EP1724399B1 - Hydraulische Steuereinheit für ein Ramm- oder Ziehgerät - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine hydraulische Steuereinheit für ein Ramm- oder Ziehgerät mit einem eine Unwuchtverstellung und eine Spannvorrichtung aufweisenden Vibrator. Eine solche Steuereinheit wird in DE-A-196 31 992 beschrieben.
• Um Pfähle, Elemente von Spundwänden öder ähnliches in das Erdreich einzutreiben, werden so genannte Vibratoren verwendet, mittels derer der einzutreibende Rammkörper in Schwingungen versetzt wird, durch die die Reibkraft des Rammkörpers im Erdreich herabgesetzt wird, so dass der Rammkörper durch sein eigenes Gewicht und zusätzlich auf ihn ausgeübte Kraft schwingungsunterstützt in das Erdreich eingetrieben wird. Umgekehrt lassen sich solche Rammkörper auch unter Zugbelastung durch Schwingungsübertragung leichter aus dem Erdreich herausziehen. Die Erzeugung der Vibrationen erfolgt durch Unwuchtmassen, die motorisch angetrieben werden.
• Es ist bekannt, dass beim Anlaufen und Auslaufen des Vibrators niedrige Frequenzen durchfahren werden, die im Bereich der Resonanzfrequenz des Erdbodens sowie umstehender Gebäude liegt, so dass Bauwerksbeschädigungen nicht auszuschließen sind. Ist die relativ niedrige Resonanzfrequenz beim Anlaufen überschritten, ist das Arbeiten mit Schwingungen bis 50 Hz problemlos möglich. Entsprechendes gilt bei Unterschreiten der Resonanzfrequenz. Um hier Abhilfe zu leisten, sind bereits Vibratoren mit variablem statischem Moment vorgeschlagen worden. Hierbei werden mindestens zwei (2) Unwuchtpaare so gegeneinander verschwenkt, dass sie sich in einer Stellung in vertikaler Richtung addieren und bei Verdrehung um 180 ° zueinander aufheben, so das ein resonanzfreier An- und Auslauf möglich ist.
• Größere Vibratoren werden von einem separaten Hydraulik-Aggregat angetrieben während so genannte Baggeranbau-Vibratoren als Anbaugeräte anstelle des Löffels an einen Bagger angeschlossen werden. Die hierdurch frei gewordenen hydraulischen Zuleitungen für die Funktionen "Löffel Kippen" und "Greifer Drehen" des Baggers werden zum Betrieb der Vibratoren genutzt. Bei der nach dem Stand der Technik bekannten Ausführungsform wird der Vibrator mit 5 Hydraulikschläuchen an den Bagger angeschlossen. Das Schlauchpaar für die vormalige Funktion "Löffel Kippen" dient dem Antrieb des Vibrators, wobei ein am Vibrator angebrachter Steuerblock sicherstellt, dass vor Anlaufen des Hydraulikmotors die Spannvorrichtung (Spannzange) schließt und erst bei erreichtem Spanndruck den Ölfluss zum Hydraulikmotor freigibt, wodurch der Vibrator angetrieben wird (Sicherheitsschaltung). Über ein zweites Schlauchpaar für die vormalige Funktion "Greifer Drehen" erfolgt die Verstellung der Unwuchten, mit der ein resonanzfreies Anlaufen und Auslaufen gewährleistet wird. Der 5. Hydraulikschlauch dient der Abfuhr von Lecköl. Mindestens die gleiche Anzahl an Hydraulikschläuchen und -anschlüsse müssen auch vom Hydraulikaggregat zum Vibrator verlegt werden.
• Die neuen Funktionen "Spannvorrichtung Schließen und Antreiben des Vibrators" sowie "Verstellen der Unwuchten zueinander" werden mit entsprechenden Bedienhebeln in der Kabine des Baggers unabhängig von einander bedient. Bei Hydraulikaggregaten zur Bedienung von Vibratoren werden die Funktionen Spannvorrichtung schließen, Antreiben des Vibrators und Verstellen der Unwucht in der Regel getrennt bedient.
• Es können auch andere Hydraulikfunktionen des Baggers für den Betrieb des Vibrators genutzt werden. Anstelle einer hydraulischen Verstellung der Unwuchten vom Bagger aus ist auch eine elektrische Ansteuerung denkbar, wozu dann anstelle der Hydraulikschläuche ein Elektrokabel vom Bagger zum Vibrator benötigt wird.
• Nachteile dieser Anordnung bestehen zum einen in der Gefahr der Verwechslung von Schläuchen beim Anschluss der Vibratoren, da nicht immer geschultes Personal auf den Baustellen diese Aufgabe durchführt.
  Weiterhin können Fehler bei der Bedienung auftreten, z.B. derart, dass zuerst die Unwuchten ausgeschwenkt werden bevor der Vibrator auf seine Nennfrequenz hochgefahren wird. Vorstellbar ist auch, dass nach dem Hochfahren des Vibrators auf Nennfrequenz ein Ausschwenken der Unwuchten aus Unkenntnis über die Bedienung unterbleibt.
  Ein gravierender Nachteil besteht darin, dass die zweite erforderliche Funktion, "Greifer Drehen" nicht standardmäßig an jedem Bagger vorhanden ist, so dass diese vom Betrieb eines variablen Vibrators ausgeschlossen sind, bzw. diese Funktion aufwändig nachgerüstet werden muss. Einfache Hydraulikaggregate, die nicht speziell für den Betrieb von variablen Vibratoren konzipiert sind, verfügen nicht über mehrere Kreisläufe zur Bedienung aller Funktionen, so dass sie ebenfalls nicht zum Einsatz kommen können.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit eine hydraulische Steuereinheit am Vibrator zu schaffen, die die Anzahl der Hydraulikölanschlüsse verringert, die Bedienung vereinfacht und nur eine Standardfunktion eines Baggers oder Hydraulikaggregates benötigt.
• Diese Aufgabe wird durch die hydraulische Steuereinheit nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist eine Ventilanordnung vorgesehen, durch die bei Betätigung eines Bedienhebels aus seiner Nulllage in der Baggerkabine oder am Hydraulikaggregat vor dem Einschalten des Vibrators die Spannvorrichtung geöffnet und die Unwuchtverstellung zu einer Nullamplitude eingestellt wird. Hiermit wird sichergestellt, dass der Vibrator schwingungsfrei anläuft. Anschließend wird durch Betätigung des Bedienhebels in die andere Richtung über die Nulllage hinaus die Spannvorrichtung geschlossen und nach Erreichen des maximalen Schließdruckes der Spannvorrichtung der Fluss des Hydraulikmittels zum Hydromotor freigegeben. Gleichzeitig wird ein Teil des Hydraulikmittels über ein Drosselventil geleitet und verstellt zeitverzögert (nach Durchfahren der Resonanzfrequenz) die Unwuchten auf maximale Amplitude und damit maximale Fliehkraft. Die Geschwindigkeit der Unwuchtverstellung wird durch den vorhandenen Durchflussquerschnitt der Drossel bestimmt. Gleichzeitig wird ein Federspeicherelement vorgespannt. Dies kann z.B. ein Hydrospeicher sein.
• Durch Zurückschwenken des Bedienhebels in die Nulllage läuft der Vibrator aus. Das Federspeicherelement gibt seine Energie an die Verstelleinrichtung zur Zurückstellung der Unwuchten ab, so dass diese vor Durchlaufen der Resonanzfrequenz auf ihre fliehkraftfreie Position verstellt werden. Durch Betätigen des Bedienhebels in die erste Richtung wird die Spannzange geöffnet, womit ein Arbeitszyklus beendet ist.
• Vorzugsweise besitzt die vorgenannte hydraulische Steuereinheit drei Anschlussleitungen, die an drei vorhandene Hydraulikanschlüsse eines Hydraulikaggregates, eines Baggers oder eines Mäklers angeschlossen werden.
• Nach einer Weiterbildung der Erfindung besitzt das Drosselventil einen einstellbaren Durchflussquerschnitt.
• Weitere Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung erörtert, die einen vereinfachten Schaltplan einer bevorzugten Ausführung mit einem Hydrospeicher wiedergibt.
• In diesem Schaltplan sind blockweise die Spannvorrichtung 10, der Vibrator 11 mit einer Unwuchtverstellung 12 und dem Unwuchtantriebsmotor, dem Hydromotor 13 dargestellt. Bei den nach dem Stand der Technik bekannten Ausführungsformen ist lediglich ein Vibrator-Steuerblock 1 vorgesehen, der vor dem Anlaufen des Hydraulikmotors bereits die Spannzange der vorhandenen Spannvorrichtung 10 schließt und erst bei erreichtem Spanndruck den Ölfluss zum Hydraulikmotor freigibt. Bisher mussten bei Vibratoren mit verstellbaren Unwuchten über hydraulische oder elektrische Signalleitungen Unwuchtverstellungen separat vorgenommen werden. Der in der Zeichnung dargestellte Steuerblock 2 kann nunmehr erfindungsgemäß ohne zusätzliche Verbindungsleitungen zum Bagger die Unwuchtverstellung beim Ein- und Ausschalten des Vibrators vornehmen.
• Wird das Baggerventil 8 in seine rechte Schaltstellung geschoben, gelangt Drucköl über die Leitung 20, 21, dem Steuerblock 1 und der Leitung 22 zum Spannzylinder 14 und öffnet die Klemmvorrichtung. Gleichzeitig gelangt Drucköl über die Leitung 24 zum Verstellgetriebe, welches in Richtung Null-Amplitude verschwenkt wird. Das kolbenstangenseitig verdrängte Öl des Spannzylinders wird über die Leitung 25, den Steuerblock 1, die Leitungen 26 und 27 dem Tank des Hydraulikbaggers zugeführt. Das verdrängte Ölvolumen des Verstellgetriebes wird über die Leitung 28, das entsperrbare Rückschlagventil 15 und der Leckölleitung 29 und 30 ebenfalls dem Tank des Baggers zugeführt. Wird das Ventil 8 in seine linke Schaltstellung geschoben, wird Drucköl über die Leitungen 20, 26, dem Steuerblock 1 und der Leitung 25 dem Spannzylinder 14 zugeführt, der das Rammgut klemmt. Bei Erreichen eines bestimmten Klemmdruckes gibt der Steuerblock 1 Drucköl über die Leitung 31 zum Hydraulikmotor 13 frei, so dass dieser anläuft. Zeitverzögert wird über die Leitung 32, die Drossel 17 und die Leitung 28 das Verstellgetriebe in Richtung maximaler Amplitude ausgeschwenkt. Über das Rückschlagventil 18 wird gleichzeitig ein Hydrospeicher 19 mit Drucköl aufgefüllt. Das verdrängte Ölvolumen im Verstellgetriebe wird über die Leitung 33, das entsperrbare Rückschlagventil 50, die Leitung 24, 21 und 27 dem Tank des Baggers zugeführt. Das verdrängte Ölvolumen des Klemmzylinders wird über die Leitung 22, 21 und 27 ebenfalls dem Tank zugeführt. Das verdrängte Volumen des Antriebsmotors wird über die Leitung 34, dem Steuerblock 1, die Leitung 21 und 27 dem Tank zugeführt. Der Kolben des Stellventils 52 wird auf seinen Flächen 53 und 54 mit Drucköl beaufschlagt. Da die Fläche 53 größer ist als die Ringfläche 54 bleibt das Ventil in dieser Stellung stehen, so dass kein Drucköl über die Leitung 35 und 36 in die Rücklaufleitung des Verstellgetriebes fließen kann. Wird das Ventil 8 in Mittelstellung gebracht, sind die beiden Leitungen 21 und 26 drucklos. Durch die Trägheit der nicht dargestellten Antriebswellen und ihrer Unwuchtmassen läuft der Motor 13 weiter und schiebt Öl mit geringem Druck über die Leitung 34, den Steuerblock 1 und die Leitung 31 im Kreis. Durch die Reibungsverluste läuft er hierbei langsam über der Zeit aus bis zum Stillstand. Der gleich geringe Druck stellt sich an der Fläche 53 des Stellventils 52 ein, während auf der Ringfläche der wesentlich höhere Druck des aufgeladenen Speichers anliegt. Dadurch verschiebt sich der Kolben 54 nach links und gibt den Verschluss 55 frei, so dass nun Drucköl aus dem Hydrospeicher 19 über die Leitung 35, 36 und 33 zum Verstellgetriebe fließt und dieses in Nullstellung bringt. Das verdrängte Öl des Verstellgetriebes wird über die Leitung 28, das entsperrbare Rückschlagventil 15, die Leitung 29 und 30 wiederum dem Tank des Baggers zugeführt. Die Verstellung der Unwuchten gegen Null erfolgt zeitlich schneller als dass der Hydromotor 13 beim Auslaufen die Resonanzfrequenz erreicht. Nach Stillstand des Motors 13 wird durch Verschieben des Baggerventils 8 in seine rechte Schaltstellung die Spannvorrichtung 10 geöffnet womit ein Arbeitszyklus beendet ist.

Claims (7)

1. Hydraulische Steuereinheit für ein Ramm- oder Ziehgerät mit einem eine Unwuchtverstellung und eine Spannvorrichtung (10) aufweisenden Vibrator (11)
   gekennzeichnet durch
   eine Ventilanordnung, durch die bei Betätigung eines Bedienhebels aus seiner Nulllage vor dem Einschalten des Vibrators (11) die Spannvorrichtung (10) geöffnet und die Unwuchtverstellung (12) zu einer Nullamplitude eingestellt wird, anschließend durch Betätigung des Bedienhebels in die andere Richtung die Spannvorrichtung (10) geschlossen wird und nach Erreichen des maximalen Schließdruckes der Fluss des Hydraulikmittels zum Hydromotor (13) freigegeben wird und gleichzeitig ein Teil des Hydraulikmittels über eine Drossel (17) zu der Unwuchtverstellung geleitet wird, wodurch zeitverzögert die Unwuchten auf maximale Amplitude verstellt werden, und gleichzeitig ein Federspeicherelement aufgeladen wird, und wobei bei einem Zurückschwenken des Pedienhebels in die Nulllage der Vibrator (11) ausläuft, wobei die Energie des aufgeladenen Federspeicherelements zu der Verstelleinrichtung der Unwuchten geleitet wird, so dass diese vor dem Durchlaufen der Resonanzfrequenz auf ihre fliehkraftfreie Position verstellt werden.
2. Hydraulische Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vibrator mit drei Hydraulikleitungen (21,26,30) eines Hydraulikaggregates, eines Baggers oder Mäklers das Ramm- und Ziehgerät verbunden wird.
3. Hydraulische Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerblock (1) zur Betätigung der Spannvorrichtung (10) und des Vibrators (11) mit einem Steuerblock (2) für die Unwuchtverstellung (12) verbunden ist.
4. Hydraulische Steuereinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerblock (2) für eine Unwuchtverstellung (12) eine Drossel (17) und ein Stellventil (52) aufweist.
5. Hydraulische Steuereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Federspeicherelement ein hydraulischer Druckspeicher ist.
6. Hydraulische Steuereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drossel (17) einen einstellbaren Durchflussquerschnitt besitzt.
7. Hydraulische Steuereinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionen des Steuerblocks (1) und des Steuerblocks (2) in einem Gehäuse zusammengefasst werden.

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