[0001] Die Erfindung betrifft einen Rammhammer, umfassend einen Zylinder, einen in dem Zylinder
verschiebbar geführten Kolben und ein in dem Zylinder verschiebbar geführtes Schlagstück
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
[0002] Derartige Rammhämmer, die regelmäßig als Dieselhämmer oder auch als Dieselbären bezeichnet
werden, kommen insbesondere bei Gründungsarbeiten in der Bauindustrie zum Einrammen
von Pfählen wie Betonpfeilern, Eisenträgern, Spundwandelementen oder der gleichen
in einem Baugrund zum Einsatz. Zum Starten eines solchen Rammhammers wird der Kolben
mit Hilfe einer Ausklinkvorrichtung nach oben gezogen und in einer bestimmten Höhe
freigegeben, worauf er unter Einwirkung der Schwerkraft nach unten fällt. Der Kolben
betätigt beim Niederfallen eine Kraftstoffpumpe, wodurch einer oder mehreren Einspritzdüsen
Kraftstoff, insbesondere Dieselöl zugeführt wird, die den Kraftstoff in den Brennraum
des Zylinders einspritzen. Beim Niederfallen des Kolben wird die im Arbeitsraum des
Zylinders befindliche Luft komprimiert und dadurch derart erhitzt, dass sich das im
Arbeitsraum vorliegende Kraftstoff/Luft-Gemisch entzündet, worauf es explosionsartig
verbrennt. Die dabei freiwerdende Explosionsenergie schleudert einerseits den Kolben
zu einem neuen Arbeitszyklus wieder nach oben und treibt andererseits das Rammgut
in den Boden.
[0003] Zur Minimierung der Reibung zwischen Zylinder und Kolben wird über eine Schmiermittelpumpe
kontinuierlich eine konstante Menge an Schmierstoff eingebracht. Überschüssiger und
verbrannter Schmierstoff fließt dabei direkt in den Brennraum des Zylinders. Hierdurch
wird insbesondere bei hohem Rückfluss an Schmierstoff der Verbrennungsprozess des
Kraftstoffs beeinträchtigt und es kommt zur erheblichen Rauch- beziehungsweise Rußbildung
des Rammhammers. Dieser Effekt tritt vor allem im Teillastbereich des Rammhammers
auf.
[0004] Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
einen Rammhammer bereitzustellen, bei dem insbesondere im Teillastbereich die in den
Brennraum fließende Menge an Schmiermittel reduziert ist.
[0005] Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils
des Patentanspruchs 1 gelöst.
[0006] Mit der Erfindung ist ein Rammhammer bereitgestellt, bei dem insbesondere im Teillastbereich
die in den Brennraum fließende Menge an Schmiermittel reduziert ist. Dadurch, dass
der Schmierstoffgeber derart eingerichtet ist, dass die Schmiermittelförderung durch
die Aufschlagserschütterung des Kolbens bewirkt ist, ist eine Anpassung der Schmierstoffmenge
an die jeweiligen Betriebszustände des Rammhammers erzielt. Die Schmierstoffversorgung
wird durch die Aufschlagerschütterung des Kolbens erzeugt.
[0007] In Weiterbildung der Erfindung weist der Schmierstoffgeber ein Steuerungsmodul auf,
das mit einem Sensor zur Erfassung der Sprunghöhe des Kolbens (2) und/oder der Schlagzahl
des Kolbens (2) verbunden ist. Hierdurch ist eine Dosierung des Schmiermittels entsprechend
der Aufschlagerschütterung, die weitgehend abhängig ist von der Schlagzahl bzw. von
der Sprunghöhe des Kolbens, ermöglicht.
[0008] In alternativer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Schmierstoffgeber einen Kolben,
der in einem Gehäuse angeordnet ist und einen Schmiermittelraum zur Aufnahme des Schmiermittels
begrenzt, in dem eine Schmierstoffleitung mündet und der über ein Federelement vorgespannt
ist, wobei die Schmierstoffleitung über ein Ventil verschlossen ist, das über eine
Trägheitsmasse betätigbar ist. Hierdurch ist eine einfache mechanische und zugleich
zuverlässige Schmierstoffmengenregelung erzielt. Bei jedem Aufschlag des Kolbens des
Rammhammers wird die Trägheitsmasse im Schmierstoffgeber bewegt, wodurch das Ventil
betätigt wird, wodurch der über den vorgespannten Kolben unter Druck stehende Schmierstoff
durch die Schmierstoffleitung gepresst wird. Die Dosierung der Schmierstoffmenge ist
somit von der Aufschlagsenergie des Kolbens des Rammhammers abhängig. Bei einem harten
Aufschlag (hohe Aufschlagsenergie) wird die Trägheitsmasse des Schmierstoffgebers
stärker beschleunigt und legt somit einen größeren Weg zurück, wodurch eine längere
Öffnungszeit des Ventils bewirkt ist. Hierdurch wird eine größere Menge an Schmierstoff
durch die Schmierstoffleitung gepresst. Im Falle eines weicheren Aufschlages des Kolbens
wird die Trägheitsmasse nur leicht beschleunigt und legt somit lediglich einen kürzeren
Weg zurück, wodurch eine kürzere Öffnungszeit des Ventils bewirkt ist. In diesem Fall
wird nur eine geringere Menge an Schmierstoff durch die Schmierstoffleitung gepresst.
[0009] In Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Zylinder an dessen Oberseite eine Gleitlagerbuchse
angeordnet, in der der Kolben geführt ist. Hierdurch ist die zur Schmierung erforderliche
Menge an Schmiermittel reduziert, wodurch gleichsam die Menge an unverbranntem Schmiermittel,
das in die Umgebung gelangt, minimiert ist.
[0010] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist auf dem Zylinder endseitig ein Endstück
angeordnet, das elastisch mit dem Zylinder verbunden ist und eine Fangnut für den
Kolben ausbildet, der hierzu einen Absatz aufweist, wobei die Gleitlagerbuchse an
dieser Fangnut anliegend in dem Zylinder angeordnet ist. Hierdurch ist ein Herausschleudern
des Kolbens aus dem Zylinder in dem Fall, dass in einem Arbeitszyklus unverbranntes
Kraftstoff- und Schmierstoff-LuftGemisch im darauffolgenden Arbeitszyklus eine übermäßige
Energie auf den Kolben einwirkt, verhindert. Wird der Kolben aufgrund übermäßiger
Energie zu weit aus dem Zylinder herausbewegt, schlägt der Absatz des Kolbens an die
durch den Endring gebildete Fangnut an, wodurch der Kolben zurückgehalten wird. Durch
die elastische Verbindung des Endrings mit dem Zylinder wird ein Teil der Bewegungsenergie
des Kolbens absorbiert. Dabei ist der Kolben bevorzugt mit einem Fangkolbenring versehen,
durch den der Absatz gebildet ist.
[0011] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die elastische Verbindung des Endrings
mit dem Zylinder eine Anordnung von Reibungsfedern. Hierdurch ist eine besonders effektive
Absorption an Bewegungsenergie des Kolbens erzielt.
[0012] Andere Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen
angegeben. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt
und wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:
- Figur 1
- die schematische Darstellung eines Rammhammers in Form von einer Dieselramme;
- Figur 2
- die schematische Darstellung des Kolbenendanschlagbereichs des Rammhammers aus Figur
1 mit angedeuteter Flanschverbindung des Endrings;
- Figur 3
- die Detaildarstellung des Ausschnitts III. aus Figur 2;
- Figur 4
- die schematische Darstellung des Schmierstoffgebers des Rammhammers aus Figur 1.
[0013] Die als Ausführungsbeispiel gewählte Dieselramme umfasst einen beidseitig offenen
Zylinder 1, der regelmäßig eine Länge von 3 bis 8 Metern und einem Durchmesser von
0,2 bis 1,5 Meter aufweisen kann. In dem Zylinder 1 ist ein Kolben 2 verschiebbar
angeordnet. Ein hierzu koaxiales Schlagstück 3 greift verschiebbar in das offene untere
Ende des Zylinders 1 ein. An dem unteren Ende des Zylinders 1 ist eine ringförmige
Lagereinheit 9 befestigt, in der ein mittlerer Schaftabschnitt 31 des Schlagstücks
3 dicht und verschiebbar geführt ist, der einen gegenüber dem Innendurchmesser des
Zylinders 1 verminderten Außendurchmesser aufweist. Die Dieselramme ist über an dem
Zylinder 1 angeordnete Führungsbacken 13 entlang eines Mäklers verschiebbar gelagert.
[0014] An dem unteren Ende des Schaftabschnitts 31 ist eine unterhalb des Zylinders 1 liegende
Schlagplatte 32 angeformt, deren nach außen gerichtete untere konvexe Begrenzungsfläche
33 im Betrieb mit dem oberen Ende eines einzutreibenden Rammguts, beispielsweise eines
Spundwandelements, zusammenwirkt.
[0015] An dem oberen Ende des Schaftabschnitts 31 des Schlagstücks 3 ist ein Kolbenabschnitt
34 mit mehreren umlaufenden, axial beabstandeten Dichtringen angeformt, die auf der
Innenmantelfläche 11 des Zylinders 1 laufen. Durch die Oberseite des Kolbenabschnitts
34 des Schlagstücks 3 ist zusammen mit der Unterseite des Kolbens 2 sowie der Innenmantelfläche
11 des Zylinders 1 ein Brennraum 12 begrenzt. Die den Brennraum 12 des Zylinders 1
zugewandte Stirnfläche des Schlagstücks 3 ist plan mit einer flachen Brennstoffmulde
30 geschliffen.
[0016] Zwischen der Schlagplatte 32 des Schlagstücks 3 und der Lagereinheit 9 des Zylinders
1 ist ein Dämpfungsring 91 angeordnet. Ein weiterer Dämpfungsring 92 ist benachbart
zur Lageeinheit 9 zwischen der Oberseite der Lageeinheit 9 und der Unterseite des
Kolbenabschnitts 34 des Schlagstücks 3 angeordnet.
[0017] Oberhalb des Schlagstücks 3 läuft im Inneren des Zylinders 1 ein mit umlaufenden,
axial zueinander beabstandeten Dichtringen 93 versehenes unteres Arbeitsende 23 des
Kolbens 2. Die untere freie, plangeschliffene Stirnfläche 21 des Kolbens 2 ist durch
eine radial umlaufende Stufe abgesetzt.
[0018] An dem unteren Arbeitsende 23 des Kolbens 2 ist ein Massenabschnitt 22 angeformt,
der sich in den oberen Abschnitt des Zylinders 1 hinein erstreckt. Am unteren Ende
des Massenabschnitts 22 ist an dem Kolben 2 ein Fangkolbenring 24 angeordnet, dessen
Außendurchmesser den Außendurchmesser des Kolbens 2 in diesem Bereich überragt.
[0019] An der Umfangswand des Zylinders 1 ist eine Einspritzvorrichtung 4 angeordnet, die
eine Kraftstoffpumpe 41 umfasst, die über eine Leitung 43 mit der Einspritzdüse 42
verbunden ist. Der Einlass der Kraftstoffpumpe 41 wird über einen Kraftstofftank 5
mit Dieselöl gespeist.
[0020] Die über die Leitung 43 mit dem Kraftstofftank 5 verbundene Kraftstoffpumpe 41 weist
einen ins Innere des Zylinders 1 ragenden, vorgespannten Pumpenhebel 44 auf, über
den sie bei Passieren des fallenden Kolbens 2 angetrieben wird. Die Einspritzdüse
42 ist derart ausgebildet und ausgerichtet, dass der abgegebene Kraftstoff in einen
im Wesentlichen zusammenhängenden Strahl etwa mittig auf die Stirnfläche des Schlagstücks
3 gespritzt wird.
[0021] Weiterhin ist an dem Zylinder 1 ein Schmierstoffgeber 51 angeordnet, der mit in Umfangsrichtung
des Zylinders 1 verteilten Schmierstoffdüsen verbunden ist. Durch die Schmierstoffdüsen
wird der Schmierstoff zwischen den Kolben 2 und die Innenmantelfläche 11 des Zylinders
1 gegeben.
[0022] Der Schmierstoffgeber 51 umfasst ein Gehäuse 52, das an seinem oberen Ende mit Befestigungsgewinden
552 zur Befestigung an der Außenwandung des Zylinders 1 versehen ist. Innerhalb des
Gehäuses 52 ist ein Kolben 53 angeordnet, der über eine Feder 531 vorgespannt und
gegenüber der Innenwandung des Gehäuses 52 mittels einer Dichtung 532 abgedichtet
ist. An dem Kolben 53 ist ein Füllstandskontrollstab 533 angeformt, der die Feder
sowie die Deckseite des Gehäuses 52 durchdringt. Der Kolben 53 begrenzt einen Schmiermittelraum
54, der über einen Nachfüllstutzen 41 mit Schmiermittel befüllbar ist. In dem Bodenstück
522 des Gehäuses 52 sind zwei Schmiermittelleitungen 542 angeordnet, welche den Schmiermittelraum
54 mit dem bodenseitigen Schmiermittelaustritt 543 verbinden.
[0023] Auf dem Bodenstück 522 ist innerhalb des Gehäuses 52 ein inneres Gehäuse 55 befestigt,
das eine Trägheitsmasse 551 aufnimmt. Die Trägheitsmasse 551 ist mit einem Ventil
556 verbunden, das in dem Schmiermittelaustritt 543 angeordnet und über eine Feder
561 vorgespannt ist. Bei Betätigung des Ventils 56 wird die Verbindung zwischen den
Schmiermittelleitungen 542 und dem Schmiermittelaustritt 543 freigegeben, wodurch
das über den vorgespannten Kolben 53 über Druck beaufschlagte Schmiermittel des Schmiermittelraums
54 durch den Schmiermittelaustritt 543 gepresst wird. Nach Austritt des Schmiermittels
sinkt der Kolben 53 innerhalb des Gehäuses 2, wodurch der Ölstandskontrollstab 533
abgesenkt wird. Hierdurch ist eine Füllstandsreduzierung unmittelbar optisch anhand
der aus dem Gehäuse herausragenden Teil des Füllstandskontrollstabes 533 ersichtlich.
Über den Nachfüllstutzen 541 erfolgt eine Auffüllung des Schmiermittelraums 54 mit
Schmiermittel.
[0024] An seinem dem Schlagstück 3 gegenüberliegenden offenen Ende ist an dem Zylinder 1
ein radial sich nach außen erstreckendes, umlaufendes Flanschteil 14 angeordnet. Das
Flanschteil 14 mündet in ein orthogonal zu diesem angestellten Zylinderstück 141,
durch das auf einer Seite eine Federaufnahme 142 sowie auf der gegenüberliegenden
Seite eine Flanschaufnahme 143 für den Flansch 61 des Endrings 6 gebildet ist. In
Höhe des Flanschteils 14 ist in die Innenwandung des Zylinders 1 weiterhin eine umlaufende
Nut 144 zur Aufnahme des umlaufenden Vorsprungs 62 des Endrings 6 eingebracht. Unterhalb
der Nut 144 ist weiterhin in der Innenwandung des Zylinders 1 eine Lagernut 145 angeordnet,
die eine Gleitlagerbuchse 19 aufnimmt, welche an dem Vorsprung 62 des Endrings 6 anliegt.
[0025] Der Endring 6 ist im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet und weist beabstandet
zu seinem dem Zylinder 1 zugewandten Ende einen radial nach außen kragenden Flansch
61 auf, wodurch unterhalb des Flansches 61 ein umlaufender Vorsprung 62 gebildet ist.
Der Vorsprung 62 liegt in der Nut 144 des Zylinders 1 an, wobei der Vorsprung 62 nach
innen über die Nut 144 übersteht, wodurch wiederum eine Fangnut 63 gebildet ist, an
der die Gleitlagerbuchse 19 anliegt. In dem umlaufenden Flansch 61 des Endrings 6
sowie dem umlaufenden Flanschteil 14 des Zylinders 1 sind jeweils miteinander korrespondierende
Bohrungen 64, 146 eingebracht, durch die Schrauben 18 geführt sind.
[0026] In der durch das Flanschteil 14 sowie das Zylinderstück 141 gebildeten Flanschaufnahme
143 ist ein ringförmiges Reibungsfederpaket 7 angeordnet, das an der dem Flanschteil
14 gegenüberliegenden Seite auf einem Schlitten 17 aufliegt, der zwischen dem Außenmantel
des Zylinders 1 und dem Innenmantel des Zylinderstücks 141 verschiebbar angeordnet
ist. Das Reibungsfederpaket 7 sowie der Schlitten 17 sind mit zu den Bohrungen 146
des Flanschteils 14 korrespondierenden zu diesen fluchtenden Bohrungen versehen, in
welche die Schrauben 18 geführt sind. Auf die Schrauben 18 ist jeweils eine Mutter
181 geschraubt, über die der Schlitten 37 gegen das Reibungsfederpaket 7, das an dem
Flanschteil 14 anliegt, verspannt ist.
[0027] Der zuvor beschriebene Rammhammer arbeitet folgendermaßen: Im Ausgangszustand ist
der Kolben 2 über eine - nicht dargestellte - Ausklinkvorrichtung in eine obere Stellung
angehoben. Nach Ausklinken des Kolbens 2 fällt dieser unter Einwirkung der Schwerkraft
nach unten, verschließt die Arbeitsstutzen 16 und betätigt mit seiner Stirnfläche
21 den Pumpenhebel 44 der Einspritzvorrichtung 4, wodurch über die Einspritzdüse 42
Kraftstoff auf die Brennstoffmulde 30 des Schlagstücks 3 gespritzt wird. Hier bildet
sich durch Schlagzerstäubung ein zündfähiges Gemisch aus Kraftstofftröpfchen und Luft.
Mit dem Aufschlagen des Kolbens 2 auf das Schlagstück 3 wird durch das Schlagstück
3 und über dieses auf das Rammgut eine nach unten gerichtete Kraft ausgeübt, welche
dieses weiter in das Erdreich treibt. Gleichzeitig wird durch die durch den Aufprall
des Kolbens 2 auf das Schlagstück 3 bewirkte Erschütterung die Trägheitsmasse 551
in dem inneren Gehäuse 55 gegen das über die Feder 561 in Schließstellung vorgespannte
Ventil 56 bewegt, wodurch dieses geöffnet wird. Die Dauer der Öffnung des Ventils
56 ist dabei abhängig von der Intensität des Aufschlags des Kolbens 2 auf das Schlagstück
3. Die Vorspannung der Feder 561 ist derart eingestellt, dass die erforderliche Mindestmenge
an zuzuführendem Schmiermittel gewährleistet ist.
[0028] Bei der anschließend durch die explosionsartige Verbrennung des Kraftstoffs ausgelösten
Aufwärtsbewegung des Kolbens 2 gibt dieser die Arbeitsstutzen 16 frei, wodurch sich
die Verbrennungsgase entspannen und über die Arbeitsstutzen 16 abströmen. Der Kolben
2 wird nun unter Ansaugen von frischer Luft durch die Arbeitsstutzen 16 weiter nach
oben geschleudert, bis er seine obere Endstellung erreicht hat und sich der beschriebene
Arbeitszyklus wiederholt.
[0029] In dem Fall, dass während des vorgenannten Arbeitszyklus die Verbrennung des Kraftstoffs
nur teilweise erfolgt ist, steht für den nachfolgenden Verbrennungsprozess eine übermäßige
Menge an Kraftstoff, gegebenenfalls noch ergänzt durch überschüssiges Schmieröl zur
Verfügung. Durch die anschließende explosionsartige Verbrennung des übermäßigen Kraftstoffs
wird der Kolben mit übermäßiger Energie nach oben geschleudert, wodurch dieser über
die volere obere Stellung hinausbewegt wird. Dabei schlägt der Fangkolbenring 24 an
die Gleitlagerbuchse 19 und mit dieser an die Fangnut 63 an, wodurch der Endring 6
mit den durch die Bohrungen 146 des Flanschteils 14 geführten Schrauben 18 mit nach
oben gerissen wird. Über die Schrauben 18 mit den auf diesen angeordneten Muttern
181 wird der Schlitten 17 gegen das Reibungsfederpaket 7 gezogen, welches einen Großteil
der kinetischen Energie aufnimmt und in Wärmeenergie umwandelt. Über die Rückstellkräfte
des Reibungsfederpaketes 7 werden die Schrauben 18 und mit diesen der Endring 6 wieder
in ihre Ursprungslage zurückbewegt, wonach der gefangene Kolben 2 unter Einwirkung
der Schwerkraft für den nächsten Arbeitszyklus nach unten fällt.
[0030] In einer weiteren, in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsform ist außen an
dem Zylinder (1) ein Sensor zur Erfassung der Sprunghöhe angeordnet, der mit einer
Steuereinrichtung verbunden ist, über die auf Basis der von dem Sensor erfassten Daten
eine dosierte Zuführung von Schmiermittel erfolgt.
1. Rammhammer, umfassend einen Zylinder (1), einen in dem Zylinder (1) verschiebbar geführten
Kolben (2), ein in dem Zylinder (1) verschiebbar geführtes Schlagstück (3), welches
in Betriebsstellung des Rammhammers unterhalb des Kolbens (2) angeordnet ist, einem
Brennraum (12), der axial von einer im Inneren des Zylinders (1) liegenden Stirnfläche
(30) des Schlagstücks (3) und einer Stirnfläche (21) des Kolbens (2) begrenzt ist,
wenigstens eine Kraftstoffzuführeinrichtung, durch die bei jedem Arbeitszyklus eine
vorgegebene Menge Kraftstoff in den Brennraum (12) einbringbar ist, sowie wenigstens
einem Schmierstoffgeber zur Förderung eines Schmiermittels zwischen Kolben (2) und
Zylinder (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstoffgeber (51) derart eingerichtet ist, dass die Schmiermittelförderung
durch die Aufschlagserschütterung des Kolbens (2) bewirkt ist.
2. Rammhammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstoffgeber (51) außen an dem Zylinder (1) angeordnet ist.
3. Rammhammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstoffgeber ein Steuerungsmodul aufweist, das mit einem Sensor zur Erfassung
der Sprunghöhe des Kolbens (2) und/oder der Schlagzahl des Kolbens (2) verbunden ist.
4. Rammhammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstoffgeber (51) einen Kolben (53) umfasst, der in einem Gehäuse (52) angeordnet
ist und einen Schmiermittelraum (54) zur Aufnahme des Schmiermittels begrenzt, in
dem eine Schmierstoffleitung (542) mündet und der über ein Federelement (531) vorgespannt
ist.
5. Rammhammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zylinder (1) an dessen Oberseite eine Gleitlagerbuchse (19) angeordnet ist,
in der der Kolben geführt ist.
6. Rammhammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Zylinder (1) endseitig ein Endring (6) angeordnet ist, der elastisch mit
dem Zylinder (1) verbunden ist und eine Fangnut (63) für den Kolben (2) ausbildet,
der hierzu einen Absatz aufweist, wobei die Gleitlagerbuchse (19) an dieser Fangnut
(63) anliegend in dem Zylinder (1) angeordnet ist.
7. Rammhammer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (2) mit einem Fangkolbenring (24) versehen ist, durch den der Absatz gebildet
ist.
8. Rammhammer nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Verbindung des Endrings (6) mit dem Zylinder (1) eine Anordnung von
Reibungsfedern (7) umfasst.