DE29509391U1

DE29509391U1 - Rammhammer mit Lagemessung

Info

Publication number: DE29509391U1
Application number: DE29509391U
Authority: DE
Original assignee: Menck GmbH
Current assignee: Menck GmbH
Priority date: 1995-06-08
Filing date: 1995-06-08
Publication date: 1995-08-24
Anticipated expiration: 2005-06-09
Also published as: NL1003301A1; NL1003301C2

Description

Rammhammer mit Laqemessuna

Die Erfindung betrifft einen Rammhammer mit einem Lagemeßsystem zur Bestimmung der Lage des Schlaggewichts.

Ein derartiges Lagemeßsystem ist beispielsweise aus der DE 42 11 210 bekannt. Bei diesem Rammhammer sind für die obere und untere Endlage des Schlaggewichts jeweils mehrere auf gleicher Höhe angeordnete Lagefühler vorgesehen. Deren Ausgangssignale sind mit Fehlerbehandlungsstufen einer Steuereinheit verbunden. Die Fehlerbehandlungsstufen geben ein ümsteuersignal an eine Steuerstufe der Steuereinheit weiter, wenn von einem der auf gleicher Höhe angeordneten Lagefühler ein Ausgangssignal erhalten wird. Ferner erzeugen die Fehlerbehandlungsstufen jeweils ein Fehlersignal, wenn zum Ende einer Annäherphase oder einer Fallphase einer oder mehrerer diese Phase beendenden

ED Lagefühler nicht angesprochen hat. Dieser große Aufwand wird getrieben, damit die Umsteuerzeitpunkte mit hoher Sicherheit ermittelt werden können.

Nachteilig an diesem Lagemeßsystem des Schlaggewichtes ist außerdem, daß bei Verwendung der Lagefühler keine

&Xgr;5 kontinuierliche Überwachung des Schlaggewichtes möglich ist. Zur kontinuierlichen Überwachung des Ortes, sind eine Vielzahl von Lagefühlern vorzusehen, deren Verschaltung und mechanische Befestigung einen hohen Aufwand erfordert. Durch die starken Erschütterungen beim Rammen und die damit

3D verbundenen rauhen Einsatzbedingungen auf Baustellen, versagen die Lagefühler sowohl mechanisch als auch elektrisch häufig.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Rammhammer anzugeben, bei dem die Lage und gegebenenfalls weitere Bewegungsparameter des Schlaggewichtes nahezu kontinuierlich erfaßt werden können und gleichzeitig der

fertigungstechnische Aufwand für das Lagemeßsystem verringert wird.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Rammhammer dadurch gelöst, daß das Lagemeßsystem des Schlaggewichts als ültraschallmeßsystem ausgebildet ist. Durch diese Maßnahme wird zur Erfassung der Lage des Schlaggewichtes lediglich ein Ultraschallsender und ein -empfänger benötigt, die im Zusammenwirken mit einer bekannten Auswerteeinheit ein Signal liefern, das der momentanen Lage

id des Schlaggewichtes entspricht. Durch entsprechende automatische Signalauswertung nach mathematischen Algorithmen, können gleichzeitig auch die Bewegungsparameter, wie beispielsweise die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des Schlaggewichtes automatisch

is ermittelt werden.

Das Meßsignal kann vorteilhaft zur Automatisierung des Bewegungsablaufes genutzt werden, wenn das Meßsystem einen Ultraschallsender und -empfänger mit einer Auswerteelektronik aufweist und vorzugsweise eine Wirkverbindung von der Auswerte-Elektronik zu einem Ansteuerventil eines Hubzylinders vorgesehen ist. Sobald der momentane Wert des Meßsignals einen oder mehrere vorgegebene Vergleichswerte erreicht, überschreitet oder bzw. unterschreitet, können so die zur Automatisierung des

&Xgr;5 Bewegungsablaufes erforderlichen Steuersignale generiert werden. Wesentlich ist hierbei der Umsteuerzeitpunkt des Hubzylinders, der das Schlaggewicht nach Auftreffen auf den Pfahl wieder anheben soll.

Es ist dabei vorgesehen, daß das Lagemeßsystem als 3D Entfernungsmeßsystem ausgebildet ist. Vom Aufbau her können an sich bekannte Ultraschallentfernungsmeßsysteme genommen werden, die die Entfernung des Schlaggewichtes von einem festen Punkt des Hammers aus bestimmen. Dadurch benötigt man lediglich einen Sender und einen Empfänger, was die

Verkabelung entsprechend minimiert und den Fertigungsaufwand günstig beeinflußt.

Überraschenderweise hat sich dabei ein Lagemeßsystem als brauchbar erwiesen, bei dem zur Bestimmung der Entfernung s eine Laufzeitmessung eines Schallimpulses vorgesehen ist. Dies ist zunächst nicht zu erwarten, da bei den herrschenden Einsatzbedingungen durch jeden Schlag der Ramme hohe impulsartige Schallemissionen entstehen, deren Frequenzspektrum soweit ist, daß unzulässig hohe &iacgr;&agr; Störsignale zu erwarten sind. Sogar auf eine vollständige Kapselung konnte man verzichten. Trotz durch die Meßstrecke fallender Regentropfen oder starken Seitenwindes werden noch brauchbare Entfernungsmeßsignale bereitgestellt.

Einen größeren Störabstand erzielt man, wenn zur Bestimmung is der Entfernung eine Phasenmessung eines Schallsignals

vorgesehen ist. Eine Kombination mit einer Laufzeitmessung, kann beispielsweise dazu dienen, daß die inkrementale Entfernungsmessung mittels Phasenmessung eines hochfrequenten Signals erfolgt und zur Überprüfung die &egr;&ohacgr; absolut messende Laufzeitmessung herangezogen wird.

Der konstruktive Aufwand gestaltet sich einfacher, wenn das Ultraschallmeßsystem als Reflexionsmeßsystem ausgebildet ist. Dabei sind beispielsweise der Ultraschallsender und empfänger an einem fixen Punkt des Hammerrahmens befestigt.

&Xgr;5 Um die Entfernung zum Schlaggewicht zu messen, wird ein Schallimpuls vom Sender ausgesandt, dieser dann am Schlaggewicht reflektiert und von dem Empfänger nach seiner Reflexion empfangen. Die Entfernung zum Schlaggewicht ist dann die Hälfte der Strecke, die der Schallimpuls vom

3D Sender zum Empfänger zurücklegen mußte. Eine aufwendige Verkabelung zum Schlaggewicht kann also entfallen. Üblicherweise sind beide Funktionen in einem Gehäuse vereint und bedienen sich einer Sende- und Empfangsmembran.

Das Meßsignal wird verbessert, wenn das Schlaggewicht eine definierte glatte und zum US-Sender senkrecht stehende Reflexionsfläche aufweist.

Damit die Lage des Schlaggewichts in ausreichender s zeitlicher Auflösung ermittelt werden kann, ist vorgesehen, daß das Entfernungsmeßsystem während einer Dauer eines Arbeitsspiels wiederholt Messungen ausführend ausgebildet ist. Auf diese Weise wird über die Dauer eines Arbeitsspiels mehrmals die Lage des Schlaggewichts &iacgr;&ogr; bestimmt, so daß sich durch Interpolation ein Weg-Zeit-Diagramm des Schlaggewichtes ermitteln läßt.

Das so erhaltene Weg-Zeit-Diagramm wird durch eine geeignete Auswerte-Elektronik dazu benutzt, die voraussichtliche Lage des Schlaggewichts auch für einen in is der Zukunft liegenden Zeitpunkt zu extrapolieren. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, daß die Auswerte-Elektronik eine Zeitdauer bis zu einem voraussichtlichen Auftreffzeitpunkt des Schlaggewichtes ermittelnd ausgebildet ist.

Durch Vergleich der voraussichtlichen Zeitdauer bis zum &Egr;&OHacgr; Auftreffen des Schlaggewichts auf dem Pfahl mit einem voreingestellten gewünschten Umsteuerzeitpunkt des Hubzylinders, trifft die Elektronik selbständig die Entscheidung zur Erzeugung eines Umsteuersignals, das die Ventile des Hubzylinders entsprechend umschaltet.

ES Zu diesem Zweck ist vorgesehen, daß die Auswerte-Elektronik die ermittelte Zeitdauer mit einem vorgegebenen Vorhaltezeitwert (At_v) vergleichend und ein Umsteuersignal für den Hubzylinder erzeugend ausgebildet ist.

Da durch die überaus rauhen Einsatzbedingungen von 3D Rammhämmern nie sichergestellt ist, daß beispielsweise durch Kabelbruch oder andere Störungen zeitweise falsche Meßwerte oder hohe Störpegel die Auswerteelektronik erreichen, ist sicherheitshalber vorgesehen, daß die

Auswerte-Elektronik vor Verwendung eines Meßwertes eine Plausxbilitätskontrolle durchführend ausgebildet ist.

In analoger Weise wird wie bei der Bestimmung des Umsteuerzeitpunktes nach dem Auftreffen des Schlaggewichtes s auf dem Pfahl auch ein entsprechendes Umsteuersignal am

oberen Umkehrpunkt des Schlaggewichtes dadurch erzeugt, daß die Auswerte-Elektronik bei Erreichen eines vorgegebenen oberen Lagevergleichswertes durch das Schlaggewicht ein oberes Umsteuersignal für den Hubzylinder erzeugend ID ausgebildet ist.

Wenn ein Einstellglied zur Verstellung eines oberen Lagevergleichswertes vorgesehen ist, kann durch Verstellen dieses Lagevergleichswertes die gewünschte Schlagenergie des Einzelfalles wunschgemäß beeinflußt werden.

is Dadurch daß ein weiteres Einstellglied zur Verstellung des Vorhaltezeitwertes (At_v) vorgesehen ist, kann der untere Umsteuerzeitpunkt verändert werden und den jeweiligen Bodenverhältnissen so angepaßt werden, daß ein möglichst hoher Rammfortschritt erreicht werden kann.

ED Ein besonders günstiges Verhalten der Auswerte-Elektronik erzielt man dadurch, daß die Auswerte-Elektronik die Meßwerte nach mathematischen Regressionsmethoden extrapolierend ausgebildet ist.

Nach dem Einschalten der Auswerteelektronik wird die &Xgr;5 Ruhelage des Schlaggewichts als Referenz bzw. Nullpunkt gespeichert, weil die Auswerte-Elektronik nach Inbetriebsetzung selbstätig eine Referenzlage speichernd ausgebildet ist.

Die Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform 3D unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren der Zeichnung zu entnehmen sind. Funktionsmäßig gleiche Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.

Die Zeichnungen zeigen im einzelnen: Fig. 1: Schema des Lagemeßsystems

Fig. 2: schematisierte Signale des Laufzeitmeßsystems Fig. 3: Weg-Zeit-Diagramm des Schlaggewichts und s Fig. 4: schematisch das Schaltsignal des Hubventils.

In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Rammhammer mit einem Rahmen 2, der von einer oberen Kopfplatte 3, einem unterem Stützring 4 sowie dazwischen angeordneten Führungen 5 gebildet wird. Ein Schlaggewicht 6 ist mittels eines Zylinders 7 zwischen ID der oberen Kopfplatte und dem unteren Stützring verschieblich an Führungen 5 gelagert.

Der Hubzylinder 7 ist an der oberen Kopfplatte 3 befestigt, während seine Kolbenstange 8 am unteren Ende des Schlaggewichtes 6 angreift. Außerdem ist an der oberen Kopfplatte 3 ein Hydraulikventil 9 befestigt, das je nach Bewegungsrichtung die Zufuhr der Hydraulikflüssigkeit zum Hubzylinder 7 schaltet. Ein Befestigungsarm 10 dient zum Anhängen des Rammhammers an ein Halteseil eines nicht dargestellten Mäklers.

2D Zur Bestimmung der momentanen Lage des Schlaggewichtes 6 ist an der oberen Kopfplatte 3 ein Ultraschallsender und empfänger 11 vorgesehen, der auf an sich bekannte Weise Schallimpulse entsprechend Pfeilen 12 in Richtung auf das Schlaggewicht aussendet. Diese Impulse werden an einer

SS Reflexionsfläche 13 des Schlaggewichtes 6 entsprechend Pfeilen 14 in Richtung auf den Ultraschallempfänger 11 als Echo zurückgeworfen. Ein an sich bekanntes Ultraschallentfernungsmeßsystem 15 speist über einen entsprechenden Generator den Ultrascha11sender 11 und

3D empfängt die vom Ultraschallempfänger 11 wiederum empfangenen Echos. Durch Auswerten der Zeitdifferenz zwischen ausgesendetem Impuls und empfangenem Echoimpuls

wird die durchlaufene Strecke ermittelt. Die Hälfte dieses Wertes entspricht der Entfernung zwischen der Reflexionsfläche 13 und dem Ultraschallsender/-empfanger 11.

s In Fig. 2a sind schematisch Sendeimpulse dargestellt und in Fig. 2b die entsprechenden um die Zeit At₁ verschobenen empfangenen Echos. Außerdem sind schematisch Störgeräusche 22 und Störechos 23 dargestellt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Meßsystems, beeinflussen derartige ID Störungen nicht das Meßergebnis.

Das Entfernungsmeßsystem 15, das die über Signalleitung 16 empfangenen Meßsignale wie beschrieben auswertet, gibt über Signalleitung 17 den ermittelten Wert an eine Meßwertverarbeitungselektronik 18 weiter. Durch eine

is entsprechende Logik erfolgt eine Plausibilitätskontrolle, ob der Meßwert verwendbar ist. Danach werden mit Hilfe bekannter mathematischer Regressionsmethoden aus mehreren Meßwerten die Weg-Zeit-Funktion des Schlaggewichtes ermittelt und der voraussichtliche AuftreffZeitpunkt des

ed Schlaggewichts auf einen Pfahl extrapoliert. Nach Vergleich des so vorhergesagten AuftreffZeitpunktes mit dem gewünschten Umsteuerzeitpunkt des Hubzylinders, wird das erforderliche Umsteuersignal vom Prozeßrechner generiert, sobald eine voreingestellte Zeitdauer bis zum Schlag

es unterschritten wird. Das erzeugte Umsteuersignal wird über Signalleitung 19 an die Hubventilsteuerelektronik 20 weitergegeben, die ihrerseits über Signalleitung 21 das Hydraulikventil 9 umschaltet.

In Fig. 3 ist schematisch ein Weg-Zeit-Diagramm des Schlaggewichts dargestellt. In Fig. 4 ist das entsprechende am Ventil des Hubzylinders anliegende Schaltsignal dargestellt. Als Arbeitsspiel soll dabei die Zeit zwischen zwei AuftreffZeitpunkten des Schlaggewichts auf einem Pfahl bezeichnet werden. Zum Zeitpunkt t_s findet der Schlag statt. Danach wird in regelmäßigen Abständen zu

Zeitpunkten t_x bis t_n die Entfernung, d.h. die Lage des Schlaggewichtes gemessen. Dabei bewegt sich das Schlaggewicht zunächst idealisiert mit konstanter Geschwindigkeit nach oben, bis zum Zeitpunkt t_o das s Hubventil 9 umgeschaltet wird. Danach bewegt es sich

idealisiert parabelförmig, nachdem es zum Zeitpunkt t_m seinen Scheitelpunkt erreicht hat, wieder nach unten. Bevor es zum Zeitpunkt t_sn+1 wieder auf den Pfahl trifft, wird bereits zum Zeitpunkt t_u, vgl. Fig. 4, das Hubventil ID umgeschaltet. Es ergibt sich somit eine Vorhaltezeitspanne At_w um die das Signal zum Umsteuern dem Schlagzeitpunkt t_s voreilt.

Durch Veränderung des oberen Umsteuerzeitpunktes t_o kann die Schlagenergie verstellt werden, während die Schlagfrequenz durch Verändern der Vorhaltezeit At_v optimiert werden kann. Es lassen sich so um ca. 20 % höhere Schlagfrequenzen erzielen.

Auf diese Weise kann mit relativ geringem Investitionsaufwand ein quasi kontinuierlich arbeitendes SD Lagemeßsystem im Rahmen einer Rammhammersteuerung verwirklicht werden.

1&Xgr;

Anmelder &iacgr; Ilenck Strassa Heys Stach S Vonnemann

Unser Zeichen: 1fi75RGI1 Hanburg, den 50.01.1115

Bezugszeichen

1	Rammhammer
2	Rahmen
3	obere Kopfplatte
4	unterer Stützring
5	Führungen
6	Schlaggewicht
7	Hubzylinder
8	Kolbenstange
9	Hydraulikventi1
10	Befestigungsarm
11	Ultraschallsender/-empfanger
12	Pfeil
13	Reflexionsfläche
14	Pfeil
15	Entfernungsmeßsystem
16	Signalleitung
17	Signalleitung
18	Verarbeitungselektronik
19	Signalleitung
20	Hubventilsteuerelektronik
21	Signalleitung
22	Störgeräusch
23	Störecho
t»&ldquor;	Schlagzeitpunkt V
to	oberer UmsteuerZeitpunkt
t»	oberer Umkehrzeitpunkt
t_u	unterer Umsteuerzeitpunkt
Ät_v	Vorhaltezeitwert
At₁	Laufzeit

Claims

Rammhammer mit Lagemessung

1.

IS

2.

3.

SS

4.

5.

6.

Schutzansprüche

Rammhammer mit einem Meßsystem zur Bestimmung der Lage eines Schlaggewichts, dadurch g e kennz eichnet, daß das Lagemeßsystem des Schlaggewichts als Ultraschallmeßsystem ausgebildet ist.

Rammhammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem einen Ultraschallsender und -empfänger (11) mit einer Auswerteelektronik (18) aufweist und vorzugsweise eine Wirkverbindung (19, 20, 21) von der Auswerte-Elektronik (18) zu einem Ansteuerventil (9) eines Hubzylinders (7) vorgesehen ist.

Rammhammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagemeßsystem als Entfernungsmeßsystem ausgebildet ist.

Rammhammer nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Entfernung eine Laufzeitmessung eines Schallimpulses vorgesehen ist.

Rammhammer nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Entfernung eine Phasenmessung eines Schallsignals vorgesehen ist.

Rammhammer nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, durch gekennzeichnet, daß Ultraschallmeßsystem als Reflexionsmeßsystem ausgebildet ist.

d a das

7. Rammhammer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallsender und -empfänger (11) an einem festen Teil (2) des

s Hammers (1) angeordnet sind.

8. Rammhammer nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlaggewicht (6) eine Reflexionsfläche (13) aufweist.

ID

9. Rammhammer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Entfernungsmeßsystem während einer Dauer eines Arbeitsspiels wiederholt Messungen ausführend

is ausgebildet ist.

10. Rammhammer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerte-Elektronik (18) eine Zeitdauer bis zu einem voraussichtlichen

ed AuftreffZeitpunkt des Schlaggewichtes (6) ermittelnd ausgebildet ist.

11. Rammhammer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerte-Elektronik

(18) die ermittelte Zeitdauer mit einem vorgegebenen VorhalteZeitwert (Ät_v) vergleichend und ein Umsteuersignal für den Hubzylinder (7) erzeugend ausgebildet ist.

12. Rammhammer nach einem oder mehreren der

3D vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerte-Elektronik (18) vor Verwendung eines Meßwertes eine Plausibilitätskontrolle durchführend ausgebildet ist.

13. Rammhammer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerte-Elektronik (18) bei Erreichen eines vorgegebenen oberen

s Lagevergleichswertes durch das Schlaggewicht (6) ein oberes Umsteuersignal für den Hubzylinder (7) erzeugend ausgebildet ist.

14. Rammhammer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e -

ID kennzeichnet, daß ein Einstellglied zur Verstellung eines oberen Lagevergleichswertes vorgesehen ist.

15. Rammhammer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e -

IS kennzeichnet, daß ein weiteres Einstellglied zur Verstellung des Vorhaltezeitwertes (At_v) vorgesehen ist.

16. Rammhammer nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e -

&Xgr;&Pgr; kennzeichnet, daß die Auswerte-Elektronik (18) die Meßwerte nach mathematischen Regressionsmethoden sowie inter- und extrapolierend ausgebildet ist.

17. Rammhammer nach einem oder mehreren der

ss vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerte-Elektronik (18) nach Inbetriebsetzung selbstätig eine Referenzlage speichernd ausgebildet ist.