DE19734966A1 - Hydraulikhammer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hydraulikhammer nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1 zum Einschlagen von Pfählen, Spundbohlen, Rohren und anderen Bauelementen in den Boden.

Es ist eine hydraulische Vorrichtung zum Einschlagen von Pfählen nach der DE 29 00 221 C1 bekannt, die einen Körper, eine am Körper befestigte Schlagmasse, einen Hydraulikzylinder mit Kraftkolben, dessen Kolbenstange mit der Schlagmasse verbunden ist, ein Wegeventil, das sich im Hydraulikzylinder befindet und einen Block darstellt, welcher einen Steuerschieber mit einem Plunger enthält, der mit der Stirnfläche des Kraftkolbens zusammenwirken kann, umfaßt. Der Schieber mit dem Plunger bildet ein geschlossenes Volumen (Steuerzylinder), das mit einem Speicher in Verbin­ dung steht, in dem ein Kolben angeordnet ist, dessen Weg durch einen Anschlag begrenzt ist. Der Steuerzylinder ist mit einem Ablauf über ein Sicherheitsventil verbunden.

Die erwähnte Vorrichtung ist funktionsfähig und in der Praxis verwirklicht, weist jedoch zwei Nachteile auf: hoher Preis wegen des Schiebertyps des Wegeventils und wegen der notwendigen mechanischen Präzisionsbearbeitung sowie hydrau­ lische Verluste bei der Umsteuerung, welche bis zu 20% der Energie des Zyklus infolge des sogenannten "Kurzschlusses" des Schiebers betragen.

Weiter bekannt ist ein hydraulischer Pfahlhammer gemäß der DE 27 08 512 C1, enthaltend einen Körper, eine Schlagmasse, die relativ zum Körper hin- und herbewegbar angeordnet ist, einen am Körper befestigten doppeltwirkenden Hydraulikzylinder mit einer Kolbenstange, die im Hydraulikzylinder einen dem Pfahl zuge­ kehrten Kolbenstangenraum und einen Kolbenraum auf der an­ deren Seite des Kolbens bildet, wobei die Stange mit der Schlagmasse verbunden ist, eine Pumpe, eine Ablaufleitung, eine Druckleitung, die mit dem Kolbenstangenraum stets kom­ muniziert, zwei Zweistellungsventile, welche im Ventilgehäuse angeordnet sind und den Kolbenraum mit der Druck- oder der Ablaufleitung abwechselnd verbinden, wobei die Ventile ent­ sprechend DE 26 54 219 A1 so aus­ geführt sind, daß jedes Ventil zwei Steuerkolben besitzt, deren Durchmesser den wirksamen Durchmesser des Ventilsitzes unterschreiten, und wobei bei der Umsteuerung der Ventile zuerst das geöffnete Ventil unter Einwirkung des Steuerkolbens schließt, während das geschlossene Ventil sich nur nach Druckausgleich im Kolbenraum und in der Druck- oder Ablauf­ leitung öffnet.

Der Hauptnachteil der besagten Vorrichtung besteht im unzuverlässigen Ansprechen des geschlossenen Ventils am Ende des Leerhubs, d. h. bei der Bewegung des Kolbens und der Schlagmasse nach oben. Während des Leerhubs verbindet das geöffnete Ventil den Kolbenraum mit der Ablaufleitung, während das geschlossene Ventil den Kolbenraum von der Druckleitung trennt; es wird demnach im geschlossenen Zustand durch den Betriebsdruck verriegelt, welcher dem Druck in der Drucklei­ tung gleich ist. Nach dem Schließen des geöffneten Ventils ist der Kolbenraum nunmehr geschlossen und der Druck darin nimmt nur aufgrund der kinetischen Energie der Schlagmasse zu, die sich trägheitsbedingt weiter nach oben bewegt, bis sie wegen der Bremswirkung des Gewichtes der Schlagmasse, der Reibung und der hydraulischen Kraft der Einwirkung des Drucks im Kolbenraum auf den Kolben zum Stillstand kommt. Damit sich das geschlossene Ventil öffnet, soll der Druck im Kolbenraum die Höhe des Betriebsdrucks erreichen, d. h. dem Druck in der Druckleitung gleich werden. Jedoch wird diese Bedingung nicht immer eingehalten, und dann bleiben der Kol­ ben und die Schlagmasse in der oberen Stellung hängen, und es findet kein Arbeitsgang statt. Die Ursache liegt darin, daß die kinetische Energie des Kolbens und der Schlagmasse oft nicht ausreicht, um im Kolbenraum einen Druck der erfor­ derlichen Höhe aufzubauen. Wenn beispielsweise der Hammer nicht mit voller, sondern mit teilweiser Energie arbeitet, ist sein Weg nicht groß und demnach auch die Geschwindigkeit gering. In modernen Hydraulikkammern wird beim vollen Weg die Schlagmasse am Ende des Leerhubs etwa auf 1,8 m/s be­ schleunigt, bei der Arbeit mit einer minimalen Schlagenergie aber nur auf 0,3 m/s, so daß in diesen beiden Fällen die kine­ tische Energie der Schlagmasse, die dem Geschwindigkeits­ quadrat proportional ist, um das 36-fache differiert. Der auf die Bremsung der Schlagmasse zurückzuführende Druckan­ stieg im Kolbenraum am Ende des Leerhubs wird auch durch nicht vorgesehene Leckströmungen aus dem Kolbenraum und das Vorhandensein von Luft in der Druckflüssigkeit verlangsamt. Den genannten Nachteil der Vorrichtung bestätigen nicht nur die entsprechenden Berechnungen des Arbeitsablaufs, sondern eigenen Erfahrungen: bei den hier entwickelten Hämmern wurden ursprünglich Ventile verwendet, die den beschriebe­ nen ähnlich waren, hierauf mußte aber verzichtet werden, weil es eben nicht gelungen ist, ein ständiges Hängenbleiben des Kolbens und der Schlagmasse in der oberen Lage zu beseitigen.

Die in Rede stehende Vorrichtung ist auch mit anderen Nachteilen behaftet; beispielsweise schließt sich am Ende des Arbeitsgangs zunächst das Ventil, welches den Kolbenraum fit der Druckleitung verbundet. Am Ende des Ventilhubs, wenn der Spalt zwischen Ventil und Sitz klein und der Durchfluß­ widerstand des Spaltes entsprechend groß wird, wirkt nahezu auf die gesamte Querschnittsfläche des Ventils (abzüglich der Fläche des Steuerkolbens) der Betriebsdruck, und der Gegendruck auf das Ventil von Seiten des Kolbenraumes wird wegen der Drosselwirkung des Spaltes unbedeutend. Infolge­ dessen wird das Ventil mit etwa 1 kg Masse durch eine Kraft von mehreren Megapond auf eine hohe Geschwindigkeit be­ schleunigt und beim Sitzschluß zerschlagen. Da der das Ventil beschleunigende Druck auf das Ventil auf einer großen Fläche wirkt, ist für eine effektive Bremsung desselben eine Flüs­ sigkeitsbremse mit einer Kammer erforderlich, die nach ihrem Durchmesser mit dem Sitzdurchmesser vergleichbar ist, was die Konstruktion beträchtlich kompliziert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die Betriebs­ zuverlässigkeit des Hammers im ganzen Arbeitsintervall der Größe der Schlagenergie zu erhöhen.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Hammer einen Körper, eine Schlagmasse, die relativ zum Körper hin- und herbewegbar angeordnet ist, einen doppeltwirkenden Hy­ draulikzylinder zum Bewegen der Schlagmasse, der am Körper befestigt ist und einen Kolben mit Kolbenstange besitzt, welche im Hydraulikzylinder einen Kolbenstangenraum, der zum Pfahl gekehrt ist, und einen Kolbenraum auf der anderen Seite des Kolbens bilden, wobei die Kolbenstange mit der Schlagmasse verbunden ist, eine Pumpe mit einer Ablauflei­ tung und einer Druckleitung, die mit dem Kolbenstangenraum des Hydraulikzylinders stets verbunden ist, zwei Zweistel­ lungsventile, welche zum Verbinden des Kolbenraumes des Hydraulikzylinders mit der Druck- oder Ablaufleitung bestimmt sind, umfaßt, wobei jedes Ventil beim Sitzschluß eine Kon­ taktfläche in Form eines schmalen Ringes auf der vorderen, dem Sitz zugewandten Stirnfläche des Ventils aufweist und mit zwei Steuerkolben versehen ist, von denen jeder einen Durch­ messer kleiner als der Durchmesser der Ventil-Kontaktfläche besitzt, wobei die Steuerräume der Kolben mit der Druck- oder der Ablaufleitung über Vorsteuerleitungen in Verbindung ge­ setzt werden können. Jedes Ventil ist erfindungsgemäß in Gestalt eines Zylinders ausgebildet, der im Ventilgehäuse untergebracht und am Außendurchmesser abgedichtet ist, wel­ cher größenmäßig dem Durchmesser der Ventil-Kontaktfläche nahekommt, wobei der Raum auf der Seite der vorderen Stirn­ fläche des Ventils mit dem Raum auf der Seite der hinteren Stirnfläche des Ventils, die dem Sitz gegenüberliegt, in Ver­ bindung steht.

Infolge der Verbindung der Räume zu beiden Seiten jedes Ventils gleicht sich der Flüssigkeitsdruck in diesen Räumen an, und bei der Umsteuerung beginnen die beiden Ventile ihre Bewegung gleichzeitig nur unter Einwirkung der Steuerkolben, was eine absolut zuverlässige Umsteuerung der Ventile bei einer beliebigen Betriebsweise des Hammers sicherstellt sowie die Anwendung der Steuerkolben kleinen Durchmessers im Ver­ gleich mit dem Durchmesser der Ventil-Kontaktfläche ermög­ licht. Die Verbindung der Räume auf der Seite der vorderen und der hinteren Stirnfläche des Ventils miteinander kann in Form eines Kanals im Ventil ausgeführt sein.

Es ist zweckmäßig, in dem Kanal, der die auf der Seite der Stirnflächen des Ventils liegenden Räume verbindet, para­ llel zueinander eine Drossel und ein Rückschlagventil mit der Bewegungsrichtung der Flüssigkeit von der vorderen Stirn­ fläche des Ventils zur hinteren einzubauen. Eine solche Be­ sonderheit gestattet es, die Bewegungsgeschwindigkeit jedes Ventils bei der Umsteuerung zu regeln und auf diese leise den Einfluß des "Kurzschlusses" praktisch zu beseitigen. Beim Schließen des Ventils geht die Ausströmung der Druckflüssig­ keit in Richtung von der vorderen zur hinteren Stirnfläche durch die Öffnungen sowohl der Drossel als auch des Ventils vonstatten. Als Ergebnis ist ein das Ventil bremsendes hydro­ dynamisches Druckgefälle an seinen Stirnseiten kleiner und demnach die Bewegungsgeschwindigkeit des Ventils größer. Beim Öffnen des Ventils erfolgt die Ausströmung der Flüssigkeit in Richtung von der hinteren Stirnfläche zur vorderen nur durch die Öffnung der Drossel, so daß sich der Drosseleffekt verstärkt und dementsprechend das hydrodynamische Druckge­ fälle an den Stirnseiten des Ventils, welches seine Bewegung bremst, zunimmt, und die Geschwindigkeit des Ventils wird niedriger als beim Schließen.

Die Steuerkolben jedes Ventils können auf der Seite der hinteren Stirnfläche des Ventils angeordnet sein und dabei unterschiedliche Durchmesser aufweisen. In diesem Fall können die Ventile mit ihren vorderen Stirnflächen gegenein­ ander gerichtet sein und die Räume auf der Seite der vorderen Stirnflächen der Ventile können miteinander und mit dem Kolbenraum des Hydraulikzylinders in Verbindung stehen, was die Gedrungenheit und Fertigungsgerechtheit der Konstruktion der Ventile verbessert.

Somit besteht der erste Hauptvorteil der Erfindung darin, daß jedes Ventil von der Einwirkung der Axialkraft des hydraulischen Drucks auf seine Stirnflächen entlastet ist, weil die Stirnflächen des Ventils größenmäßig nahekommen, während die auf seine Stirnflächen wirkenden Drücke in ihrer Höhe dadurch ähnlich sind, daß die Räume zu beiden Seiten des Ventils miteinander in Verbindung stehen. Dies erlaubt, die Ventile bei beliebigen Betriebsarten des Hammers nur durch Einwirkung der Steuerkolben absolut zuver­ lässig umzusteuern.

Der zweite wichtige Vorteil der Erfin­ dung liegt darin, daß die Bewegungsgeschwindigkeiten der Ven­ tile bei der Umsteuerung sich optimal einstellen lassen durch den Einbau in den Kanälen, welche die Räume auf der Seite der Stirnflächen jedes Ventils verbinden, einer Drossel und eines Rückschlagventils, die parallel fungieren. In diesem Fall erfolgt beim Öffnen des Ventils die Ausströmung der Flüssig­ keit in Richtung von der hinteren Stirnfläche zur vorderen nur durch die Öffnung der Drossel und das Ventil öffnet sich langsam. Beim Schließen des Ventils strömt die Flüssig­ keit in Richtung von der vorderen Stirnfläche zur hinteren durch die Drossel und das Rückschlagventil, d. h. durch einen größeren Gesamtquerschnitt der Öffnungen, aus; als Ergebnis verringert sich der Grad der Drosselung, und die Bewegungs­ geschwindigkeit des Ventils ist höher als bei dessen Öffnung. Somit ist bei der Umsteuerung der Ventile die Schließzeit des einen Ventils immer kürzer als die Öffnungszeit des an­ deren, weshalb die Leckströmungen im "Kurzschluß" der Ventile vernachlässigbar klein sind (unter 1% der Energie eines Zyk­ lus).

Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus nachfolgen­ den Ausführungsbeispielen derselben und aus Zeichnungen ver­ ständlicher, in denen

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Hammer in der Ausgangs­ stellung im Längsschnitt;

Fig. 2 einen Längsschnitt einer Ausführungsform zweier Zweistellungsventile, welche die Arbeit des Hydraulikzylin­ ders des Hammers steuern, zeigen.

In Fig. 1 ist der Hammer zum Absenken von Rammelementen vom Typ eines Pfahls 1 in den Boden darge­ stellt, enthaltend einen Körper 2, eine Schlagmasse 3, die über Führungen 4 des Körpers 2 hin- und herbewegbar angeord­ net ist, eine zwischen der Schlagmasse 3 und dem Pfahl 1 an­ geordnete Rammhaube 5, einen doppeltwirkenden Hydraulik­ zylinder 6 zum Bewegen der Schlagmasse 3, welcher am Körper 2 befestigt ist und einen Kolben 7 mit Kolbenstange 8 besitzt, die im Hydraulikzylinder 6 einen Kolbenstangenraum 9, der zum Pfahl 1 gekehrt ist, und einen Kolbenraum 10, der sich auf der anderen Seite des Kolbens 7 befindet, bilden, wobei die Kolbenstange 8 mit der Schlagmasse 3 verbunden ist; eine Pumpe 11, eine Druckleitung 12, die mit dem Kolbenstangen­ raum 9 stets verbunden ist, eine Ablaufleitung 13, zwei Zweistellungsventile 14 und 15. Das Ventil 14 umfaßt ein Gehäuse 16, ein Ventilelement 17, eine Dichtung 18 des Ven­ tilelementes 17 im Gehäuse 16, einen Kanal 19 im Ventil­ element 17, welcher einen Hohlraum 20 auf der Seite der vor­ deren Stirnfläche 17a und einen Hohlraum 21 auf der Seite der hinteren Stirnfläche 17b des Ventilelements 17 unterein­ ander verbindet, einen Sitz 22 des Ventils 14, Steuerkolben 23 und 24. Entsprechend umfaßt das Ventil 15 ein Gehäuse 25, ein Ventilelement 26, eine Dichtung 27, einen Kanal 28 im Ventilelement 26, welcher einen Hohlraum 29 auf der Seite der vorderen Stirnfläche 26a und einen Hohlraum 30 auf der Seite der hinteren Stirnfläche 26b des Ventilelementes 26 untereinander verbindet, einen Sitz 31 des Ventils 15, Steuerkolben 32 und 33. Die Ventile 14 und 15 werden von einem Zweistellungsschieber 34 gesteuert, der durch Signale von den Stellungsgebern 35 und 36 der Schlagmasse 3 umgesteuert wird und welcher Vorsteuerleitungen 37 und 38 besitzt.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsvariante des Zweistellungs­ ventils im Schnitt dargestellt. In einem einheitlichen Gehäuse 39 sind zwei Ventilelemente 17 und 28 untergebracht und mit Dichtungen 18 und 27 abgedichtet. Das Ventilelement 17 ist auf der Seite der hinteren Stirnfläche 17b mit Steuerkolben 40 und 41 mit Steuerräumen 42 und 43 versehen. Der Raum 20 auf der Seite der vorderen Stirnfläche 17a des Ventilelemen­ tes 17 und der Raum 21 auf der Seite der hinteren Stirnflä­ che 17b des Ventilelementes 17 sind durch einen Kanal 19 verbunden, in dem eine Drossel 44 vorgesehen ist, die in einem Rückschlagventil 45 mit Öffnungen 46 ausgeführt ist. Entsprechend ist das Ventilelement 26 mit Steuerkolben 47 und 48, die Steuerräume 49 und 50 bilden, mit einer Drossel 51 und einem Rückschlagventil 52 mit Öffnungen 53 versehen. Die aus der Zeichnung ersichtlich ist, stellen in der Variante mit dein einheitlichen Gehäuse 39 die Räume 20 und 29 der beiden Ventilelemente auf der Seite der vorderen Stirnflächen einen einheitlichen Raum dar, welcher über eine Öffnung 54 mit dem Kolbenraum 10 des Hydraulikzylinders 6 in Verbindung steht. Eine Öffnung 55 ist mit der Ableitung 13, eine Öffnung 56 aber mit der Druckleitung 12 verbunden.

Der Hydraulikhammer arbeitet folgenderweise. In der Aus­ gangsstellung (Fig. 1) befindet sich der Vorsteuerschieber 34 unter der Wirkung des Signals des Gebers 36 in der auf der Zeichnung gezeigten Position, und die unter Druck stehen­ de Flüssigkeit gelangt aus der Druckleitung 12 durch den Schieber 34 über die Vorsteuerleitungen 37 in die Steuerräume, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, wobei sie auf die Steuer­ kolben 23 und 33 einwirkt und bestrebt ist, das Ventilelement 17 zu öffnen und das Ventilelement 26 zu schließen. Dabei sind die gegenüberliegenden Steuerkolben 24 und 32 vom Druck entlastet, weil ihre Räume über die Vorsteuerleitung 38 mit der Ablaufleitung 13 verbunden sind. Auf die Stirnflächen 17a und 17b des Ventilelementes 17 wirken gleich große, aber entgegengesetzt gerichtete Kräfte des hydrostatischen Druckes, die sich gegenseitig ausgleichen, da sowohl die Stirnflächen des Ventils als auch der Druck in den Räumen 20 und 21 gleich sind. Ähnlich ist auch das Ventilelement 26 von der Wirkung der hydraulischen Axialkraft entlastet. Folglich wirken auf jedes Ventil nur die Druckkräfte von Seiten der jeweiligen Steuerkolben 23 und 33, unter deren Wirkung das Ventilelement 17 geöffnet und das Ventilelement 26 geschlossen ist.

In der oberen Lage der Schlagmasse 3 schaltet ein Signal vom Geber 35 den Vorsteuerschieber 34 in die zweite Position um, bei welcher die Vorsteuerleitung 37 mit der Ablaufleitung 13 und die Vorsteuerleitung 38 mit der Druckleitung 12 in Verbindung steht. Dabei wirkt auf die Steuerkolben 24 und 32 der Betriebsdruck (der Druck in der Druckleitung 12), während die Kolben 23 und 33 von der Wirkung des Betriebsdruckes ent­ lastet sind, da ihre Räume mit der Ablaufleitung 13 mittels der Vorsteuerleitung 37 verbunden sind. Im Anfangsaugenblick der Umsteuerung ist der Druck auf der Seite der Stirnflächen jedes Ventils gleich, deshalb erfolgt der Anlauf jedes Ven­ tils mit einer Beschleunigung a = F/m, worin F eine Kraft, die dem Produkt aus dem Betriebsdruck mal der Querschnitts­ fläche der Steuerkolben 24 und 32 der Ventilelemente 17 bzw. 26 gleich ist, bedeutet und m die Masse des Ventils ist. Bei einer Erhöhung der Geschwindigkeiten der Ventile werden auch die hydrodynamischen Widerstände in den Kanälen 19 und 28 zunehmen, wobei infolgedessen der Anlauf der Ventile ein Ende nimmt und diese sich weiter gleichförmig von dem Moment an weiter bewegen, in dem der erwähnte Durchfluß­ widerstand der Kanäle 19 und 28 dermaßen angewachsen ist, daß die Kräfte, welche dem Produkt aus dem hydrodynamischen Druckgefälle mal der Stirnfläche jedes Ventils gleich sind, sich den Kräften angleichen, die entsprechend von Seiten der Steuerkolben 24 und 32 wirken.

In der Ausführungsvariante gemäß Fig. 2 ist das Ven­ tilelement 17 in der Ausgangsstellung unter der Wirkung des Drucks in dem mit der Vorsteuerleitung 37 verbundenen Steuer­ raum 42 geöffnet. Dabei ist die Kraft, die das Ventil öffnet, dem Produkt aus dem Betriebsdruck mal der Ringsfläche des Steuerraumes 42 gleich, welche der Differenz der Querschnitte der Steuerkolben 41 und 40 gleich ist. Der Druck in den Räumen 20 und 21 zu beiden Seiten des Ventilelementes 17 ist ein und derselbe und dem Druck in der Ablaufleitung 13 gleich, weil die erwähnten Räume über den Kanal 19 und die Drossel 44 in Verbindung stehen. Das Ventilelement 26 ist durch die Wirkung der Betriebsdruckkraft auf die Fläche des Kolbens 48 geschlossen, da der Steuerraum 50 mit der Druck­ leitung 12 über den Steuerkanal 37 verbunden ist. Ein Gegen­ druck im Steuerraum 49 fehlt, weil dieser Raum mit der Ab­ laufleitung 13 über die Vorsteuerleitung 38 verbunden ist. Der Druck in den Räumen 29 und 30 ist ein und derselbe und dem Druck in der Ablaufleitung 13 gleich, da die Räume über den Kanal 28 und die Drossel 51 in Verbindung stehen. In der oberen Lage der Schlagmasse 3 (Fig. 1) wird der Vor­ steuerschieber unter der Wirkung eines Signals vom Geber 35 umgeschaltet, wobei er die Vorsteuerleitung 37 mit der Ablaufleitung 13 und die Vorsteuerleitung 38 mit der Druck­ leitung 12 verbindet. Infolgedessen wird im Raum 43 (Fig. 2) der Betriebsdruck aufgebaut, der auf den Kolben 41 einwirkt und eine Kraft erzeugt, die das Ventilelement 17 schließt. Der Raum 42 ist dabei mit der Ablaufleitung 13 über die Vor­ steuerleitung 37 verbunden. Zu Beginn der Bewegung des Ven­ tilelementes 17 ist der Druck in den Räumen 21 und 20 ein und derselbe und dem Druck in der Ablaufleitung 13 gleich, und der Anlauf des Ventils beginnt mit einer Beschleunigung, die durch die Kraft am Kolben 41 und die Ventilmasse be­ stimmt wird, wie bereits vorstehend angegeben. Mit der Zunah­ me der Geschwindigkeit des Ventils erhöht sich die Strömungs­ geschwindigkeit der Flüssigkeit durch den Kanal 19 in Rich­ tung aus dem Raum 20 in den Raum 21. Ein am Rückschlagventil 45 entstehendes hydrodynamisches Druckgefälle verstellt das Rückschlagventil 45 in die linke Endstellung, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, und die Flüssigkeit strömt durch den Gesamtquerschnitt der Drossel 44 und der Öffnungen 46 aus. Das bedeutet, daß das Schließen des Ventils unter der Wirkung des Betriebsdrucks auf die Fläche des Kolbens 41 erfolgt (welche die Ringfläche des Raumes 42 übersteigt), während die Ausströmung der Flüssigkeit durch den Kanal 19 über die Drossel 44 und die Öffnungen 46 parallel geschieht, was eine hohe Geschwindigkeit des Schließens des Ventilelementes 17 sicherstellt. Ähnlich beginnt das Ventilelement 26, sich gleichzeitig mit dem Schließen des Ventilelementes 17 zu öffnen, aber seine Geschwindigkeit ist niedriger als die Be­ wegungsgeschwindigkeit des Ventilelementes 17. Dies wird da­ durch bestimmt, daß sich das Ventil 26 durch die Wirkung des Betriebsdruckes im Steuerraum 49 öffnet, welcher auf die Ringsfläche des Kolbens 48 einwirkt, d. h., die Kraft des Öffnens des Ventilelementes 26 ist kleiner als die Kraft des Schließens des Ventilelementes 17. Außerdem strömt beim Öffnen des Ventilelementes 26 die Flüssigkeit durch den Kanal 28 in Richtung aus dem Raum 30 in den Raum 29 und drückt das Rückschlagventil 52 in die linke Endstellung, in welcher die Öffnungen 53 verschlossen werden, und die Ausströmung ge­ schieht nur durch die Drossel 51, so daß wegen ihres kleinen Querschnitts das hydrodynamische Druckgefälle zwischen den Räumen 30 und 29 höher ist. Infolge der Wirkung der zwei ge­ nannten Umstände ist die Geschwindigkeit der gleichmäßigen Bewegung des Ventilelementes 26, wenn die Kraft des hydro­ dynamischen Widerstandes gegen die Bewegung des Ventilelemen­ tes gleich der auf den Kolben 48 im Raum 49 wirkenden Kraft ist, bedeutend niedriger als die Geschwindigkeit des Schlies­ sens des Ventilelementes 17.

Somit ist nach der oberen Umschaltung das Ventilelement 17 geschlossen, das Ventilelement 26 aber geöffnet, und in den Räumen 21, 20, 29 und 30 herrscht ein und derselbe Druck, der dem Betriebsdruck in der Druckleitung 12 gleich ist. Dabei sind die Ventile im Laufe des Arbeitsgangs (des Nieder­ gangs der Schlagmasse 3) in der genannten Stellung verrie­ gelt: das Ventilelement 17 wird in der Schließstellung durch die Kraft der Einwirkung des Betriebsdruckes auf die Flächen­ differenz der Kolben 41 und 40 verriegelt, während das Ven­ tilelement 26 in der Offenstellung durch die Kraft der Ein­ wirkung des Betriebsdruckes auf die Fläche des Kolbens 48 verriegelt ist (die Summe der Ringfläche des Raumes 49 und der Fläche des Kolbens 47, auf welchen der Betriebsdruck auf der Seite des Raumes 29 wirkt).

In der unteren Lage der Schlagmasse 3 stehen unter dem Betriebsdruck, wie bereits im vorstehenden angegeben, die Räume 50 und 42, während die Räume 49 und 43 mit der Ablauf­ leitung 13 in Verbindung stehen. Das Ventilelement 26 schließt sich dabei zu Beginn der Bewegung unter der Wirkung einer Kraft, die dem Produkt aus dem Betriebsdruck im Raum 50 mal der Fläche des Kolbens 48 abzüglich der Kraft der Ein­ wirkung desselben Betriebsdruckes im Raum 29 auf die Fläche des Kolbens 47 gleich ist. Je nach der Bewegung des Ventil­ elementes 26 infolge der Drosselwirkung des sich flächen­ mäßig verringernden Spaltes zwischen dem Ventilelement 26 und dem Sitz 31 sowie im Ergebnis einer Vergrößerung des Volumens des Kolbenraumes 10 des Hydraulikzylinders 6 wegen der Ab­ wärtsbewegung des Kolbens 7 fällt der Druck im Raum 29 ab, und die Schließkraft des Ventilelementes 26 am Ende seines Wegs ist etwa dem Produkt aus dem Betriebsdruck mal der Fläche des Kolbens 48 gleich. Dabei ist die den Kanal 28 des Ventilelementes 26 passierende Flüssigkeitsströmung aus dem Raum 29 in den Raum 30 gerichtet und sie drückt das Rück­ schlagventil 52 in die rechte Endstellung, in welcher die Öffnungen 53 freigegeben sind. Als Ergebnis ist der hydrauli­ sche Widerstand gegen die Flüssigkeitsströmung, welche die Gesamtfläche der Drossel 51 und der Öffnungen 53 passiert, kleiner als beim Öffnen des Ventilelements 26, und dieses schließt sich entsprechend schneller. Das Ventilelement 17 öffnet sich langsamer, weil die Flüssigkeit aus dem Raum 21 in den Raum 20 nur über die Drossel 44 ausströmt. Dabei ist das Rückschlagventil 45 durch die Flüssigkeitsströmung in die rechte Endstellung gedrückt, und die Öffnungen 46 sind verschlossen.

Somit weist der Hydraulikhammer wesentliche Vorteile auf. Erstens sind die Ventile von der Wirkung der hydrostatischen Kraft auf die Stirnfläche des Ventils dank einem automatischen Ausgleich des die beiden Stirnflächen jedes Ventils beaufschlagenden Druckes entlastet. Dies ermög­ licht es, die Ventile nur durch die Wirkung der Steuerkolben unabhängig von der Höhe des die Stirnflächen der Ventile beaufschlagenden Druckes umzusteuern und ihre Flächen mehr­ fach kleiner als die Stirnfläche des Ventils zu machen. Dabei beginnen die beiden Ventile ihre Bewegung bei der Umsteuerung gleichzeitig. Zweitens bietet die Verwendung einer Drossel und eines Rückschlagventils, die in einer Öffnung des Ventils parallel eingebaut sind, welche die Räume zu beiden Seiten desselben verbindet, die Möglichkeit, optimale Bewegungs­ geschwindigkeiten der Ventile bei der Umsteuerung einzustellen; im besonderen schließt sich das geöffnete Ventil stets schneller als sich das geschlossene Ventil öffnet. Derartige Verhältnisse der Umsteuerung der Ventile sind weder von der Betriebsweise des Hammers (volle oder teilweise Schlagenergie), noch von der Bewegungsgeschwindigkeit der Schlagmasse, noch von der Größe des Drucks, unter dessen Wirkung die Ventile stehen, noch von anderen Bedingungen abhängig. Und deshalb, obwohl bei gleichzeitigem Beginn der Bewegung der Ventile bei der Umsteuerung formell ein "Kurzschluß" stattfindet, kann seine Einwirkung faktisch vernachlässigt werden, denn die optimalen Bewegungsgeschwindigkeiten der Ventile sind ge­ währleistet. Beispielsweise kann der volle Ventilweg 8 mm, die Geschwindigkeit der gleichförmigen Bewegung der Ventile: geöffnetes Ventil - 4 m/s, geschlossenes Ventil - 2 m/s; der Anlaufweg etwa 0,5 mm; die Umsteuerzeit: geöffnetes Ventil - 2,5 ms, geschlossenes Ventil - 5 ms betragen. Da­ bei geht durch Leckströmungen beim "Kurzschluß" weniger als 1% der Energie des Zyklus verloren.

Es ist auch bemerkenswert, daß die Durchmesser der Steuerkolben 23, 24, 32, 33 (Fig. 1) nicht unbedingt gleich sein sollen. Ebenfalls unterschiedlich können die Durchmesser der Steuerkolben 41, 48 und 40, 47 (Fig. 2) sein.

Claims (4)

1. Hydraulikhammer zum Absenken von Rammelementen vom Pfahltyp in den Boden, enthaltend einen Körper (2), eine Schlagmasse (3), die über Führungen (4) des Körpers (2) hin- und herbewegbar angeordnet ist, einen doppeltwirkenden Hy­ draulikzylinder (6) zum Bewegen der Schlagmasse (3), der am Körper (2) befestigt ist und einen Kolben (7) mit Kolben­ stange (8) besitzt, welche im Hydraulikzylinder (6) einen Kolbenstangenraum (9), der zum Pfahl (1) gekehrt ist, und einen Kolbenraum (10) auf der anderen Seite des Kolbens (7) bilden, wobei die Kolbenstange (8) mit der Schlagmasse (3) verbunden ist, eine Pumpe (11) mit einer Ablaufleitung (13) und einer Druckleitung (12), die mit dem Kolbenstangenraum (9) des Hydraulikzylinders (6) stets verbunden ist, zwei Zweistellungsventile (14 und 15), welche zum Verbinden des Kolbenraumes (10) des Hydraulikzylinders (6) mit der Druckleitung (12) oder der Ablaufleitung (13) bestimmt sind, wobei jedes Ventil­ element (17, 26) beim Schließen des Sitzes (22 bzw. 31) eine Kontaktfläche in Form eines flachen Ringes auf der vorderen, dem Sitz (22 bzw. 31) zugewandten Stirnfläche (17a bzw. 26a) des Ventilelementes (17 bzw. 26) aufweist und mit zwei Steuer­ kolben (23 und 24 bzw. 32 und 33) versehen ist, von denen jeder einen Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Kon­ taktfläche des Ventilelementes (17 bzw. 26) besitzt, wobei die Steuerraume der Steuerkolben (23 und 24) für die Verbindung mit der Druckleitung (12) oder der Ablaufleitung (13) über Vorsteuerleitungen hergerichtet sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jedes Ventilelement (17 bzw. 26) in Form eines Zylinders ausgebildet ist, der im Gehäuse (16 bzw. 25) des Ventils (14 bzw. 15) untergebracht und am Außendurch­ messer abgedichtet ist, welcher größenmäßig dem Durchmesser der Kontaktfläche des Ventilelementes (17 bzw. 26) nahekommt, wobei der Raum (20 bzw. 29) auf der Seite der vorderen Stirn­ fläche (17a bzw. 26a) des Ventilelementes (17 bzw. 26) mit dem Raum (21 bzw. 30) auf der Seite der hinteren Stirnfläche (17b bzw. 26b) des Ventilelementes (17 bzw. 26), die dem Sitz (22 bzw. 31) gegenüberliegt, in Verbindung steht.

2. Hydraulikhammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Räume (20 und 21; 29 und 30) auf der Seite der vorderen und der hinteren Stirnfläche (17a und 17b; 26a und 26b) des Ventilelementes (17 bzw. 26) mittels eines Kanals (19 bzw. 28), der im Ventilelement (17 bzw. 26) ausgeführt ist, miteinander in Verbindung stehen.

3. Hydraulikhammer nach Ansprüchen 1, 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Kanal (19 bzw. 28), der die auf der Seite der Stirnflächen (17a, 18b; 26a, 26b) des Ventilelementes (17 bzw. 26) liegenden Räume (20 und 21; 29 und 30) verbindet, parallel zueinander eine Drossel (44 bzw. 51) und ein Rück­ schlagventil (45 bzw. 52) mit der Bewegungsrichtung der Flüs­ sigkeit von der vorderen Stirnfläche (17a bzw. 26a) des Ven­ tilelementes (17 bzw. 26) zur hinteren Stirnfläche (17b bzw. 26b) eingebaut sind.

4. Hydraulikhammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Steuerkolben (40, 41 bzw. 47, 48) jedes Ventil­ elementes (17 bzw. 26) auf der Seite der hinteren Stirnfläche (17b bzw. 26b) des Ventilelementes (17 bzw. 26) angeordnet sind und größenmäßig verschiedene Durchmesser aufweisen, während die Räume (20 bzw. 29) auf der Seite der vorderen Stirnflächen (17a bzw. 26a) der Ventilelemente (17, 26) mit­ einander und mit dem Kolbenraum (10) des Hydraulikzylinders (6) in Verbindung stehen.