EP1167632B1 - Vibrator mit einer Linearantriebseinheit - Google Patents

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EP1167632B1
EP1167632B1 EP20010114622 EP01114622A EP1167632B1 EP 1167632 B1 EP1167632 B1 EP 1167632B1 EP 20010114622 EP20010114622 EP 20010114622 EP 01114622 A EP01114622 A EP 01114622A EP 1167632 B1 EP1167632 B1 EP 1167632B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
support frame
cylinder
drive unit
control
piston rod
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP20010114622
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1167632A2 (de
EP1167632A3 (de
Inventor
Alfred Knöppel
Dirk Thomas Ulrich
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp GfT Tiefbautechnik GmbH
Original Assignee
ThyssenKrupp GfT Tiefbautechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp GfT Tiefbautechnik GmbH filed Critical ThyssenKrupp GfT Tiefbautechnik GmbH
Publication of EP1167632A2 publication Critical patent/EP1167632A2/de
Publication of EP1167632A3 publication Critical patent/EP1167632A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1167632B1 publication Critical patent/EP1167632B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D7/00—Methods or apparatus for placing sheet pile bulkheads, piles, mouldpipes, or other moulds
    • E02D7/02—Placing by driving
    • E02D7/06—Power-driven drivers
    • E02D7/10—Power-driven drivers with pressure-actuated hammer, i.e. the pressure fluid acting directly on the hammer structure

Definitions

  • the invention relates to a vibrator for acting on Rammgut, such as Sheet piles, piles, channel boards, with a linear drive unit in the form at least one hydraulic cylinder whose at least one piston rod under Action of a controller with respect to a linear drive unit receiving support frame is linearly reciprocated alternately back and forth and their vibration movements on one with the Rammgut connected holding element transmits, wherein the means of Linear drive unit generated vibration frequency and that of her outgoing driving force can be changed.
  • Rammgut such as Sheet piles, piles, channel boards
  • a vibrator of the type mentioned which has arranged as a linear drive unit arranged in a support frame, hydraulically operated differential cylinder; whose Koblenbstange acts on a fixed to her holding element in the form of a clamping head directly on the Rammgut.
  • On the side opposite the retaining element side of the support frame is equipped with a fastening means by which it can be attached to a carrier device.
  • the differential cylinder is assigned a control rotor, via whose rotary slide alternately the larger or smaller (rod-side) piston surface is connected to a pressurized working pressure line, while the other piston surface is kept depressurized simultaneously via a tank line.
  • the oscillation frequency of the differential cylinder can be changed arbitrarily.
  • the driving force generated by the differential cylinder can be influenced by changing the working pressure generated by a hydraulic pump.
  • the prior publication in question discloses embodiments of a vibrator equipped with a linear drive unit, in which the control rotor together with rotary drive is either arranged outside the support frame or integrated in it.
  • the disadvantage of the known vibrator is the fact that the supported in the support frame and also designed as a differential cylinder linear drive unit via the associated piston rod acts directly on the Rammgut and thus shows a little satisfactory vibration behavior.
  • the invention is based on the object, a vibrator of the above mentioned genus to the effect that he is a more favorable vibration behavior and therefore an improved Economy has.
  • the object is achieved by a vibrator with the features of claim 1.
  • the basic idea of the invention consists in decoupling the linear drive unit-which can also have a plurality of hydraulic cylinders connected in parallel-in terms of vibration technology, in particular, from the retaining element for the driven pile; Accordingly, the novel vibrator is designed such that the linear drive unit no longer acts directly on the Rammgut. More concretely, the linear drive unit is mounted on the output side via the at least one piston rod to an outer frame, which is movable resiliently relative to the support frame to the support frame in the direction of the oscillatory movements, the outer frame supporting the support element on the one hand and forming the attachment for a carrier device on the other hand.
  • an outer frame is additionally present, on which the holding element is fastened and via which the vibrator is held in its operating position as a whole, for example as an attachment to a support frame or to the boom of a construction vehicle.
  • the support frame forms with the components arranged on it a reaction mass, while the outer frame with the associated components represents an action mass. Both masses are continuously accelerated and decelerated under the action of the linear drive unit opposite with changing direction of movement.
  • the resilient support of the outer frame on the support frame can be effected in particular by means of intermediate mechanical spring elements.
  • other elastic components can be used in the context of the invention, provided that they correspond to the expected stresses. Under certain circumstances, it is expedient to form the spring elements for influencing and equalizing the vibration behavior with respect to their bias adjustable.
  • the subject invention may be formed in such a way that the linear drive unit has at least one synchronous cylinder, the piston rod is mounted both on the side facing the retaining element and on the side facing away from the outer frame (claim 2).
  • synchronizing cylinder is meant a hydraulic cylinder which - regardless of on which side of the effective piston surface is acted upon by working pressure - generates equal large driving forces.
  • the driving force exerted by each synchronizing cylinder in the direction of the holding member is as large as the driving force effective after switching the pressurizing in the opposite direction.
  • the novel vibrator will normally be equipped in such a way that it has a plurality of identical and parallel synchronized cylinders.
  • the at least one synchronizing cylinder on the Control alternately driven so that its piston rod with respect the support frame either an extension movement in the direction of the Holding element or in the opposite direction performs (claim 3).
  • the control can in particular have a rotating with adjustable speed control rotor with two rotary valves, via which in each case the opposing piston surfaces of each synchronous cylinder - depending on the rotational position of the control rotor - alternately relieved on the one hand by means of a tank line or on the other hand acted upon by a pressure line with working pressure ( Claim 4).
  • the rotary slide valves are thus designed and matched to each other so that over a rotation angle of 180 ° of the control rotor, a rotary valve causes the pressurization of a piston surface of the synchronizing cylinder with working pressure, while at the same time the other rotary slide relieves the opposing piston surface by maintaining a connection to the tank line.
  • the Linear drive unit at least a pair of differential cylinders, whose Piston rod either on the holding element facing side or on the side facing away from it is attached to the outer frame.
  • Under Influence of the control is alternately only one of the two Differential cylinder of each pair in the sense of an extension movement of his Piston rod is driven relative to the support frame while the Piston rod of the associated other differential cylinder without drive with is moved (claim 5).
  • this embodiment has paired differential cylinders, the piston rods are driven alternately under the action of the control only in opposite directions with respect to the support frame. While, for example, a piston rod extends when pressure is applied to the respective differential cylinder in the direction of the retaining element, the other differential cylinder is simultaneously relieved of pressure, so that its piston rod is carried over the outer frame in the direction of the retaining element. Also in this case, the vibrator should expediently have a plurality of differential cylinders arranged in pairs, the differential cylinders acting in the direction of the holding element and in the opposite direction being mutually connected in parallel with each other.
  • the subject invention may also be advantageously configured in that the control rotor together with rotary drive and Rototationsschieber part of the support frame are (claim 8). As far as the vibrator additionally pressure accumulator (according to claim 7), they may also be integrated in the frame in the invention.
  • the Rotary drive for the control rotor designed as a hydraulic motor and means a hydraulic pump with adjustable flow rate driven (claim 9).
  • the hydraulic pump can together with the power source for Generation of working pressure to be part of a supply unit, the is arranged outside of the vibrator.
  • the illustrated in Figure 1, generally designated 1 vibrator has an action mass forming outer frame 2, to which a holding member 3 is releasably attached; this can be configured as a guide fork or as a clamping element and serves to act on a not shown pile.
  • the outer frame 2 is supported - viewed in the direction of the oscillatory movements (double arrow 4) - via mechanical spring elements 5 on a support frame 6, which in turn forms a reaction mass.
  • the bias of the spring elements 5 should be individually and sensitively adjustable so that uneven vibration movements of the support frame 6 are avoided with respect to the outer frame 2.
  • the support frame 6 accommodates a linear drive unit 7 in the form of a constant velocity cylinder 8, the cylinder housing 8a attached to the support frame 6 and divided by a piston 8b in two outwardly sealed cylinder chambers, namely a front, the holding member 3 facing cylinder chamber 8c and a rear cylinder chamber 8d.
  • the piston rod held on the piston 8b consisting of two rod sections 8e and 8f, is fastened to the outer frame 2 outside the cylinder space 8c or 8d.
  • the piston 8b is reciprocated under the influence of a controller 9 alternately with respect to the support frame 6 and transmits the thus induced vibration movements with the interposition of the resiliently supported outer frame 2 on the holding element 3 connected to the pile material.
  • the outer frame 2 is on the side remote from the holding element 3 side (ie in the illustration above) equipped with a coupling element, not shown, via which a detachable connection with a carrier device - for example, a support frame - can be produced.
  • the controller 9 has an adjustable speed rotating control rotor 10 which in turn drives two rotary valves 11 and 12; in each of these a Um Kunststoffkanal 11a and 12a is formed.
  • the rotary valves 11, 12 are in each case paired in parallel lines 13, 14 and 15, 16 which are connected via a line 17 and 18 with the front cylinder chamber 8c and 8d with the rear cylinder chamber in connection.
  • the junction of the lines 17, 18 is outside the range in which the piston 8b moves in the operating state within the cylinder housing 8a back and forth.
  • On the rotary slide valve 11 and 12 further includes on the one hand acted upon by working pressure pressure line 19 and on the other hand, a tank line 20, which has a respective parallel to the relevant line pressure accumulator 21 and 22 as damping.
  • the pressure line 19 is outside the outer frame 2 to a power source in the form of a hydraulic pump 23 with adjustable flow rate connected while the tank line 20 outside of the outer frame 2 in a tank 24 passes.
  • the designed as a hydraulic motor 25 rotary drive of the control rotor 10 is on the one hand via a supply line 26 with a hydraulic pump 27 with adjustable flow rate and on the other hand via a return line 28 to the tank 24 in connection.
  • a supply line 26 with a hydraulic pump 27 with adjustable flow rate
  • a return line 28 to the tank 24 in connection.
  • the rotary slides 11 and 12 are fastened to the control rotor 10 in such a way that their control channels 11a and 12a are offset from one another in the circumferential direction of the rotary slides.
  • the line 17 is connected via the line 13 and the Um Kunststoffkanal 11 a to the tank line 20, while the parallel line 14 is blocked by the rotary slide 12; Accordingly, the front cylinder chamber 8c is depressurized.
  • the line 18 is connected via the line 16 and the reversing channel 12a of the rotary slide valve 12 with the acted upon by the working pressure pressure line 19 in conjunction, while the line 15 is blocked by the rotary slide valve 11.
  • the working pressure is effective with the result that the piston 8b performs a working stroke in the direction of the support member 3, thereby correspondingly moving the outer frame 2 with respect to the support frame 6.
  • the piston 8b is thus alternately driven during an angle of rotation of 180 ° either in the direction of the support member 3 or in the opposite direction, whereby corresponding oscillatory movements of the outer frame. 2 and the support element 3 are triggered.
  • the pressure accumulators 21 and 22 serve to dampen occurring during the revolution of the control rotor 10 quantity and pressure fluctuations.
  • the control rotor 10 with the rotary slides 11 and 12 and serving as a rotary drive hydraulic motor 25 expediently in a Integrated control block, which in turn is held on the support frame 6.
  • the vibrator 1 also have multiple synchronous cylinders 8 connected in parallel, the same time and are moved in the same direction under the action of the controller 9 back and forth.
  • the embodiment of the subject invention of FIG. 2 differs essentially from the previously described embodiment in that the linear drive unit comprises a pair of differential cylinders, namely a differential cylinder 30 on the support member 3 side facing the support frame 6 and a differential cylinder 31 on the opposite side of the Support frame 6.
  • the piston 30b or 31b which can be displaced rectilinearly within a cylinder housing 30a or 31a carries on one side in each case a piston rod 30c or 31c, to which the outer frame 2 is fastened.
  • the control is in this case designed such that under their action alternately only one of the two differential cylinders 30 and 31 is driven in terms of an extension movement of its piston rod 30c and 31c with respect to the support frame 6, while the piston rod of the associated other differential cylinder with no drive is moved.
  • the controller 9 is - as already explained with reference to FIG. 1 - with a means the hydraulic motor 25 driven control rotor 10 equipped via which the rotary slide 11 and 12 are moved with.
  • the line 17 connected to the cylinder chamber 17 via the line 13, the reversing channel 11 a of the rotary slide valve 11 and the tank line 20 is depressurized, while the line 14 is blocked by the rotary slide 12.
  • the line 18 connected to the cylinder chamber 31 via the line 16, the reversing channel 12a of the rotary valve 12 and the pressure line 19 is subjected to working pressure, while the line 15 is blocked by the rotary slide valve 11. Accordingly, the working pressure is present in the cylinder space 31d, under the action of which the piston 31b together with the piston rod 31c carries out an extension movement and thereby moves the outer frame 2 in this direction.
  • the pressure-relieved differential cylinder 30 meanwhile drives with no drive.
  • the rotary slide valve 11, 12 are combined with the subsequent lines to a control block 32 to which the differential cylinder 30 and 31 are in turn attached.
  • This embodiment may be modified in the context of the invention to the effect that the vibrator 1 has a plurality of differential cylinder pairs, with correspondingly arranged differential cylinder - ie on the one hand, the differential cylinder on the Garelemt 3 side facing and on the other hand, the differential cylinder on the side facing away from it - parallel to each other are switched.
  • the advantage achieved by the invention is in particular that the novel vibrator - due to the springy support of the outer frame 2 with respect to the linear drive unit receiving support frame 6 - a shows improved vibration behavior and thus an overall increased Economy has.

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Description

Die Erfindung betrifft einen Vibrator zur Einwirkung auf Rammgut, wie Spundbohlen, Pfähle, Kanaldielen, mit einer Linearantriebseinheit in Form zumindest eines Hydraulikzylinders, dessen zumindest eine Kolbenstange unter Einwirkung einer Steuerung bezüglich eines die Linearantriebseinheit aufnehmenden Tragrahmens geradlinig wechselweise hin und her bewegt wird und dabei ihre Schwingungsbewegungen auf ein mit dem Rammgut verbundenes Halteelement überträgt, wobei die mittels der Linearantriebseinheit erzeugte Schwingungsfrequenz und die von ihr ausgehende Antriebskraft veränderbar sind.
Aus der Druckschrift DE 24 10 385 A ist ein Vibrator der eingangs erwähnten Gattung bekannt, der als Linearantriebseinheit einen in einem Tragrahmen angeordneten, hydraulisch betriebenen Differentialzylinder aufweist; dessen Koblenbstange wirkt über ein an ihr befestigtes Halteelement in Form eines Klemmkopfes unmittelbar auf das Rammgut ein.
Auf der dem Halteelement gegenüberliegenden Seite ist der Tragrahmen mit einem Befestigungsmittel ausgestattet, über welches er an ein Trägergerät angebaut werden kann.
Dem Differentialzylinder ist ein Steuerrotor zugeordnet, über dessen Rotationsschieber wechselweise die größere oder kleinere (stangenseitige) Kolbenfläche an eine mit Arbeitsdruck beaufschlagte Druckleitung angeschlossen ist, während die andere Kolbenfläche gleichzeitig jeweils über eine Tankleitung drucklos gehalten ist. Durch Verändem der Drehzahl des unabhängig angetriebenen Steuerrotors kann die Schwingungsfrequenz des Differentialzylinders beliebig verändert werden. Darüber hinaus läßt sich die vom Differentialzylinder erzeugte Antriebskraft durch Verändern des von einer Hydraulikpumpe erzeugten Arbeitsdrucks beeinflussen.
Die in Rede stehende Vorveröffentlichung offenbart Ausführungsformen eines mit einer Linearantriebseinheit ausgestatteten Vibrators, bei denen der Steuerrotor nebst Drehantrieb entweder außerhalb des Tragrahmens angeordnet oder in diesen integriert ist.
Der Nachteil des bekannten Vibrators ist darin zu sehen, daß die in dem Tragrahmen abgestützte und zudem als Differentialzylinder ausgebildete Linearantriebseinheit über die zugehörige Kolbenstange unmittelbar auf das Rammgut einwirkt und somit ein wenig befriedigendes Schwingungsverhalten zeigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vibrator der eingangs erwähnten Gattung dahingehend weiter zu entwickeln, daß er ein günstigeres schwingungstechnisches Verhalten und demzufolge eine verbesserte Wirtschaftlichkeit aufweist.
Die Aufgabe wird durch einen Vibrator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht dabei darin, die Linearantriebseinheit - die auch mehrere parallel geschaltete Hydraulikzylinder aufweisen kann - schwingungstechnisch insbesondere von dem Halteelement für das Rammgut abzukoppeln; dementsprechend ist der neuartige Vibrator derart ausgebildet, daß die Linearantriebseinheit nicht mehr unmittelbar auf das Rammgut einwirkt. Konkreter ausgedrückt ist die Linearantriebseinheit ausgangsseitig über die zumindest eine Kolbenstange an einem Außenrahmen befestigt, der sich - relativ zum Tragrahmen beweglich - in Richtung der Schwingungsbewegungen federnd an dem Tragrahmen abstützt, wobei der Außenrahmen einerseits das Halteelement trägt und andererseits das Anbauteil für ein Trägergerät bildet. Abweichend vom Stand der Technik ist also zusätzlich ein Außenrahmen vorhanden, an dem das Halteelement befestigt ist und über den der Vibrator insgesamt in seiner Betriebsstellung gehalten wird, beispielsweise als Anbauteil an einem Traggerüst oder an dem Ausleger eines Baufahrzeugs. Der Tragrahmen bildet dabei mit den an ihm angeordneten Bestandteilen eine Reaktionsmasse, während der Außenrahmen mit den zugehörigen Bestandteilen eine Aktionsmasse darstellt. Beide Massen werden unter Einwirkung der Linearantriebseinheit entgegengesetzt mit wechselnder Bewegungsrichtung kontinuierlich beschleunigt und verzögert.
Die federnde Abstützung des Außenrahmenes am Tragrahmen kann insbesondere mittels zwischengeschalteter mechanischer Federelemente bewirkt werden. Stattdessen oder zusätzlich können im Rahmen der Erfindung auch andere elastische Bauelemente Verwendung finden, sofern sie den zu erwartenden Beanspruchungen entsprechen.
Unter Umständen ist es zweckmäßig, die Federelemente zur Beeinflussung und Vergleichmäßigung des Schwingungsverhaltens hinsichtlich ihrer Vorspannung einstellbar auszubilden.
Der Erfindungsgegenstand kann in der Weise ausgebildet sein, daß die Linearantriebseinheit zumindest einen Gleichlaufzylinder aufweist, dessen Kolbenstange jeweils sowohl auf der dem Halteelement zugewandten Seite als auch auf der davon abgewandten Seite an dem Außenrahmen befestigt ist (Anspruch 2).
Unter "Gleichlaufzylinder" ist dabei ein Hydraulikzylinder zu verstehen, der - unabhängig davon, auf welcher Seite die wirksame Kolbenfläche mit Arbeitsdruck beaufschlagt ist - gleich große Antriebskräfte erzeugt.
Mit anderen Worten ausgedrückt ist die von jedem Gleichlaufzylinder in Richtung auf das Halteelement ausgeübte Antriebskraft ebenso groß wie die nach Umschalten der Druckbeaufschlagung in entgegengesetzter Richtung wirksame Antriebskraft.
Zur Vermeidung einer unerwünschten Beanspruchung wird der neuartige Vibrator im Normalfall derart ausgestattet sein, daß er mehrere gleichartige und parallel geschaltete Gleichlaufzylinder aufweist.
Zweckmäßigerweise ist der zumindest eine Gleichlaufzylinder über die Steuerung wechselweise derart angetrieben, daß seine Kolbenstange bezüglich des Tragrahmens entweder eine Ausfahrbewegung in Richtung auf das Halteelement oder in dazu entgegengesetzter Richtung ausführt (Anspruch 3).
Die Steuerung kann dabei insbesondere einen mit einstellbarer Drehzahl umlaufenden Steuerrotor mit zwei Rotationsschiebern aufweisen, über welche jeweils die sich gegenüberliegenden Kolbenflächen jedes Gleichlaufzylinders - abhängig von der Drehstellung des Steuerrotors - wechselweise einerseits mittels einer Tankleitung druckentlastet bzw. andererseits mittels einer Druckleitung mit Arbeitsdruck beaufschlagt sind (Anspruch 4).
Die Rotationsschieber sind also derart ausgebildet und aufeinander abgestimmt, daß über einen Drehwinkel von 180° des Steuerrotors ein Rotationsschieber die Druckbeaufschlagung einer Kolbenfläche des Gleichlaufzylinders mit Arbeitsdruck bewirkt, während gleichzeitig der andere Rotationsschieber die entgegengerichtete Kolbenfläche durch Aufrechterhalten einer Verbindung mit der Tankleitung druckentlastet.
Nach Überschreiten eines Drehwinkels von 180° ändern sich die Druckverhältnisse in jedem Gleichlaufzylinder dahingehend, daß die bisher druckentlastete Kolbenfläche mit Arbeitsdruck beaufschlagt wird, während der Zylinderraum - welcher der bisher druckbeaufschlagten Kolbenfläche zugeordnet ist - dann mit der Tankleitung verbunden wird.
Bei einer alternativen Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes weist die Linearantriebseinheit zumindest ein Paar Differentialzylinder auf, deren Kolbenstange entweder auf der dem Halteelement zugewandten Seite oder auf der davon abgewandten Seite an dem Außenrahmen befestigt ist. Unter Einwirkung der Steuerung ist wechselweise jeweils nur einer der beiden Differentialzylinder jedes Paares im Sinne einer Ausfahrbewegung seiner Kolbenstange bezüglich des Tragrahmens angetrieben, während die Kolbenstange des zugehörigen anderen Differentialzylinders antriebslos mit bewegt wird (Anspruch 5).
Mit anderen Worten ausgedrückt weist diese Ausführungsform paarweise angeordnete Differentialzylinder auf, deren Kolbenstangen unter Einwirkung der Steuerung jeweils nur in zueinander entgegengesetzter Richtung bezüglich des Tragrahmens wechselweise angetrieben sind. Während beispielsweise die eine Kolbenstange bei Druckbeaufschlagung des betreffenden Differentialzylinders in Richtung auf das Halteelement ausfährt, ist gleichzeitig der andere Differentialzylinder druckentlastet, so daß seine Kolbenstange über den Außenrahmen in Richtung auf das Halteelement mitgeführt wird.
Auch in diesem Fall sollte der Vibrator zweckmäßig mehrere jeweils paarweise angeordnete Differentialzylinder aufweisen, wobei die in Richtung auf das Halteelement und die in dazu entgegengesetzter Richtung wirksamen Differentialzylinder untereinander jeweils parallel geschaltet sind.
Bei der zuletzt erwähnten Ausführungsform (gemäß Anspruch 5) weist die Steuerung vorteilhaft einen mit einstellbarer Drehzahl umlaufenden Steuerrotor mit zwei Rotationsschiebem auf, über welche die sich gegenüberliegenden Kolbenflächen jedes Differentialzylinder-Paares - abhängig von der Drehstellung des Steuerrotors - wechselweise entweder mittels einer Tankleitung druckentlastet oder mittels einer Druckleitung mit Arbeitsdruck beaufschlagt sind (Anspruch 6).
Um Mengen- und Druckschwankungen ausgleichen zu können, welche durch die Steuerung hervorgerufen sind, weisen die Tankleitung und die Druckleitung als Dämpfung jeweils einen dazu parallel geschalteten Druckspeicher auf (Anspruch 7).
Der Erfindungsgegenstand kann auch dadurch vorteilhaft ausgestaltet sein, daß der Steuerrotor nebst Drehantrieb und die Rototationsschieber Bestandteil des Tragrahmens sind (Anspruch 8).
Soweit der Vibrator zusätzlich Druckspeicher (gemäß Anspruch 7) aufweist, können diese im Rahmen der Erfindung ebenfalls in den Tragrahmen integriert sein.
Mit Rücksicht darauf, daß die Linearantriebseinheit hydraulisch arbeitet, ist der Drehantrieb für den Steuerrotor als Hydraulikmotor ausgebildet und mittels einer Hydraulikpumpe mit einstellbarer Fördermenge angetrieben (Anspruch 9). Die Hydraulikpumpe kann dabei gemeinsam mit der Energiequelle zur Erzeugung des Arbeitsdrucks Bestandteil einer Versorgungseinheit sein, die außerhalb des Vibrators angeordnet ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele im Einzelnen erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1
stark schematisiert einen Schaltplan eines Vibrators, dessen Linearantriebseinheit als Gleichlaufzylinder ausgebildet ist, und
Fig. 2
das Schemabild eines Vibrators, der als Linearantriebseinheit ein Differentialzylinder-Paar aufweist.
Der in Fig. 1 dargestellte, allgemein mit 1 bezeichnete Vibrator weist einen eine Aktionsmasse bildenden Außenrahmen 2 auf, an dem ein Halteelement 3 lösbar befestigt ist; dieses kann als Führungsgabel oder als Klemmelement ausgestaltet sein und dient dazu, auf ein nicht dargestelltes Rammgut einzuwirken.
Der Außenrahmen 2 stützt sich - in Richtung der Schwingungsbewegungen (Doppelpfeil 4) gesehen - über mechanische Federelemente 5 an einem Tragrahmen 6 ab, der seinerseits eine Reaktionsmasse bildet. Die Vorspannung der Federelemente 5 sollte einzeln und feinfühlig einstellbar sein, damit ungleichmäßige Schwingungsbewegungen des Tragrahmens 6 bezüglich des Außenrahmens 2 vermieden werden.
Der Tragrahmen 6 nimmt eine Linearantriebseinheit 7 in Form eines Gleichlaufzylinders 8 auf, dessen Zylindergehäuse 8a an dem Tragrahmen 6 befestigt und durch einen Kolben 8b in zwei nach außen abgedichtete Zylinderräume unterteilt ist, nämlich einen vorderen, dem Halteelement 3 zugewandten Zylinderraum 8c und einen hinteren Zylinderraum 8d.
Die an dem Kolben 8b gehaltene Kolbenstange - bestehent aus zwei Stangenabschnitten 8e und 8f - ist außerhalb des Zylinderraums 8c bzw. 8d an dem Außenrahmen 2 befestigt.
Der Kolben 8b wird unter Einwirkung einer Steuerung 9 wechselweise bezüglich des Tragrahmens 6 hin und her bewegt und überträgt die dadurch ausgelösten Schwingungsbewegungen unter Zwischenschaltung des federnd abgestützten Außenrahmens 2 auf das mit dem Rammgut verbundene Halteelement 3.
Der Außenrahmen 2 ist auf der von dem Halteelement 3 abgewandten Seite (d. h. in der Darstellung oben) mit einem nicht dargestellten Kupplungselement ausgestattet, über welches eine lösbare Verbindung mit einem Trägergerät - beispielsweise einem Traggerüst - hergestellt werden kann.
Die Steuerung 9 weist einen mit einstellbarer Drehzahl umlaufenden Steuerrotor 10 auf, der seinerseits zwei Rotationsschieber 11 und 12 antreibt; in diesen ist jeweils ein Umsteuerkanal 11a bzw. 12a ausgebildet.
Den Rotationsschiebern 11, 12 sind jeweils paarweise parallel geschaltete Leitungen 13, 14 bzw. 15, 16 zugeordnet die über eine Leitung 17 bzw. 18 mit dem vorderen Zylinderraum 8c bzw. mit dem hinteren Zylinderraum 8d in Verbindung stehen. Die Einmündung der Leitungen 17, 18 liegt dabei außerhalb des Bereichs, in dem sich der Kolben 8b im Betriebszustand innerhalb des Zylindergehäuses 8a hin und her bewegt.
An die Rotationsschieber 11 und 12 schließt sich weiterhin einerseits eine mit Arbeitsdruck beaufschlagte Druckleitung 19 und andererseits eine Tankleitung 20 an, die als Dämpfung jeweils einen zur betreffenden Leitung parallel geschalteten Druckspeicher 21 bzw. 22 aufweist.
Die Druckleitung 19 ist außerhalb des Außenrahmens 2 an eine Energiequelle in Form einer Hydraulikpumpe 23 mit einstellbarer Fördermenge angeschlossen, während die Tankleitung 20 außerhalb des Außenrahmens 2 in einen Tank 24 übergeht.
Der als Hydraulikmotor 25 ausgebildete Drehantrieb des Steuerrotors 10 steht einerseits über eine Versorgungsleitung 26 mit einer Hydraulikpumpe 27 mit einstellbarer Fördermenge und anderseits über eine Rücklaufleitung 28 mit dem Tank 24 in Verbindung.
Durch Verstellung der Fördermenge der Pumpen 23 und 27 kann die von der Linearantriebseinheit 7 erzeugte Antriebskraft bzw. die auf den Außenrahmen 2 einwirkende Schwingungsfrequenz unabhängig und beliebig verändert werden.
Wie die schematische Darstellung gemäß Fig. 1 außerdem erkennen läßt, sind die Rotationsschieber 11 und 12 derart an dem Steuerrotor 10 befestigt, daß ihre Steuerkanäle 11a und 12a in Umfangsrichtung der Rotationsschieber gegeneinander versetzt liegen.
In dem angedeuteten Betriebszustand ist die Leitung 17 über die Leitung 13 und den Umsteuerkanal 11a an die Tankleitung 20 angeschlossen, während die parallel geschaltete Leitung 14 durch den Rotationsschieber 12 blockiert ist; dementsprechend ist der vordere Zylinderraum 8c druckentlastet.
Im Gegensatz dazu steht die Leitung 18 über die Leitung 16 und den Umsteuerkanal 12a des Rotationsschiebers 12 mit der mit dem Arbeitsdruck beaufschlagten Druckleitung 19 in Verbindung, wobei gleichzeitig die Leitung 15 durch den Rotationsschieber 11 blockiert ist. Auf Grund dessen ist innerhalb des hinteren Zylinderraums 8d der Arbeitsdruck wirksam mit der Folge, daß der Kolben 8b einen Arbeitshub in Richtung auf das Tragelement 3 ausführt und dabei den Außenrahmen 2 bezüglich des Tragrahmens 6 entsprechend bewegt. Abhängig von der Drehstellung des Steuerrotors 10 und der sich daraus ergebenden Drehlage der Umsteuerkanäle 11a und 12a wird der Kolben 8b also während eines Drehwinkels von 180° wechselweise entweder in Richtung auf das Tragelement 3 oder in dazu entgegengesetzter Richtung angetrieben, wodurch entsprechende Schwingungsbewegungen des Außenrahmens 2 und des Tragelements 3 ausgelöst werden.
Die Druckspeicher 21 und 22 dienen dabei dazu, bei der Umlaufbewegung des Steuerrotors 10 entstehende Mengen- und Druckschwankungen zu dämpfen.
Wie die rechteckförmige Linie 29 auf der rechten Seite des Gleichlaufzylinders 8 andeutet, sind der Steuerrotor 10 mit den Rotationsschieben 11 und 12 und der als Drehantrieb dienende Hydraulikmotor 25 zweckmäßig in einen Steuerblock integriert, der seinerseits an den Tragrahmen 6 gehalten ist. Abweichend von der dargestellten Ausführungsform kann der Vibrator 1 auch mehrere parallel geschaltete Gleichlaufzylinder 8 aufweisen, die gleichzeitig und gleichsinnig unter Einwirkung der Steuerung 9 hin und her bewegt werden.
Die Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes gemäß Fig. 2 unterscheidet sich im Wesentlichen dadurch von der zuvor beschriebenen Ausführungsform, daß die Linearantriebseinheit ein Paar Differentialzylinder aufweist, nämlich einen Differentialzylinder 30 auf der dem Halteelement 3 zugewandten Seite des Tragrahmens 6 und einen Differentialzylinder 31 auf der gegenüberliegenden Seite des Tragrahmens 6.
Der innerhalb eines Zylindergehäuses 30a bzw. 31a geradlinig verschiebbare Kolben 30b bzw. 31b trägt einseitig jeweils eine Kolbenstange 30c bzw. 31c, an welcher der Außenrahmen 2 befestigt ist.
Die Steuerung ist in diesem Fall derart ausgebildet, daß unter ihrer Einwirkung wechselweise jeweils nur einer der beiden Differentialzylinder 30 bzw. 31 im Sinne einer Ausfahrbewegung seiner Kolbenstange 30c bzw. 31c bezüglich des Tragrahmens 6 angetrieben ist, während die Kolbenstange des zugehörigen anderen Differentialzylinders antriebslos mit bewegt wird.
Die Steuerung 9 ist - wie bereits anhand der Fig. 1 erläutert - mit einem mittels des Hydraulikmotors 25 angetriebenen Steuerrotor 10 ausgestattet, über welchen die Rotationsschieber 11 und 12 mit bewegt werden.
Abweichend von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 münden die Leitungen 17 und 18 auf der von der Kolbenstange 30c bzw. 31 c abgewandten Seite des Kolbens 30b bzw. 31b in den vom betreffenden Kolben mitgebildeten Zylinderraum 30d bzw. 31d.
In dem gezeigten Betriebszustand ist die an den Zylinderraum 30d angeschlossene Leitung 17 über die Leitung 13, den Umsteuerkanal 11 a des Rotationsschiebers 11 und die Tankleitung 20 druckentlastet, während die Leitung 14 durch den Rotationsschieber 12 blockiert ist.
Im Gegensatz dazu ist die mit dem Zylinderraum 31d verbundene Leitung 18 über die Leitung 16, den Umsteuerkanal 12a des Rotationsschiebers 12 und die Druckleitung 19 mit Arbeitsdruck beaufschlagt, während die Leitung 15 durch den Rotationsschieber 11 blockiert ist. Dementsprechend liegt in dem Zylinderraum 31d der Arbeitsdruck an, unter dessen Einwirkung der Kolben 31b nebst Kolbenstange 31 c eine Ausfahrbewegung ausführt und dabei den Außenrahmen 2 in dieser Richtung mit bewegt. Der druckentlastete Differentialzylinder 30 läuft währenddessen antriebslos mit.
Dieser Zustand bleibt so lange erhalten, bis - nach Durchführen einer Drehbewegung des Steuerrotors 10 um 180° - die Druckverhältnisse in den Differentialzylinder 30 und 31 eine Umkehrung erfahren, d. h. nach einer entsprechenden Drehbewegung des Steuerrotors 10 und der Rotationsschieber 11, 12 wird anschließend der Zylinderraum 30d mit Arbeitsdruck beaufschlagt, während gleichzeitig der Zylinderraum 31d drucklos geschaltet wird. Dementsprechend führt der nunmehr angetriebene Kolben 30b bezüglich des Zylindergehäuses 30a eine Ausfahrbewegung aus und bewegt den Außenrahmen 2 nebst Halteelement 3 bezüglich des Tragrahmens 6 gleichsinnig mit.
Wie die in Rede stehende Darstellung weiterhin erkennen läßt, sind die Rotationsschieber 11, 12 mit den sich anschließenden Leitungen zu einem Steuerblock 32 zusammengefaßt, an dem die Differentialzylinder 30 und 31 ihrerseits befestigt sind.
Auch diese Ausführungsform kann im Rahmen der Erfindung dahingehend abgeändert sein, daß der Vibrator 1 mehrere Differentialzylinder-Paare aufweist, wobei entsprechend angeordnete Differentialzylinder - d. h. einerseits die Differentialzylinder auf der dem Halteelemt 3 zugewandten Seite und andererseits die Differentialzylinder auf der davon abgewandten Seite - untereinander parallel geschaltet sind.
Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß der neuartige Vibrator - bedingt durch die federnde Abstützung des Außenrahmens 2 bezüglich des die Linearantriebseinheit aufnehmenden Tragrahmens 6 - ein verbessertes Schwingungsverhalten zeigt und somit insgesamt eine erhöhte Wirtschaftlichkeit aufweist.

Claims (9)

  1. Vibrator zur Einwirkung auf Rammgut, wie Spundbohlen, Pfähle, Kanaldielen, mit einer Linearantriebseinheit (7) in Form zumindest eines Hydraulikzylinders, dessen zumindest eine Kolbenstange (8e, f; 30c, d) unter Einwirkung einer Steuerung (9) bezüglich eines die Linearantriebseinheit aufnehmenden Tragrahmens (6) geradlinig wechselweise hin und her bewegbar ist so dass ihre Schwingungsbewegungen auf ein mit dem Rammgut verbundendes Halteelement (3) übertragen werden können, wobei die mittels der Linearantriebseinheit erzeugte Schwingungsfrequenz und die von ihr ausgehende Antriebskraft veränderbar sind,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Linearantriebseinheit (7) ausgangsseitig über die zumindest eine Kolbenstange (8e, f; 30c, d) an einem Außenrahmen (2) befestigt ist, der sich - relativ zum Tragrahmen (6) beweglich - in Richtung der Schwingungsbewegungen (Doppelpfeil 4) federnd an dem Tragrahmen (6) abstützt, wobei der Außenrahmen (2) einerseits das Halteelement (3) trägt und andererseits das Anbauteil für ein Trägergerät bildet.
  2. Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearantriebseinheit (7) zumindest einen Gleichlaufzylinder (8) aufweist, dessen Kolbenstange (8e, f) jeweils sowohl auf der dem Halteelement (3) zugewandten Seite als auch auf der davon abgewandten Seite an dem Außenrahmen (2) befestigt ist.
  3. Vibrator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Gleichlaufzylinder (8) über die Steuerung (9) wechselweise derart angetrieben ist, daß seine Kolbenstange (8e, f) bezüglich des Tragrahmens (6) entweder eine Ausfahrbewegung in Richtung auf das Halteelement (3) oder in dazu entgegengesetzter Richtung ausführt.
  4. Vibrator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (9) einen mit einstellbarer Drehzahl umlaufenden Steuerrotor (10) mit zwei Rotationsschiebem (11, 12) aufweist, über welche jeweils die sich gegenüberliegenden Kolbenflächen jedes Gleichlaufzylinders (8) - abhängig von der Drehstellung des Steuerrotors (10) - wechselweise einerseits mittels einer Tankleitung (20) druckentlastet bzw. andererseits mittels einer Druckleitung (19) mit Arbeitsdruck beaufschlagt sind.
  5. Vibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearantriebseinheit (7) zumindest ein Paar Differentialzylinder (30, 31) aufweist, deren Kolbenstange (30c bzw. 31c) entweder auf der dem Halteelement (3) zugewandten Seite oder auf der davon abgewandten Seite an dem Außenrahmen (2) befestigt ist, wobei unter Einwirkung der Steuerung (9) wechselweise jeweils nur einer der beiden Differentialzylinder (30, 31) jedes Paares im Sinne einer Ausfahrbewegung seiner Kolbenstange (30c bzw. 31c) bezüglich des Tragrahmens (2) angetrieben ist, während die Kolbenstange des zugehörigen anderen Differentialzylinders antriebslos mit bewegt wird.
  6. Vibrator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (9) einen mit einstellbarer Drehzahl umlaufenden Steuerrotor (10) mit zwei Rotationsschiebem (11,12) aufweist, über welche die sich gegenüberliegenden Kolbenflächen jedes Differentialzylinder-Paares (30, 31) - abhängig von der Drehstellung des Steuerrotors (10) - wechselweise entweder mittels einer Tankleitung (20) druckentlastet oder mittels einer Druckleitung (19) mit Arbeitsdruck beaufschlagt sind.
  7. Vibrator nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tankleitung (20) und die Druckleitung (19) als Dämpfung jeweils einen dazu parallel geschalteten Druckspeicher (22 bzw. 21) aufweisen.
  8. Vibrator nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerrotor (10) nebst Drehantrieb (25) und die Rotationsschieber (11, 12) Bestandteil des Tragrahmens (6) sind.
  9. Vibrator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb als Hydraulikmotor (25) ausgebildet und mittels einer Hydraulikpumpe (27) mit einstellbarer Fördermenge angetrieben ist.
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