DE2011600B2

DE2011600B2 - Hydraulischer Fallhammer

Info

Publication number: DE2011600B2
Application number: DE2011600A
Authority: DE
Inventors: Roger Michael Somersham Ipswich Elliott (Grossbritannien)
Original assignee: The British Steel Piling Co. Ltd., Claydon, Ipswich, Suffolk (Grossbritannien)
Current assignee: BSP International Foundations Ltd
Priority date: 1969-03-11
Filing date: 1970-03-11
Publication date: 1978-08-31
Also published as: US3669198A; DE2011600A1; NL164347B; NL7003493A; BE747207A; GB1261220A; DE2011600C3; JPS4948210B1; NL164347C

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Fallhammer mit einem Zylinder, in welchem ein Kolben angeordnet ist und Kolben und Zylinder relativ zueinander beweglich sind, einem Überströmkanal, der einen ablaufseitigen Zylinderraum auf einer Seite des Kolbens mit einem zulaufseitigen Zylinderraum auf der anderen Seite des Kolbens verbindet und der durch ein Steuerglied, wie einen Schieber, zu öffnen und zu schließen ist

Aus der DE-AS 11 95 680 ist ein hydraulischer Rammhammer bekannt mit einem Kolben und einem Schlagkörper, der Über eine Kolbenstange mit dem Kolben verbunden ist Beim Anheben des Kolbens wird dieser nur auf seiner Unterseite mit dem Zulaufdruck eines hydraulischen Druckmittels beaufschlagt, während der Kolben in der Abwärtsbewegung, d.h. in der Arbeitsbewegung, auf beiden Seiten mit dem Zulaufdruck beaufschlagt wird, da aber die obere Fläche des Kolbens größer ist als seine untere Fläche, überwiegt die nach unten gerichtete Kraft, durch die der Kolben mit dem Schlagkörper nach abwärts beschleunigt wird.

Das unter dem Kolben befindliche Druckmittel kann hierbei über einen Zufuhrkanal zur Oberseite des Kolbens strömen.

Ferner ist aus der DE-AS 12 63 629 ein hydraulischer Rammhammer bekannt bei dem der Kolben ebenfalls auf beiden Seiten durch den Zufuhrdruck eines Druckmittels beaufschlagt ist da jedoch die obere Kolbenfläche größer ist als die untere Kolbenfläche, wird er durch die hierdurch entstehende Differenzkraft in Arbeitsrichtung beschleunigt. Auch hier strömt das von der Unterseite des Kolbens verdrängte Druckmittel

über einen Überströmkanal zur Oberseite des Kolbens.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe

zugrunde, einen Fallhammer der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der fallende Hammer im wesentlichen nicht durch Drosselwirkungen in den Leitungen oder Strömungswegen des Druckmittels verzögert wird.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht daß ein Vorspannelement vorgesehen ist um den Schieber in eine Position zu verschieben, in der der Überströmkanal geöffnet ist daß im ablaufseitigen Zylinderraum mittels eines Druckentlastungsventils in der Ablaufleitung ein Druck aufgebaut wird und daß der Schieber unmittelbar durch diesen Druck gegen die Kraft des Vorspannelementes in eine Position verschiebbar ist in der der Überströmkanal geschlossen ist

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert, in der

F i g. 1 schematisch und teilweise geschnitten einen Fallhammer mit seinem Hydrauliksystem zeigt.

F i g. 2 zeigt im Schnitt das Kolben-Zylinder-Aggregat des Fallhammers nach F i g. 1.

F i g. 3 zeigt im Schnitt eine weitere Ausführungsform eines Fallhammers.

F i g. 4 zeigt schematisch in Form eines Blockschaltbildes eine automatische Schalteinrichtung für einen Fallhammer.

Fig.5 und 6 zeigten jeweils im Teilschnitt weitere Ausführungsformen eines Fallhammers.

Wie aus F i g. 1 und 2 ersichtlich, hat der Fallhammer einen Rahmen 2 und einen Bären 4, der an Führungseinrichtungen 2a des Rahmens mittels eines hydraulischen Kolbenzylinderaggregates 6 vertikal antreibbar geführt ist, das mit dem oberen Ende 8 seines Zylinders 10 am Rahmen 2 angelenkt ist und mit dem unteren Ende 12 seiner Kolbenstange 14 mit dem Bären 4 verbunden ist wobei eine elastische Stoßdämpfereinrichtung 15, z. B. eine Kautschukbuchse vorgesehen ist. Je eine Druckmittelleitung 16, 17 führt zu den Anschlüssen 18 bzw. 19 im oberen und unteren Ende des Zylinders an gegenüberliegenden Seiten eines Kolbens 20, der in dem Zylinder gleitend geführt ist und an dem das obere Ende der Kolbenstange 14 befestigt ist.

Der Kolben 20 hat einen im Durchmesser abgesetzten Abschnitt 22, der mit der Kolbenstange 14 verschraubt und durch eine Schraube 24 gesichert ist. Innerhalb des Kopfes des Kolbens ist eine zylindrische Bohrung 26 gebildet die an der oberen Fläche des Kolbens mündet und ein Überströmkanal 28 erstreckt sich von der Unterseite des Kolbenkopfes aufwärts und mündet an einer kreisringförmigen Öffnung 30 in der Wand der Bohrung 26. In die Bohrung ist passend ein becherförmiger Schieber 32 eingesetzt, der in der Bohrung aus der dargestellten Stellung unter der Wirkung der zwischen dem oberen Ende der Kolbenstange 14 und einer Aussparung in der Unterseite des

Schiebers eingesetzten und gespannten Feder 34 in eine Stellung verschiebbar ist, in der er sich an einem Anschlag 38, z. B. in Form eines Federringes, am oberen Ende der Bohrung 26 abstützt Wenn sich der Schieber 32 in dieser Stellung befindet, befindet sich eine öffnung 40 in der zylindrischen Wand des Schiebers in Deckung mit der öffnung 30, so daß ein durchgehender Strömungsweg für die Druckflüssigkeit zwischen dem oberen und dem unteren Zylinderraum an gegenüberliegenden Seiten des Kolbens 20 besteht Die Kolbenstange 14 ist eine Hohlstange mit einem durchgehenden mittigen Kanal 42, so daß der von der Feder 34 eingenommene Raum und somit die Unterseite des Schiebers 32 direkt mit dem umgebenden Raum in Verbindung stehen.

Der Betrieb des Kolbenzylinderaggregates kann von dem Punkt ausgehend beschrieben werden, bei dem sich der Kolben am unteren Zylinderende befindet und der Bär auf der Pfahlhaube (nicht dargestellt) ruht und weder die Leitung 16 noch die Leitung 17 unter hydraulischem Druck steht, und wenn der Schieber 32 sich in seiner oberen oder Öffnungsstellung in dem Kolben 20 befindet Durch die Betätigung eines Steuerventils 46 liefert eine Pumpe 44 Druckmittel über die Leitung 17 zum Anschluß 19 des Zylinders. Das Druckmittel kann nun durch den Kolben frei in den oberen Teil des Zylinders strömen, jedoch verhindert ein Druckentlastungsventil 48 in der Ablaufleitung 16 einen Rückstrom des Druckmittels zum Behälter 52, bis der Druck am Anschluß 18 den Wert von 7 kp/cm² erreicht hat

In dem Maß, in dem der Druck des Druckmittel- in dem Zylinder ansteigt, entwickelt sich am Schieber 32 eine unkompensierte Axialkraft, da nur die Oberseite des Schiebers dem Druckmittel ausgesetzt ist und bei einem Flüssigkeitsdruck von etwa 4,9 kp/cm² die Kraft der Feder 34 und der auf den Schieber wirkenden Reibung überwunden wird. Der Schieber wird daher abwärtsbewegt und der obere und der untere Zylinderraum werden voneinander getrennt In den unteren Raum tritt nun weiteres Druckmittel ein, so daß der Kolben sich nun in dem Zylinder aufwärtszubewegen beginnt und den Bären mitnimmt

Wenn der Kolben 20 das obere Ende seines Hubes erreicht, wird das Steuerventil 46 umgeschaltet so daß nun der untere Raum mit dem Behälter 52 verbunden wird. Der nun auftretende Druckabfall gestattet das Niederfallen des Kolbens und des Bären. In dem Maß, in dem das Volumen des oberen Zylinderraumes zunimmt, nimmt der Druck dort ab, und der Schieberkörper bewegt sich in seine obere Sitzstellung zurück. Infolge der Reibung des Schieberkörpers tritt dies ein, wenn der Druck in dem oberen Zylinderraum ca. 3,5 kp/cm² beträgt Die Druckflüssigkeit kann dann zwischen dem oberen und dem unteren Raum frei strömen, und dies 5s hat den Vorteil, daß jegliche Drosselwirkung vermindert wird, die durch in der Leitung 17 zurückströmende, aus dem unteren Raum verdrängtes Druckmittel oder durch in der Leitung 16 zum oberen Raum einströmendes Druckmittel verursacht sein kann, so daß dem freien Fall des Bären weniger Widerstand entgegengesetzt wird.

Da sich in dem unteren Zylinderraum die Kolbenstange 14 befindet, nimmt der obere Raum mehr Druckmittel auf, als aus dem unteren Raum verdrängt wird, und damit die Wirkung, die dieser Umstand auf die Fallgeschwindigkeit des Bären haben könnte, auf einem Minimum gehalten wird, ist mit dem Druckentlastungsventil 48 ein Rückschlagventil 54 parallel geschaltet, so daß das Druckmittel auch unter Umgehung des Druckentlastungsventils 48 in den oberen Zylinderraum aus der Leitung 16 angesaugt werden kann. Wenn erwünscht, kann in der Leitung 16 unmittelbar hinter dem Rückschlagventil 54, ein geschlossener Behälter 56 angeordnet werden, so daß eine prompt verfügbare Druckmittelquelle für diesen Gegenstrom verfügbar ist

Das Arbeitsspiel kann wiederholt werden, nachdem der Bär auf die Schlaghaube des Pfahles einen Schlag ausgeübt hat, indem das Steuerventil 46 abermals umgeschaltet wird. Anstatt dessen kann eine automatische Schalteinrichtung vorgesehen sein, so daß das Arbeitsspiel sich selbsttätig wiederholt Als solche Einrichtung kann an der einen Seite des Zylinders ein Durchlaß 58 vorgesehen sein, der mit dem unteren Zylinderraum in leitender Verbindung steht wenn sich der Kolben in seiner oberen Stellung befindet, und der Druckanstieg, der auftritt wenn der Kolben diese Stellung erreicht kann durch eine Leitung 60 zur Betätigung des Steuerventils 46 weitergeleitet werden, so daß der untere Raum abermals mit dem Rücklauf zum Behälter verbunden wird. Das Umschalten des Steuerventils 46 zum Heben des Kolbens und des Bären kann dann durch einen Auslöser 51 betätigbar sein, an dem der Bär beim Fallen unmittelbar vor Beendigung seines Abwärtshubes angreift.

Es kann eine Dämpfungseinrichtung aus einem Bund G2 an dem Abschnitt des Kolbens von vermindertem Durchmesser und aus einer Hülse 64 von noch kleinerem Durchmesser mit einem verjüngten unteren Ende unter dem Bund vorgesehen sein. Am Boden des Zylinders ist eine Bohrung 66 angeordnet, in die die Hülse 64 schmiegend hineingleitet, und eine Ansenkung 68, in die ein O-Ring 70 dichtend eintreten kann, der an dem Bund 62 montiert ist Der Anschluß 19 für die Druckmittelzufuhr steht in leitender Verbindung mit dem unteren Zylinderraum über die Bohrung 66 und die Ansenkung 68.

Wenn der Kolben sich dem unteren Ende seines Hubes nähert beginnt die Hülse 64, in die Bohrung 66 einzutreten, und die Dichtung 70 erreicht die Wand der Ansenkung 68. In dem verbleibenden freien Volumen der Ansenkung befindliches Druckmittel kann dann zu dem Anschluß 19 nur noch durch einen Zwischenraum entweichen, der zwischen der eng passenden Hülse 64 und der Wand der Bohrung 66 verbleibt, sowie durch schmale Kanäle 72, 74, 76, die vom Boden der Ansenkung 68 ausgehen und von einem einstellbaren Stopfen 78 beherrscht sind. In der letzten Phase des Abwärtshubes werden also der Kolben und die Kolbenstange in zunehmendem Maße verzögert. Damit diese Dämpfungsanordnung das Heben des Kolbens nicht verzögert, wenn anschließend durch den Anschluß i9 Druckmittel zugeführt v/ird, ist eine Umgehungsbohrung 80 vorgesehen, die eine direkte Verbindung zwischen dem Anschluß und dem Raum unterhalb des Kolbens herstellt

Das beschriebene Ausführungsbeispiel kann abgewandelt werden. Beispielsweise kann der Schieber 32 an dem Kolben befestigt sein oder einen Teil desselben bilden, und dieser würde dann an der Kolbenstange 14 eine begrenzte Bewegungsfreiheit zum Freigeben und Verschließen des Strömungsweges zwischen den Zylinderräumen haben.

Wenn es erforderlich sein sollte, die Fallgeschwindigkeit des Bären zu erhöhen, können Federn 81 vorgesehen sein, die auf den Bären eine abwärtsgerich-

tete Kraft ausüben, wie in F i g. 1 gezeigt.

F i g. 3 zeigt einen Fallhammer, bei dem der Kolben 82 auf einer Schlaghaube (nicht dargestellt) ruht, während der zugeordnete Zylinder 84, der mit dem Bären einstückig verbunden oder an diesem befestigt ist, an dem Kolben gleitet und den Schlag auf die Schlaghaube ausübt. Die Bewegung des Schiebers 32 unter Überwindung der Kraft seiner Feder 34 wird jedoch hier durch einen Druckanstieg im unteren Raum des Zylinders hervorgerufen.

Zum Heben des Bären wird über die Leitung 17 Druckmittel in den oberen Zylinderraum eingeführt, so daß, wenn der Schieber 32 sich aufwärtsbewegt und schließlich den oberen und den unteren Zylinderraum voneinander trennt, der weitere Zustrom von Druckmittel aus der Leitung 17 den Zylinder hebt. Im übrigen kann die Anordnung in der gleichen Weise wie die gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel arbeiten.

Eine abgewandelte Ausführungsform einer automatischen Schalteinrichtung ist schematisch in Fig.4 veranschaulicht. Diese weist eine Magnetspule 100 auf, die das Steuerventil 46, wie gemäß Fi g. 1, betätigt, um den Druckmittelstrom zu dem Zylinder des Antriebsaggregates zu steuern. Eine Schaltuhr 102 mit Handeinstellmitteln enthält einen Verstärker, der ein Schaltsignal an die Magnetspule 100 abgibt An dem Fallhammer selbst ist ein Beschleunigungsmesser angeordnet, der als Schlagfühler 104 wirkt, und jeweils einen weiteren Bewegungszyklus einleitet. Wenn im Betrieb die Vorrichtung erstmalig eingeschaltet wird, wird die Magnetspule 100 erregt, so daß das Steuerventil 46 Druckmittel in die Zylinder des Antriebsaggregates einläßt und der Bär gehoben wird und gleichzeitig wird die Schaltuhr 102 in Betriet gesetzt Am Ende der vorgegebenen Zeitspanne liefen die Schaltuhr ein Signal zum Entregen des Magnetven tils, so daß der Bär niederfällt. Beim Schlag des Bärer am Ende seines Hubes erzeugt der Schlagfühler 104 eir Signal, das die Schaltuhr 102 abermals in Tätigkeit setzi und die Magnetspule 100 des Ventils wieder erregt, se daß der Arbeitszyklus wiederholt wird.

ίο Fig.5 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Dämpfungseinrichtung von der des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels abweicht Die Hülse 64 trägt hier keinen Bund, und die Bohrung 66 am unteren Ende öffnet sich in eine nach oben zu sich kegelig erweiternde Ansenkung 86. Wenn der Kolben sich dem unteren Ende des Zylinders nähert, tritt daher die Hülse in einen sich in zunehmendem Maße verengenden Kanal ein, so daß eine fortschreitende Dämpfung der Kolbenbewegung hervorgerufen wird.

Es ist außerdem möglich, die Verbindung zwischen den Zylinderräumen außerhalb des Zylinders und Kolbens anzuordnen, wie dies in F i g. 6 dargestellt ist Hier ist in eine Leitung 88 zwischen der oberen und der unteren Druckmittelleitung 16 bzw. 17 eine Schieberan- Ordnung eingebaut, die ein Gehäuse 90 aufweist das den Schieber 32 und dessen Feder 34 aufnimmt Die öffnung 40 des Schiebers 32 wird mit einem Überströmkanal 92 im Gehäuse 90 zur Deckung gebracht, wenn die Feder 34 den Schieber 32 in seine obere Stellung gedrückt hat.

Die Unterseite des Schiebers steht unter atmosphärischem Druck, was durch die Anordnung einer seitlichen Bohrung 94 im Gehäuse 90 erreicht wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydraulischer Fallhammer mit einem Zylinder, in welchem ein Kolben angeordnet ist und Kolben und Zylinder relativ zueinander beweglich sind, einem Überströmkanal, der einen ablaufseitigen Zylinderraum auf einer Seite des Kolbens mit einem zulaufseitigen Zylinderraum auf der anderen Seite des Kolbens verbindet und der durch ein Steuerglied, wie einen Schieber, zu öffnen und zu schließen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorspannelement (34) vorgesehen ist, um den Schieber (32) in eine Position zu verschieben, in der der Überströmkanal (28, 92) geöffnet ist, daß im ablaufseitigen Zylinderraum mittels eines Druckentlastungsventils (48) in der Ablaufleitung (16) ein Druck aufgebaut wird und daß der Schieber (32) unmittelbar durch diesen Druck gegen die Kraft des Vorspannelementes (34) in eine Position verschiebbar ist, in der der Überströmkanal (28, 92) geschlossen ist

2. Fallhammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überströmkanal (28) durch den Kolben (20) hindurchgeführt ist

3. Fallhammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (32) auf einer Seite atmosphärischem Druck ausgesetzt ist

4. Fallhammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (32) in einer axial verlaufenden Bohrung des Kolbens (20) verschiebbar ist und einen zylindrischen Abschnitt aufweist der dichtend in die Bohrung paßt und eine Öffnung (40) hat die mit einer Öffnung (30) in der Wand der Bohrung zur Deckung bringbar ist.

5. Fallhammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (32) und der Überströmkanal (92) in einem separaten Gehäuse (90) angeordnet sind.

6. Fallhammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr des Druckmittels in den zufuhrseitigen Zylinderraum durch ein äußeres Steuerventil (46) steuerbar ist.