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Druckmittelbetriebener Freifallbär mit expansionsgesteuertem Kolbenschieber
Die Erfindung bezieht sich auf ein druckmittelgesteuertes Rammgerät mit druckmittelbetriebenem
Freifallbär, wobei das Druckmittel (Dampf oder Druckluft) zugleich in den Hubraum
und unter Zuhilfenahme geeigneter Kanäle in gegenüberliegende, nicht miteinander
in Wirkverbindung stehende Steuerräume eines Umsteuerventils mit Kolbenschieber
geleitet wird.
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Bei den Freifallrammgeräten gibt der Rammbär, die sogenannte Schlagmasse,
nach dem Anhebehub unter Zuhilfenahme des Druckmittels seine im freien Fall gewonnene
kinetische Energie an ein geeignetes Element des Rammgerätes ab. Die Energie wird
in der Regel dazu benutzt, unter Zuhilfenahme einer Schlagplatte, -haube oder dergleichen
Hilfsmittel den Rammkörper (Spundwand, Bohle, Pfahl usw.) mit jedem Schlag tiefer
in den Boden zu treiben.
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Es ist ein Rammgerät bekannt, bei dem der Rammgerätkolben mit dem
Rammkörper verbunden und der Rammgerätzylinder gegenüber dem Kolben bewegbar ist.
Als Rammbär wirkt in diesem Falle der Zylinder; die umgekehrte Anordnung ist ebenfalls
möglich.
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Die Umsteuerung des Rammgerätes erfolgt mit Hilfe eines Umsteuerventils,
das im wesentlichen aus einem Kolbenschieber besteht, dessen Steuerflächen mit Druckmittel
beaufschlagt sind.
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Die erforderliche Druckmittelmenfre zum Umsteuern des Ventils wird
vom Druckrriittelstrom abgezweigt, der in den Hubraum des Rammgerätes geleitet wird
1) 2).
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Durch eine bestimmte Wahl von Steuerkanälen und durch deren vorgesehene
Anordnung werden die Steuerflächen des Kolbenschiebers
mit Druckmittel
beaufschlagt. Das dafür verwendete Druckmittel ist in jedem Fall Frischdampf oder
Frischdruckluft, der oder die zum Anheben des Rammbären benutzt wird.
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Als Verstellkräfte für die Umsteuerung des Kolbenschiebers in beiden
Richtungen dienen Federkräfte. Für die Umsteuerung des Kolbenschiebers während der
Freifallbewegung des Rammbären ist ein mechanischer Anschlag vorgesehen, der mit
dem Rammbären verbunden ist.
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Bei dem gewählten Aufbau und der damit verbundenen Wirkungsweise des
Rammgerätes und der Umsteuerung wird das Antriebsmittel nicht genügend ausgenutzt.
Nach dem Grundgedanken der Erfindung wird vorgeschlagen, bei druckmittelbetriebenen
Rammgeräten mit Freifallbär den Wirkungsgrad dadurch zu verbessern, daß das im Hubraum
befindliche Druckmittel expandieren kann.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die während
des Anhebehubes des Rammbären herbeigeführte Expansion des Druckmittels im Hubraum
für eine Bewegungsrichtung des Steuerschiebers auszunutzen, wobei für die andere
Bewegungsrichtung des Steuerschiebers die Beaufschlagung mit Frischdruckmittel (Frischdampf
bzw. Frischdruckluft) beibehalten wird.
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Die Erfindung besteht darin, daß bei der bekannten Anwendung expandierenden
Druckmittels der Expansionshubraum über einen Druckmittelkanal mit dem angeschlossenen
Steuerraum des Umsteuerventils verbunden ist und der Steuerschieber durch Diff'erenzstseuerflächen
umsteuerbar ist.
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Bevorzugt ist als Entlüftungskanal der an den Steuerraum angeschlossene
Druckmittelkanal vorgesehen, der in Betirlebsstellung des Steuerschiebers 11Anheben
des Schlagkolbens" den Hubraum mit Frischdruckmittel versorgt.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der gegenüber dem
Hubraum abgedichtete Kolbenschaft des als Raumbär wirkenden Schlagkolbens mehrere
Schlitzkanäle auf, durch die die Frischdruckmittel-Speiseleitung über Verbindungskanäle,
den
Steuerraum und den angeschlossenen Druckmittelkanal des Umsteuerventils
mit dem Hubraum verbunden ist. Zugleich wird von der Druckmittel-Speiseleitung Frischdruckmittel
abgezweigt und damit werden die Steuerräume des Umsteuerventils mit Druckmittel
beaufschlagt. Die sind geeignet, den Steuerschieber dadurch in Steuerstellung "Anheben
des SchlagkolLens" zu steuern und in dieser Stellung zu halten.
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Durch die vorgenannten Steuerungsmaßnahmen wird das Antriebsdruckmittel
besser ausgenutzt als bei vergleichbaren Rammgeräten und gegenüber jenen wird ein
verbesserter Wirkungsgrad erzielt.
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Durch die die Expansionskräfte des Antriebsdruckmittels sich zunutze
machende Steuerungsmaßnahme wird der Hubraum für den den Freifall-Rammbären bildenden
Teil des Rammgerätes bis zu einem bestimmten, jedoch wählbaren Teilhub mit frischem
Antriebsdruckmittel aus der an das Rammgerät angeschlossenen Speiseleitung gefüllt,
dann wird die weitere Zufuhr frischen Antriebsdruckmittels zum Hubraum gesperrt,
so daß das im Hubraum eingeschlossene Druckmittel auf dem weiteren Teilhub expandieren
kann.
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Zum Zwecke des Herbeiführens eines Expansionshubes des Rarnmb.iren
ist dieser mit Schlitzkanälen im Bereich der Frischdruekmittel-Eintrittskanäle versehen.
Sobald die Eintrittskanäle durch die vorgesehenen Schlitzkanalsteuerkanten bei der
Anhebebewegung des Rammbären gesperrt werden, beginnt der Expansionshub.
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Das expandierende Druckmittel ist ül)er den gleichen Kanal mit dem
Rücksteuerraum des Steuerschiebers verbunden, durch den auch vor dem Expansionshub
der hubraum mit Frischdruckmittel versorgt wurde. In der umgesteuerten Stellung
des Kolbenschiebers "Entlüften" ist dieser Kanal mit einem Entlüftungskanal verbunden.
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Die Rücksteuerbewegung des Steuerschiebers erfolgt entweder durch
die Expansionskräfte, wenn die dadurch hervorgerufene Kraft auf die Differenz fläche
der Kolbensteuerflächen grqßer geworden ist als die Kraft, die auf die größte, vom
Frischdruckmittel gesperrte Steuerfläche des Steuerschiebers wirkt oder durch Öffnen
eines Auspuffs im Expansionshubraum, der ebenfalls eine Umsteuerkraft hervorruft.
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Nach erfolgter Umsteuerung beginnt der freie Fall des Ranmbären. Kurz
vor Beendigung des durch den freien Fall des Rammbären hervorgerufenen Schlaghubes
erfolgt die Umsteuerung des Steuerventils auf Zufuhr an Frischdruckmittel, indem
die Schlitzkanalsteuerkanten die Druckmitteleintrittskanäle öffnen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und erläutert.
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Es zeigt Fig. 1 ein Rammgerät-mit Steuerschieber im Längsschnitt,
Fig. 2 die Einzelheit des Steuerschiebers (im vergrößerten Maßstab) im Steuergehäuse:
Betriebsstellung FrischdruckmittelzuSuhr, Fig. 5 die Einzelheit des Steuerschiebers
(im vergrößerten Maßstab) im Steuergehäuse: Betriebsstellung Expansionsdruckmittelzufuhr.
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Das Rammgerät besteht im wesentlichen aus dem Zylinder 1, dem Schlagkolben
2 und der Schlagplatte 3. Seitlich am Zylinder 1 ist ein Steuergehäuse 4 (Umsteuerventil)
mit dem Steuerschieber 5 angeordnet.
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Der Zylinder 1 ist bevorzugt aus drei Teilzylindern la, lb, lc gebildet,
wobei die Zylinder la, 1b im Innendurchmesser kleiner gehalten sind als der Zylinder
lc.
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Der mittlere Zylinderteil 1b ist mit Dichtungen, z. B.
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Dichtringen 6, versehen und diese verhindern, daß Druckmittel entlang
der Zylinderwandung in den Zylinderteil lc (Hubraum) gelangen kann. Sowohl der untere
Zylinderteil als auch der obere Zylinderteil 1c sind mit Auspufflachern 7 versehen.
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Der Schlagkolben 2 als Rammbär besteht. im wesentlichen aus dem Schaft
8, der etwa in seinem mittleren Teil mit umSangsverteilt angeordneten und in Rammachsrichtung
verlaufenden Schlitzkanälen 9 versehen"ist, und dem Kolbenkopf 1o.
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Dieser Kolbenkopf und auch das Kolbenschaftende sind mit Dichtringen,
z. B. Kolbenringen 11, ausgestattet.
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Die Schlitzkanäle 9 im Kolbenschaft 8 weisen Steuerkanten 9a auf.
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Die Rammgerät-Umsteuerung erfolgt durch den Steuerschieber 5, der
eine Ringsteuerfläche 12, eine Einschnürung 13 und eine Differenzsteuerfläche 14
aufweist. Das Steuergehäuse 4 ist beidseitig durch Deckel 15 mitsEndbegrenzungsanschlägen
16 versehen.
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Das rischdruckmittel wird dem Zylinder 1 durch die Speiseleitung 17
über den Eintrittskänal 18 zugeführt.
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Unter Zuhilfenahme der Schlitzkanäle 9 des Schlagkolbens 2 strömt
das Frischdruckmittel über die Ringkanäle 19 und den in der Zylinderwand vorgesehenen
Zufuhrkanal 20 in den Druckmittelkanal 21 des Steuergehäuses 4. Das Steuergehäuse
ist mit mehreren, bevorzugt drei nebeneinander im Abstand angeordneten Ringkanälen
22a, 22b und 22c versehen.
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Die beiden erstgenannten nämlioh 22a und 22b, sind durch den Ringraum
23 (eingeschnürter Teil 13 des Kolbenschieber8 5)
miteinander verbunden
und an den Steuerkanal 24 angeschlossen, der in den Hubraum 25 des Zylinders 1 führt.
Das Frischdruckmittel gelangt also über den Ringraum 23 und den Kanal 24, in den
Hubraum 25.
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Von der Speiseleitung 17 ist eine Leitung 26 abgezweigt und an den
Steuerraum 27 für die Kolbensteuerfläche 12--angeschlossen. Diese Ringsteuerfläche
12 steht ständig unter Frischdruck.
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Eine weitere Leitung 28 führt vom Zylinder 1 zum Steuerraum 29 für
die Kolbendifferenzsteuerfläche 14.
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Ferner ist eine Leitung -an den Steuerraum 29 angeschlossen die diesen
mit dem Hubraum 25 verbindet.
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Der dritte Ringkanal 22c weist eine Entlüftungsöffnung 31 auf. Der
Raum 32 (Fig. 3) steht über eine Bohrung 53 im Deckel 15 mit- der Atmosphäre in
Verbindung.
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Nach der in Fig 1 dargestellten Betriebsstellung befindet sich der
Schlagkolben 2 in der unteren Endstellung; der Eintrittskanal 18 für Frischdruekmittel
ist geöffnet.
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Das Frischdruckmittel strömt -über die Ringkanäle 19, die durch die
Schlitzkanäle 9 miteinander verbunden sind,- durch die Kanäle 20, 21,- den Ringraum
23 und den Kanal 24 in den Hubraum 25.
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Gleichzeitig gelangt Frischdruckmittel über die Zweigleitung 26 in
den Steuerraum 27 und über die Leitung 28 in den Steuerraum 29. Des weiteren erhält
der Steuerraum 29- -über die Leitung 30 vom Hubraum 25 aus weiteres Frischdruckmittel.
Durch die Beaufschlagung der Steuerräume 27 und 29 und wegen des auf die größere
Differenzsteuerfläche 14 wirkenden Frischdruckmittels wird der Steuerschieber 5
die in Fig. 2 dargestellte Lage einnehmen und diese bis zur Umsteuerung beibehalten.
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Dadurch ist die Frischdruckmittelzufuhr zum flubraum 25 über den Ringraum
23 des Umsteuerventils 4 möglich. Der Schlagkolben 2 wird durch das wrischdruckmittel
angehoben.
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Der Hubraum 25 wird so lange mit Frischdruckmittel aus der Speiseleitung
17 versorgt, bis die Steuerkanten 9a der Schlitzkanäle 9 den Ringkanal 19 zum Eintrittskanal
18 überschreiten. Die weitere Frischdruckmittelzufuhr zum Hubraum 25 wird dann abgesperrt
und das im Hubraum 25 eingeschlossene Druckmittel expandiert.
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Während des Expandierens steht der Steuerraum 27 des Steuerschiebers
5 ständig unter Frischdruck und der Steuerraum 29 des Steuerschiebers 5 erhält nur
über die mit dem Hubraum 25 verbundene Leitung 30 Expansionsdruckmittel.
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Sobald die ständig auf die Ringsteuerfläche 12 des Steuerschiebers
5 wirkende Frischdruckkraft größer geworden ist als die auf die größere Steuerfläche
14 wirkende Expansionskraft, wird der Steuerschieber 5 umgesteuert und in die in
Fig. 3 dargestellte Stellung bewegt.
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In dieser Steuerschieberstellung wird das Expansionsgas, das durch
den Kanal 24 als Entlüftungskanal strömt, aus der Ent-Iüftungskanalöffnung 31 entweichen
und das Ende des Expansionsvorganges einleiten. Sobald der Hubraum 25 durch Öffnen
des Auspuffs 7 im Zylinderteil ic mit der AtmospWare in Verbindung steht, ist der
Expansionsvorgang beendet.
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Der Schlagkolben 2 beginnt nun im freien Fall seine Abwärtsbewegung
und übt am Ende seines beschleunigten Fallhubes seine Schlagwirkung auf die Schlagplatte
3 aus, in dem er seine kinetische Energie an die Schlagplatte abgibt. Gleichzeitig
entweicht das im Raum 25 befindliche Medium durch den Entlüftungskanal 31.
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Kurz vor Beendigung des Schlaghubes haben die Steuerkanten 9a der
Schlitzkanäle 9 bei der Fallhubbewegung des Schlagkolbens 2 die Ringkanäle 19 und
den Eintrittskanal 18 freigegeben und kurz darauf auch die Leitung 28 geöffnet.
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Frischdruckmittel strömt nun wieder ih den Steuerraum 29, und der
Steuerschieber 5 wird gegen den Frischdruck,der auf die Ringsteuerfläche 12 wirkt,
umgesteuert und nimmt dabei die in Fig. 2 dargestellte Stellung ein. In dieser umgesteuerten
Stellung ist nun die Zufuhr an Frischdruckmittel zum Hubraum 25 wieder freigegeben
und das Arbeitsspiel des Anhebens desSchltolbens kann sich, wie eingangs beschrieben,
wiederholen.