DE2732934A1

DE2732934A1 - Verfahren und vorrichtung zum rammen und ziehen

Info

Publication number: DE2732934A1
Application number: DE19772732934
Authority: DE
Inventors: Guelertan Dipl Ing Vural
Original assignee: Bomag GmbH and Co OHG
Current assignee: Bomag Menck GmbH
Priority date: 1977-07-21
Filing date: 1977-07-21
Publication date: 1979-01-25
Also published as: NL7807775A; FR2398145B1; DE2732934C2; JPS5434504A; JPS6315407B2; FR2398145A1; GB2001885B; GB2001885A; US4534419A

Description

Beschreibung;

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Eintreiben von Rammgut, wie Pfählen od.dgl. ins Erdreich durch Einleitung periodisch, vorzugsweise in Längsrichtung auf das Rammgut wirkender Kräfte.

Das Verfahren, einen Hahl, eine Spundwandbohle od.dgl. mit Hilfe eines Rammbären schlagend in das Erdreich einzutreiben, ist bekannt. Hierbei wird der Rammbär entweder mechanisch angehoben und die Schlagenergie durch die Fallenergie des Rammbären auf das Rammgut übertragen

wird oder aber wie aus der US-PS 2 731 796, der Rammbär ölhydraulisch angehoben und für den Rammschlag durch eine unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit in Richtung auf das Rammgut beschleunigt , so daß zusätzlich zu der reinen Fallenergie des Rammbären noch die eingeleitete Druckenergie als Schlagenergie umgesetzt wird.

en einer

Das Schlagramm'ist mit^v erheblichen Lärmentwicklung verbunden, so daß im Hinblick auf den Schallschutz zusätzliche Maßnahmen getroffen werden müssen. Außerdem ist die Schlagfrequenz und damit die Eintreibgeschwindigkeit begrenzt.

In neurer Zeit ist nun versucht worden, anstatt durch Schlagrammen das Rammgut in das Erdreich einzuvibrieren. Die Schwingungsenergie wird in der Regel entweder durch

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sogenannte Unwuchtvibratoren oder aber hydraulisch mit Hilfe eines pulsierenden Druckmittelstromes in das Rammgut eingeleitet. Das Einvibrieren des Rammgutes hat zwar den Vorteil einer erheblich geringeren Lärmentwicklung, weist jedoch eine Reihe von Nachtellen auf. So kann es beispielsweise geschehen, daß nach Erreichen einer bestimmten Eindringtiefe eines einzutreibenen Pfahles der Pfahl festläuft, ohne daß durch eine Änderung von Frequenz und/oder Amplitude ein weiteres Eintreiben des Pfahles möglich ist, obwohl die geforderte Rammtiefe noch nicht erreicht ist. Ein weiterer Nachteil des EInvibrierens besteht darin, daß bei sogenannten PfahlgrUndungen, bei denen ein Belastungsnachweis geführt werden muß, dieses nicht durch die Eintreibvorrichtung bewerkstelligt werden kann, wie beispielsweise beim Schlagrammen, sondern daß eine zusätzliche Meßvorrichtung angebracht werden muß oder aber der Vibrationsbär ausgewechselt werden muß und zum Nachweis der Belastbarkeit das letzte Stück der Eindringtiefe mit Hilfe einer ScHagramme bewerkstelligt werden muß. Ein Auswechseln der Vibrationseinrichtung gegen eine Schlageinrichtung ist auch dann erforderlich, wenn, wie oben stehend beschrieben, das Rammgut "festläuft" ohne die geforderte Eindringtiefe erreicht zu haben.

Die Nachteile des Einvlbrierens verlangen entweder den Einsatz einer überdimensionierten Vibrationseinrichtung,

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wobei in einer Reihe von Fällen der Nachweis der Belastbarkeit durch ein besonderes Prüfgerät oder aber durch anschließendes Schlagrammen geführt werden muß, oder bei einem "normal" dimensionierten Vibrationsgerät bei einem "Festlaufen" des Rammgutes in Jedem Fall

daß

ein zweites Rammgerät, sei es/ein schwereres Vibrationsgerät oder aber eine Schlagramme eingesetzt werden muß. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß beim "Festlaufen" des Rammgutes mit anschließendem Abschalten der Einergiezufuhr die Wiederaufnahme des Eintreibvorganges eine erheblich höhere Energiezufuhr erfordert, um die Gegenwirkung des zu Ruhe gekommenen Erdreiches aufzuheben, so daß neben den Kosten für die Vorhaltung und die Montage eines zweiten Rammgerätes je nach Bodenbeschaffenheit auch Schwierigkeiten hinsichtlich des weiteren Eindringens des Rammgutes in das Erdreich gegeben sind.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, durch das die vorstehend geschilderten Nachteile vermieden werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Rammgut zuerst einvibriert wird, wobei wenigstens einer mit einer Reaktionsmasse verbundenen Kolben- Zylinder- Einheit ein Druckmittelstrom zugeführt wird, der in etwa sinusförmig pulsiert, daß bei Absinken der Eindringgeschwindigkeit des Rammgutes unter einen vorgegebenen Mindestwert der

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Druckmittelstrom so gesteuert wird, daß die Reaktionsmasse schlagend auf das Rammgut einwirkt, wobei die Umsteuerung des Druckmittelstromes nach einer periodischen, angenähert unstetigen Weg-Zeit-Funktion für die Reaktionsmasse, insbesondere einer Sägezahn- oder Rechteckfunktion erfolgt, und daß beim Übergang zur schlagenden Arbeitsweise gleichzeitig die aufgebrachte Schlagenergie ermittelt wird. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß noch vor einem sich abzeichnenden "Festlaufen" des Rammgutes, also bevor die dem Eintreiben entgegengerichteten Kräfte durch ein Setzen des Erdreiches das einzutreibende Rammgut zum Stillstand bringen, praktisch noch im laufenden Bewegungsvorgang das Rammgut schlagend in das Erdreich eingetrieben wird, wobei durch eine vorgebbare Weg-Zeit-Funktion für die Reaktionsmasse bei der schlagenden Arbeitsweise eine optimale Abstimmung der Energiezufuhr auf die Bodenbeschaffenheit vorgenommen werden kann. Da in der Regel der Übergang zur schlagenden Arbeitsweise für das letzte Stück der vorgesehenen Eindringtiefe erfolgt, besteht gleichzeitig die Möglichkeit, den Nachweis der Belastbarkeit über die ermittelte Schlagenergie zu bringen.

In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die Schlagenergie über die Geschwind!g-

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keit der Reaktionsmasse kurz vor dem Aufprall bestimmt wird. Da die Größe der Reaktionsmasse bekannt ist, kann so in einfacher Weise die iri Schlagenergie umgesetzte kinetische Energie der Reaktionsmasse bestimmt werden. Dies kann entweder in der Weise geschehen, daß die Weg-Zeit-Funktion der Reaktionsmasse beim "Schlaghub" gemessen wird und über einen nachgeschalteten Rechner die Geschwindigkeit ermittelt wird oder aber daß unmittelbar über einen mit der Reaktionsmasse verbundenen Ge-

w
schindigkeitsmesser die Geschwindigkeit bestimmt wird oder Über mit der Reaktionsmasse verbundenen Beschleunigungsmesser die Schlagkraft unmittelbar angegeben wird. Da bei vorgebbaren Weg-Zeit-Funktionen für die Reaktionsmasse beim Schlagbetrieb zweckmäöigerweise eine Regeleinrichtung zur Steuerung des Druckmittelstromes vorgesehen ist, der ein entsprechender Funktionsgenerator zugeordnet ist, lassen sich die vorstehend geschilderten verschiedenen Bestimmungsmöglichkeiten für die Schlagenergie in einfacher und auch fUr den rauhen Baustellenbetrieb praktikabler Weise verwirklichen.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schlagenergie indirekt über den auf die Reaktionsmasse bei der Schlagbewegung im Arbeitszylinder wirkenden Hydraulikdruck bestimmt wird. Die mechanisch vorgegebenen Daten, wie Reaktionsmasse, Kolbenfläche, Reibungsverluste etc. erlauben unter Berück-

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sichtigung des mittleren Arbeitsdruckes während der Schlagbewegung eine hinreichend genaue Bestimmung der Schlagenergie.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß bei Schlagbetrieb der für die Bewegung der Reaktionsmasse maßgeblichen unstetigen Weg-Zeit-Funktion eine vorzugsweise sinusförmige Bewegungsfunktion höherer Frequenz durch eine zusätzliche Pulsation des firuckmittelsl;romes überlagert ist. Di es hat den Vorteil, daß in dem Zeitraum zwischen je 2 Schlägen d.h. also beim Anheben der Reaktionsmasse mittels der Kolbenzylindereinheit durch die der Hubbewegung überlagerte Pulsation des Druckmittelstromes in das Rammgut eine Vibrationsbewegung eingeleitet wird, die zwar unter den gegebenen Umständen in der Regel kein weiteres Eintreiben des Rammgutes bewirkt, die jedoch ausreicht, um das das Rammgut, beispielsweise einen Pfahl umgebende Erdreich noch in Bewegung zu halten, so daß die beim nächsten Schlag zu überwindenden Reibungskräfte nicht durch eine Beruhigung im Erdreich erhöht werden.

Für das erfindungsgemäße \erfahren ist in einer Ausgestaltung ferner vorgesehen, daß zur Erzeugung vorgebbarer Weg-Zeit-Funktionen für die Relativbewegung zwischen der Reaktionsmasse und dem Kolben das vorgesehene Umsteuerventil mit Hilfe eines vorzugsweise ein-

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stellbaren Funktionsgenerators angesteuert wird.

In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist schließlich vorgesehen, daß bei Vibrationsbetrieb ein Mindestwert für die Amplitude oder die Frequenz der Relativbewegung zwischen Reaktionsmasse und Kolben vorgegeben wird und daß bei "Erreichen dieses Mindestwertes über die Steuereinrichtung das Umsteuerventil so betätigt wird, daß der jeweilige andere Wert der Relativbewegung verändert wird. Hierdurch wird automatisch eine Anpassung der Betriebswerte bewirkt, die ein vorzeitiges, durch die Änderung noch vermeidbares "Festlaufen" verhindert, und gleichzeitig die vom verfügbaren Druckmittelstrom gesetzten Grenzen durch Vorgabe des Mindestwertes für die beim betreffenden Einsatzfall vorrangige Größe (Amplitude oder Frequenz) berücksichtigt.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die wenigstens eine Kolben-Zylinder-Einheit aufweist, die über ein ansteuerbares Umsteuerventil an eine Druckmittelversorgung angeschlossen ist, deren Zylinder mit einer Reaktionsmasse verbunden und deren Kolben über eine Kolbenstange mit dem Rammgut verbindbar ist. Rammvorrichtungen, unter diesem Begriff werden nachstehend sowohl vibrierende als auch schlagende Einrichtungen verstanden, der vorstehend bezeichneten Art sind in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus der bereits genannten US-PS 2 731 796 oder DT-OS 1 484 428 bekannt. Die bisher bekannten Geräte

waren jedoch so ausgebildet, daß sie entweder nur für

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eine rein vibrierende Arbeitsweise oder aber für eine rein schlagende Arbeitsweise ausgelegt waren.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Rammvorrichtung zu schaffen, die es erlaubt, das Rammgut sowohl einzuvibrieren als auch einzuschlagen, wobei mit der gleichen Vorrichtung sowohl ein reiner Vibrationsbetrieb als auch ein reiner Schlagbetrieb möglich sein soll. Insbesondere soll die erfindungsgemäße Vorrichtung es jedoch gestatten, beide Verfahren für den jeweiligen Eintreibvorgang miteinander zu kombinieren und zwar so, daß vorzugsweise zuerst einvibriert

wird, um
und'dann bei Erreichen einer Mindesteindringgeschwindigkeit für das Rammgut unmittelbar ohne Gerätewechsel zum schlagenden Betrieb überzugehen.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, daß für eine Vorrichtung der vorstehend bezeichneten Art wenigstens auf der dem Rammgut zugekehrten Seite jeweils an der Kolbenstange und an der Reaktionsmasse einander zugeordneten Anschlagelemente vorgesehen sind, daß in der Zuleitung zwischen Druckmittelversorgung und Umsteuerventil ein Hydrospeicher angeordnet ist, daß das Umsteuerventil mit einer Steuereinheit in Verbindung steht und daß vorzugsweise mit der Reaktionsmasse ein Signalgeber verbunden ist, dessen Signalausgang mit der Steuereinheit in Verbindung steht. Eine derart ausge-

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bildete Rainmvorrichtung erlaubt nicht nur wahlweise einen vibrierenden oder einen schlagenden Betrieb, sondern erlaubt es auch beide Betriebsweisen miteinander zu kombinieren, wobei durch die Anordnung des Signalgebers der Zeitpunkt für den Übergang vom Vibrationsbetrieb auf den Schlagbetrieb ohne Stillstand während des Eintreibvorganges vorgenommen werden kann. Der Hydrospeicher liegt hierbei in Strömungsrichtung des Druckmittels gesehen vor dem Umsteuerventil, so daß er eine doppelte Funktion erfüllt, nämlich einmal beim Vibrationsbetrieb die durch das Umsteuerventil in der Druckmittelzuleitung erzeugten Druckmittelpulsationen zu glätten und zum anderen beim Schlagbetrieb das kurzfristig benötigte, unter hohem Druck stehende Druckmittelvolumen zur Verfügung zu stellen, so daß der Reaktionsmasse für den Schlagbetrieb eine hohe Beschleunigung erteilt werden kann.

Als Ausgestaltung ist für die erfindungsgemäße Vorrichtung vorgesehen, daß der Signalgeber als Wegaufnehmer ausgebildet ist und zwischen Kolbenstange und Reaktionsmasse angeordnet ist. Diese Positionierung für den Signalgeber ist nicht nur aus baulichen Gründen konstruktiv einfach, sondern erlaubt auch den Einsatz, verhältnismäßig robuster und wenig störungsanfälliger Geräte so daß mit einer hohen Standzeit des Signalgebers gerechnet werden kann. Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Signalgeber entweder als

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Geschwindigkeitsmesser oder aber als Beschleunigungsmesser ausgebildet ist.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, daß in der Zuleitung zum Hydrospeicher ein vorzugsweise einstellbarer Druckgeber angeordnet ist, der für den Schlagbetrieb mit der Steuereinheit verbindbar ist. Durch einen derartigen Druckgeber kann sichergestellt werden, daß über die Steuereinheit beim Schlagbetrieb das Umsteuerventil erst dann geöffnet wird, wenn nach jedem Schlag der vorgegebene Vorspanndruck des Druckmittels auch tatsächlich vorhanden 1st, so dad jeder Schlag mit dem maximal mög-

und genügender Druckmittelmenge liehen Hydraulikdruck Yausgeführt wird.

In Ausgestaltung der Erfindung 1st ferner vorgesehen, daß der Kolben über seine oben aus dem Zylinder herausragende Kolbenstange an einem Tragrahmen elastisch aufgehängt 1st. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß sich die Reaktionsbewegungen der Kolbenstange nicht auf die Aufhängung der Rammvorrichtung an einem Hebezeug fiberträgt·

Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn die elastische Aufhängung für eine Bewegung In Richtung auf das Rammgut weich und in Gegenrichtung hart abgestimmt 1st und daß die Kolbenstange gegen den hart abgestimmten Teil der elastischen Aufhangung vorgespannt ist. Diese An-

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Ordnung hat den Vorteil, daß die insbesondere beim Schlagrammen erfolgende schnelle Abwärtsbewegung der mit dem Rammgut fest verbundenen Kolbenstange praktisch nicht gebremst wird und ohne nennenswerte Gegenkräfte durch den im Zeitpunkt des Schlages in jedem Fall als ortsfest anzusehenden Tragrahmen gehindert wird. Andererseits erlaubt die Verspannung gegen den hart abgestimmten Teil der Aufhängung eine sichere Positionierung des gesamten Rammgerätes. Insbesondere wird hierbei ein "Abkippen" des Tragrahmens gegenüber den mit der Kolbenstange fest in Verbindung stehenden Teilen beim Transport etc. verhindert.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Reaktionsmasse und/oder mit Mitteln zur Befestigung von zusätzlichen Massen versehen ist. Hierdurch ist es möglich, für jede Rammvorrichtung ein größeres "Kennfeld" für die Einsatzmöglichkeiten zu schaffen, da durch die Anordnung zusätzlicher Massen eine Erhöhung der zur Verfügung stehenden Eintreibenergie, sei es für die Vibration, sei es für den Schlagbetrieb möglich ist. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Rammvorrichtung in Verbindung mit einer regelbaren Druckmittelversorgung eingesetzt wird. Das Einvibrieren kann mit Vorteil oft durch eine mit dem Tragrahmen federnd verbundene Auflast unterstützt werden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ferner vorgesehen, daß die Re-

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aktionsmasse balkenförmig ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung erlaubt es, bei entsprechender Längenausdehnung der Reaktionsmasse diese so schmal zu halten, daß beispielsweise bei einer bereits gerammten Spundwand einzelner Rammbohlen tiefer eingerammt werden können als die jeweils benachbarten Rammbohlen, da die Reaktionsmasse wegen ihrer schmalen Breite frei in der entstehenden Lücke sich bewegen kann.

In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ferner vorgesehen, daß zwischen Reaktionsmasse und Kolbenteil wenigstens ein Führungsbolzen als Verdrehsicherung angeordnet ist. Hierdurch ist eine sichere Führung der Relativbewegung zwischen Reaktionsmasse und Kolbenteil gewährleistet, so daß selbst bei groß dimensionierten Rammvorrichtungen der erfindungsgemäßen Bauart mit nur einer Kolbenzylindereinheit gearbeitet werden kann. Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn erfindungsgemäß der hohlgestaltete Führungsbolzen gleichzeitig den Wegaufnehmer umschließt und ihn derart vor Beschädigungen schützt. Bei entsprechender Ausbildung kann über den Führungsbolzen unmittelbar die Relativbewegung zwischen Reaktionsmasse und Kolbenteil abgegriffen werden.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

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Fig. 1 eine Rammvorrichtung gemäß der Erfindung, teilweise im Schnitt

Fig. 2 ein Fließ- und Regelschema zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Räumvorrichtung weist einen Tragrahmen 1 auf,der im wesentlichen aus zwei über Stege 2,3 miteinander starr verbundenen Seitenwangen k besteht. Dieser Tragrahmen

1 kann über entsprechende Befestigungsmittel 5 in üblicherweise heb- und senkbar gehalten sein.

Am Steg 2 ist über ein Tragjoch 6 unter Zwischenschaltung von Federelement 7,8 der Arbeitsteil der Rammvorrichtung befestigt. Die elastischen Elemente, beispielsweise Gummifedern,sind so ausgelegt, daß die Gummifedern 7 sehr weich abgestimmt sind, während die mit dem Querträger 2 verbundenen Gummifedern 8 hart abgestimmt sind und lediglich da zu dienen, die vom Arbeitsteil der Rammvorrichtung herrührenden Erschütterungen weitgehend vom Tragrahmen 1 fernzuhalten, über Spannschrauben 9 wird das Tragjoch 6 gegen die Gummipuffer 8 verspannt und gleichzeitig die Gummifedern 7 in der gewünschten Weise vorgespannt.

Der Arbeitsteil 10 der Räumvorrichtung besteht im wesent lichen aus einem Zylinder 11 , in dem ein Kolben 12 doppelt wirkend angeordnet ist. Der Kolben 12 ist sowohl

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nach oben mit einer Kolbenstange 13 als auch nach unten hin mit einer Kolbenstange 14 versehen, die an beiden Seiten des Zylinders 11 herausragt. Die obere Kolbenstange 13 ist starr mit dem Tragjoch 6 verbunden, während an der unteren Kolbenstange 14 eine Halteklaue zur Befestigung des Rammgutes 16 ,beispielsweise einer Spundbohle befestigt. Die Halteklaue 15 kann in jeder der bekannten Bauform ausgebildet sein. Bei dem dargestellten AusfUhrungsbeispiel ist sie als Hydraulikklaue ausgebildet, bei der über einen Zylinder 17 und ein Druckmittel ein Kolben 18 gegen einen feststehenden Anschlag 19 gedruckt wird.

Am Zylinder 11 ist eine Reaktionsmasse 20 befestigt, die ringförmig oder aber in einer bevorzugten Ausführungsform balkenförmig ausgebildet ist. Bei dem dargestellten AusfUhrungsbeispiel würde für eine balkenförmige Reaktionsmasse deren Längsachse, d.h. also ihre größte Erstreckung in der Zeichenebene verlaufen, so daß in Richtung der senkrecht zur Zeichenebene liegenden Querachse die Reaktionsmasse die Halteklaue 15 zu beiden Seiten nicht Überragt.

Sowohl am oberen als auch am unteren Ende des Zylinders 11 sind Anschlagelemente 21,22 befestigt, denen am Tragjoch 6 und an der Halteklaue 15 entsprechende An-

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Schlagelemente 23, 24, zugeordnet sind. Durch je einen Faltenbalg 25 sind die beiden aus dem Zylinder herausragenden Enden der Kolbenstange 13, 14 staubdicht abgeschlossen, wobei die Faltenbälge eine nicht unerhebliche Geräuschisolierung beim Schlagbetrieb bewirken.

Auf der Oberseite der Reaktionsmasse ist ein Führungsbolzen 26 befestigt, der durch eine am Tragjoch 6 befestigte Führungsbüchse 27 durchgeführt ist, so daß sich der Zylinder 11 mit der daran befestigten Reaktionsmasse 20 gegenüber dem Kolben 12 nicht verdrehen kann, gleichwohl aber eine Relativbewegung in Richtung des Doppelpfeiles 28 zwischen Zylinder und Kolben möglich ist.

Die durch den Pfeil 29 angedeutete Druckmittelzuleitung mündet zunächst in einen am Tragrahmen 1. befestigten Ölfilter 30 . Auf der Ausgangassite des Ölfilters ist die Druckmittelleitung verzweigt und führt einmal zu einem am Querträger 3 befestigten Hydrospeicher 31 üblicher Bauart. Der Hydrospeicher ist beispielsweise so ausgebildet, daß in einem drucksicheren Behälter eine Gummiblase gehalten ist, deren Innenraum mit der Zweigleitung 32 der Druckmittelleitung in Verbindung steht und die von der Außenseite her über ein schematisch angedeutetes Speiseventil 33 über ein Gas , in der Regel Stickstoff, beaufschlagt werden kann, so daß ein dem Fassungsver-

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mögen der Gummiblase entsprechendes Druckmittelvolumen, In der Regel Drucköl, unter der durch das Gas vorgebbaren Vorspannung bereitgehalten werden kann.

Zu dem können Gasverluste»

die durch . Diffusionsvorgänge oder ähnliches auftreten können, wieder ersetzt werden.

Der andere Zweig 33 der vom Filter 30 ausgehenden Druckmittelleitung mündet in einen biegsamen Schlauch 34 , durch den ein Umsteuerventil 35 mit Druckmittel versorgt werden kann.

Vom Umsteuerventil geht durch den Schaft der Kolbenstange

13 je eine hler schematisch angedeutete Leitung 36 in den unteren Zylinderraum und 37 in den oberen Zylinderraum. Über einen schematisch angedeuteten Steuerantrieb

38 üblicher Bauart, der seine Steuerimpulse, beispielsweise elektrische Impulse,über eine entsprechende Zuleitung 39 erhält, wird entsprechend dem vorgegebenen Arbeitsprogramm das Umsteuerventil 35 so umgesteuert, daß sowohl der untere als auch der obere Zylinderraum mit dem Druckmittel beaufschlagt werden kann.

Der Fuhrungsbolzen 26 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zu einem Teil hohl ausgebildet, so daß

nehmer ein mit dem Tragjoch 6 verbundener Wegauf 40 in die

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Bohrung des Führungsbolzens 26 hineinragt. Der bewegliche Teil des Wegaufnehmers 40, der kapazitiv, induktiv oder potentiometrisch arbeitet, erhält seine Aufnahmen im Bolzen 26. Die Relativbewegung zwischen Kolben und Zylinder wird gemessen und über eine Signalleitung 41 einer nachstehend erläuterten Steuereinrichtung zugeführt.

In Fig. 2 ist in Form eines Fließbildes die Druckversorgung und die Regeleinrichtung näher erläutert. Hierbei sind für die bereits anhand von Fig. 1 beschriebenen Bauteile in Fig. 2 die gleichen Bezugszeichen verwendet worden.

Die Druckmittelversorgung erfolgt über eine vorzugsweise regelbare Druckpumpe 42, durch die das Druckmittel, in der Regel Öl, über den Filter 30 und die Zuleitung 33 dem Umsteuerventil 35 zugeführt wird. Der Ablauf des Druckmittels vom Umsteuerventil 35 erfolgt über eine Leitung 43, die in ein Druckmittelreservoir 44 mündet, aus dem die Druckmittelpumpe 42 versorgt wird.

Der Steuerantrieb 38 des Umsteuerventiles 35 ist über die Steuerleitung 39 mit einer Steuereinrichtung 45 verbunden. Der bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel in dem Führungsbolzen 26 angeordnete Wegaufnehmer 40 zur Ermittlung der Relativbewegungen zwischen dem Kolben 12 und der Reaktionsmasse 20 ist über eine Signalleitung 41 ebenfalls mit der Steuereinrichtung 45 verbunden.

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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens arbeitet die Rammvorrichtung wie folgt:

Nachdem das Rammgut 16 , beispielsweise eine Spundbohle oder ein Rammpfahl über die Halteklaue 15 fest mit der Rammvorrichtung verbunden worden ist und auf dem Erdreich an der vorgesehenen Stelle aufgesetzt worden ist, wird das mit einem vorgegebenen Druck durch die Zuleitung 33 dem Umsteuerventil 35 zugeführte Druckmittel in einer durch die Steuereinrichtung 45 vorgegebenen Frequenz derart umgesteuert, daß abwechselnd der untere und der obere Zylinderraum mit Druckmittel versorgt wird, Die Pulsation des dem Zylinder zugeführten Druckmittels entspricht in etwa einer Sinuskurve. Aufgrund der mit einer relativ hohen Frequenz, beispielsweise 50 Hz erfolgenden Pulsationjgerät das aus Kolben 12 und Reaktionsmasse 20

bestehende Schwingungssystem in Schwingungen, wobei aufgrund der Nachgiebigkeit des Erdreiches einerseits und der Größe der Reaktionsmasse andererseits die Reaktionsmasse praktisch als stillstehend anzusehen ist, während der Kolben entsprechend der Pulsationsfrequenz bewegt wird, so daß über den Kolben eine Vibration entsprechend der Pulsationsfrequenz in Längsrichtung auf das Rammgut

16 übertragen wird und so zu einem Eindringen in das Erdreich führt. Die gesamte Rammvorrichtung wird ent-

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sprechend der Eindringgeschwindigkeit über das mit dem Haltemittel 5 (Fig· 1) verbundene Hebezeug langsam nach unten abgesenkt. Über den Signalgeber 46 läßt sich nun die Amplitude der Relativbewegung- zwischen Kolben und Reaktionsmasse laufend überwachen.

Mit wachsender Eindringtiefe sinkt entsprechend dem erhöhten Reibungswiderstand in der Regel die Eindringgeschwindigkeit ab, bis trotz weiterer Vibration das Rammgut "festläuft" und nicht mehr in das Erdreich eindringt. Da man nun schon aus Schallschutzgründen solange wie möglich das Rammgut mit Hilfe von Vibration eintreiben will, besteht nun die Möglichkeit, das Verhältnis von Frequenz zu Amplitude mit Hilfe des Signalgebers zu überwachen und entweder laufend in Abhängigkeit von der gemessenen Amplitude die Frequenz zu verändern oder aber eine Mindestamplitude vorzugeben und bei Erreichen dieser Mindestamplitude die Frequenz entsprechend zu verändern, so daß praktisch zu jedem Zeitpunkt mit dem ermittelten optimalen Verhältnis von Frequenz und Amplitude gearbeitet werden kann.

Während es für Rammgut, das in vertikaler Richtung nicht belastet werden soll, beispielsweise Spundwände od.dgl., nur auf die Eindringtiefe ankommt, muß zusätzlich bei vertikal belastetem Rammgut, beispielsweise für Rammpfähle einer Pfahlgründung der Pfahl soweit in das Erdreich eingetrieben werden, daß kein weiteres Einsinken unter einer Prüflast erfolgt, die größer ist als die für

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den Pfahl vorgesehene Betriebslast. In einer Vielzahl von Einsatzfällen , entsprechend der jeweils örtlich wechselnden Beschaffenheit des Erdreiches hat sich nun gezeigt, daß diese Voraussetzungen durch ein reines Einvibrieren nicht erreicht werden kann. Um gerade für diese Fälle ein optimales Ergebnis zu erzielen, ist die anhand von Fig. beschriebene Gesamtvorrichtung so ausgelegt, daß bei einem Absinken der Eindringgeschwindigkeit des Rammgutes 16 , welches z. B. durch kontinuierliches Messen der Absenkgeschwindigkeit des Hebezeugs 5 erfolgen kann, oder von einem neutralen Bezugspunkt aus bei Erreichen einer Mindesteindringgeschwindigkeit über die Steuereinrichtung 45 das Umsteuerventil 35 so angesteuert wird, daß die Reaktionsmasse 20 bis in etwa zur Höhe des oberen Anschlagelementes 23 angehoben und dann nach Umsteuerung mit dem vollen zur Verfügung stehenden Hydraulikdruck nach unten bewegt wird, so daß die Reaktionsmasse auf das untere Anschlagelement

24 an der Halteklaue 15 mit hoher Geschwindigkeit, d.h. also auch mit einer entsprechend der Größe der Reaktionsmasse großen Bewegungsenergie aufschlägt. Nach erfolgtem Aufschlag wird das Umsteuerventil wieder so betätigt , daß die Reaktionsmasse angehoben und bei Erreichen des oberen Anschlages wieder mit vollem Druck auf das Anschlagelement 24 nach unten bewegt wird. Auf diese Weise erfolgt ein nahtloser übergang von der rein vibrierenden Arbeitsweise zur schlagenden Arbeitsweise, wobei die Umschaltzeit so kurz ist, daß das Erdreich sich von der vorangegangenen vibrierenden Arbeitsweise noch

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nicht soweit beruhigt hat, daß der Pfahl festlaufen kann, sondern daß sofort mit der schlagenden Arbeitsweise weitergearbeitet wird.

Während der Hydrospeicher 31 bei der vibrierenden Arbeitsweise lediglich die Funktion hat, die vom Umsteuerventil 35 in der Zuleitung 33 auftretenden Rückstöße aufzufangen und zu glätten, dient bei der schlagenden Betriebsweise der Hydrospeicher als zusätzliche Druckmittelreserve, so daß eine über die Förderleistung der Druckmittelpumpe 42 hinausgehende, unter hohem Druck stehende Druckmittelmenge zur Verfügung steht. Hierdurch ist es möglich, die Reaktionsmasse beim "Schlaghub" stark zu beschleunigen, so daß eine hohe Schlagenergie zur Verfügung steht. Während des "Rückhubes", der etwas langsamer erfolgt, kann sich der Speicher 31 wieder füllen, so daß eine ausreichende Druckmittelreserve jederzeit zur Verfügung steht. Ordnet man im Bereich der Zweigleitung 32 einen Druckwächter 47 an, dann kann sichergestellt werden, daß die für den "Schlaghub" erforderliche, hoch gespannte Druckmittelreserve nicht durch eine vollständige ^! Entleerung des Speichers absinken kann. Sollte nämlich bei einem Schlagbetrieb über längere Zeit sich der Hydrospeicher 31 vollständig entleeren, so sinkt der Druck in der Zweigleitung 32 während des Schlaghubes aufgrund des fehlenden DruckmittelVolumens unter einen bestimmten Wert

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ab. Leitet man dieses Signal einem Regeler 48 zu, der mit der Steuereinrichtung 45 in Verbindung steht, so kann die Schlagfrequenz reduziert werden, so daß während des Rückhubes genügend Zeit zum Wiederauffüllen des Hydrospeichers besteht.

Da insbesondere bei Pfahlgründungen der Nachweis der aufgebrachten Schlagenergie geführt werden muß, erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren bereits während des Betriebes eine laufende Überwachung der aufgebrachten Schlagenergie. Ist beispielsweise der Signalgeber 46 als Wegaufnehmer ausgebildet, so kann das über die Signalleitung 41 anliegende Signal über einen kleinen Rechner 49 aus der über den Signalgeber 46 ermittelten Weg-Zeit-Funktion der Reaktionsmasse unmittelbar die Geschwindigkeit der Reaktionsmasse abgeleitet werden. Gibt man zusätzlich auch noch die übrigen Daten der Vorrichtung, insbesondere die Größe der Reaktionsmasse dem Rechner ein, so kann über eine Anzeige oder eine schreibende Vorrichtung die Schlagenergie oder die Schlagkraft unmittelbar angezeigt werden.

Die Ausbildung des Signalgebers 46 als Wegaufnehmer hat außerdem noch den Vorteil, daß die genaue Position der Reaktionsmasse in Bezug auf die Mittelebene des Kolbens festgestellt werden kann. Hierdurch ist es möglich, eine Null«

Lage der Reaktionsmasse 20 in Bezug auf die Mittelebene des Kolbens zu definieren, so daß beispielsweise während des Vibrationsbetriebes ständig die Position der Reaktions-

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masse in Bezug auf diese V Lage überwacht werden kann. Sinkt nun beim Vibrationsbetrieb, verursacht durch Druckmittelverluste an der Durchtrittsstelle der Kolbenstange 14 durch die Zylinderwandung die Reaktionsmasse langsam ab, so kommt nach einiger Zeit die Reaktionsmasse auf den unteren Anschlagelementeri zum Aufliegen. Dieser Effekt, der bei den bisher bekannten hydraulischen Vibrationseinrichtungen festgestellt werden konnte, führt dazu, daß in diesem Augenblick die Vibration vollständig aufhört und somit das Rammgut entweder zur Ruhe kommt oder unkontrolliert geschlagen wird. Wird nun erneut nach einem entsprechenden Steuereingriff und Anheben der Reaktionsmasse in die normale Betriebslage die Arbeit wieder aufgenommen, so kann es durchaus passieren, daß der Pfahl bereits "festgelaufen" ist, obwohl bei weiterer ununterbrochener Vibration eine weitere Eindringtiefe mit Vibration hätte erreicht werden können. Vielfach ist die aufgesetzte Vibrationseinrichtung dann nicht mehr in der Lage, die erforderliche Energie aufzubringen, die zur Überwindung der Reibungswiderstände und zu einem weiteren Eindringen des Pfahles in das Erdreich notwendig ist.

Da nun bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung jede AbNull- weichung der Reaktionsmasse von der V Lage sofort ermittelt werden kann, ist es möglich, durch ein entsprechendes Steuersignal im Bereich der Steuereinheit 45 das Umsteuerventil 35 so zu beeinflussen, daß beim Aufwärtshub ein etwas größerer Druckmittelstrom dem Zylinder bei jedem

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Hub zugeführt wird als beim Abwärtshub, so daß die aufgetretenen Leckölverluste ausgegliche werden und die vor-

NuIlgesehene V Lage automatisch wieder eingestellt wird. Dieser Vorteil ist nur dadurch zu erreichen, daß das Umsteuerelement, die Kolbenzylindereinheit» der Signalgeber und die Steuereinheit einen "geschlossenen" Regelkreis bilden, der diese automatische Rückstellung erlaubt. Die Auslösung dieses Regeleingriffes kann entweder durch entsprechende elektronische oder elektrische Bauteile üblicher Bauart im Rahmen der Steuereinrichtung ausgelöst

werden oder aber über das als "Rechner" bezeichnete zuNull- sätzliche Element 49. Die Ermittlung der V Lage ergibt

sich, da im Vibrationsbetrieb die Relativbewegung zwischen Kolben und Reaktionsmasse in etwa sinusförmig verläuft

NuIl-

durch eine Verschiebung der V Linie der tatsächlich aufgenommenen Sinusschwingung gegenüber einer vorgegebenen NuIl-

VLinie, die beispielsweise bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch die räumliche Zuordnung von Führungsbolzen 26 und Fühler 40 vorgegeben werden kann.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Steuereinrichtung 45 ein Funktionsgenerator 50 zugeordnet ist, über den die gewünschten Weg-Zeit-Funktionen für die Relativbewegung zwischen Reaktionsmasse 20 und Kolben 12 vorgegeben werden können. Dies kann beispielsweise für den Vibrationsbetrieb in der Vorgabe einer entsprechenden Sinusfunktion geschehen, wobei die vom Funktionsgenerator

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erzeugte Sinusfunktion die Soll-Kurve darstellt, während über den als Wegaufnehmer ausgebildeten Signalgeber 46 die Ist-Kurve festgestellt wird, so daß bei einem Absinken der Amplitude über den Funktionsgenerator die Arbeitsfrequenz beeinflußt werden kann. Dies kann automatisch geschehen oder in Form einer sogenannten Zwei-Punkt-Regelung erfolgen.

Während die Erzeugung einer Sinusfunktion auch mit anderen Mitteln, beispielsweise mechanisch über eine rotierende Steuerscheibe erzeugt werden kann, bietet der Einsatz eines Funktionsgenerators insbesondere für den Sctiagbetrieb den Vorteil, daß zur Anpassung an die jeweiligen Bodenverhältnisse eine optimale Weg-Zeit-Funktion vorgegeben werden kann, die die Bewegung der nunmehr schlagenden Reaktionsmasse steuert. Derartige Funktionen können beispielsweise als Sägezahn-oder Rechteckfunktionen vorgegeben werden. Hierbei ist jedoch zu berücksichtigen, daß selbst bei einer Vorgabe einer exakten Rechteckfunktion die tatsächliche Bewegung der Reaktionsmasse aufgrund der zu überwindenden Massenkräfte nur angenähert einer Rechteckfunktion entspricht. Ähnliches gilt auch für eine entsprechende Sägezahnfunktion.

Der Einsatz eines Funktionsgenerators bietet den weiteren Vorteil, daß mit einfachen Mitteln auch beim Schlagbetrieb

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dem Druckmittelstrom eine Pulsation aufgeprägt werden kann, so daß selbst beim Rückhub der Reaktionsmasse das einzutreibende Rammgut 16 einer Vibrationskraft ausgesetzt ist, so daß auch in dieser Zeit das das Rammgut umgebende Erdreich nicht zur Ruhe kommt, so daß selbst bei klein dimensionierten Geräten höhere Eindringtiefen und höhere Belastbarkeiten,beispielsweise für einen Gründungspfahl,erreicht werden. Die zusätzliche Pulsation des Druckmittels kann bei entsprechender Ausbildung des Umsteuerventils 35 unmittelbar über das Rücksteuerventil erzeugt werden, so daß beispielsweise beim RUckhub auch in "geöffnetem" Zustand der Steuerkolben des Umsteuerventiles oszilliert und so eine entsprechende Pulsation des Druckmittels bewirkt.

Auch wenn die vorteilhafteste Ausführungsform für den Signalgeber die Ausbildung als Wegaufnehmer darstellt, so kann es je nach Aufgabenstellung für die Rammvorrichtung auch zweckmäßig sein, den Signalgeber als Geschwindigkeitsmesser oder aber auch als Beschleunigungsmesser auszubilden bzw. solche Geber zusätzlich anzuordnen. Kombiniert man nämlich mit der Steuereinrichtung einen "Rechner" 49, so können die gewonnenen Signale in jedem Fall in der für die Regelung über die Steuer- und Regeleinrichtung 45 erforderlichen Form zur Verfügung gestellt werden.

Vorstehend wurde die Arbeitsweise der Vorrichtung für das Eintreiben von Rammgut erläutert. Bei entsprechen-

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der Ansteuerung des Umsteuerventils 35 kann die Vorrichtung auch zum "Ziehen" beispielsweise von Spundwandbohlen eingesetzt werden. Hierbei wird unter gleichzeitigem Zug über das Hebezeug zunächst im Schlagbetrieb gearbeitet. Das Umsteuerventil 35 wird hierbei so angesteuert, daß der "Schlaghub" nach oben gerichtet ist, also die Reaktionsmasse gegen das Anschlagelement 23 schlägt, während der"RUckholhub" nach unten verläuft. Sobald die Bohle 16 genügend gelockert ist, kann auf Vibrationsbetrieb umgeschaltet werden und die Bohle
mit Hilfe des Hebezeuges vollständig gezogen werden.

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Claims

Maxton - Maxton · Langmaack Patentanwälte

2732S34

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Robert BM* (1895-1943)

Angelder: Koehring GmbH Alfred mm··

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5000 Köln

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Bezeichnung; . Verfahren und Vorrichtung zu» Raeeen und Ziehen"

Ansprüche;

Γΐ Λ Verfahren zum Eintreiben von Raavgut, wie Pfählen od.dgl. ins Brdreich durch die Einleitung periodisch, vorzugsweise in Längsrichtung auf das Ranmgut wirkende Kräfte, dadurch gekennzeichnet, daß das Rammgut zuerst einvibriert wird, wobei wenigstens einer mit einer Heaktionsaasse verbundenen Kolben-Zylinder-Einheit ein Druckeittelstro» zugeführt wird, der in etwa sinusförmig pulsiert» daß bei Absinken der Eindringgeschwindigkeit des

Πι—fciiliii unter einen vorgegebenen Mindestwert der Druck- ■ittelstroB so gesteuert wird, daß die Reaktionsaasse

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:fB2l)3B(B3B · Tifcjmii. tmietitut KSH · Telex: f ti IMilnfcoiMwin KMi PLZ 3M1S»5B| KIa-Nr. 1S22S1-»-Deutsche Bank AB KMn (BlZ3IO7aO60) KIa-Nr. 123CWI

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schlagend auf das Rammgut einwirkt, wobei die Umsteuerung des Druckmittel stromes nach einer periodischen, angenähert unstetigen Weg-Zeit-Funktion für die Reaktionsmasse, insbesondere einer Sägezahn- oder Rechteckfunktion erfolgt, und daß beim übergang zur schlagenden Arbeitsweise gleichzeitig die aufgebrachte Schlagenergie ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Schlagenergie über die Geschwindigkeit der Reaktionsmasse kurz vor dem Aufprall bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Schlagenergie indirekt über den auf die Reaktionsmasse bei der Schlagbewegung im Arbeitszylinder wirkenden Hydraulikdruck bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß bei Schlagbetrieb der für die Bewegung der Reaktionsmasse maßgeblichen unstetigen Weg-Zeit-Funktion eine vorzugsweise sinusförmige Funktion höherer Frequenz durch zusatäLche Pulsation des Druckraittelstromes Überlagert ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung vorgebbarer Weg-Zeit-Funktionen für die Relativbewegung zwischen der

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Reaktionsmasse und dem Kolben das Umsteuerventil mit Hilfe eines vorzugsweise einstellbaren Funktionsgenerators angesteuert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet , daß bei Vibrationsbetrieb ein Mindestwert für die Amplitude oder die Frequenz der Relativbewegung zwischen Reaktionsmasse und Kolben vorgegeben wird und daß bei Erreichen dieses Mindestwertes über die Steuereinrichtung das Umsteuerventil so betätigt wird, daß der jeweilige andere Wert der Relativbewegung verändert wird.
7. Vorrichtung insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, die wenigstens eine Kolben-Zylinder-Einheit aufweist, die über ein ansteuerbares Umsteuerventil an eine DruckmittelVersorgung angeschlossen ist, deren Zylinder mit einer Reaktionsmasse verbunden und deren Kolben über eine Kolbenstange mit dem Rammgut verbindbar ist, dadurch g e ken nzeichnet, daß wenigstens auf der dem Rammgut (16) zugekehrten Seite jeweils an der Kolbenstange (13,14) und an der Reaktionsmasse (20) einander zugeordnete Anschlagelemente (21, 22,23,24) vorgesehen sind, daß in der Zuleitung (29) zwischen Druckmittelversorgung (42) und Umsteuerventil (35) ein Hydrospeicher (31) angeordnet ist, daß das Umsteuerventil (35) mit einer Steuereinheit (45) in Verbindung steht, und daß vorzugsweise mit der Reaktions-

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masse (20) ein Signalgeber (46) verbunden ist, dessen Signalausgang (41) mit der Steuereinheit (45) in Verbindung steht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber (46) als Wegaufnehmer ausgebildet ist und zwischen Kolbenstange (13, 14) und Reaktionsmasse (20) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber (4$ als Geschwindigkeitsmesser ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß in der Zuleitung (32) zum Hydrospeicher ein vorzugsweiser einstellbarer Druckgeber (47) angeordnet ist, der für den Schlagbetrieb mit der Steuereinheit (45) verbindbar ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (12) über seine oben aus dem Zylinder herausragende Kolbenstange (13) an einem Tragrahmen (1) elastisch aufgehängt ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Aufhängung (7*8) für eine Bewegung auf das Rammgut (16) welch und in

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Gegenrichtung hart abgestimmt ist und daß die Kolbenstange (13) gegen den hart abgestimmten Teil (8) der elastischen Aufhängung vorgespannt ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12 dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Reaktionsmasse (20) und/oder der Tragrahmen (1) mit Mitteln zur Befestigung von zusätzlichen Massen versehen sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Reaktionsmasse (20) balkenförmig ausgebildet ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen Reaktionsmasse (20) und Kolben (12) wenigstens ein Führungsbolzen (26) als Verdrehsicherung angeordnet ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15,dadurch gekennzeichnet , daß der Führungsbolzen (26) gleichzeitig den beweglichen Teil des als Wegaufnehmer dienenden Signalgeber (46) aufnimmt bzw. schützend umschließt.

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