DE3523165A1 - Vorrichtung zum rammen oder einpressen sowie zum ziehen von rammkoerpern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf eine Vorrichtung zum Rammen oder Einpressen sowie zum Ziehen von Rammkörpern, insbesondere Spundböden, mit Vibrator und an der Unterseite des Vibrators angebrachter Aufnahmevorrichtung für den Rammkörper, wobei zumindest die Amplitude und die Frequenz mit Hilfe einer Steuereinrichtung steuerbar sind. Rammkörper bezeichnet auch Einpreßkörper, wenn es sich um einen Einpreßvorgang handelt.

Bei der (aus der Praxis) bekannten gattungsgemäßen Vorrichtung ist der Vibrator ein Unwuchtvibrator, der zumeist zwei gegenläufig rotierende Unwuchtmassen aufweist. Das ist nicht frei von Nachteilen. Für ein erfolgreiches Rammen oder Einpressen sowie zum Ziehen sind drei Betriebsparameter von entscheidender Bedeutung, nämlich erstens eine ausreichende Schwingungsamplitude, zweitens eine ausreichende dynamische Kraft und drittens die Frequenz. Dabei sind die Bodenverhältnisse sowohl bezüglich des Vortriebes als auch im Hinblick auf die mögliche Personenbelästigung oder Gebäudegefährdung durch Schwingungsausbreitung zu berücksichtigen. Die Steuereinrichtung ist entsprechend aufzubauen. Ein Nachteil der bekannten Vorrichtung mit rotierenden Unwuchtmassen, die bei Vorrichtung zum Rammen oder Einpressen sowie zum Ziehen von Rammkörpern eingesetzt werden, ist die Limitierung der Erregerfrequenz auf ca. 30 bis 40 Hz. Arbeitet man mit höheren Frequenzen, so werden die Tragfähigkeit und die Lebensdauer der unverzichtbaren Rollenlager beeinträchtigt. Nachteilig bei solchen Unwuchtvibratoren ist ferner, daß bei sehr schweren Rammkörpern die Aufrechterhaltung einer Mindestamplitude zusätzliche Unwuchtmassen erforderlich macht, so daß im Hinblick auf die Lagerbeanspruchung die Frequenz reduziert werden muß. Zwar muß eingeräumt werden, daß mit einem Unwuchtvibrator ausgerüstete Vorrichtung zum Rammen oder Einpressen sowie zum Ziehen von Rammkörpern nur geringen Lärm verursachen und keine Umweltverschmutzung bewirken, so daß sie aus diesem Grunde insbesondere in dicht bebauten Gebieten eingesetzt werden können, andererseits zeigen sich häufig, insbesondere im Inneren von Städten, unvertretbare Schwingungsausbreitungen mit Gebäudegefährdung und Personenbelästigung. Tatsächlich arbeiten solche Unwuchtvibratoren in einem Frequenzbereich von 17 bis max. 40 Hz. Das ist ein Bereich, in dem Gebäudegefährdung und Personenbelästigung auftreten. Die Unwuchtvibratoren sind mit einem Elektromotor angetrieben, die Steuereinrichtung arbeitet folglich mit elektrischen Schaltelementen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung so weiter auszubilden, daß die beschriebenen, unwuchtbedingten Mängel nicht mehr auftreten und bei einfacher Steuerbarkeit aller Betriebsparameter auch mit gegenüber Unwuchtvibratoren erhöhter Frequenz gearbeitet werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß der Vibrator als linearer Kolbenvibrator ausgeführt ist, der zumindest einen in Rammrichtung oder Einpreßrichtung bzw. Ziehrichtung hin- und herbewegten Arbeitskolben in einem Arbeitszylinder aufweist und an eine Druckmittelpumpe angeschlossen ist, die einem Druckmittelkreislauf angehört, daß der Arbeitszylinderraum oberhalb des Arbeitskolbens sowie der Arbeitszylinderraum unterhalb des Arbeitskolbens jeweils mit zwei Druckmittelleitungsanschlüssen versehen sind, von denen jeweils eine über eine Druckmittelleitung und die mit Steuerventilen ausgerüstete Steuervorrichtung an die Pumpe, die andere über eine Druckmittelleitung und die mit Steuerventilen ausgerüstete Steuereinrichtung an eine Rückführleitung angeschlossen ist, wobei die Amplitude durch die jeweilige Druckmittelmenge über die Steuerventilöffnungsdauer und die Fördermenge, die Frequenz durch ein Steuerventilschaltprogramm steuerbar sind, und daß bei jedem Kolbenspiel aus Arbeitshub und Rückhub ein nahezu vollständiger Druckmittelaustausch möglich ist. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist die Rückführleitung über eine Kühlvorrichtung für das Druckmittel zur Pumpe zurückgeführt. - Für andere Zwecke kennt man lineare Kolbenvibratoren, die mit einem hin- undhergehenden Kolben arbeiten. Diese haben jedoch zur Weiterentwicklung der gattungsgemäßen Vorrichtung nichts beigetragen. Sie sind ohne weiteres nicht in der Lage, einen Rammkörper sowohl beim Rammen bzw. Einpressen als auch beim Ziehen in Schwingung zu versetzen. Sie sind darüber hinaus nicht leicht steuer- oder regelbar.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die von der Pumpe kommenden Druckmittelleitungen in Strömungsrichtung des Druckmittels zu den Arbeitszylinderräumen hin an jeweils einen Druckmittelkondensator angeschlossen sind, der eine weitere Steuereinrichtung aufweisen kann, und daß mit Hilfe der Druckmittelkondensatoren die Erregerkraft steuerbar ist. Mit Hilfe eines Steuerventilschaltprogrammes können außerdem die dynamische Kraft und die Energieaustauschzeit steuerbar sein. Im allgemeinen wird man eine erfindungsgemäße Vorrichtung so ausrichten, daß sie im Frequenzbereich von über 40 Hz arbeitet.

Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung von den Mängeln frei ist, die in Kauf genommen werden müssen, wenn eine Vorrichtung zum Rammen oder Einpressen sowie zum Ziehen von Rammkörpern mit einem Vibrator ausgerüstet ist, der mit Unwuchtmassen arbeitet. In bezug auf die Vorrichtung selbst treten die beschriebenen Lagerungsprobleme nicht auf. Die Betriebsparameter können auf einfache Weise gesteuert werden, die Frequenz kann so gewählt werden, daß Gebäudegefährdung und Personenbelästigung nicht mehr auftreten. Die Steuerung selbst ist einfach, wie im folgenden anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert wird. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Rammen und Ziehen von Rammkörpern, nämlich den mit der Vorrichtung integrierten Vibrator, teilweise im Schnitt und mit Schaltschema,

Fig. 2 eine graphische Darstellung, die eine besondere Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschreibt und

Fig. 3 entsprechend der Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einpressen und Ziehen von Rammkörpern.

In der Fig. 1 erkennt man den Vibrator 1 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Rammen und Ziehen von Rammkörpern, insbesondere Spundbohlen. An der Unterseite des Vibrators 1 ist eine Aufnahmevorrichtung für den Rammkörper angebracht, die nicht gezeichnet wurde.

Der Vibrator 1 ist als linearer Kolbenvibrator ausgeführt. Er besitzt im Ausführungsbeispiel einen im Rammrichtung bzw. Ziehrichtung hin- undherbewegten Arbeitskolben 2 in einem Arbeitszylinder 3 und ist an eine Druckmittelpumpe P angeschlossen, die einem Druckmittelkreislauf 4 angehört. Die Druckmittelpumpe P wurde nicht gezeichnet, die Rückführleitung 5 führt zu einem Tank oder Behälter, der wiederum mit der Pumpe P verbunden ist, so daß der Druckmittelkreislauf 4 geschlossen ist.

Der Arbeitszylinderraum 6 oberhalb des Arbeitskolbens 2 sowie der Arbeitszylinderraum 7 unterhalb des Arbeitskolbens 2 sind jeweils mit zwei Druckmittelleitungs-Anschlußstellen 8, 9 bzw. 10, 11 versehen. Von diesen ist jeweils eine 8, 10 über eine Druckmittelleitung 12, 13 und die mit Steuerventilen 14, 15 ausgerüstete Steuervorrichtung an die Pumpe P, die andere über eine Druckmittelleitung 16, 17 und die mit Steuerventilen 18, 19 ausgerüstete Steuereinrichtung an die Rückführleitung 5 angeschlossen. Die Anordnung ist so getroffen, daß bei jedem Kolbenspiel aus Arbeitshub und Rückhub ein nahezu vollständiger Druckmittelaustausch möglich ist. Die Amplitude kann durch die jeweilige Druckmittelmenge über die Steuerventilöffnungsdauer und die Fördermenge der Pumpe P gesteuert werden. Die Frequenz ist durch ein Steuerventilschaltprogramm steuerbar. Die Rückführleitung 5 ist über eine Kühlvorrichtung 20 für das Druckmittel zur Pumpe P geführt, die in der Figur dargestellt wurde. Sie könnte auch mit dem Vorratstank für das Druckmittel verbunden sein. Das Druckmitel ist im allgemeinen ein übliches hydraulisches Öl. Die von der Pumpe P kommenden Druckmittelleitungen 12, 13 sind in Strömungsrichtung des Druckmittels zu den Arbeitszylinderräumen 6, 7 hin an jeweils einen Druckmittelkondensator 21, 22 angeschlossen, der eine weitere Steuereinrichtung aufweist, wobei mit Hilfe der Druckmittelkondensatoren 21, 22 die Erregerkraft steuerbar ist. Mit Hilfe eines Steuerventilschaltprogrammes können die dynamische Kraft und die Energieaustauschzeit gesteuert werden. Die Arbeitsweise des linearen Kolbenvibrators 1 der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird im folgenden im einzelnen weiter erläutert:

Erzeugung der Schwingung: Es erfolgt eine Kolbenbewegung von A nach B. Die Steuerventile 14 und 19 sind geöffnet. Die Steuerventile 15 und 18 sind geschlossen. Dadurch dringt Druckmittel in den Arbeitszylinderraum 6 und schiebt den Arbeitskolben 2 in Richtung B. Gleichzeitig wird das drucklose Druckmittel aus dem Arbeitszylinderraum 7 durch die Druckmittelanschlußstelle 11 und Steuerventil 19 in die Rückführleitung 5 gefördert. Danach erfolgt eine Kolbenbewegung von B nach A. Die Steuerventile 15 und 18 sind geöffnet, die Steuerventile 14 und 19 sind geschlossen. Das Druckmittel in dem Arbeitszylinderraum 7 verschiebt den Arbeitskolben 2 in Richtung A, wobei das in dem Arbeitszylinderraum 6 befindliche Druckmittel der Rückführleitung 5 über das Ventil 18 zugeführt wird.

Regelung von Amplitude und Frequenz: Die Amplitude ist abhängig von der jeweiligen Druckmittelmenge, die geregelt wird durch die Steuerventilöffnungsdauer und die Fördermenge der Pumpe P. Die Frequenz wird geregelt durch ein Steuerventilschaltprogramm. Die Steuerung der Steuerventile 14, 15, 18, 19 kann beispielsweise durch eine Nockenwelle oder auf andere Weise programmgesteuert erfolgen. Möglich ist auch, die Ventilsteuerung durch Mengenteilung mit Hilfe von drehzahlveränderbaren Drehschiebern zu ersetzen.

Veränderung der Erregerkraft bei gleichbleibender Frequenz und Amplitude: Es erfolge eine Kolbenbewegung von A nach B. Bleibt das Steuerventil 19 bei Druckmitteleintritt durch die Druckmittelanschlußstelle 8 in den Arbeitszylinderraum 6 vorübergehend geschlossen, so wird die zugeführte Druckmittelmenge im Druckmittelkondensator 21 gespeichert und bei anschließender Öffnung des Steuerventils 19 zusätzlich in den Arbeitszylinderraum 6 auf den Arbeitskolben 2 druckwirksam, wodurch der Arbeitskolben 2 zusätzlich in Richtung B beschleunigt wird. Die hierdurch erzeugte höhere dynamische Kolbenkraft im unteren Wechselpunkt wird als Erhöhung der Vortriebskraft auf den mit dem Arbeitskolben 2 schwingungsfest verbundenen Rammkörper wirksam.

Veränderung der dynamischen Kraft und der Energieaustauschzeit: Für die Effizienz eines Rammschlages, der beim Vibrationsrammen zwischen Rammkörperunterseite und Boden stattfindet, ist die Abhängigkeit von den Bodenverhältnissen in einem Fall die Größe der vom Rammkörper in den Boden übertragenen dynamischen Kraft, ist andernfalls die Zeit ausschlaggebend, welche für den Austausch der Energie des stoßenden Rammkörpers auf den Boden zur Verfügung steht. Setzt man die geräteeigenen Parameter wie Frequenz, Amplitude und schwingende Masse als konstant voraus, so ist die wirksam dynamische Kraft proportional und die Energieaustauschzeit umgekehrt proportional der Auftreffgeschwindigkeit.

Eine Veränderung der Auftreffgeschwindigkeit kann durch Ventilsteuerung wie folgt erreicht werden, wozu auf die Fig. 2 verwiesen wird. Die Fig. 2 zeigt verschiedene Phasen:

Phase t _o ÷t ₁: Die Steuerventile 14 und 19 sind geöffnet, die Steuerventile 18 und 15 sind geschlossen. Der Arbeitskolben 2 wird von A nach B bis in Endstellung ausgefahren.

Phase t ₁÷t ₂: Während der Arbeitskolben 2 über die Zeit t ₂-t ₁ in der Endstellung verharrt, wird die geförderte Druckmittelmenge im Druckmittelkondensator 21 gespeichert bei gleichzeitigem Druckanstieg.

Phase t ₂÷t ₃: Im Zeitpunkt t ₂ wird das Steuerventil 14 geschlossen. Steuerventile 15 und 18 werden geöffnet, so daß der Überdruck im Druckmittelkondensator 21 abgebaut wird. Unmittelbar darauf wird das Steuerventil 19 geschlossen, so daß der Arbeitskolben 2 von B nach A verschoben wird.

Phase t ₃÷t ₄: Der Arbeitskolben 2 verharrt über die Zeit t ₄-t ₃ in Endstellung A. Die geförderte Druckmittelmenge wird im Druckmittelkondensator 22 gespeichert bei gleichzeitigem Druckanstieg. Im Zeitpunkt t ₄ wird das Steuerventil 15 geschlossen, Steuerventile 14 und 19 werden geöffnet, so daß der Überdruck im Druckmittelkondensator 22 abgebaut wird. Das Arbeitsspiel beginnt von neuem. Die Zeitdauer t ₂-t ₁ -sowie die Zeitdauer t ₄-t ₃ sind veränderbar. Die Veränderung steuert die Auftreffgeschwindigkeit des Rammkörpers auf den Boden.

Die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung ist bezüglich des Vibrators 1 wie vorstehend beschrieben aufgebaut und arbeitet entsprechend. Allerdings dient die Vorrichtung insgesamt zum Einpressen und gegebenenfalls Ziehen eines Rammkörpers. Dazu ist der Vibrator mit einer Zylinderkolbenanordnung 23 zusammengeschaltet, die den eigentlichen Einpreßvorgang bewirkt, dem die Vibration überlagert ist.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Rammen oder Einpressen sowie zum Ziehen von Rammkörpern, insbesondere Spundbohlen, mit Vibrator und an der Unterseite des Vibrators angebrachter Aufnahmevorrichtung für den Rammkörper, wobei zumindest die Amplitude und die Frequenz mit Hilfe einer Steuereinrichtung steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Vibrator (1) als linearer Kolbenvibrator ausgeführt ist. der zumindest einen in Rammrichtung oder Einpreßrichtung bzw. Ziehrichtung hin- und herbewegten Arbeitskolben (2) in einem Arbeitszylinder (3) aufweist und an eine Druckmittelpumpe (P) angeschlossen ist, die einem Druckmittelkreislauf (4) angehört,
daß der Arbeitszylinderraum (6) oberhalb des Arbeitskolbens (2) sowie der Arbeitszylinderraum (7) unterhalb des Arbeitskolbens (2) jeweils mit zwei Druckmittelleitungs-Anschlußstellen (8, 9 bzw. 10, 11) versehen sind, von denen jeweils eine (8, 9) über eine Druckmittelleitung (12, 13) und die mit Steuerventilen (14, 15) ausgerüstete Steuervorrichtung an die Pumpe (P), die andere (10, 11) über eine Druckmittelleitung (16, 17) und die mit Steuerventilen (18, 19) ausgerüstete Steuereinrichtung an eine Rückführleitung (5) angeschlossen ist, wobei die Amplitude durch die jeweilige Druckmittelmenge über die Steuerventilöffnungsdauer und die Fördermenge, die Frequenz durch ein Steuerventilschaltprogramm steuerbar, und daß bei jedem Kolbenspiel aus Arbeitshub und Rückhub ein nahezu vollständiger Druckmittelaustausch möglich ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführleitung (5) über eine Kühlvorrichtung (20) für das Druckmittel zur Pumpe (P) zurückgeführt ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Pumpe (P) kommenden Druckmittelleitungen (12, 13) in Strömungsrichtung des Druckmittels zu den Arbeitszylinderräumen (6, 7) hin an jeweils einen Druckmittelkondensator (21, 22) angeschlossen sind, und daß mit Hilfe der Druckmittelkondensatoren (21, 22) die Erregerkraft steuerbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe eines Steuerventilschaltprogrammes die dynamische Kraft und die Energieaustauschzeit steuerbar sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der lineare Kolbenvibrators (1) mit einer Frequenz von über 40 Hz betreibbar ist.