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Die Erfindung betrifft ein Schlagrammgerät, insbesondere einen Dieselhammer nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.
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Derartige Schlagrammgeräte wie Dieselhämmer, die auch als Dieselbären bezeichnet werden, kommen insbesondere bei Gründungsarbeiten der Bauindustrie zum Einrammen von Pfählen aller Art, wie Betonpfeilern, Eisenträgern, Spundwandelementen oder dergleichen, in einen Baugrund zum Einsatz. Beim Startvorgang eines solchen Schlagrammgerätes wird ein Kolben innerhalb eines Zylinders mit Hilfe einer Ausklinkvorrichtung nach oben gezogen und in einer definierten Höhe freigegeben, worauf er unter Einwirkung der Schwerkraft nach unten fällt. Beim Niederfallen des Kolbens wird eine Kraftstoffpumpe betätigt, wodurch Kraftstoff in den Arbeitsraum des Zylinders des Schlagrammgerätes gefördert wird.
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Durch die Abwärtsbewegung des Kolbens innerhalb des Zylinders des Schlagrammgerätes wird die im Arbeitsraum des Zylinders befindliche Luft komprimiert und derart erhitzt, dass sich das im Arbeitsraum vorliegende Kraftstoff-Luft-Gemisch entzündet, worauf es explosionsartig verbrennt. Das Auftreffen des Kolbens auf das Schlagstück initiiert sowohl die Entzündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches wie auch die Übertragung der Fallenergie in das Rammgut. Durch die hierbei frei werdende Explosionsenergie wird der Kolben zu einem neuen Arbeitszyklus nach oben geschleudert. Gleichzeitig wird das Rammgut in den Boden getrieben. Beim Aufsteigen des Kolbens werden Auspufföffnungen frei gelegt, so dass Verbrennungsgase entweichen können und sich der Druck im Zylinderraum wieder dem Umgebungsdruck angleicht.
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Im Bereich des Verbrennungsraumes kommt es während des aktiven Betriebes des Schlagrammgerätes zu einem deutlichen Temperaturanstieg. Dabei kann die Temperatur je nach Anwendungsfall bis in einen Bereich von 400°C bis 600°C ansteigen. Zur Abkühlung des Schlagrammgerätes in diesem Bereich sind außen an der Oberfläche des Zylinders Kühlrippen angeordnet. Die Wärmeabfuhr dieser passiven Kühlrippen ist jedoch begrenzt, wodurch die Einsatzzeit des Schlagrammgerätes eingeschränkt ist.
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Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schlagrammgerät der vorgenannten Art bereitzustellen, das eine verbesserte Kühlung insbesondere des Verbrennungsraumes aufweist. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Mit der Erfindung ist ein Schlagrammgerät geschaffen, das eine verbesserte Kühlung insbesondere des Verbrennungsraumes aufweist. Dadurch, dass der Zylinder an seiner dem Schlagstück entgegen gesetzten Oberseite mit einem Deckel verschlossen ist, ist ein Verdrängungsraum geschaffen, in dem je nach Bewegungsrichtung des Kolbens ein Über- oder Unterdruck bewirkt ist. Durch die Verbindung dieses Verdrängungsraums mit einer Verrichtung zur Luftkühlung des Schlagrammgerätes ist eine verbesserte Kühlung des Schlagrammgerätes erzielt.
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In Weiterbildung der Erfindung umfasst die Vorrichtung zur Luftkühlung des Schlagrammgerätes wenigstens einen Luftstromkanal zur Belüftung der Kühlrippen. Hierdurch ist eine erzwungene Konvektion an den Kühlrippen bewirkt. Dabei sind die Kühlrippen vorteilhaft zumindest teilweise im Bereich des Verbrennungsraumes angeordnet.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist der wenigstens eine Lüftungskanal derart ausgebildet, dass der austretende Luftstrom entlang der Kühlrippen geleitet wird. Hierdurch ist der Wärmetransport verbessert, wodurch die Kühlleistung erhöht ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der wenigstens eine Luftstromkanal durch wenigstens eine außen an dem Schlagrammgerät angeordnete Rohrleitung gebildet, die in den Verdrängungsraum mündet. Hierdurch ist eine direkte Zufuhr des durch den aufwärts bewegten Kolben initiierten Luftstroms an die Kühlrippen bewirkt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in wenigstens einem Luftstromkanal wenigstens eine Drossel angeordnet. Hierdurch ist eine Veränderung des Strömungsverhaltens erzielbar. Vorteilhaft ist insbesondere eine höhere Luftgeschwindigkeit beim Auftreffen des Luftstroms auf die zu kühlenden Gerätebereiche.
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Andere Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben. Die einzige 1 zeigt ein Schlagrammgerät im Querschnitt mit unterschiedlichen Positionen des Schlaggewichtes.
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Das als Ausführungsbeispiel gewählte Schlagrammgerät ist als Dieselhammer 1 ausgebildet. Der Dieselhammer 1 weist einen einseitig offenen Zylinder 2 auf, der in der Praxis eine Länge von 5 bis 10 Meter und einen Durchmesser von 0,5 bis 1 Meter aufweisen kann. Der Zylinder 2 ist an seiner Oberseite über einen Deckel 20 verschlossen. In dem Zylinder 2 ist ein Kolben 3 verschiebbar angeordnet. Ein hierzu koaxiales Schlagstück 4 greift verschiebbar in das offene untere Ende des Zylinders 2 ein. An dem offenen unteren Ende 22 des Zylinders 2 ist eine ringförmige Lagereinheit 21 angeordnet, in der ein mittiger Schaftabschnitt 41 des Schlagstücks 4 verschiebbar geführt ist, der einen gegenüber dem Innendurchmesser des Zylinders 2 verminderten Außendurchmesser hat.
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An das untere Ende des Schaftabschnitts 41 ist eine unterhalb des Zylinders 2 liegende Schlagplatte 42 angeformt, dessen nach außen gerichtete untere konvexe Begrenzungsfläche in Betrieb mit dem oberen Ende eines einzutreibenden Rammguts, wie beispielsweise eines Spundwandelementes zusammen wirkt. An das obere Ende des Schaftabschnitts 41 des Schlagstücks 4 ist ein Kolbenabschnitt 43 mit mehreren umlaufenden, axial beabstandeten Dichtringen angeformt, die auf der Innenmantelfläche des Zylinders 2 laufen. Die Oberseite des Kolbenabschnitts 43 begrenzt zusammen mit der Unterseite des Kolbens 3 und der Umfangswand des Zylinders 2 einen Arbeitsraum 23. Die dem Arbeitsraum 23 des Zylinders 2 zugewandte Stirnfläche 44 des Schlagstücks 4 ist plan mit einer flachen Brennstoffmulde geschliffen.
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Oberhalb des Schlagstücks 4 läuft im Inneren des Zylinders 2 ein mit umlaufenden, axial beabstandeten Dichtringen versehener unterer Abschnitt des Kolbens 3. Die untere freie, plangeschliffene Stirnfläche 31 des Kolbens 3 ist durch eine radial außen liegende umlaufende Stufe 32 abgesetzt, derart, das eine toroidförmige Gestaltung des Verbrennungsraumes gebildet ist, wenn die Stirnfläche 31 des Kolbens 3 auf der Stirnfläche 44 des Schlagstücks 4 aufliegt.
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An den unteren Abschnitt des Kolbens 3 ist ein Schlaggewicht 34 angeformt, das sich in den oberen Abschnitt des Zylinders 2 erstreckt. Zur Verbringung des Kolbens 3 in die obere Startposition innerhalb des Zylinders 2 ist an dem Schlaggewicht 34 eine – nicht dargestellte – Mitnahmeschulter angeordnet, an der ein Haken einer – nicht dargestellten – Hebevorrichtung angreifen kann. An der Umfangswand des Zylinders 2 ist eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 5 angeordnet. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 5 ist derart ausgebildet, dass sie bei jedem Arbeitszyklus eine vorgegebene Menge Kraftstoff, insbesondere Dieselöl in den Arbeitsraum 23 des Zylinders 2 einspritzt. Weiterhin ist an der Umfangswand des Zylinders 2 diese durchdringend ein schräg nach oben verlaufender Arbeitsstutzen 24 angeordnet. Über den Arbeitsstutzen 24 wird Verbrennungsluft angesaugt und werden Verbrennungsgase abgegeben.
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Zwischen dem den Zylinder 2 verschließenden Deckel 20 und dem Schlaggewicht 34 des Kolbens 3 ist ein Verdrängungsraum 25 ausgebildet, der auch bei maximaler Sprunghöhe des Kolbens 3 vorhanden ist. In den Verdrängungsraum 25 mündet die Wand des Zylinders 2 durchdringend ein Luftstromkanal 6, der im Ausführungsbeispiel in Form einer außen an dem Zylinder 2 entlang geführten Rohrleitung ausgebildet ist. Der Luftstromkanal 6 mündet an ringförmig im Bereich des Verbrennungsraums 33 die Außenwandung des Zylinders 2 umspannend angeordneten Kühlrippen 26. In dem Luftstromkanal 6 sind im Ausführungsbeispiel – nicht dargestellte – Drosseln angeordnet, welche eine höhere Luftgeschwindigkeit beim Auftreffen auf die Kühlrippen 26 bewirken.
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In 1 sind die im Betrieb des Schlagrammgerätes initiierten Gasbewegungen schematisch dargestellt. Dabei ist ein schematischer Laufzyklus des Schlaggewichtes 34 in verschiedenen Einzelmomenten in zeitlicher Abfolge abgebildet. In 1a) befindet sich der Kolben 3 in gerade begonnenem, durch Schwerkraft verursachten Fall. Dabei wird durch den Luftstromkanal 6 Frischluft angesaugt und gleichzeitig vorhandene Gase unterhalb des Kolbens 3 werden durch den Arbeitsstutzen 24 herausgetrieben. Im weiteren Verlauf des Falls mit der in 1b) dargestellten Endposition wird weitere Luft durch den Luftstromkanal 6 angesaugt. Zudem überfährt der Kolben 3 während des Falls die Steuerkante des Arbeitsstutzens 24 und komprimiert die in dem Arbeitsraum 23 vorhandene Frischluft. 1b) zeigt den Kolben 3 beim Aufschlag auf die Stirnfläche 44 des Schlagstücks 4. Der durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 5 eingebrachte Kraftstoff entzündet sich nach Aufschlag des Kolbens 3 auf das Schlagstück 4. Durch die hierdurch initiierte Explosion wird der Kolben 3 wieder zurück nach oben geworfen. Dabei wird bereits zu Beginn der Aufwärtsbewegung oberhalb des Kolbens 3 befindliche Luft durch den an dem sich reduzierenden Verdrängungsraum 25 angeschlossenen Luftstromkanal 6 gefördert. Gleichzeitig wird durch die Bewegung des Kolbens 3 Frischluft durch den Arbeitsstutzen 24 in den Zylinderinnenraum angesaugt. Während der anschließenden Aufwärtsbewegung (1d)) bis zum oberen Umkehrpunkt des Kolbens 3 wird der höchste Luftförderdruck erreicht. Die durch den Luftstromkanal 6 entweichende Luft wird direkt auf die Kühlrippen 26 geleitet. Wie in 1d) dargestellt, wird zu diesem Zeitpunkt der Zylinder 2 unterhalb des Kolbens 3 zusätzlich mit Frischluft versorgt.
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Durch die in dem Luftstromkanal 6 erzwungene Konvektion an den Kühlrippen 26 wird eine gesteigerte Kühlung des Schlagrammgerätes, vorwiegend im Bereich des Verbrennungsraums 33, bewirkt. Dies hat zur Folge, dass sowohl bei Aufwärts- als auch bei Abwärtsbewegungen des Kolbens 3 eine aktive Luftkühlung des Schlagrammgerätes 1 erfolgt. Durch die erzwungene Konvektion an den Kühlrippen 26 im Bereich des Verbrennungsraums 33 ist eine längere Einsatzzeit des Schlagrammgerätes 1 erzielt, wodurch eine Effizienzsteigerung bewirkt ist.
