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Hydraulischer Rammhammer Die Erfindung betrifft einen hydraulischen
Rammhammer mit einem Gehäuse mit einem Arbeitszylinder, einem darin geführten, zweiseitig
beaufschlagbaren und mit ungleichen Kolbenflächen versehenen Arbeitskolben und einem
mit diesem verbundenen Schlagkörper und mit einer koaxial in der hohlen Kolbenstange
des Arbeitskolbens schiebbar gelagerten, in Abhängigkeit von der Bewegung des Arbeitskolbens
betätigten Steuerstange zum wahlweisen öffnen und Schließen der Zuleitung und der
Ableitung zu der großen Kolbenfläche des Arbeitskolbens.
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Die bekannte Steuerstange wird durch Auftreffen auf Anschläge innerhalb
der hohlen Kolbenstange bewegt. Dabei ist nachteilig, daß der Aufschlag nur durch
elastische Mittel gedämpft wird und daß die Steuerstange nach erfolgter Umsteuerung
durch den weitereilenden Schlagkörper und die hohle Kolbenstange mitgenommen wird.
Daher muß der Steuerschieber entweder mit langen überwegen ausgeführt oder das Weiterlaufen
der Steuerstange muß auf andere Weise unschädlich gemacht werden.
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Es ist auch bekannt, außerhalb des Arbeitszylinders eine Steuerstange
mit kurvenförrniger Verlängerung anzubringen, die sanfte Umsteuerung sowie Weitereilen
gestattet. Eine solche Steuerstange läßt sich aber nicht im Hohlraum der Kolbenstange
anbringen. Auch vergrößert sich die Bauhöhe beträchtlich. Dazu kommen die Nachteile
der mechanischen Betätigung, wie Ungenauigkeit der Steuerung durch Laufspiel und
Verschleiß.
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Ziel der Erfindung ist, Geschwindigkeit und Schlagzahl über das bekannte
Maß zu steigern. Dazu sind die bekannten Betätigungsmittel wenig geeignet, weil
bei hohen Geschwindigkeiten und Schlagzahlen der Überweg zum Abbremsen des Schlagkörpers
aus der Bewegung nach erfolgter Umsteuerung sehr lang wird.
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Erfindungsgemäß werden diese Nachteile dadurch beseitigt, daß die
Steuerstange als ein in dem Hohlraum in der Kolbenstange hydraulisch betätigter
Tauchkolben ausgebildet und in ihrem mittleren Bereich mit Umströmöffnungen zum
Verbinden des Arbeitszylinderraumes über der großen Kolbenfläche des Arbeitskolbens
mit dem Hohlraum in der Kolbenstange versehen ist und daß in der Zuleitung und in
der Ableitung je ein Druckflüssigkeitsspeicher angeordnet ist.
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Hierdurch erfolgt der Antrieb beim Umsteuern mit einer im wesentlichen
gleichbleibenden Beschleunigung und daher ohne Stoß, wodurch hohe, Umsteuergeschwindigkeiten
und hohe Schlagfolge möglich sind. Durch den Druckflüssigkeitsspeicher in der Zuleitung
kann der mit der hohlen Kolbenstange verbundene Arbeitskolben nach dem Umsteuern
beträchtliche überwege machen. Die dabei aus dem Arbeitszylinder verdrängten und
gleichzeitig von der Pumpe zuströmenden Flüssigkeitsmengen treten dann in den Druckflüssigkeitsspeicher
ein. Dort bildet die gespeicherte Flüssigkeit eine Energiereserve. Nach der Bewegungsumkehr
des Schlagkörpers entleert sich der Druckflüssigkeitsspeicher und beschleunigt den
Schlagkörper gemeinsam mit der von der Pumpe gelieferten Druckflüssigkeit.
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Durch den Druckflüssigkeitsspeicher in der Ab-
leitung werden
die Geschwindigkeitsspitzen und Druckstöße in der Ableitung vermindert, indem die
periodisch zuströmende Flüssigkeit für kurze Zeit gespeichert und dann allmählich
in die Ableitung gegeben wird.
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Zur Begrenzung des Flüssigkeitsdrucks in dem Hohlraum der Kolbenstange
wird zweckmäßig ein nach dem Umsteuern des Steuerschiebers in seinem oberen Totpunkt
wirksames Sicherheitsventil vorgesehen. Dieses Sicherheitsventil kann in der Weise
ausgebildet sein, daß die Steuerstange im oberen Bereich mit einer weiteren Verbindung
zwischen dem Arbeitszylinderraum über der großen Kolbenfläche des Arbeitskolbens
und dem Hohlraum in der Kolbenstange versehen ist, wobei diese Verbindung ein den
Austritt der Druckflüssigkeit aus dem Hohlraum sperrendes, im oberen Totpunkt des
Steuerschiebers durch einen Anschlag am Gehäuse jedoch geöffnetes Sicherheitsventil
aufweist. Das Sicherheitsventil kann auch als ein überdruckventil ausgebildet und
in einem Kanal angeordnet sein, der den Hohlraum in der Kolbenstange mit dem Arbeitszylinderraum
über der großen Kolbenfläche des Arbeitskolbens verbindet.
Es ist
vorteilhaft, den Steuerschieber nach erfolgter Umsteuerung in seiner Lage festzuhalten,
damit er nicht durch Reibungs- oder Strömungskräfte seine Lage vorzeitig verändert.
Diese Arretierung kann dadurch erfolgen, daß die Steuerstange an ihrem oberen Ende
als Differentialkolben ausgebildet ist, der mit seiner kleinen Kolbenfläche ständig
derart mit der Zuleitung in Verbindung steht, daß der Steuerschieber unter einem
in Schließrichtung wirkenden Druck steht. Sobald der Zulauf zur großen Kolbenfläche
des Arbeitskolbens geöffnet ist, wird der Steuerschieber in der anderen Richtung
gehalten. Die Arretierung kann auch dadurch erfolgen, daß die Steuerstange mit einer
Rasteinrichtung oder einer Bremsvorrichtung od. dgl. versehen ist.
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Die Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele des Rammhammers gemäß
der Erfindung, wobei der Arbeitszylinder und die in ihm befindlichen Teile zwecks
Verdeutlichung stark verbreitert dargestellt sind. Es zeigt F i g. 1 einen
Rammhammer im Schnitt, F i g. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel eines Rammhamrners
im Schnitt und F i c. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel.
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Der Rammhammer besteht aus einem Gehäuse 6,
einem darin an-eordneten
Arbeitszylinder 7, einem darin geführten zweiseitig mit Druckflüssigkeit
beaufschlagbaren Arbeitskolben 3 mit ungleichen Kolbenflächen und einem mit
der hohlen Kolbenstange 4 des Arbeitskolbens 3 entweder starr oder elastisch,
z. B. mittels Tellerfedern 39, verbundenen Schlagkörper 5. In dem
Gehäuse 6 ist unten eine Schlagplatte 37 längsbeweglich gelagert,
die auf einem Pfahl 38 od. dgl. aufliegt.
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Die von einer Pumpe geförderte Druckflüssigkeit wird über ein nicht
gezeichnetes Absperrorgan, durch das der Rammhammer in oder außer Betrieb gesetzt
werden kann, der Zuleitung 1 zugeführt Mit der Zuleitung 1 ist ein
Druckflüssigkeitsspeicher 2 verbunden, der ein Bodenventil 35 und eine Gasblase
34 aufweist. Die untere kleine Kolbenfläche des Arbeitskolbens 3 ist mit
der Zuleitung 1 dauernd verbunden. In Verlängerung des Arbeitszylinders
7 befindet sich ein Schiebergehäuse, in dem ein Steuerschieber
10
sich bewegt, an dem eine Steuerstange 8 befestigt ist, die in den
Hohlraum 9 der Kolbenstange 4 eintaucht. Die Flüssigkeit fließt durch die
Ableitung 12 zum Ölbehälter und zur Pumpe zurück.
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Bei der Ausführungsforin nach F i g. 1 ist die Steuerstange
8 als hohler Tauchkolben ausgebildet und enthält am oberen Ende ein Sicherheitsventil
13
und am unteren Ende ein Rückschlagventil 14 und in ihrem mittleren Bereich
Umströmöffnungen 15 in der Wand.
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Die Druckflüssigkeit treibt den Arbeitskolben 3
mit der Kolbenstange
4 und dem damit verbundenen Schlagkörper 5 abwärts, bis die im Arbeitskolben
3
angeordnete Führung und Abdichtung 16 die Umströmöffnungen
15 der Steuerstange 8 überfahren hat. Dadurch wird der Flüssigkeitszulauf
zum Hohlraum 9
der Kolbenstange 4 unterbunden, und es entsteht hier Unterdruck.
Durch den oberhalb des Arbeitskolbens wirksamen Zulaufdruck wird die Steuerstange
8 in den Hohlraum 9 der Kolbenstange 4 hineingedrückt und steuert
dabei den mit ihr verbundenen Steuerschieber 10 nach unten um. Dadurch wird
der Arbeitszylinderraum über den Arbeitskolben 3 mit der Ableitung 12 verbunden.
Durch den Flüssigkeitsdruck unter der unteren, kleinen Kolbenfläche des Arbeitskolbens
3 wird dieser mit der Kolbenstange 4 und mit dem Schlagkörper 5, nachdem
dieser seine kinetische Energie durch Aufschlagen auf einen Pfahl 38, Amboß
od. dgl. abgegeben hat, nach oben getrieben. Die hierbei in den Hohlraum
9
der Kolbenstange 4 eindringende Steuerstange 8 verdrängt Flüssigkeit,
die zunächst über das untere Rückschlagventil 14, später durch die Umströmöffnungen
15 entweichen kann. Sobald die Dichtung 16 des Arbeitskolbens
3 die oberste Uniströraöffnung 15 überfährt, baut sich im Hohlraum
9 der Kolbenstange 4 Druck auf, der, über die Steuerstange 8 wirkend,
den Steuerschieber 10 in seine obere Lage treibt, wodurch die Umsteuerung
vollzogen wird.
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Dadurch wird der Zulaufdruck wieder oberhalb des Arbeitskolbens
3 wirksam, und ein neues Arbeitsspiel beginnt. Infolge seiner Eigengeschwindigkeit
behält der Schlaakörper 5 noch kurze Zeit seine Aufwärtsbewegung bei, während
die Steuerstange 8
in Ruhe bleibt. Hierbei würde sich der Druck ün Hohlraum
9 der Kolbenstange in unzulässiger Weise erhöhen. Aus diesem Grunde ist im
oberen Bereich der Steuerstange 8 ein Sicherheitsventil 13. mit einer
Stoßstange 18 versehen, die das Sicherheitsventil 13,
kurz bevor die
Umsteuerung vollendet ist, öffnet.
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Die Steuerstange 8 ist als Differentialkolben ausgebildet und
ragt mit einer Stufe 24 in einen mit der Ableitung verbundenen drucklosen Raum
23 und mit einer kleinen Kolbenfläche 25 in einen unter Zulaufdruck
stehenden Raum. Ist der obere Zylinderraum mit der Zuleitung 1 verbunden,
so wird der Steuerschieber 10 nach oben gedrückt, weil wegen der in den drucklosen
Raum 23 ragenden Stufe 24 die vom Zulaufdruck im Arbeitszylinderraum über
der großen Kolbenfläche des Arbeitskolbens 3 beaufschlagte Querschnittsfläche
der Steuerstange 8 größer ist als die vom Zulaufdruck entgegengesetzt beaufschlagte
Kolbenfläche 25 am oberen Ende der Steuerstanae 8.
Steht dagegen der
obere Zylinderraum mit der Ab-
leitung 12 in Verbindung, so herrscht in ihm
kein Druck, und der Druck auf die Kolbenfläche 25 am oberen Ende der Steuerstange
8 schiebt den Steuerschieber 10 nach unten und hält ihn dort fest.
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Beim Aufwärtshub wird die oberhalb des Arbeitskolbens befindliche
Flüssigkeit in die Ableitung 12 getrieben. Zur Glättung des stoßweise anfallenden
Flüssigkeitsstroms ist die Ableitung mit einem Druckflüssigkeitsspeicher
27 verbunden. Der Druckflüssigkeitsspeicher 27 ist als Kolbenspeicher
ausgebildet, wobei ein am Trenrikolben 30 befestigter kleiner Kolben
31 vom Zulaufdruck beaufschlagt wird. Durch ihn wird die gespeicherte Flüssigkeit
vom Trennkolben 30 in die Ableitung geschoben, sobald der Arbeitszylinder
keine Flüssigkeit mehr abgibt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist die Steuerstange
8 am -unteren Ende mit einem Kolben 11 versehen, der in dem Hohlraum
9 der Kolbenstange 4 gleitet und von diesem einen ringförmigen Zylinderraum
32 abtrennt. Am oberen Ende der Steuerstange 8 kann ein Rückschlagventil
- wie in F i g. 3 dargestellt - eingebaut sein. Das Rückschlagventil
hat die Wirkung, daß sich nach erfolgter Umsteuerung kein oder nur ein geringer
Unterdruck bildet. In den Arbeitskolben 3 ist ein überdruckventil als Sicherheitsventil
19 eingebaut, das den Druck in dem Hohlraum 9 der Kolbenstange 4 in
solcher Höhe begrenzt, daß die Umsteuerung zwar
vollzogen wird,
aber kein unzulässiger Überdruck entsteht. Der Hub des Schlagkörpers wird nach oben
durch Gummipuffer 36 begrenzt.
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F i g. 2 zeigt den Beginn der unteren Umsteuerung. Der Schlagkörper
5 und die Kolbenstange 4 bewegen sich nach unten. Dabei ist der Zylinderraum
32 durch überdeckung der Umströmöffnungen 15 gerade abgeschlossen.
In ihm entsteht Überdruck, der den Steuerschieber 10 nach unten bewegt. Danach
tritt die verdrängte Flüssigkeit durch das Sicherheitsventil 19 aus dem Zylinderraum
32 aus, bis der Schlagkörper 5 seine tiefste Stellung erreicht hat.
Bei der anschließenden Aufwärtsbewegung wird im Raum 32 ein Unterdruck gebildet,
bis die Umströmöffnungen 15 frei werden und Flüssigkeit zutreten kann.
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Ähnlich erfolgt die obere Umsteuerung. Nach dem Abschließen der Umströraöffnungen
15 bildet sich im Hohlraum 9 in der Kolbenstange 4 ein Überdruck,
der dann das Umsteuem des Steuerschiebers 10 bewirkt. Nach vollzogener Umsteuerung
kann überschüssige Flüssigkeit aus dem Hohlraum 9 durch die Umströmöffnungen
15 hindurch in den Zylinderraum 32 eintreten und über das Sicherheitsventil
19 entweichen. Beim anschließenden Abwärtslauf des Schlagkörpers
5 entsteht in dem Hohlraum 9 und in dem Zylinderraum 32 ein
Unterdruck, bis die Umströmöff-nungen 15 wieder zum Arbeitszylinderraum öffnen.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist für die Steuerstange
8 eine Bremsvorrichtung 17 eingebaut, deren Bremsbacken durch einen
konischen Ring 20 und Federn 21 gegen einen Schaft gepreßt werden, der mit dem Steuerschieber
10 verbunden ist.
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Gemäß F i g. 3 kann die Haltevorrichtung auch als federbelastete
Rasteinrichtung 22 oder in anderer Weise ausgebildet sein.
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In F i g. 2 ist der Druckflüssigkeitsspeicher 27 in
der Ableitung 12 als Gasspeicher gezeichnet, bei dem die Trennung zwischen der Gasfüllung
26 und der Flüssigkeit durch eine Membrane 29 erfolgt.