdampfes beim Schließen der Dampfzufuhr
infolge der Entlastung der großen Kolbenfläche beim Öffnen der Auspufföffnung auf,
so daß die Frischdampfzufuhr anhält, bis der Auspuff geöffnet wird.
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Es ist bei Rammen auch bekannt, mehrere verschließbare Einströmöffnungen
für die Steuerleitung vorzusehen. Es ist ferner bekannt, bei Rammen brauchbare Maßnahmen
auch bei Pfahlziehern anzuwenden.
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Bei bekannten Ausbildungen von Pfahlrammen mit mehreren Eintrittsöffnungen
in die Steuerleitung dienen diese dazu, die Dampfzufuhr bei einer wählbaren Kolbenstellung
gleichzeitig mit dem Öffnen der Auspufföffnung zu schließen. Dies ist jedoch von
Bedeutung nur für die Einstellbarkeit der Hubhöhe. Diese bekannten Ausbildungen
gestatten es nicht, durch Sperrung der Dampfzufuhr in einem beliebigen Augenblick
vor dem Öffnen des Auspuffes die Schlagkraft zu regeln, sie gestatten nicht, in
vorteilhafter Weise den Dampf wirtschaftlich zu nutzen, und sie gestatten auch nicht,
die Hubhöhe im wesentlichen konstant zu halten. Der Füllungsgrad hat nämlich kaum
Einfluß auf die nach erfolgtem Auspuff im Zylinder verbleibende Dampfmenge, da das
Volumen durch die Lage der Auspufföffnungen gegeben und der Druck etwa gleich dem
atmosphärischen Druck ist.
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Bei den bekannten Ausbildungen von Pfahlziehern dieser Gattung erfolgt
somit bei jedem Arbeitshub das Öffnen der Auspufföffnung gleichzeitig mit dem Schließen
der Eintrittsöffnung. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wirtschaftliche
Nutzung des Druckmittels bei Pfahlziehern dieser Gattung zu ermöglichen. Es wurde
dabei davon ausgegangen, daß bei den bisher bekannten Pfahlziehern die Gleichzeitigkeit
des öffnens des Auspuffes und des Schließens der Eintrittsöffnung dem Druckmittel
keine Zeit läßt, zu expandieren, so daß ein Teil der dem Druckmittel innewohnenden
Energie ungenutzt bleibt.
Der Erfindung liegt also die Erkenntnis
zugrunde, daß zur Lösung der Aufgabe der wirtschaftlicheren Gestaltung des Arbeitsprozesses
eines solchen Pfahlziehers es erforderlich ist, anstatt die Auspufföffnung gleichzeitig
mit dem Schließen der Eintrittsöffnung zu öffnen, zuerst die Eintrittsöffnung zu
schließen und nach Ablauf einer ausreichenden Zeitspanne für die mindestens teilweise
Expansion des Druckmittels die Auspufföffnung zu öffnen.
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Eine weitere Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist die Schaffung
eines Pfahlziehers, der diese günstige Nutzung des Druckmittels auch bei veränderlicher
Schlagkraft des im wesentlichen konstanten Schlaghubes gestattet.
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Dies wird nach der Erfindung bei einem Pfahlziefier 'der eingangs
beschriebenen Art dadurch erreicht, daß eine unmittelbar vom Boden des Arbeitsraumes
zu der kleinen Kolbenfläche des Steuerventils führende öffnung und eine zur großen
Kolbenfläche des Steuerventils führende Steuerleitung vorgesehen sind, wobei die
Steuerleitung mehrere, wahlweise verschließbare, in Längsrichtung des Zylinders
übereinander angeordnete und unterhalb der Auspufföffnungen in den Arbeitsraum mündende
Eintrittsöffnungen aufweist.
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Zum Öffnen des Steuerventils ist bei jedem Hub ein bestimmter Druck
erforderlich. Dieser Druck tritt bei jedem Arbeitshub praktisch bei der gleichen
Stellung des Arbeitskolbens auf. Es ist gleichgültig, welche von den Eintrittsöffnungen
in die Steuerleitung offen ist. Jedenfalls pflanzt sich dieser Druck durch die jeweils
offene Steuerleitung fort und öffnet die Dampfzufuhr.
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Da dieser Vorgang bei jedem Hub im wesentlichen bei der gleichen Kolbenstellung
auftritt, ist auch die Hublänge bei jedem Arbeitshub praktisch genau die gleiche.
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Das Steuerventil kann entweder koaxial zum Zylinder des Pfahlziehers
oder senkrecht zur Achse dieses Zylinders angeordnet sein.
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In der Zeichnung sind zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele des Pfahlziehers
gemäß der Erfindung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Schnitt durch den Zylinder
mit dem Steuerventil bei zur Achse des Zylinders parallel angeordneter Ventilachse
und F i g. 2 einen Zylinder mit Steuerventil bei zur Zylinderachse unter rechtem
Winkel angeordneter Ventilachse.
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Wie aus F i g. 1 ersichtlich, weist der Zylinder 4
einen Unterteil
5 auf, in dem ein Steuerventil 16 untergebracht ist, das als Stufenkolbenschieber
ausgebildet ist. In Betrieb tritt Dampf durch eine Einlaßöffnung 14 ein und
durch eine Auspufföffnung 15 aus. Der Dampfzutritt erfolgt über eine Öffnung 17,
durch die der Dampf über einen ringförmigen Kanal 18 zur Unterseite des Schlagkolbens
8 gelangt und die durch das Steuerventil 16 gesteuert wird. Das Steuerventil
16 ist durch den Dampfdruck betätigbar, der im Zylinder herrscht. Dieser
Dampfdruck pflanzt sich über eine der Eintrittsöffnungen 20 und eine Steuerleitung
19 zur Unterseite des Steuerventils 16
fort und drückt den Steuerkolben
nach oben, sobald der Schlagkolben 8 bei seiner Aufwärtsbewegung die tätige
Eintrittsöffnung 20 überstreicht. Sämtliche anderen Eintrittsöffnungen
20 sind mittels je eines Stopfens 21 verschlossen. Mit Hilfe dieser
Einrichtung ist es möglich, die Schlagkraft des Schlagkolbens zu steuern, und außerdem
den Dampf besser zu nutzen. Durch Auswahl einer der Eintrittsöffnungen
20 ist es möglich, in einem wählbaren Zeitpunkt während der Hubbewegung des
Schlagkolbens 8 die Dampfzufuhr zu sperren, so daß ein wählbares Dampfvolumen zur
Verfügung steht. Von diesem Dampfvolumen hängt die Schlagkraft des Schlagkolbens
ab. Durch die Anordnung der Eintrittsöffnungen 20 zur Steuerleitung
19 unterhalb der Auspufföffnung 15 oder der Auspufföffnungen schließt
sich an die Phase der Füllung eine Phase der Expansion an, die anhält, bis der Schlagkolben
die Auspufföffnungen 15 erreicht. Diese Maßnahme ermöglicht eine erhöhte Nutzung
der verfügbaren Energie.
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Die Auswahl der tätigen Eintrittsöffnung erfolgt dadurch, daß ein
mit dem Stopfen 21 einstückig verbundenes Verschlußstück 22, das von außen zugänglich
ist, entfernt bzw. eingesetzt wird.
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Beim Niederfallen des Schlagkolbens behält der Kolben des Steuerventils
16 seine Stellung bei, bis vor Überfahren der tätigen Eintrittsöffnung
20 in die Steuerleitung 19 durch den Schlagkolben 8 der unter dem Schlagkolben
liegende Teil des Arbeitsraumes vollständig abgeschlossen ist und durch den niederfallenden
Schlagkolben zu einem Dampfpolster zusammengedrückt wird. Bei Erreichen eines bestimmten
Druckes wird das Steuerventil 16 nach unten geschoben und gibt abermals die Dampfzufuhr
über den Kanal 18 frei. Zu diesem Zeitpunkt beginnt das nächste Arbeitsspiel.
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Zu Schmierzwecken ist ein Ölspeicher 32 vorgesehen, der mit dem Arbeitsraum
des Arbeitszylinders 4 über einen Kanal 32 a in Verbindung steht.
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F i g. 2 bezieht sich auf eine Ausbildung, bei der das Steuerventil
mit zur Zylinderachse unter rechtem Winkel stehender Achse angeordnet ist. Das Steuerventil
34 ist in einem Ventilgehäuse 35 angeordnet, das mit Gleitsitz im Unterteil 5 untergebracht
und mittels einer Murtter 36 befestigt ist. Das Steuerventil 34 ist zwischen
zwei Grenzstellungen verschiebbar, deren eine in der oberen Hälfte und deren andere
in der unteren Hälfte seiner Darstellung gezeigt ist. Zur Dämpfung der Stöße bei
der Hin- und Herbewegung sind Nylonstoßdämpfer 37 vorgesehen. Der Dampfeinlaß erfolgt
über eine Leitung 14, aus der der Dampf durch das Steuerventil in den Zylinder
4 gelangt. Der Dampfaustritt erfolgt über eine nicht dargestellte, der Auspufföffnung
15 in F i g. 1 entsprechende Auspufföffnung. Das Steuerventil öffnet und
schließt bei seiner Hin- und Herbewegung einen Einlaß 38, durch den der Dampf in
eine ringförmige Kammer 39 und von dort durch eine Öffnung 40 in den Zylinder
4 gelangt. Zu diesem Zeitpunkt drückt der Dampf den Schlagkolben 8 nach oben.
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Der Steuerkolben des Steuerventils 34 ist als Stufenkolben ausgebildet,
und seine große Angriffsfläche - ist (34a) dem Eintrittskanal 41 der Steuerleitung
19 zugewendet. Die kleine Fläche 34 b des Stufenkolbens ist der Öffnung 40 zum Arbeitsraum
zugewendet. Wenn also der Dampf bei der in der unteren Hälfte der Zeichnung dargestellten
Stellung des Steuerventils 34 in den Arbeitsraum Zutritt erlangt, bewegt
sich der Schlagkolben 8 so lange aufwärts, bis er die nicht durch einen Stopfen
21 geschlossene Eintrittsöffnung 20 in die Steuerleitung 19 freigibt. Der Druck
im Arbeitsraum pflanzt sich durch diese Öffnung und die Steuerleitung
19 zum Eintrittskanal 41 zum Steuerventil fort und wirkt dort auf
die große
Fläche 34a des Stufenkolbens, überwindet die auf die kleine
Kolbenfläche 34b wirkende Kraft des Arbeitsdruckes und schiebt das Steuerventil
in die in der oberen Hälfte der Darstellung gezeigte Stellung, bei der die Öffnung
40 zum Arbeitsraum von der Dampfzufuhr getrennt ist. Von diesem Zeitpunkt
an expandiert der im Arbeitsraum befindliche Dampf bis zu dem Zeitpunkt des übertrittes
des Schlagkolbens über die Auspufföffnungen. Während nun der Arbeitsraum drucklos
ist, fällt der Schlagkolben 8 und verdichtet vor übertritt über die tätige Eintrittsöffnung
20 zum Steuerkanal 19 den noch in den darunterliegenden Arbeitsraum enthaltenen
Dampf bis zu einem Druck, der ausreicht, um bei Einwirkung auf die kleine Fläche
34 b des Stufenkolbens die auf die große Kolbenfläche 34a wirksame Kraft zu überwinden
und den Steuerkolben des Ventils 34 in seine ursprüngliche Stellung (untere Hälfte
der Darstellung) zu verschieben. Dadurch wird der Einlaß 38 der Dampfzuleitung wieder
freigegeben, und das nächste Spiel beginnt.
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Wie bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein
Ölspeicher 32 vorgesehen, der über einen hier nicht dargestellten Kanal entsprechend
dem Kanal 32 a in F i g. 1 mit dem Arbeitsraum des Zylinders verbunden ist. Durch
diesen Kanal wird das Schmiermittel bei jedem Aufwärtshub des Schlagkolbens in einer
geringfügigen Menge in den Zylinder gesaugt und bildet dort zusammen mit dem Dampf
eine Emulsion zur Schmierung des Schlagkolbens und Zylinders.