DE4028617C2 - Hydraulikbär - Google Patents
HydraulikbärInfo
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- 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
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Description
Die Erfindung betrifft einen Hydraulikbären gemäß dem Ober
begriff des Anspruches 1.
Ein derartiger Hydraulikbär ist in der DE 30 07 103 C2 offenbart,
insbesondere dem dortigen Ausführungsbeispiel nach
Fig. 3 und zugehörigem Text.
Bei diesem bekannten Hydraulikbären ist der Kolben eines
einzigen doppelt wirkenden Arbeitszylinders starr mit dem
Fallgewicht verbunden. Zusätzlich ist dafür Sorge getragen,
daß das Gehäuseinnere ständig mit nicht kompressiblem Arbeitsfluid
gefüllt ist, so daß der Arbeitszylinder hohen Außendrucken
standhalten kann, wie sie beim Einsatz in großer
Tiefe unter der Meeresoberfläche angetroffen werden. Aufgrund
der starren Verbindung zwischen der Kolbenstange des Arbeitszylinders
und dem Schlaggewicht treten beim Auftreffen des
Schlagstückes auf die auf das Rammgut aufgesetzte Schlaghaube
starke Druckstöße auf. Dies ist im Hinblick auf die Lebensdauer
der hydraulischen Bauelemente und im Hinblick auf
Leckagen nicht erwünscht. Auch wird durch die Rückwirkung
des Hydrauliksystems die Härte des Schlages beeinträchtigt.
Aus DE 87 00 227 U1 ist ein weiterer Hydraulikbär bekannt.
Bei diesem bekannten Hydraulikbären wird die Kolbenstange
des Hubzylinders nach Anheben des Schlaggewichtes sehr rasch
eingefahren, so daß sich das Schlaggewicht im freien Fall
nach unten gegen das Rammgut bewegen kann.
Für manche Anwendungsfälle wäre es wünschenswert, die Schlag
kraft eines Hydraulikbären vergrößern zu können, ohne
die geometrischen Abmessungen, insbesondere die Höhe des Hydrau
likbären zu vergrößern. Vergrößert man zur Erhöhung der
Schlagkraft nämlich beispielsweise die Fallhöhe, so muß ein
entsprechend längerer Hubzylinder vorgesehen werden. Dies
macht den Hydraulikbären nicht nur teurer, er kann auch unter
räumlich beengten Verhältnissen, z. B. beim Rammen unter
einer schon existierenden Gebäudedecke, nicht mehr einge
setzt werden.
Zur Vergrößerung der Schlagkraft eines Hydraulikbären ohne
Vergrößerung seiner Abmessungen und unter Fernhalten von harten
Druckschlägen vom Hydrauliksystem wird durch die vorliegende
Erfindung ein Hydraulikbär gemäß Anspruch 1 angegeben.
Da der Beschleunigungszylinder über eine Schub-Mitnahme
verbindung am Schlaggewicht angreift, mit diesem also nicht
starr zu gemeinsamer Bewegung gekoppelt ist, sind Beschä
digungen des Beschleunigungszylinders und der Mitnahmever
bindung beim harten Aufschlagen des Schlaggewichtes auf das
Schlagstück vermieden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unter
ansprüchen angegeben.
Ein Hydraulikbär gemäß Anspruch 2 baut in axialer Richtung
besonders klein, da Hubzylinder und Beschleunigungszylinder
einander axial überlappen.
Dabei wird mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß An
spruch 3 erreicht, daß der Beschleunigungszylinder momenten
frei am Schlaggewicht angreift.
Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 hat den
Vorteil, daß das Schlaggewicht größere Masse hat als bei
einem Hydraulikbären gemäß Anspruch 3 und nicht mechanisch
bearbeitet zu werden braucht. Außerdem kann man auf diese
Weise die zusätzliche hydraulische Beschleunigung des Schlag
gewichtes auch bei herkömmlichen Hydraulikbären vorsehen, die
schon im Einsatz sind.
Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 ist im
Hinblick auf eine rasche und momentenfreie Beschleunigung
des Schlaggewichtes in Fallrichtung unter Verwendung nicht
auf extreme Robustheit ausgelegter Beschleunigungszylinder
von Vorteil.
Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 6 ist im
Hinblick auf eine einfache Montage und möglichst geringe
Anzahl von Hydraulikleitungen von Vorteil.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei
spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
In dieser zeigen:
Fig. 1 einen vertikalen Schnitt durch einen Hydraulik
bären mit erhöhter Schlagkraft und ein Prinzip
schaltbild der zugeordneten Hydraulikkreise;
Fig. 2 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 1, wobei ein
Hydraulikbär mit abgewandelter Anordnung des
Beschleunigungszylinders wiedergegeben ist; und
Fig. 3 einen schematischen vertikalen Schnitt durch
einen weiter abgewandelten Hydraulikbären.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Hydraulikbären sind auf einer
unteren Rahmenplatte 10 vier vertikale Winkelträger 12 an
geschweißt, die einen im wesentlichen quadratischen Quer
schnitt aufweisenden Führungskäfig vorgeben, in dessen
Innerem ein Schlaggewicht 14 im Gleitspiel läuft. Die oberen
Enden der Winkelträger 12 sind durch eine obere Rahmenplatte
16 fest miteinander verbunden. Weitere Versteifung des
Führungskäfigs erhält man durch Traversen 18, die jedoch
nur auf drei Seiten des Führungskäfiges vorgesehen sind.
Die obere Rahmenplatte 16 trägt eine Seilrolle 20, an wel
cher der gesamte Hydraulikbär mittels eines über sie laufen
den Drahtseiles an einem Mäkler verfahren oder aufgehängt
werden kann.
Das untere Ende des Schlaggewichtes 14 trägt einen Ansatz
22, der mit der Oberseite eines insgesamt mit 24 bezeichne
ten Schlagstückes zusammenarbeitet. Dieses ist in einer
Führungsöffnung 26 der unteren Rahmenplatte 10 im Gleit
spiel angeordnet und arbeitet seinerseits auf das obere
Ende eines Rammgutes 28, z. B. eines Betonpfahles oder eines
Spundwandteiles.
Die untere Rahmenplatte 10 trägt seitlich außerhalb des
Führungskäfiges einen Hubzylinder 30, dessen Kolbenstange
32 an einem beim oberen Ende des Schlaggewichtes 14 vor
gesehenen Mitnehmarm 34 angreift. Der Hubzylinder 30 ist
ein doppeltwirkender Hydraulikzylinder. Seine Arbeitsräume
sind über Arbeitsleitungen 36, 38 mit einem 4/3-Umschaltventil
40 verbunden, welches einlaßseitig mit einer Druckleitung
42 bzw. einer Rücklaufleitung 44 verbunden ist. Die Rück
laufleitung 44 führt zu einem Sumpf 46, aus welchem eine
auf die Druckleitung 42 arbeitende Druckpumpe 48 ansaugt.
An der oberen Rahmenplatte 16 ist mittig herabhängend ein
Beschleunigungszylinder 50 angebracht, der ein einfachwir
kender Arbeitszylinder ist und über eine Arbeitsleitung
50 mit einem 3/2-Umschaltventil 54 verbunden ist. Über
dieses kann der Arbeitsraum des Beschleunigungszylinders
50 wahlweise mit der Druckleitung 42 bzw. der Rücklauf
leitung 44 verbunden werden.
Das Schlaggewicht 14 hat eine nach oben offene zylindrische
Ausnehmung 56, in welche der Beschleunigungszylinder 50
beim Anheben des Schlaggewichtes 14 durch den Hubzylinder
30 eintaucht.
An Führungskäfig sind ein unterer Stellungsgeber 58 und
ein oberer Stellungsgeber 60 angebracht, die jeweils dann
ein Ausgangssignal erzeugen, wenn ein Abschnitt des Schlag
gewichtes 14 ihnen gegenübersteht. Das Ausgangssignal des
Stellungsgebers 48 wird über einen Verzögerungskreis 62
auf eine Steuereinheit 64 gegeben; das Ausgangssignal des
oberen Stellungsgebers 60 wird direkt auf die Steuereinheit
64 gegeben.
Die Steuereinheit 64 stellt an ihrem in der Zeichnung rechts
gelegenen Ausgang H (Heben) dann ein Signal bereit, wenn
über den Verzögerungskreis 62 eine ansteigende Signalflanke
des Stellungsgebers 58 erhalten wurde. Durch dieses Ausgangs
signal wird das Umschaltventil 54 in seine Hub-Arbeitsstel
lung gebracht, in welcher der untenliegende Arbeitsraum
des Hubzylinders 30 mit Druck beaufschlagt, dessen oberer
Arbeitsraum druckentlastet wird. Beim Anheben des Schlag
gewichtes 14 kommt der Boden der Ausnehmung 56 in Anlage
an das Ende der Kolbenstange 66 des Beschleunigungszylinders
50. Da das Umschaltventil 54 federnd in eine Ruhestellung
vorgespannt ist, in welcher der Arbeitsraum des Beschleuni
gungszylinders 50 mit der Rücklaufleitung 44 verbunden ist,
wird die Kolbenstange 66 in Anlage am Boden der Ausnehmung
56 eingefahren.
Sowie das obere Ende des Schlaggewichtes 14 am Stellungs
geber 60 vorbeifährt, erzeugt dieser eine ansteigende Sig
nalflanke und hierauf beendet die Steuereinheit 64 das Sig
nal am Ausgang H und stellt an ihrem weiteren Ausgang F
(Fall) ein Signal bereit. Durch dieses Signal wird das Um
schaltventil 40 in die Einfahr-Arbeitsstellung bewegt, in
welcher der obere Arbeitsraum des Hubzylinders 40 mit Druck
beaufschlagt ist und der untere Arbeitsraum mit der Rück
laufleitung 44 in Verbindung steht. Die Kolbenstange 32
wird nun rasch unter dem Mitnehmarm 34 weggefahren. Gleich
zeitig wird das Umschaltventil 54 in seine Arbeitsstellung
bewegt, in welcher der Arbeitsraum des Beschleunigungszylin
ders 50 mit der Druckleitung 42 verbunden ist. Die Kolben
stange 66 wird nun ausgefahren und drückt das Schlaggewicht
14 nach unten.
Damit wirkt auf das Schlaggewicht 14 sowohl die Schwerkraft
als auch die vom Beschleunigungszylinder 50 bereitgestellte
hydraulische Kraft ein. Er gewinnt somit schneller an Ge
schwindigkeit als unter dem bloßen Einfluß der Schwerkraft,
und entsprechend ist auch die Schlagkraft des Hydraulikbären
vergrößert.
Beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Längen
verhältnisse so gewählt, daß die Kolbenstange 66 ihre voll
ausgefahrene Stellung schon erreicht, bevor das Schlagge
wicht 14 auf das Schlagstück 24 auftrifft. Ferner liegt
der Mitnehmarm 34 dann, wenn das Schlaggewicht 14 das Schlag
stück 24 ganz gegen die Oberseite der untere Rahmenplatte
10 bewegt hat, noch eine kleine Strecke über dem Ende der
voll eingefahrenen Kolbenstange 32.
Der oben beschriebene Hub- und Fallzyklus wiederholt sich
laufend, solange ein der Steuereinheit 64 zugeordneter
Schalter 68 geschlossen ist. Wird dieser Schalter geöffnet,
so stellt die Steuereinheit 64 an keiner ihrer Ausgangs
klemmen ein Signal bereit, und die Umschaltventile 40 und
54 nehmen die in der Zeichnung wiedergegebenen Ruhestellun
gen ein.
Bei dem in Fig. 2 wiedergegebenen Hydraulikbären sind oben
schon beschriebene Bauteile wieder mit denselben Bezugs
zeichen versehen. Der Beschleunigungszylinder 50 ist nun
ebenfalls seitlich außerhalb des Führungskäfiges angeordnet,
und seine Kolbenstange greift an einem beim unteren Ende
des Schlaggewichtes 14 vorgesehenen zweiten Mitnehmarm 70
an. Man erkennt, daß auch durch diese Anordnung des Beschleu
nigungszylinders 50 die axiale Kompaktheit des Hydraulikbären
nicht beeinträchtigt wird. Das Schlaggewicht 14 ist nun
vollständig massiv.
Legt man bei dem in Fig. 2 gezeigten Hydraulikbären Wert
auf eine momentenfreie Kraftübertragung, so kann man zwei
oder vier Hubzylinder symmetrisch zur Führungsachse vor
sehen und entsprechend zwei oder vier Beschleunigungszylin
der ebenfalls symmetrisch zur Führungsachse winkelmäßig
zwischen die Hubzylinder verschachtelt anordnen. Fig. 2
wäre dann ein unter 90° abgewinkelter axialer Schnitt durch
einen solchen Hydraulikbären mit zwei Hubzylindern und zwei
Beschleunigungszylindern.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind Einzelheiten der
Schlaggewicht-Führungseinrichtung und der Hydraulikkreise
weggelassen. Zwei doppeltwirkende Arbeitszylinder 72 ersetzen
gleichzeitig die Hubzylinder 30 und die Beschleunigungszy
linder 50 der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele.
Ihre oberen Kolbenstangen 74 greifen an den oberen Mitnehm
armen 34, ihre unteren Kolbenstangen 76 an den unteren
Mitnehmarmen 70 des Schlaggewichtes 14 an. Dabei ist die
Gesamtlänge der Kolbenstangen 74, 76 um die Strecke x kleiner
als der Abstand der Mitnehmarme 34, 70. Ferner ist die Länge
z der voll ausgefahrenen oberen Kolbenstangen 74 größer als
die Strecke y, die bei voll angehobenem Schlaggewicht 14
und voll abgesenktem Schlagstück 24 zwischen Schlaggewicht
unterseite und Schlagstückoberseite liegt. Auf diese Weise
sind schlagbedingte Beschädigungen der Arbeitszylinder 72
nicht möglich.
Claims (6)
1. Hydraulikbär, mit einem Schlaggewicht (14), mit
einer Führungseinrichtung für das Schlaggewicht
(14), mit einer auf das Schlaggewicht (14) arbeitenden
Zylinderanordnung (30, 50), durch deren Kolbenstange
(32, 66) das Schlaggewicht anhebbar und in Abwärtsrichtung
beschleunigbar ist, sowie mit einer Druckmittelquelle (48),
die über ein Umschaltventil (40, 54) so mit der Zylinderanordnung
(30, 50) verbindbar ist, daß das Umschaltventil
(40, 54) dann den Beschleunigungszylinder (50) mit der
Druckmittelquelle (48) verbindet, wenn der Hubzylinder
(30) druckentlastet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zylinderanordnung einen Hubzylinder (30) und einen hiervon
getrennten Beschleunigungszylinder (50) aufweist, und daß
der Hubzylinder (30) über eine erste Schub-Mitnahmeverbindung
(34) und der Beschleunigungszylinder (50) über
eine zweite Schub-Mitnahmeverbindung (56; 70) am Schlaggewicht
angreift.
2. Hydraulikbär nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kolbenstange (32) des Hubzylinders (30)
an der Schub-Mitnahmeverbindung (34) beim oberen Ende
des Schlaggewichtes (14) und die Kolbenstange (66) des
Beschleunigungszylinders (50) an der Schub-Mitnahmeverbindung
(56, 70) beim unteren Ende des Schlaggewichtes
(14) angreift.
3. Hydraulikbär nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Schub-Mitnahmeverbindung eine im
Schlaggewicht (14) vorgesehene, nach oben offene Ausnehmung
(56) aufweist, in welche der Beschleunigungszylinder
(50) zumindest teilweise einfahrbar ist, und daß der
Beschleunigungszylinder (50) mit dieser Ausnehmung (56)
axial fluchtend angeordnet ist.
4. Hydraulikbär nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß Hubzylinder (30) und Beschleunigungszylinder (50)
seitlich außerhalb der Bahn des Schlaggewichtes (14)
angeordnet sind und die erste Schub-Mitnahmeverbindung
einen oberen auskragenden Mitnehmarm (34) des Schlaggewichtes
(14) und die zweite Schub-Mitnahmeverbindung
einen unteren auskragenden Mitnehmerarm (70) des Schlaggewichtes
(14) aufweist.
5. Hydraulikbär nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß eine geradzahlige Anzahl von Hubzylindern
(30) in Umfangsrichtung gleich verteilt vorgesehen ist
und eine ebenfalls geradzahlige Anzahl von Beschleunigungszylindern
(50) vorgesehen ist, wobei letztere vorzugsweise
um eine halbe Teilung der Hubzylinderanordnung
versetzt zwischen den Hubzylindern (30) angeordnet sind.
6. Hydraulikbär mit einem Schlaggewicht (14), mit
einer Führungseinrichtung für das Schlaggewicht
(14), mit einer auf das Schlaggewicht (14) arbeitenden
doppeltwirkenden Zylinderanordnung (72), durch welche
das Schlaggewicht anhebbar und in Abwärtsrichtung beschleunigbar
ist, sowie mit einer Druckmittelquelle (48),
die über ein Umschaltventil (40, 54) mit der Zylinderanordnung
(72) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kolbenstangen (74, 76) der Zylinderanordnung (72) über
eine erste Schub-Mitnahmeverbindung (34) in Heberichtung
und über eine zweite Schub-Mitnahmeverbindung (70) in
Beschleunigungsrichtung am Schlaggewicht (14) angreifen,
wobei die Gesamtlänge der Kolbenstangen (74, 76) um eine
Strecke x kleiner ist als der Abstand der Mitnehmerarme
(34, 70) und die Länge z der voll ausgefahrenen oberen
Kolbenstange (74) größer ist als die Strecke y, die
bei voll angehobenem Schlaggewicht (14) und voll abgesenktem
Schlagstück (24) zwischen Schlaggewichtunterseite
und Schlagstückoberseite liegt.
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DE19904028617 DE4028617C2 (de) | 1990-09-08 | 1990-09-08 | Hydraulikbär |
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