Verfahren zum Betrieb von hydraulischen Freifall-Ramm-hämmern und Steuervorrichtung dazu

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb von hydraulischen Freifall-Rammhämmern, bei denen eine mit einer Kolbenstange eines Hydraulikzylinders verbundene Masse durch einen umsteuerbaren Hydraulikzylinder mit von einem Kolben getrennten Druckräumen, die zur Erzeugung der Hubbewegung an einem Druckmittelzufluß bzw. einem Druckmittelrückfluß angeschlossen werden, abwechselnd Hub- und Fallbewegungen ausführt und wobei während der Fallbewegung eine direkte Verbindung der beiden Druckräume zur Erzeugung der Fallbewegung hergestellt wird.

[0002] Außerdem betrifft die Erfindung eine Antriebs- und Steuervorrichtung zum Betreiben von hydraulischen Freifall-Rammhämmern mit einer Masse, die mit einem Hydraulikzylinder über eine Kolbenstange beweglich gekoppelt ist, die ihrerseits mit einem im Hydraulikzylinder angeordneten Kolben verbunden ist, der den Zylinder in zwei Räume teilt, wobei der erste Druckraum des Hydraulikzylinders zum Anheben der Masse eine Verbindung mit einer Druckmittelversorgung und der zweite Druckraum eine Verbindung mit einem Druckmittelrücklauf aufweisen und wobei die beiden Druckräume außerdem eine durch ein Ventil schaltbare direkte Verbindung aufweisen.

[0003] Freifall Rammhämmer sind als druckluft- und dampfbetriebene Geräte oder als Diesel-Rammhämmer bekannt. Weniger bekannt sich hydraulisch angetriebene Freifall-Rammhämmer, die erst in jüngster Zeit zur Anwendung kommen und daher eine noch nicht so große Verbreitung haben.

[0004] Allen gemeinsam ist, daß ihr Fallgewicht zum Rammschlag durch das jeweilig benutzte, zuvor unter Druck gesetzte und dann einem Hubarbeitsraum zugeführte Medium gehoben und anschließend fallengelassen wird. Während der Fallphase wird das benutzte Medium durch das Fallgewicht aus einen inzwischen geöffneten Auslaß aus dem Hubarbeitsraum verdrängt. Es muß dabei Verdrängungsarbeit geleistet werden. Diese Verdrängungsarbeit mindert die Fallgeschwindigkeit des frei herabfallenden Fallgewichts in dem Umfang, wie sich das Medium mehr oder minder leicht ausschieben läßt.

[0005] Während Luft, Dampf und Diesel-Explosionsgase sich weitgehend verlustfrei ausschieben lassen, insbesondere, weil die mit diesen Medien betriebenen Geräte mit freiem Austritt in die Umgebung arbeiten, sind diese Verluste bei hydraulisch betriebenen Rammhämmern beträchtlich höher, weil bei ihnen das Medium einem Sammelbehälter zur Wiederverwendung während des nächsten Arbeitszyklus zugeführt wird.

[0006] Aus der Druckschrift DE-PS 29 17 600 ist ein gattungsgleicher Freifall-Rammhammer bekannt, dessen Fallmasse mit mindestens einem umsteuerbaren, hydraulischen Hubzylinder gekuppelt ist, der mit einem druckempfindlichen Umsteuerventil verbunden ist, über das bei fallender Masse die Anschlüsse an den Enden des Hubzylinders direkt miteinander verbunden sind, und bei dem ein Zeitgeber vorgesehen ist, der während jeder Arbeitsperiode die Dauer des Betriebsdruckes und damit den Hub der Masse bemißt, und bei dem als Umsteuerventil ein Dreiweg-Umsteuerventil vorgesehen ist, über das das Druckmittel zum Heben der Masse zu einem unteren Anschluß des Hubzylinders gelangt, und welches die Druckmittelzuleitung absperrt und die Anschlüsse an den Enden des Hubzylinders direkt miteinander verbindet, wenn der Druck im Hubzylinder unter dem Hubkolben denjenigen in der von der Druckmittelpumpe getrennten Zuleitung übersteigt, daß jeder Hubzylinder eine durchgehende Kolbenstange aufweist, derart, daß bei fallender Masse die vom Hubkolben verdrängte Flüssigkeitsmenge der vom Hubkolben angesaugten Flüssigkeitsmenge entspricht.

[0007] Nachteilig an der bekannten Betriebsweise ist, daß sie Zylinder mit durchgehender Kolbenstange erfordert und darüber hinaus keinen Ausgleich der trotz allem noch auftretenden Strömungsverluste ermöglicht. Infolge der einstückigen durchgehenden Kolbenstange bauen derartig betriebene Geräte länger und benötigen deshalb auch längere Führungen, die den Bauaufwand und damit auch die Baukosten nachteilig erhöhen.

[0008] Aus der JP-A-59 114 323 (patent abstract of Japan, Band 8, Nr. 234, (M-334)(1671), 26. Oktober 1984) ist ein gattungsgleiches Betriebsverfahren und eine Vorrichtung bekannt, die als Mittel zum Volumenausgleich der beiden Druckräume des Hydraulikzylinders einen Hydraulikspeicher aufweist. Dieser Speicher wird bis zu einem Druck vorgespannt, der von einem Ventil bestimmt wird, das in einer zusätzlichen Rücklaufleitung liegt.

[0009] Nachteilig an dieser vorbekannten Konstruktion ist, daß das Öl, sobald es den zur Füllung des Hydraulikspeichers erforderlichen Druck erreicht hat, über ein Überdruckventil abgelassen wird, wobei zusätzliche Energieverluste entstehen. Außerdem ist die Vorrichtung nicht dazu ausgelegt, das Fallgewicht zusätzlich zu beschleunigen.

[0010] Ein weiterer prinzipieller Nachteil des Volumenausgleichs mittels Hydraulikspeicher ist, daß ein stabiles Betreiben der Vorrichtung bei variablen Hubhöhen des Schlaggewichts nicht möglich ist, da sich der Hydraulikspeicher bei unterschiedlichen Hubhöhen auch unterschiedlich befüllt. Außerdem sind die Verluste im Betrieb sehr abhängig von der Viskosität des Öls. Bei gleicher Druckeinstellung des Überdruckventils hängt der Ölinhalt des Hydraulikspeichers nachteilig stark von der Temperatur der darin enthaltenen Gasblase ab, weil das Gas bei gleichem Druck aber unterschiedlicher Temperatur ein verändertes Volumen einnimmt. Auch dies verhindert ein stabiles Betreiben der Vorrichtung.

[0011] Zur Milderung der Probleme ist in Abänderung des Arbeitsverfahrens z.B. versucht worden, das Fallgewicht durch eine externe hydraulisch angetriebene Hubvorrichtung zu heben und diese während der Fallphase vom Fallgewicht mechanisch abzukoppeln, damit es frei und unbeeinträchtigt von Widerständen fallen kann.

[0012] Diese Geräte bauen jedoch ebenfalls aufwendiger und haben zum Teil auch Probleme an den nur losen oder zum Heben des Fallgewichts schnell und fest zu koppelnden Kontaktstellen. Sofern mehr als ein Huborgan wegen des symmetrischen Kraftangriffs erforderlich ist, können sich bei Dauerbetrieb auch Gleichlaufprobleme mit diesen externen Hubvorrichtungen ergeben.

[0013] Infolge der noch beträchtlichen Verluste gelingt es auch nicht, eine für jeden Betriebszustand befriedigende Kompensation der Verluste durch eine zusätzlich zur Erdbeschleunigung auf das Fallgewicht wirkende nach unten gerichtete Beschleunigungskraft aufzubringen. Eine solche Beschleunigungskraft benötigt nämlich eine ausreichende Gerätemasse, um sich daran abstützen zu können.

[0014] Nun ist es aber der Vorteil der Freifallgeräte, daß sie nur geringe Gerätegewichte wegen der relativ leichten Führungs- und Halterungsteile für das auf- und niederbewegte Fallgewicht haben, so daß die benötigte Kompensationswirkung aus Gewichtsgründen für die so verschiedenen und auch häufig sehr hohen Druckmittel-Ausschubwiderstände nicht immer gegeben ist, es sei denn, das Gerätegewicht wird hierzu künstlich erhöht, was unwirtschaftlich ist.

[0015] Die aufgezeigten Probleme haben es bisher verhindert, daß sich auch die in ihrer Bauweise relativ einfachen Freifall-Hydraulik-Rammhämmer in der Weise durchgesetzt haben, wie die mit gasförmigen Medien betriebenen. Sie haben bisher auch verhindert, daß sich das umweltfreundliche im geschlossenen Kreislauf arbeitende hydraulische Arbeitsprinzip gegenüber den anderen Arbeitsprinzipien, die ihr verschmutztes Arbeitsmedium frei in die Umgebung entlassen, durchgesetzt hat.

[0016] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb von hydraulischen Freifall-Rammhämmern und eine Antriebs- und Steuervorrichtung anzugeben, die die Verluste in der freien Fallphase des Schlaggewichts möglichst gering hält. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, in der freien Fallphase das Schlaggewicht zusätzlich zu beschleunigen.

[0017] Die Verfahrensaufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

[0018] Dadurch, daß für die Fallbewegung die Druckräume des Zylinders sowohl vom Druckmittelzufluß als auch vom Druckmittelrückfluß getrennt werden, können die Leitungswiderstände der Druckmittelzufluß bzw. - rücklußleitungen kaum noch Einfluß auf die Widerstände während der Fallbewegung ausüben. Weil darüber hinaus auch ein Ausgleich der Volumina erfolgt, die aus bzw. in die beiden vom Kolben getrennten Druckmittelräume des Zylinders fließen, wird der Konstrukteur von der Notwendigkeit befreit, Zylinder mit durchgehender Kolbenstange einzusetzen. Dadurch ist die Vorrichtung unaufwendiger zu fertigen und leichter zu handhaben.

[0019] Darüber hinaus können durch geeignete Beaufschlagung der Kolbenoberseite mit einer Federkraft noch verbliebene Wirkverluste kompensiert werden.

[0020] Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind durch die Merkmale der Unteransprüche 2 bis 6 beschrieben.

[0021] Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Merkmale des Anspruchs 7 auf.

[0022] Die vollständige Trennung der Druckräume von der Druckmittelversorgung während der Fallphase ergibt vorteilhaft konstante Wirkverluste, die durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Mittel besonders gut reproduzierbar ausgegleichen werden können.

[0023] Es ist somit dafür gesorgt, daß während der Fallphase, in der das Fallgewicht bis zum Aufschlag immer schneller werdend fällt, keine großen Verluste in langen Rückführungsleitungen entstehen, die, weil sie in der zunehmenden Geschwindigkeit des Fallgewichts quadratisch wachsen, sehr nachteilig wirken, sondern sich nur berechenbare und alle Arbeitseinsätze praktisch in gleicher Höhe kontinuierlich wiederkehrende kleine Verluste ergeben.

[0024] Die Ansprüche 8 bis 16 beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung.

[0025] Dadurch, daß als Mittel zum Volumenausgleich eine bewegliche Stange vorgesehen ist, kann ihre jeweilige Lage mittels geeigneter Sensoren abgetastet und besonders vorteilhaft als Referenz zum Umsteuern der Bewegungsvorgänge genutzt werden.

[0026] Die doppelwandige Ausführung des Hubzylinders mit den direkt daran angeordneten Mitteln zum Volumenausgleich und dem Ventil zum Trennen von der Druckmittelversorgung erlaubt eine besonders kompakte, kurze und robuste Bauweise der Rammvorrichtung, die sich vorteilhaft auf die Betriebssicherheit und Handhabung des Gerätes auswirkt.

[0027] In den Figuren ist die Erfindung beispielsweise dargestellt:

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Hubvorrichtung mit Antriebs- und Steuerschema in der Hubphase,

Fig. 2 zeigt eine Darstellung wie Fig. 1, jedoch in einer veränderten Ausführungsform,

Fig. 3 zeigt den oberen Teil der Hubvorrichtung wie Fig. 2, jedoch in einer weiteren veränderten Ausführungsform,

[0028] In Fig. 1 befindet sich ein Hydraulikzylinder 1, dessen Kolben 2 über Kolbenstange 3 mit einem Fallgewicht 4 verbunden ist, das hier wegen der mannigfach möglichen Ausführungsformen ohne sein erforderliches Führungsgestell bzw. -gehäuse zum Auf- und Niedergleiten dargestellt ist.

[0029] Auf dem Kolben 2 befindet sich eine auf diesem lose aufgesetzte Ausgleichsstange 5, die einen größeren Durchmesser als die Kolbenstange 3 aufweist. Die Ausgleichsstange 5 erstreckt sich über den Zylinder 1 nach oben und wird dort in einem auf dem Zylinder 1 befindlichen Schutzrohr 6 geführt.

[0030] Das Schaltventil 7 verbindet den Zylinderraum 8 oberhalb des Kolbens 2 über die Leitung 9 und die Rücklaufleitung 10 mit dem Druckmittelsammelbehälter 11.

[0031] Der Zylinderraum 12 unterhalb des Kolbens 2 ist während dieser Phase über die Bohrung 13, den Ringraum 14 des Zylinders 1, die Leitung 15, das Schaltventil 7 und die Zulaufleitung 16 mit der Druckmittelpumpe 17 verbunden.

[0032] Der von der Druckmittelpumpe 17 erzeugte Druckmittelstrom kann somit unter den Kolben 2 gelangen und diesen mit der Kolbenstange 3 und dem Fallgewicht 4 anheben. Das im Zylinderraum 8 befindliche Druckmittel wird zur gleichen Zeit vom Kolben 2 zum Druckmittelsammelbehälter 11 ausgeschoben. Der hydropneumatische Speicher 18 hat dabei durch vorübergehende Aufnahme von ausgeschobenem Druckmittel die Aufgabe, den Druckmittelsammelbehälter 11 zurückfließenden Druckmittelstrom, dessen Geschwindigkeit anfangs gering und am Hubende größer ist, zu glätten, damit stets etwa gleiche Rückströmungsverhältnisse herrschen.

[0033] Die am Führungsgestell bzw. Hammergehäuse angebrachten Sensoren 19 werden im Verlauf der Aufwärtsbewegung von der Steuerkante 20 des Fallgewichts 4 passiert. Je nach Wahl des oberen Sensors 19 entsprechend der gewünschten Hubhöhe, spricht der entsprechende Sensor 19 das Elektromagnet-Vorsteuerventil 21 an, das dann wiederum über die Leitungen 22 und 23 einem Druckmittelzu- bzw. -abfluß zum bzw. vom Stellzylinder 24 bewirkt, wodurch das Schaltventil 7 in seine andere Schaltstellung umgesteuert und die Bewegungsumkehr der Teile 2, 3, 4 und 5 nach unten eingeleitet wird.

[0034] In Fig. 3 ist die vollzogene Umschaltung des Schaltventils 7 dargestellt. Der Zylinderraum 12 unter dem Kolben 2 ist nunmehr über die Bohrungen 13, den Ringraum 14, die Leitung 15, das Schaltventil 7 und die Leitung 9 mit dem Zylinderraum 8 oberhalb des Kolbens 2 verbunden.

[0035] Hierdurch verliert das unter dem Kolben 2 befindliche Druckmittel seine den Kolben stützende aufwärts gerichtete Wirkung. Es kann über die zuvor beschriebene neu hergestellte Verbindung in den Zylinderraum 8 entweichen. Das Fallgewicht 4 fällt herab. Es wird dabei nur durch den Widerstand behindert, der sich in den kurzen Leitungsstrecken 13, 14, 15, 7 und 9 ergibt. Da die Durchflußquerschnitte dieser Strecken konstruktiv großzügig bemessen sind, wird das Fallgewicht 4 in seiner Fallbewegung kaum behindert.

[0036] Während der Fallphase ist der von der Druckmittelpumpe 17 erzeugte Druckmittelstrom vom Arbeitsgeschehen im Hydraulikzylinder 1 durch das Schaltventil 7 abgesperrt. Es wird über die Zulaufleitung 16 in den hydro-pneumatischen Speicher 25 geleitet, wodurch sich dessen und der Druck in Zulaufleitung 16 erhöht, weil das im Speicher 25 befindliche gespannte Gasvolumen durch die Druckmittelzufuhr weiter komprimiert wird.

[0037] Für den Beginn des nächsten Arbeitsspieles steht die im Speicher 25 gespeicherte Energie im Hub des Fallgewicht 4 dann zusätzlich beschleunigend zur Verfügung.

[0038] In Fig. 2 sind die Sensoren 19 am Schutzrohr 6 angebracht. Sie werden im Verlaufe der Aufwärtsbewegung von der Steuerkante 26 der Ausgleichsstange 5 passiert und bewirken je nach Wahl eines oberen Sensors 19 entsprechend der gewünschten Hubhöhe die Bewegungsumkehr der Teile 2, 3, 4 und 5 nach unten, wie unter Fig. 1 beschrieben, bzw. im Verlauf der Abwärtsbewegung beim Passieren der Steuerkante 26, eines vorbestimmten unteren Sensors 19 die Bewegungsumkehr der Teile 2, 3, 4 und 5 nach oben.

[0039] Die Ausgleichsstange 5 ist mit dem Volumenausgleichskolben 27a in einem Schutzrohr 28a geführt. Der Volumenausgleichskolben 27a ist kürzer sowie mit größerem Querschnitt ausgeführt und hat daher nur einen geringeren Hub als der Kolben 2. Er wird an der Kontaktstelle 29a vom Kolben 2 beim Aufwärtslauf erfaßt und nach oben mitgenommen.

[0040] Sobald die Abwärtsbewegung beginnt, trennen sich die Kolben 2 und 27a, weil wegen des im Vergleich zur Kolbenstange 3 größeren Durchmessers des Volumenausgleichskolbens 27a die Ringfläche im Zylinderraum 8 kleiner ist und die aus dem Raum 12 dem Zylinderraum 8 zuströmende Menge sonst nicht voll aufgenommen werden kann. Der Volumenausgleichskolben 27a muß daher wegen der dennoch aufzunehmenden vollen Menge entgegen der Wirkung der auf ihm lastenden Kraft der Feder 30a gegenüber dem Kolben 2 im Abwärtslauf zurückbleiben, d.h., er kann ihm nur verzögert folgen,

[0041] Sobald sich jedoch der Volumenausgleichskolben 27a mit seiner Schulter 31 auf dem Boden des Schutzrohres 28a absetzt, wird bei weiterem Abwärtslauf im Zylinderraum 8 die volle Kolbenfläche des Kolbens 2 frei und die aus dem Raum 12 verdrängte Menge reicht wegen der nunmehr gegenüber dieser Fläche kleineren Ringfläche nicht mehr aus, den Raum 8 zu füllen. Bei idealer Dimension setzt sich die Schulter 31 daher gerade zu dem Zeitpunkt auf, wenn auch der Kolben 2 in seiner tiefsten Stellung am Ende seiner Abwärtsbewegung ist.

[0042] Da diese Stellung jedoch nicht genau definiert ist, weil je nach Nachgiebigkeit des zu rammenden Materials nach dem Rammschlag noch ein unterschiedlicher Überlauf des Fallgewichts 4, und damit auch des mit ihm verbundenen Kolbens 2 nach unten erfolgen kann, ermöglicht das Rückschlagventil 32 (Fig. 1) ein Nachsaugen von kleinen Fehlmengen aus dem hydropneumatischen Speicher 18 über die Leitungen 10, 33, 34 und 9, wie auch das Rückschlagventil 35 (Fig. 1) das Ausschieben gewisser Überschußmengen über die Leitungen 9, 33 und 10 entweder in den Speicher 18 oder bei entsprechender Druckkraft über das vorgespannte Rückschlagventil 36 (Fig. 1) zum Druckmittelbehälter 11 gestattet.

[0043] Die Vorspannkraft des Rückschlagventils 36 (Fig. 1) ist dabei so gewählt, daß sie in jedem Falle größer ist als die max. Wirkungskraft der Feder 30 sowie der Rückschlagventile 32 und 35 (Fig. 1).

[0044] Die durch diese Lösung zu erzielende verkürzte Bauweise ist besonders bei langhubigen Rammgeräten von Vorteil, weil sie Anwendungsvorteile hat. So kann z.B. beim Arbeiten mit dem Rammgerät am Mäkler die erforderliche Führungslänge für das Gerät kürzer gehalten werden, was Mäklerlänge und Gewicht spart, so daß u.U. ein kleineres und billigeres Trägergerät verwendet werden kann oder bei gleicher Ausrüstung und Mäklerlänge können um das Verkürzungsmaß des Geräts entsprechend längere Rammpfähle am Mäkler geführt werden.

[0045] Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 hat einen Volumenausgleichskolben 27a, der im Unterschied zu dem Kolben 27 in Fig. 1 nicht unter der Wirkung einer Federkraft, sondern in einem geschlossenen Zylinder 28a unter der Wirkung eines vorgespannten Gaspolsters 30a steht. Mit dieser Ausführung wird bei entsprechender Vorspannung die gleiche Wirkung erzielt wie mit dem unter Federkraft stehenden Volumenausgleichskolben 27 in Fig. 1.

[0046] Bei höherer Vorspannung muß der Kolben 2 bei seiner Aufwärtsbewegung eine entsprechend größere Kraft überwinden, d.h. eine größere Verdrängungsarbeit leisten, die im Gaspolster durch Druckerhöhung gespeichert wird.

[0047] In der Leitung 9 ist im Unterschied zu Fig. 1 ein Kolbenspeicher 37 vorgesehen, dessen Kolben 38 in der Wirkung der Feder 39 oder eines vorgespannten Gaspolsters nach unten gedrückt wird, jedoch unter einer geringeren Vorspannkraft als der Volumenausgleichskolben 27a.

[0048] Sobald der Abwärtslauf des Kolbens beginnt, fällt wie unter Fig. 1 beschrieben, eine Druckmittel-Überschußmenge an. Im Gegensatz zu Fig. 1 wird hier jedoch dieser Überschuß nicht durch Vergrößerung des Zylinderraumes 8 infolge Abhebens des Volumenausgleichskolbens 27a aufgenommen sondern durch Aufnahme im Kolbenspeicher 37, der aufgrund seiner geringeren Vorspannung dem Eintritt des Druckmittel-Überschusses weniger Widerstand entgegensetzt.

[0049] Der Kolbenspeicher 37 hat gegenüber dem Rückschlagventil 36 eine etwas geringere Vorspannkraft, so daß zum Druckmittel-Sammelbehälter 11 hin nichts verloren geht.

[0050] Bei dieser Lösung kommt es somit auf die ideale Dimensionierung nicht so an, weil die nach Auflage der Schulter 31 auf den Boden des Zylinders 28a sich im Zylinderraum 8 ergebenden Fehlmengen aus dem nahe am Zylinder 28a angebrachten Kolbenspeicher 37 über eine kurze Leitungsstrecke 9 fast verlustfrei ergänzt werden können.

[0051] Im Prinzip kann ein solcher Speicher auch bei der Lösungen gemäß der Fig. 1 nützlich sein, um die im praktischen Betrieb geringe Leckagemengen über das Schaltventil 7 von der Pumpen-, d.h. von der Hochdruckseite zu dem Zylinderräumen 8 und 12 während der Aufwärtsbewegung aufzunehmen.

[0052] Durch die im Zylinder 28a bei der Aufwärtsbewegung gespeicherte Energie übt der Volumenausgleichskolben 27a entsprechend des auf ihn wirkenden Gasdruckes über den Kolben 2 und die Kolbenstange 3 eine zur Schwerkraft zusätzliche Kraft auf das Fallgewicht 4 aus. Diese Kraft kann durch geeignete Gasspannung im Zylinder 28a so bemessen werden, daß sie die beim Abwärtslauf sich ergebende Summe aller Widerstände kompensiert, so daß das Fallgewicht 4 auf das Rammgut auftrifft, als ob es tatsächlich im freien unbehinderten Fall gefallen sei. Sie kann jedoch auch höher gewählt werden, so daß das Fallgewicht 4 noch mit einer zusätzlichen Beschleunigung versehen noch wirkungsvoller aufschlägt. Diese zusätzliche abwärtswirkende Beschleunigungskraft kann so groß gehalten werden, wie das Gewicht des Gerätes ohne bewegliche Teile ist, weil dies zur Kompensation der nach oben gerichteten Reaktionskraft erforderlich ist. Die Beschleunigungskraft kann zur weiteren Erhöhung der Aufschlagkraft bzw. -energie durch anbringen von Ballast am Gerät noch weiter vergrößert werden.

[0053] In gewissem Maße kann die zuvor beschriebene Wirkung durch Einbau einer oder mehrerer verstärkter Federn 30 in der Ausführung gemäß Fig. 1 erfolgen, jedoch dann nicht in einer so konzentrierten Bauweise, weil Stahl- wie auch Gummifedern sich nicht so intensiv vorspannen lassen wie Gas.

[0054] Eine Kombination aus den Fig. 1 und 2 mit einem Volumenausgleichskolben 27a, der eine Feder 30 und eine Gasfüllung 30a enthält, ist für den gemeinsamen wie wahlweisen Gebrauch auch möglich.

[0055] Nach Bedarf werden dann entweder die Rückschlagventil 32 und 35 oder der Kolbenspeicher 37 so hoch vorgespannt eingestellt, daß z.B. die Rückschlagventile in dem einen Fall nichts durchlassen bzw. im anderen Fall der Speicher nichts aufnimmt.

[0056] Die Vorrichtung gemäß Fig. 3 weist einen gasgefüllten Zylinder 28b auf, ähnlich Fig. 2, mit einer vom Kolben 2 getrennten Ausgleichsstange 27b, die den gleichen Durchmesser wie die Kolbenstange 3 besitzt. Unter Wirkung des Gasdruckes in Zylinderraum 30b wird die Ausgleichsstange an der Kontaktstelle 29b auf den Kolben 2 zur Beschleunigung des Fallgewicht 4 gedrückt.

[0057] Mit Hilfe der gezeigten Lösungen lassen sich Geräte von unterschiedlicher Länge bedarfsgerecht herstellen. Auch lassen sich durch hier nicht weiter ausgeführte Kombinationen der verschiedenen Merkmale weitere Anwendungsvorteile erreichen, die von einem Fachmann aufgrund der offenbarten Lösungsbeispiele durch Modifikation und Abwandlung ohne weiteres vorgenommen werden können.

Bezugszeichenliste

[0058] 

Anmelder:

Menck GmbH, Ellerau

Titel:

Verfahren zum Betrieb von hydraulischen Freifall-Rammhämmern und Steuervorrichtung dazu

1

Hydraulikzylinder

2

Kolben

3

Kolbenstange

4

Fallgewicht

5

Ausgleichskolbenstange

6

Schutzrohr

7

Schaltventile

8

Zylinderraum

9

Leitung

10

Leitung (Rücklauf)

11

Druckmittelsammelbehälter

12

Zylinderraum

13

Bohrung

14

Ringraum

15

Leitung

16

Zulaufleitung

17

Druckmittelpumpe

18

Hydropneumatischer Speicher (nicht unbedingt notwendig)

19

Sensoren

20

Steuerkante (des Fallgewichts)

21

Elektromagnetventil (Vorsteuerventil)

22

Steuerleitungen

23

Steuerleitungen

24

Stellzylinder

25

Hydropneumatischer Speicher

26

Steuerkante (der Ausgleichskolbenstange)

27

Volumenausgleichskolben (größerer Durchmesser als Kolbenstange)

29

Kontaktstelle

30

Feder

31

Schulter des Volumenausgleichskolbens

32

Rückschlagventil

33

Leitung (Ausschub)

34

(Nachsaug-) Leitung

35

Rückschlagventil

36

Rückschlagventil (einstellbar)

27a

Volumenausgleichskolben

28a

(geschlossener Zylinder)

30a

Gaspolster

37

Kolbenspeicher

38

Kolben (des Speichers)

30b

freier Raum

27b

getrennte Kolbenstange

28b

gasgefüllter Zylinder

29b

Kontaktstelle

30b

Zylinderraum

Ansprüche

1. Verfahren zum Betrieb von hydraulischen Freifall-Rammhämmern , bei denen eine mit einer umsteuerbaren Kolbenstange (3) eines Hydraulikzylinders (1) verbundene Masse (4) durch einen umsteuerbaren Hydraulikzylinder (1) mit von einem Kolben (2) getrennten Druckräumen (8, 12), die zur Erzeugung der Hubbewegung an einem Druckmittelzufluß (16) bzw. einem Druckmittelrückfluß (10) angeschlossen werden, abwechselnd Hub- und Fallbewegungen ausführt und wobei während der Fallbewegung eine direkte Verbindung der beiden Druckräume (8, 12) zur Erzeugung der Fallbewegung hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß für die Fallbewegung die Druckräume (8, 12) des Zylinders (1) und seine direkte Verbindung sowohl vom Druckmittelzufluß (16) als auch vom Druckmittelrückfluß (10) getrennt werden und ein Ausgleich der Volumina erfolgt, die aus bzw. in die beiden vom Kolben (2) getrennten Druckräume (8, 12) des Zylinders (1) fließen, wobei der Ausgleich durch eine im Druckraum (8) des Zylinders (1) auf der der Kolbenstange (3) entgegengesetzten Seite angeordnete bewegliche Volumenausgleichsstange (5) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Fallbewegung eine Trennung der Volumenausgleichsstange (5) vom Kolben (2) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich von Wirkverlusten eine Beaufschlagung der Volumenausgleichsstange (5) durch eine Feder (30), insbesondere durch eine Spiral- (30) oder Gasfeder (30a), erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Teilstrecke der Fallbewegung ein selbsttätiges Ergänzen oder Ausschieben von nicht ausgeglichenem Druckmittelvolumen erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausschieben bzw. Ergänzen von nicht ausgeglichenem Teilvolumen in bzw. aus einem Kolbenspeicher (37) erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausschieben bzw. Ergänzen von nicht ausgeglichenem Volumen über Richtungsventile (32, 35) zwischen dem der Kolbenstange (3) abgewandten Druckraum (8) des Hydraulikzylinders (1) und der Druckmittelrücklaufleitung erfolgt.

7. Antriebs- und Steuervorrichtung zum Betreiben von hydraulischen Freifall-Rammhämmern mit einer Masse (4), die mit einem Hydraulikzylinder (1) über eine Kolbenstange (3) beweglich gekoppelt ist, die ihrerseits mit einem im Hydraulikzylinder (1) angeordneten Kolben (2) verbunden ist, der den Zylinder in zwei Räume (12, 8) teilt, wobei der erste Druckraum (12) des Hydraulikzylinders (1) zum Anheben der Masse (4) eine Verbindung (13, 14, 15, 16) mit einer Druckmittelversorgung (17, 11) und der zweite Druckraum eine Verbindung (7, 9) mit einem Druckmittelrücklauf (10, 36) aufweisen und wobei die beiden Druckräume (8, 12) außerdem eine durch ein Ventil (7) schaltbare direkte Verbindung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltventil (7) zum gleichzeitigen Trennen der Druckräume (8, 12) von der Druckmittelversorgung (16) und von dem Druckmittelrücklauf (10) sowie zum Schalten der direkten Verbindung ausgebildet ist als Mittel zum Volumenausgleich in dem der Kolbenstange (3) abgewandten Druckraum (8) eine bewegliche Volumenausgleichsstange (5) mit einem der Kolbenstange (3) gleichen oder größerem Durchmesser vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsstange (5) vom Kolben (2) trennbar ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumenausgleichsstange (5) federbelastet ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulikzylinder (1) Anschlüsse (9, 15) aufweist, zwischen denen Strömungsrichtungsventile (32, 35) angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der der Kolbenstange (3) abgewandte Druckraum (8) mit einem Volumendifferenzen aufnehmenden Speicherraum (18) verbunden ist, der vorzugsweise federbelastet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8, 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der die Druckräume verbindenden Leitung als Ringräume (14) um den Zylinder (1) ausgebildet sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8, 9, 10, 11 oder 12, dadurch gekenzeichnet, daß die Druckmittelversorgung (16) und der Druckmittelrücklauf (10) Verbindungen mit getrennten Druckmittelspeichern (18, 25) aufweisen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8, 9, 10, 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß in der Druckmittelrücklaufleitung (10) ein einstellbares Richtungsventil (36) angeordnet ist, das eine höhere Druckansprechschwelle als ein angeordneter Druckmittelspeicher (18) oder eine federbelastete Volumenausgleichsstange (5) für den Volumenausgleich aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltventil hydraulisch vorgesteuert ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß Sensoren (19) zur Erkennung einer oberen und unteren Stellung des Fallgewichts (4) vorgesehen sind, die eine Wirkverbindung zum Schaltventil (7) aufweisen, wobei die Sensoren vorzugsweise die Stellung der Volumenausgleichsstange (5) abtastend angeordnet sind.

Claims

1. Method of operating hydraulic free-fall pile hammers, in which hammers a weight (4) connected to a reversible piston rod (3) of a hydraulic cylinder (1) alternately executes lifting and falling movements by means of a reversible hydraulic cylinder (1) having pressure chambers (8, 12), which are separated by a piston (2) and for generating the lifting movement are connected to a pressure medium inflow (16) or a pressure medium backflow (10), and wherein during the falling movement a direct connection of the two pressure chambers (8, 12) is established for generating the falling movement, characterized in that for the falling movement the pressure chambers (8, 12) of the cylinder (1) and the direct connection of the cylinder are separated both from the pressure medium inflow (16) and from the pressure medium backflow (10) and a compensation of the volumes flowing out of or into the two pressure chambers (8, 12) of the cylinder (1), which are separated by the piston (2), is effected, said compensation being effected by means of a movable volume-compensating rod (5) disposed in the pressure chamber (8) of the cylinder (1) at the opposite end to the piston rod (3).

2. Method according to claim 1, characterized in that during the falling movement a separation of the volume-compensating rod (5) from the piston (2) is effected.

3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that, to compensate effective losses, the volume-compensating rod (5) is acted upon by a spring (30), in particular by a spiral spring (30) or pneumatic spring (30a).

4. Method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that, along a partial section of the falling movement, an automatic supplementing or expulsion of non-compensated pressure medium volume is effected.

5. Method according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that the expulsion or supplementing of non-compensated partial volume is effected into or out of a piston store (37).

6. Method according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, characterized in that the expulsion or supplementing of non-compensated volume is effected via directional valves (32, 35) between the pressure chamber (8) of the hydraulic cylinder (1) remote from the piston rod (3) and the pressure medium return line.

7. Drive and control device for operating hydraulic free-fall pile hammers having a weight (4), which is movably coupled to a hydraulic cylinder (1) via a piston rod (3), which is in turn connected to a piston (2), which is disposed in the hydraulic cylinder (1) and divides the cylinder into two chambers (12, 8), with the first pressure chamber (12) of the hydraulic cylinder (1), for lifting the weight (4), having a connection (13, 14, 15, 16) to a pressure medium supply (17, 11) and the second pressure chamber having a connection (7, 9) to a pressure medium return system (10, 36), and with the two pressure chambers (8, 12) further having a direct connection operable by means of a valve (7), characterized in that the control valve (7) is designed for simultaneously separating the pressure chambers (8, 12) from the pressure medium supply (16) and from the pressure medium return line (10) and effecting the direct connection, and as a volume-compensating means a movable volume-compensating rod (5) with a diameter equal to or greater than the piston rod (3) is provided in the pressure chamber (8) remote from the piston rod (3).

8. Device according to claim 7, characterized in that the compensating rod (5) is designed to be separable from the piston (2).

9. Device according to claim 7 or 8, characterized in that the volume-compensating rod (5) is designed to be spring-loaded.

10. Device according to claim 7, 8 or 9, characterized in that the hydraulic cylinder (1) has connections (9, 15), between which flow directional valves (32, 35) are disposed.

11. Device according to claim 7, 8, 9 or 10, characterized in that the pressure chamber (8) remote from the piston rod (3) is connected to a storage chamber (18) for receiving volume differences which is preferably spring-loaded.

12. Device according to claim 7, 8, 9, 10 or 11, characterized in that parts of the line connecting the pressure chambers take the form of annular chambers (14) around the cylinder (1).

13. Device according to claim 7, 8, 9, 10, 11 or 12, characterized in that the pressure medium supply (16) and the pressure medium return line (10) have connections to separate pressure medium stores (18, 25).

14. Device according to claim 7, 8, 9, 10, 11, 12 or 13, characterized in that disposed in the pressure medium return line (10) is an adjustable directional valve (36), which has a higher pressure response threshold than an arranged pressure medium store (18) or a spring-loaded volume-compensating rod (5) for volume compensation.

15. Device according to claim 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 or 14, characterized in that the control valve is hydraulically precontrolled.

16. Device according to claim 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 or 15, characterized in that sensors (19) for detecting a top and bottom position of the falling weight (4) are provided, which have an operational connection to the control valve (7), the sensors preferably being disposed so as to scan the position of the volume-compensating rod (5).

Revendications

1. Procédé de mise en oeuvre d'un mouton hydraulique avec une masse (4) reliée à une tige de piston (3) à commande réversible d'un vérin hydraulique (1), réversible, ayant des chambres de pression (8, 12) séparées par un piston (2) qui crée le mouvement de soulèvement sur une alimentation d'un agent de pression (16) ou un retour de l'agent de pression (10), pour effectuer en alternance des mouvements de remontée et de chute, et pendant la chute on réalise une liaison directe entre les deux chambres de pression (8, 12) pour créer le mouvement de chute, procédé caractérisé en ce que, pour le mouvement de chute, les chambres de pression (8, 12) du cylindre (1) et sa liaison directe sont à la fois coupées de l'alimentation (16) et du retour (10) de l'agent de pression et il se fait une compensation des volumes qui sortent ou entrent dans les deux chambres de pression (8, 12) du cylindre (1) séparées par le piston (2), la compensation se faisant par une tige de compensation de volume (5) mobile dans une chambre de pression (8) du cylindre (1) du côté opposé à celui de la tige de piston (3).

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pendant le mouvement de chute, il y a séparation de la tige de compensation de volume (5) du piston (2).

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, pour compenser les pertes d'efficacité, la tige de compensation de volume (5) est sollicitée par un ressort (30), notamment par un ressort spiral (30) ou un ressort à gaz (30a).

4. Procédé selon les revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que, sur une partie du trajet correspondant au mouvement de chute, il se produit une compensation automatique ou une expulsion des volumes non compensés de l'agent de pression.

5. Procédé selon les revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que le refoulement ou le remplissage complémentaire de volume partiel non compensé se fait à partir d'un accumulateur à piston (37).

6. Procédé selon les revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que l'expulsion ou l'introduction complémentaire de volume compensé se fait par des clapets directionnels (32, 35) entre la chambre de pression (8) opposée à la tige de piston (3) du vérin hydraulique (1) et la conduite de retour de l'agent de pression.

7. Dispositif d'entraînement et de commande pour la mise en oeuvre d'un mouton hydraulique avec une masse (1) qui est couplée de manière mobile à un vérin hydraulique (1) par une tige de piston (3), cette tige étant elle-même reliée à un piston (2) prévu dans le vérin hydraulique (1), ce piston subdivisant le cylindre du vérin en deux volumes (12, 8), la première chambre de pression (12) du vérin hydraulique (1) ayant une liaison (13, 14, 15, 16) avec une alimentation de l'agent de pression (17, 11) pour soulever la masse (4) et la seconde chambre de pression ayant une liaison (7, 9) avec un retour de l'agent de pression (10, 36), les deux chambres de pression (8, 12) ayant, en outre, une liaison directe commutée par une distributeur (7), dispositif caractérisé en ce que le distributeur (7) coupe simultanément les chambres de pression (8, 12) de l'alimentation (16) et du retour (10) de l'agent de pression et commute la liaison directe, et le moyen de compensation de volume dans la chambre de pression (8) opposée à la tige de piston (3) est une tige mobile (5) de compensation de volume de diamètre égal ou supérieur à celui de la tige de piston (3).

8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la tige de compensation (5) peut être séparée du piston (2).

9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que la tige de compensation de volume (5) est chargée par un ressort.

10. Dispositif selon les revendications 7, 8 ou 9, caractérisé en ce que le vérin hydraulique (1) comporte des branchements (9, 15) et entre lesquels se trouve le clapet directionnel (32, 35).

11. Dispositif selon les revendications 7, 8, 9 ou 10, caractérisé en ce que la chambre de pression (8) opposée à la tige de piston (3) est reliée à une chambre d'accumulation (18) recevant les différences de volume, cette chambre étant, de préférence, chargée par un ressort.

12. Dispositif selon les revendications 7, 8, 9, 10 ou 11, caractérisé en ce que les parties de la conduite que relient les chambres de pression sont en forme de volume annulaire (14) entourant le cylindre (1).

13. Dispositif selon les revendications 7, 8, 9, 10, 11 ou 12, caractérisé en ce que l'alimentation en l'agent de pression (16) et le retour en agent de pression (10) comportent des liaisons avec les accumulateurs d'agent de pression (18, 25) distincts.

14. Dispositif selon les revendications 7, 8, 9, 10, 11, 12 ou 13, caractérisé en ce que l'agent de pression (10) comporte un clapet directionnel réglable (36) qui possède un seuil de pression plus élevé qu'un accumulateur d'agent de pression (18) ou qu'une tige de compensation de volume (5) chargée par ressort pour la compensation du volume.

15. Dispositif selon les revendications 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, ou 14, caractérisé en ce que le distributeur (7) est commandé préalablement de manière hydraulique.

16. Dispositif selon les revendications 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 ou 15, caractérisé par des capteurs (19) pour détecter la position supérieure et la position inférieure de la masse (4) et qui coopèrent avec le distributeur (7), les capteurs étant, le préférence, montés pour détecter la position de la tige de compensation de volume (5).

Zeichnung