DE69305839T2

DE69305839T2 - VALVE CONTROL DEVICE

Info

Publication number: DE69305839T2
Application number: DE69305839T
Authority: DE
Inventors: John William Paul Holloway
Original assignee: BSP International Foundations Ltd
Current assignee: BSP International Foundations Ltd
Priority date: 1992-01-21
Filing date: 1993-01-19
Publication date: 1997-05-07
Anticipated expiration: 2013-01-20
Also published as: EP0624217A1; FI943455A0; DE69305839D1; AU3360493A; SG43961A1; EP0624217B1; ATE145028T1; WO1993014271A1; FI943455A

Abstract

A hydraulic ram comprises a cylinder having a piston carrying a rod member extending through an end wall of the cylinder and adapted to be connected to a hammer weight, said cylinder having means for achieving flow of fluid to and from the head space between the piston and said first end of the cylinder, and a valve mechanism located at or adjacent the other end of the cylinder characterised in that: a) the valve mechanism comprises a valve sleeve member journalled within the cylinder and having with the cooperating wall of the cylinder a circumferential gallery adapted to be in communication with fluid at elevated pressure at all positions of the sleeve; b) the cooperating cylinder wall has one or more ports adapted to place gallery in communication with either the said head space or a port for discharging fluid from the cylinder; c) a sleeve position control chamber encompasses one end of said sleeve and is adapted to be put in communication with either a low or a high pressure zone; and d) the relative radial components of end faces of the portion of said gallery carried by said sleeve and the end face of said sleeve exposed to the fluid in said control chamber are such that the sleeve is either in a biassed position with said head space in communication with the discharge port or it is in an unbiassed position with said head space in communication with said gallery.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ventilsteuervorrichtung, genauer auf ein Hülsenventil zur Verwendung in einer hydraulischen Schlagvorrichtung.The present invention relates to a valve control device, more particularly to a sleeve valve for use in a hydraulic impact device.

BACKGROUND OF THE INVENTION

Bei vielen Ausführungsformen von Pfahleintreibern wird ein schweres Gewicht mittels einer hydraulischen Schlagvorrichtung angehoben, und dieses kann auf den Kopf des Pfahls fallen, um diesen in den Boden einzutreiben. Alternativ dazu kann, wie in DE-A-2400925 beschrieben, der sich hinund herbewegende Kolben der Schlagvorrichtung direkt auf den Pfahl oder einen anderen Gegenstand einwirken, ohne daß ein Gewicht nötig ist.In many designs of pile drivers, a heavy weight is lifted by a hydraulic impact device and can fall on the head of the pile to drive it into the ground. Alternatively, as described in DE-A-2400925, the reciprocating piston of the impact device can act directly on the pile or other object without the need for a weight.

Typischerweise wird die Schlagvorrichtung, wie beschrieben in DE-A-2400925, einen Kolben umfassen, der sich in einem Zylinder hin- und herbewegt unter dem Einfluß einer hydraulischen Hochdruckflüssigkeit, deren Zufluß in und aus den Zylinder durch einen Rohrschieber gesteuert wird. Der Rohrschieber ist auf der Zylinderwand für eine axiale Bewegung gelagert, um den Flüssigkeitsstrom in den und aus dem Zylinder zu steuern. Ein Ende des Rohrschiebers erstreckt sich in eine Positionssteuerkammer und weist eine sich radial erstreckende Fläche auf, auf die der Druck der Flüssigkeit in der Kammer wirken kann. Die axiale Stellung des Rohrschiebers wird gesteuert, indem wahlweise Hochdruckflüssigkeit in die Kammer geführt wird oder Flüssigkeit aus der Kammer ausgelassen wird.Typically, the impact device as described in DE-A-2400925 will comprise a piston which reciprocates in a cylinder under the influence of a high pressure hydraulic fluid, the flow of which into and out of the cylinder is controlled by a valve. The valve is mounted on the cylinder wall for axial movement to control the flow of fluid into and out of the cylinder. One end of the valve extends into a position control chamber and has a radially extending surface upon which the pressure of the fluid in the chamber can act. The axial position of the valve is controlled by selectively admitting high pressure fluid into the chamber or discharging fluid from the chamber.

In vielen Fällen muß es der Bedienungsperson möglich sein, den Pfahleintreiber über den Boden zu bewegen, um den Eintreiber in verschiedene Positionen zu bringen, in denen Pfähle eingetrieben werden sollen. Dies wird oft gelöst, indem ein Gewicht auf einen Rahmen montiert wird, der als Gleitführung an einem Mastaufbau auf einem Raupenaufbau oder einer anderen mobilen Basis gehalten wird, wobei die hydraulische Schlagvorrichtung am oder in der Nähe der Spitze des Masts oder des Rahmens angebracht ist, so daß sie direkt entlang der Hebe- und Fallinle des Gewichts wirkt. Diese Anordnung bedeutet jedoch, daß die maximale Länge des Pfahls, der ohne einen außergewöhnlich großen Mast gehandhabt werden kann, reduziert wird durch die kombinierte Länge des Gewichts und der hydraulischen Schlagvorrichtung, zusammen mit der Länge eines Hubs der Schlagvorrichtung.In many cases, the operator must be able to move the pile driver over the ground to to place drivers into different positions in which piles are to be driven. This is often solved by mounting a weight on a frame which is supported as a sliding guide on a mast structure on a crawler structure or other mobile base, with the hydraulic impact device mounted at or near the top of the mast or frame so that it acts directly along the lifting and falling lines of the weight. However, this arrangement means that the maximum length of pile that can be handled without an exceptionally large mast is reduced by the combined length of the weight and hydraulic impact device, together with the length of one stroke of the impact device.

Um die kombinierte Länge von Schlagvorrichtung und Gewicht zu reduzieren, könnte man in dem Gewicht eine axiale Ausnehmung vorsehen, in die das untere Ende der Schlagvorrichtung eingreift, wenn das Gewicht vollständig angehoben ist. Mit den zur Zeit verfügbaren Ausführungsformen von hydraulischen Schlagvorrichtungen jedoch beträgt der gesamte Durchmesser des Körpers der Schlagvorrichtung und dem damit verbundenen Rohrwerk für die Versorgung der hydraulischen Flüssigkeit in den und aus dem Zylinder der Schlagvorrichtung häufig 70cm oder mehr. Dies ist normalerweise der Durchmesser des Hammergewichts selbst, so daß dieses Konzept für viele Ausführungsformen von Pfahleintreibern nicht praktikabel ist.To reduce the combined length of the impactor and weight, one could provide an axial recess in the weight into which the lower end of the impactor engages when the weight is fully raised. However, with the currently available designs of hydraulic impactors, the total diameter of the impactor body and associated pipework for supplying hydraulic fluid into and out of the impactor cylinder is often 70cm or more. This is usually the diameter of the hammer weight itself, so this concept is not practical for many designs of pile driver.

Wir haben nun eine Ausführungsform für einen Ventilmechanismus für eine hydraulische Schlagvorrichtung entwickelt, die es möglich macht, eine Schlagvorrichtung herzustellen mit reduziertem Durchmesser bei gegebener Hebeleistung, womit ermöglicht wird, daß die Schlagvorrichtung in das Hammergewicht eingesetzt wird.We have now developed an embodiment for a valve mechanism for a hydraulic impact device which makes it possible to manufacture an impact device with reduced diameter for a given lifting capacity, which enables the impact device to be inserted into the hammer weight.

SUMMARY OF THE INVENTION

Entsprechend schafft die vorliegende Erfindung eine hydraulische Schlagvorrichtung, die einen Zylinder umfaßt, der einen darin für eine axiale Bewegung gelagerten Kolben aufweist, wobei der Kolben ein Stangenteil trägt, welches sich durch eine Stimwand des Zylinders erstreckt, vorzugsweise an einem ersten Ende des Zylinders, und dazu ausgebildet ist, mit einer Schlagmasse verbunden zu werden, wobei der genannte Zylinder Mittel aufweist, vorzugsweise in der Gestalt eines ringförmigen Mantels, der im wesentlichen koaxial und außerhalb des genannten ersten Endes des Zylinders befestigt wird, für ein Erzielen eines Strömungsmittelflusses zu und vom Kopfraum zwischen dem Kolben und dem genannten ersten Ende des Zylinders, wobei ein Rohrschieberteil in dichte Anlage an der Zylinderwand gelagert und auf oder benachbart zu dem anderen Ende des Zylinders für ein Steuern des Strömungsmittelflusses in und aus dem Zylinder angeordnet ist, ferner mit einer Positionssteuerkammer, welche ein Ende des genannten Rohrschieberteils umfaßt und welche dazu ausgebildet ist, wählbar in Strömungsmittelfließverbindung mit entweder einer Niederdruckzone oder einer Strömungsmittelquelle unter erhöhtem Druck gebracht zu werden, wodurch eine oder mehrere radiale Bestandteile der Endflächen des Rohrschieberteils wählbar hohem oder niedrigem Druck derart ausgesetzt werden, daß das Rohrschieberteil axial so bewegt wird, daß es wählbar den Strömungsmittelfluß zu und vom Zylinder steuert, dadurch gekennzeichnet, daßAccordingly, the present invention provides a hydraulic impact device comprising a cylinder having a piston mounted therein for axial movement, the piston carrying a rod member extending through an end wall of the cylinder, preferably at a first end of the cylinder, and adapted to be connected to an impact mass, said cylinder having means, preferably in the form of an annular shell mounted substantially coaxially and outwardly of said first end of the cylinder, for achieving fluid flow to and from the head space between the piston and said first end of the cylinder, a valve member mounted in sealing engagement with the cylinder wall and disposed on or adjacent the other end of the cylinder for controlling fluid flow into and out of the cylinder, a position control chamber comprising one end of said valve member and adapted to be selectively placed in fluid flow communication with either a low pressure zone or a source of fluid under increased pressure, whereby one or more radial components of the end surfaces of the The pipe slide part can be subjected to selectable high or low pressure in such a way that the pipe slide part is moved axially in such a way that it can be selected controls the flow of fluid to and from the cylinder, characterized in that

a) das Rohrschieberteil innerhalb des Zylinders in dichter Anlage an der Innenwand des Zylinders gelagert ist, wobei das Rohrschieberteil mit der damit zusammenwirkenden Wand des Zylinders einen umlaufenden Tunnel bildet, der dazu ausgebildet ist, in Strömungsmittelfließverbindung mit einem Vorrat von Strömungsmittel unter erhöhtem Druck in allen Positionen des Rohrschieberteils zu stehen;a) the pipe slide part is mounted within the cylinder in a tight fit against the inner wall of the cylinder, whereby the pipe slide part forms a circumferential tunnel with the cooperating wall of the cylinder, which is designed to be in fluid flow connection with a supply of fluid under increased pressure in all positions of the pipe slide part;

b) die zusammenwirkende Zylinderwand einen oder mehrere Durchlässe aufweist, die dazu ausgebildet sind, den genannten Tunnel mit dem genannten Kopfraum in einer ersten axialen Position des genannten Rohrschieberteils in Strömungsmittelfließverbindung zu bringen und den genannten Kopfraum in Strömungsmittelverbindung mit einem Durchlaß für ein Auslassen des Strömungsmittels aus dem Zylinder in einer zweiten axialen Position des genannten Rohrschieberteils zu bringen undb) the cooperating cylinder wall has one or more passages adapted to fluidly communicate said tunnel with said head space in a first axial position of said valve member and to fluidly communicate said head space with a passage for discharging fluid from the cylinder in a second axial position of said valve member and

c) die relativen radialen Bestandteile der Endflächen des Bereichs des umlaufenden Tunnels, die vom genannten Rohrschieberteil getragen werden und die Stirnfläche des genannten Rohrschieberteils, welche dem Strömungsmittel in der genannten Steuerkammer ausgesetzt sind, derart sind, daß das Rohrschieberteil in die genannte zweite axiale Position vorgespannt wird in der der genannte Kopfraum im Zylinder in Strömungsmittelverbindung mit dem Auslaß für ein Auslassen des Strömungsmittels aus dem Zylinder steht, wenn die genannte Steuerkammer in Verbindung mit einer Niederdruckzone steht, oder die genannte Vorspannung überwunden wird, wenn die Steuerkammer in Verbindung mit einer Strömungsmittelquelle von erhöhtem Druck steht, wodurch die Zufuhr des Strömungsmittels zu der genannten Steuerkammer so ausgebildet ist, daß das genannte Rohrschieberteil in axialer Richtung gegenüber dem Zylinder in die genannte erste Position bewegt wird, so daß der genannte umlaufende Tunnel in Verbindung mit dem genannten Kopfraum steht.c) the relative radial components of the end surfaces of the region of the circumferential tunnel carried by said valve member and the end surface of said valve member exposed to the fluid in said control chamber are such that the valve member is biased to said second axial position in which said head space in the cylinder is in fluid communication with the outlet for discharging the fluid from the cylinder when said control chamber is in communication with a low pressure zone, or said bias is overcome when the control chamber is in communication with a source of fluid at elevated pressure, thereby permitting the supply of fluid to said control chamber is designed such that said tube slide part is moved axially relative to the cylinder into said first position, so that said circumferential tunnel is in communication with said head space.

Die Erfindung schafft außerdem einen Pfahleintreiber oder hydraulischen Hammeraufbau, welcher ein Gewicht umfaßt, welches mittels einer hydraulischen Schlagvorrichtung hin- und herbewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlagvorrichtung eine Schlagvorrichtung der Erfindung ist.The invention also provides a pile driver or hydraulic hammer assembly comprising a weight which is reciprocated by a hydraulic impact device, characterized in that the impact device is an impact device of the invention.

Vorzugsweise ist das erste Ende der Schlagvorrichtung der Erfindung auf das Gewicht hin gerichtet, welches mit der Kolbenstange der Schlagvorrichtung verbunden ist; und das Gewicht ist mit einer axialen Ausnehmung versehen, in die mindestens ein Teil des Zylinders aufgenommen wird, wodurch die axiale Länge der eingeschobenen Schlagvorrichtung und des Gewichts reduziert werden.Preferably, the first end of the impact device of the invention is directed towards the weight which is connected to the piston rod of the impact device; and the weight is provided with an axial recess into which at least a part of the cylinder is received, thereby reducing the axial length of the retracted impact device and the weight.

Die Erfindung schafft außerdem ein Verfahren zum Betätigen einer Schlagvorrichtung der Erfindung, dadurch gekennzeichnet, daß Strömungsmittel unter einem ersten Druck dem genannten umlaufenden Tunnel zugeführt wird; und daß die genannte Ventilpositionssteuerkammer einem Strömungsmittel mit einem zweiten oder dritten Druck ausgesetzt ist, wobei der zweite Druck gleich oder niedriger als der erste Druck ist und wobei der genannte dritte Druck geringer als der genannte zweite Druck ist, wodurch das genannte Rohrschieberteil dazu veranlaßt wird, sich gegenüber dem genannten Zylinder unter dem Einfluß des genannten Strömungsmittels bei dem genannten zweiten oder dritten Druck zu bewegen, um dem Strömungsmittel in dem genannten Zylinder zu erlauben, daß es entsprechend der Position des genannten Rohrschieberteus aus dem genannten Zylinder austritt.The invention also provides a method of operating an impact device of the invention, characterized in that fluid is supplied to said circumferential tunnel at a first pressure; and in that said valve position control chamber is exposed to fluid at a second or third pressure, the second pressure being equal to or less than the first pressure and said third pressure being less than said second pressure, whereby said spool member is caused to move relative to said cylinder under the influence of said fluid at said second or third pressure to allow the fluid in said cylinder to that it exits from said cylinder according to the position of said valve member.

Vorzugsweise umfaßt die Schlagvorrichtung einen Zylinder mit einem offenen ersten Ende oder einer Anzahl von umfänglich angeordneten Radialdurchlässen am oder benachbart zum ersten Ende des Zylinders in Fließverbindung mit einem Mantel, der im wesentlichen koaxial mit und außerhalb um den Zylinder angeordnet ist, wobei der Zylinder in freier Fließverbindung mit dem ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Mantel und dem Zylinder steht, um einen Fließweg zu schaffen, durch den Flüssigkeit aus dem Kopfraum zwischen dem Kolben und dem ersten Ende des Zylinders entweichen kann, wenn der Kolben sich auf das erste Ende des Zylinders während des Senktakts der Schlagvorrichtung zubewegt. Dieser Mantel und der Zylinder sind auf einem Ventilblock montiert, der ein geschlossenes zweites Ende auf dem Zylinder und dem Mantel bildet. Eine oder mehrere Verbindungsdurchlässe sind in den Wänden des Zylinders und/oder des Ventilblocks vorgesehen, um die Flüssigkeit aus dem ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Mantel und der Zylinderwand zu überführen, vorzugsweise durch den zweiten Endbereich des Zylinders, so daß die gesamte Strömung in der Schlagvorrichtung innerhalb des Mantels stattfindet und nicht über außerhalb angeordnete Rohre oder ähnliches geführt wird. Das erste Ende des Zylinders und des Mantels werden durch einen Verschlußdeckel verschlossen, durch den sich die Kolbenstange, die das Hammergewicht trägt, axial durch eine Bohrführung erstreckt.Preferably, the impact device comprises a cylinder having an open first end or a number of circumferentially arranged radial passages at or adjacent the first end of the cylinder in fluid communication with a jacket disposed substantially coaxially with and outwardly around the cylinder, the cylinder being in free fluid communication with the annular space between the jacket and the cylinder to provide a flow path through which fluid can escape from the head space between the piston and the first end of the cylinder as the piston moves toward the first end of the cylinder during the lowering stroke of the impact device. This jacket and the cylinder are mounted on a valve block which forms a closed second end on the cylinder and the jacket. One or more connecting passages are provided in the walls of the cylinder and/or the valve block to transfer the liquid from the annular space between the shell and the cylinder wall, preferably through the second end region of the cylinder, so that all the flow in the impact device takes place within the shell and is not guided via externally arranged pipes or the like. The first end of the cylinder and the shell are closed by a closure cover through which the piston rod carrying the hammer weight extends axially through a drill guide.

Der Ventilblock ist vorzugsweise ausgebildet als getrennter Bestandteil von Zylinderwand und Mantel, der den Zylinder umgibt. Der Ventilblock ist vorzugsweise ausgebildet mit einer sich axial erstreckenden ringförmigen Ausnehmung benachbart zu dessen zweiten Ende, in das das Ende des Rohrschieberteils benachbart zum zweiten Ende des Zylinders in dichtendem Eingriff aufgenommen wird, um die Rohrschieberpositionskammer zu bilden. Vorzugsweise ist der Ventilblock mit einer sich axial erstreckenden ringförmigen Einfassungswand versehen, welche die radial nach innen gerichtete Wand der Steuerkammer bildet, auf der die radial nach innen gerichtete Fläche des Rohrschieberteils in dichtendem Gleiteingriff gelagert ist, vorzugsweise auf der radial nach außen gerichteten Fläche der Einfassungswand.The valve block is preferably designed as a separate component of the cylinder wall and jacket, which surrounds. The valve block is preferably formed with an axially extending annular recess adjacent the second end thereof into which the end of the spool member adjacent the second end of the cylinder is received in sealing engagement to form the spool position chamber. Preferably the valve block is provided with an axially extending annular enclosure wall forming the radially inwardly directed wall of the control chamber on which the radially inwardly directed surface of the spool member is mounted in sealing sliding engagement, preferably on the radially outwardly directed surface of the enclosure wall.

Die Steuerkammer ist mit einem oder mehreren axial und/oder radialen Steuerdurchlässen durch die Wand des Ventilblocks versehen, durch die die Flüssigkeit in die Kammer geführt oder aus dieser ausgelassen werden kann, um auf die radiale Endfläche des Rohrschieberteils innerhalb der Kammer zu wirken. Normalerweise wird die Kammer mit Hochdruckflüssigkeit aus der Hochdruckversorgung zum Zylinder mittels eines Abzweigs desselben versorgt, in welchem Fall der genannte zweite Druck der gleiche wie der genannte erste Druck ist. Es kann jedoch möglich sein, Flüssigkeit bei niedrigerem Druck zu verwenden, zum Beispiel durch ein Drosselventil, wobei die Abmaße der Endflächen des Rohrschieberteils und des umlaufenden Tunnels, der vom Rohrschieberteil getragen wird, passend gewählt werden, so daß ein solch niedriger Druck ausreichend ist, die Vorspannung der Hochdruckflüssigkeit, die auf die radialen Wände des umlaufenden Tunnels wirkt, zu überwinden, wie dies unten beschrieben wird. In diesem Fall ist der genannte zweite Druck kleiner als der hohe oder erste Druck. Die Möglichkeit, mit einem geringeren zweiten Druck für die Positionskammerversorgung zu verwenden, zum Beispiel 70 bis 100 bar im Vergleich zu den 150 bis 350 bar, die oft verwendet werden für die Haupthochdruckbetriebsflüssigkeit, reduziert Druckstöße, die in den Flüssigkeitsversorgungswegen stattfinden können, während das Schieberteil schließt oder den Zustrom von Hochdruckflüssigkeit in den Zylinder öffnet und sie verringert die damit verbundene Ermüdung der Steuerleitungen. Wenn die Flüssigkeit aus der Steuerkammer ausgelassen wird, reduziert der Druck in der Flüssigkeit innerhalb der Kammer den genannten dritten Druck, der normalerweise Umgebungsdruck ist. Die Kraft, die auf die Endfläche des Rohrschieberteils wirkt, wird reduziert, und die Vorspannungskraft der Hochdruckflüssigkeit in dem vom Rohrschieberteil getragenen umlaufenden Tunnel wirkt dann derart, daß das Rohrschieberteil axial gegen die verkleinerte Kraft bewegt wird.The control chamber is provided with one or more axial and/or radial control passages through the wall of the valve block through which the liquid can be led into or out of the chamber to act on the radial end face of the spool member within the chamber. Normally the chamber is supplied with high pressure liquid from the high pressure supply to the cylinder by means of a branch thereof, in which case said second pressure is the same as said first pressure. However, it may be possible to use liquid at lower pressure, for example through a throttle valve, the dimensions of the end faces of the spool member and of the circumferential tunnel carried by the spool member being suitably chosen so that such low pressure is sufficient to overcome the prestress of the high pressure liquid acting on the radial walls of the circumferential tunnel, as described below. In this case said second pressure is less than the high or first pressure. The possibility of using a lower Using a second pressure for the position chamber supply, for example 70 to 100 bar as compared to the 150 to 350 bar often used for the main high pressure operating fluid, reduces pressure surges which may take place in the fluid supply paths whilst the spool member is closing or opening the flow of high pressure fluid into the cylinder and reduces the associated fatigue of the control lines. As the fluid is discharged from the control chamber, the pressure in the fluid within the chamber reduces said third pressure, which is normally ambient pressure. The force acting on the end face of the spool member is reduced and the biasing force of the high pressure fluid in the circumferential tunnel carried by the spool member then acts to move the spool member axially against the reduced force.

Der Zu- und Abfluß der Flüssigkeit in der Positionssteuerkammer des Rohrschieberteils wird durch ein geeignetes externes Ventil gesteuert. Dieses kann manuell von der Bedienungsperson bedient werden, falls einzeln gesteuerte Takte des Zylinders erforderlich sind. Es wird jedoch bevorzugt, daß die Bedienung dieses Ventils automatisch durch konventionelle Sensoren für Hammergewicht, Lagen und anderes geschieht, so daß der Flüssigkeitsfluß automatisch mit der Bedienung des Zylinders verbunden ist.The inflow and outflow of fluid in the position control chamber of the pipe slide section is controlled by a suitable external valve. This can be operated manually by the operator if individually controlled strokes of the cylinder are required. However, it is preferred that the operation of this valve be automatic by conventional sensors for hammer weight, positions and others, so that the flow of fluid is automatically linked to the operation of the cylinder.

Der Ventilblock und/oder das zweite Ende des Zylinders sind mit einem oder mehreren axialen und/oder radialen Auslässen versehen, um Flüssigkeit aus dem Zylinderraum zwischen dem Kolben und dem zweiten Ende des Zylinders abzulassen, wenn sich der Kolben im Zylinder bewegt. Die Auslaßbohrung(-en) hat (haben) einen derart großen hydraulischen Durchmesser, wie er passend ist zum Bewahren der mechanischen Festigkeit des Aufbaus und zur minimalen Einschränkung des Flüssigkeitsflusses in den und aus dem Zylinder. Die Auslaßbohrüng (-en) kann (können) die Flüssigkeit, die einen niedrigeren Druck hat als die Hochdruckflüssigkeit, normalerweise Umgebungsdruck, und die zum Betrieb des Zylinders verwendet wird, in einen Depottank oder in den Tank ablassen, aus dem die hydraulische Pumpe ihren Flüssigkeitsvorrat zur Erzeugung der Hochdruckflüssigkeit ansaugt.The valve block and/or the second end of the cylinder are provided with one or more axial and/or radial outlets to drain fluid from the cylinder space between the piston and the second end of the cylinder when the piston moves in the cylinder. The discharge bore(s) has(have) a hydraulic diameter as is suitable to maintain the mechanical strength of the structure and to minimize restriction of fluid flow into and out of the cylinder. The discharge bore(s) can discharge fluid at a lower pressure than the high pressure fluid, normally ambient pressure, used to operate the cylinder into a depot tank or into the tank from which the hydraulic pump draws its fluid supply to produce the high pressure fluid.

Der Flüssigkeitsstrom durch die Auslaßbohrungen wird als ein Ablassen von Flüssigkeit aus der Schlagvorrichtung während des Hebetakts der Schlagvorrichtung erfolgen. Zu Beginn des Hebetakts wird der Kopfraum am ersten Ende des Zylinders mit Hochdruckflüssigkeit gefüllt, die Verbindungsdurchlässe zwischen dem zweiten Ende des Zylinders und dem ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Zylinder und dem Mantel werden geschlossen, und der Kolben bewegt sich auf das zweite Ende des Zylinders zu, und treibt Flüssigkeit durch die Auslaßbohrungen. Es ist jedoch normal, im letzten Teil des Hebetakts der Schlagvorrichtung den Zustrom von Hochdruckflüssigkeit in den Kopfraum am ersten Ende des Zylinders am ersten Ende des Zylinders zu unterbinden, um dem Gewicht zu ermöglichen, durch das Moment, das im ersten Teil des Hebetakts erzeugt wurde, zum Wendepunkt der Bewegung gehoben zu werden. Während dieser Auslaufphase des Hebetakts sind die Durchlässe zwischen dem zweiten Ende des Zylinders und ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Zylinder und dem Mantel geöffnet und ermöglichen, einen Flüssigkeitsstrom aus dem zweiten Ende des Zylinders in den Kopfraum, während sich der Kolben axial im Zylinder bewegt. Das verdrängte Volumen am zweiten Ende des Zylinders verkleinert sich in größerem Maß, als infolge des von der Kolbenstange eingenommenen Volumens das Volumen im Kopfraum anwächst. Dementsprechend kann die Flüssigkeit, die durch die Bewegung des Kolbens im zweiten Ende des Zylinders verdrängt wird, die Flüssigkeit ausgleichen, die erforderlich ist, um die Volumenvergrößerung des Kopfraums zu bewirken. Der Fluß durch die Auslaßbohrungen wird sich jedoch in die Gegenrichtung umkehren, wenn der Kolben seinen axialen Bewegungsendpunkt erreicht hat und das Gewicht den Bewegungs wendepunkt erreicht und dann zu fallen beginnt. An diesem Punkt im Zyklus der Kolbenbewegung innerhalb des Zylinders ist der Flüssigkeitsfluß aus dem Kopfraum in das zweite Ende des Zylinders kleiner als das verdrängte Volumen, welches hervorgerufen wird durch die Bewegung des Kolbens auf das erste Ende des Zylinders hin. Der Flüssigkeit aus den Auslaßbohrungen wird daher ermöglicht, in das zweite Ende des Zylinders zurückzufließen, um die Fehlmenge auszugleichen und den Strömungswiderstand auf die Bewegung des Kolbens zu minimieren. Vorzugsweise werden eine oder mehrere Niedrigdruckspeicher auf den Flüssigkeitsauslaßleitungen der Schlagvorrichtung vorgesehen, um einen positiven Zufluß einer solchen Flüssigkeit im Senktakt der Schlagvorrichtung zu schaffen.The flow of fluid through the outlet bores will occur as a discharge of fluid from the impact device during the lifting stroke of the impact device. At the beginning of the lifting stroke, the head space at the first end of the cylinder is filled with high pressure fluid, the connecting passages between the second end of the cylinder and the annular space between the cylinder and the jacket are closed, and the piston moves towards the second end of the cylinder, forcing fluid through the outlet bores. However, it is normal to shut off the flow of high pressure fluid into the head space at the first end of the cylinder at the first end of the cylinder during the latter part of the lifting stroke of the impact device in order to allow the weight to be lifted to the turning point of the movement by the moment generated during the first part of the lifting stroke. During this run-out phase of the lifting stroke, the passages between the second end of the cylinder and the annular space between the cylinder and the jacket are opened and allow a flow of fluid from the second end of the cylinder into the head space. as the piston moves axially within the cylinder. The displaced volume at the second end of the cylinder decreases at a greater rate than the volume in the headspace increases due to the volume occupied by the piston rod. Accordingly, the fluid displaced by the movement of the piston in the second end of the cylinder can balance the fluid required to cause the increase in volume of the headspace. The flow through the outlet bores will, however, reverse in the opposite direction when the piston has reached its axial end point of travel and the weight reaches the inflection point of travel and then begins to fall. At this point in the cycle of piston movement within the cylinder, the flow of fluid from the headspace into the second end of the cylinder is less than the displaced volume caused by the movement of the piston toward the first end of the cylinder. The fluid from the outlet bores is therefore allowed to flow back into the second end of the cylinder to make up the shortfall and minimize the flow resistance to the movement of the piston. Preferably, one or more low-pressure accumulators are provided on the fluid outlet lines of the impact device to provide a positive inflow of such fluid during the lowering stroke of the impact device.

Axial weiter entfernt vom zweiten Ende des Ventilblocks oder des Zylinders sind eine oder mehrere Einlässe, die als Flüssigkeitsquelle aus der hydraulischen Pumpe bei normalerweise 150 bis 350 bar zum Betrieb des Zylinders verwendet werden. Die Hochdruckversorgung kann einen oder mehrere Hochdruckspeicher mit einbeziehen, wie dies normal ist bei hydraulischen Hammer- oder Pfahleintreiberaufbauten. Der Flüssigkeitszustrom zum Zylinder geschieht durch die Einlässe, den umlaufenden Tunnel, der vom Rohrschieberteil getragen wird, und die Durchlässe zum ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Außeren des Zylinders und dem umhüllenden Mantel und darauf zum Kopfraum zwischen dem Kolben und dem ersten Ende des Zylinders. Die hydraulischen Durchmesser der Einlässe und der Durchlässe sind so groß wie dies zur Erhaltung der mechanischen Festigkeit des Aufbaus erforderlich ist. Normalerweise wird es bevorzugt, eine umfänglich angeordnete Reihe von Einlässen oder Auslässen zu schaffen, um den Fließweg für die Flüssigkeit zu maximieren und die Verwirbelung des Strömungsbildes innerhalb des Aufbaus zu minimieren.Further axially from the second end of the valve block or cylinder are one or more inlets used as a source of fluid from the hydraulic pump at typically 150 to 350 bar to operate the cylinder. The high pressure supply may include one or more high pressure accumulators, as is normal in hydraulic hammer or pile driver assemblies. Fluid flow to the cylinder is through the inlets, the circumferential tunnel carried by the tube slide member, and the passages to the annular space between the exterior of the cylinder and the enclosing shell and thence to the head space between the piston and the first end of the cylinder. The hydraulic diameters of the inlets and passages are as large as necessary to maintain the mechanical strength of the assembly. It is normally preferred to provide a circumferentially arranged series of inlets or outlets to maximize the flow path for the fluid and minimize turbulence of the flow pattern within the assembly.

Das Rohrschieberteil des Ventilmechanismus ist normalerweise ein im wesentlichen zylindrisches Rohr, das axial dicht im Gleitbild mit der Innenwand des Zylinders an dem genanntem zweiten Ende gelagert ist und die notwendigen Dichtringe trägt, um den Rohrschieber gegenüber der Innenseite des Zylinders und gegenüber der ringförmigen Einfassungswand zu dichten, durch die die ringförmige Ausnehmung im Ventilblock für die Steuerkammer gebildet wird. Ein Vorteil der vorliegenden Ausführung des Ventilmechanismus ist es, daß es ermöglicht wird, die Anzahl der umfänglichen Dichtungen, die vom Rohrschieberteil oder von den gegenüberliegenden Oberflächen der Zylinderwand oder des Ventilblocks getragen werden, auf drei zu reduzieren, eine an jedem äußeren Ende des umlaufenden Tunnels und eine benachbart zum freien Ende der ringförmigen Wand, die die ringförmige Ausnehmung zur Steuerkammer ausbildet. Es wird bevorzugt, daß die Wand des Zylinders, die das Rohrschieberteil trägt, eine radiale Ausnehmung hat, um eine ringförmige Schulter zu schaffen, die als Anschlag für die axiale Bewegung des Rohrschiebers gegenüber dem ersten Ende des Zylinders wirkt. Alternativ dazu können eine oder mehrere radiale Vorsprünge vorgesehen werden, um als derartige Anschläge zu wirken.The tube slide member of the valve mechanism is normally a substantially cylindrical tube which is axially sealed in sliding engagement with the inner wall of the cylinder at said second end and carries the necessary sealing rings to seal the tube slide member against the inner surface of the cylinder and against the annular enclosing wall which defines the annular recess in the valve block for the control chamber. An advantage of the present embodiment of the valve mechanism is that it enables the number of circumferential seals carried by the tube slide member or by the opposing surfaces of the cylinder wall or valve block to be reduced to three, one at each outer end of the circumferential tunnel and one adjacent to the free end of the annular wall which defines the annular recess to the control chamber. It is preferred that the wall of the cylinder which defines the tube slide member has a radial recess to provide an annular shoulder acting as a stop for axial movement of the valve relative to the first end of the cylinder. Alternatively, one or more radial projections may be provided to act as such stops.

Das Rohrschieberteil trägt vorzugsweise den gesamten umlaufenden Tunnel, obwohl sich ein Teil des Tunnels auch in der gegenüberliegenden Fläche der Innenfläche der Zylinderwand befinden kann. Der Tunnel oder ein Teil davon, der vom Rohrschieberteil getragen wird, ist nicht symmetrisch und hat eine umlaufende radiale Endfläche, die größer ist als die andere, so daß die Hochdruckflüssigkeit, der der Tunnel ausgesetzt wird, eine Nettokraft schafft, die den Rohrschieber axial gegen jegliche Kraft vorspannt, die auf den Rohrschieber durch die Endfläche des Rohrschieberteils, die sich in der Positionssteuerkammer befindet, aufgebracht wird. Normalerweise ist es aus Sicherheitsgründen erforderlich, daß der Hammer- oder der Pfahleintreiber in der unteren Gewichtslage sicher versagt, das heißt bei niedrigem Druck, der auf den Kopfraum zwischen dem Kolben und dem ersten Ende des Zylinders aufgebracht wird. Dies erfordert, daß das Rohrschieberteil axial auf das zweite Ende des Zylinders hinzubewegt wird. Dies wird durch die vorliegende Ausführung des Ventilmechanismus erreicht, indem die umlaufende radiale Seitenwand des Tunnels benachbart zum zweiten Ende des Zylinders eine größere effektive Fläche als die umlaufende radiale Seitenwand benachbart zum ersten Ende des Zylinders hat. Die relativen Verhältnisse der Flächen der Seitenwände des Tunnels und der Endwand des Rohrschieberteils, die der Wirkung der Flüssigkeit in der Positionssteuerkammer ausgesetzt sind, kann innerhalb weiter Grenzen variiert werden, abhängig von den Flüssigkeitsdrücken, die auf sie wirken und abhängig vom Betrag der Vorspannungskraft, der erforderlich ist, Reibungskräfte und andere Kräfte, die die freie Bewegung des Rohrschieberteils behindern, zu überwinden. Normalerweise wird die effektive Fläche der Seitenwand des Tunnels benachbart zum zweiten Ende des Zylinders 105 bis 150% größer als die effektive Fläche der anderen Seitenwand des Tunnels sein, und die effektive Fläche der Endwand des Rohrschieberteils wird derart sein, daß eine Kraft erreicht wird, die dem 1,5 bis 3fachen der Vorspannungskraft bei Einwirkung der Hochdruckflüssigkeit entspricht, die in die Ventilsteuerkammer geführt wird. Die optimalen effektiven Flächen werden abhängen von den relativen Drücken, denen der Tunnel und die Steuerkammer ausgesetzt sind, und von den Kräften, die erforderlich sind, das Rohrschieberteil axial zu bewegen, und können leicht für jede besondere Ausführung des Zylinders berechnet werden.The tube slide member preferably supports the entire circumferential tunnel, although part of the tunnel may be in the opposite face of the inner surface of the cylinder wall. The tunnel or part thereof supported by the tube slide member is not symmetrical and has one circumferential radial end face larger than the other so that the high pressure fluid to which the tunnel is exposed creates a net force which biases the tube slide axially against any force applied to the tube slide by the end face of the tube slide member located in the position control chamber. Normally, for safety reasons, it is required that the hammer or pile driver fail safely in the low weight position, that is, with low pressure applied to the headspace between the piston and the first end of the cylinder. This requires that the tube slide member be moved axially toward the second end of the cylinder. This is achieved by the present design of the valve mechanism in that the circumferential radial side wall of the tunnel adjacent to the second end of the cylinder has a larger effective area than the circumferential radial side wall adjacent to the first end of the cylinder. The relative ratios of the areas of the side walls of the tunnel and the end wall of the tube slide part which are subject to the action of the fluid in the position control chamber may be varied within wide limits, depending upon the fluid pressures acting upon them and upon the amount of biasing force required to overcome frictional and other forces impeding the free movement of the tube slide member. Normally the effective area of the side wall of the tunnel adjacent the second end of the cylinder will be 105 to 150% greater than the effective area of the other side wall of the tunnel, and the effective area of the end wall of the tube slide member will be such as to provide a force equal to 1.5 to 3 times the biasing force upon the action of the high pressure fluid fed into the valve control chamber. The optimum effective areas will depend upon the relative pressures to which the tunnel and control chamber are subjected and upon the forces required to move the tube slide member axially, and can be readily calculated for any particular design of cylinder.

Der Ausdruck effektive Fläche wird hier verwendet, um die radiale Komponente der Flächen der Seitenwände desjenigen Bereichs des Tunnels zu bezeichnen, der vom Rohrschieberteil getragen wird, und der Endwand des Rohrschieberteils, da die Flächen dieser Wände geneigt oder gestuft sein können im Gegensatz zu einfachen radial ebenen Oberflächen.The term effective area is used here to refer to the radial component of the areas of the side walls of that region of the tunnel supported by the valve part and of the end wall of the valve part, since the areas of these walls may be inclined or stepped, as opposed to simple radially flat surfaces.

Der Unterschied der effektiven Fläche der Seitenwände des Tunnels kann durch jegliche geeignete Mittel erreicht werden, zum Beispiel indem der Tunnel als konusförmige Ausnehmung ausgebildet wird. Es wird jedoch bevorzugt, daß der Tunnel als ringförmige Ausnehmung im Rohrschieberteil ausgebildet wird, wobei die Ausnehmung eine axial ausgerichtete Basisfläche und radiale Seitenwände hat, wobei aber der Bereich des Rohrschieberteils benachbart zum zweiten Ende des Zylinders einen größeren radialen Durchmesser hat. Ein solcher Schieber erfordert, daß der Bereich der Zylinderwand, auf der er gelagert ist, ebenfalls radial abgestuft ist, um die unterschiedlichen Durchmesserbereiche des Schiebers aufzunehmen, zusätzlich zu allen Stufen, die wie oben beschrieben, als Anschläge dienen können. Es wird bevorzugt, daß die Stufe in der Zylinderwand als Konus ausgebildet ist, um die Montage der Ventildichtungsringe auf der Zylinderwand zu erleichtern und eine glatte Strömung der Hochdruckflüssigkeit über die aufgesetzten Oberflächen der Zylinderwand zu unterstützen.The difference in the effective area of the side walls of the tunnel can be achieved by any suitable means, for example by forming the tunnel as a conical recess. However, it is preferred that the tunnel is formed as an annular recess in the pipe slide part. wherein the recess has an axially directed base surface and radial side walls, but wherein the region of the tube valve portion adjacent the second end of the cylinder has a larger radial diameter. Such a valve requires that the region of the cylinder wall on which it is mounted also be radially stepped to accommodate the different diameter ranges of the valve, in addition to any steps which may serve as stops as described above. It is preferred that the step in the cylinder wall be formed as a cone to facilitate mounting of the valve sealing rings on the cylinder wall and to promote smooth flow of high pressure fluid over the mating surfaces of the cylinder wall.

Der Wechsel im Durchmesser des Rohrschieberteils wird üblicherweise erreicht, indem eine umlaufende Schulter an der Lippe des Tunnels benachbart zum zweiten Ende des Zylinders gebildet wird. Diese Schulter schafft nicht nur die Vergrößerung im Radialmaß für die radialen Seitenwände des Tunnels, sondern außerdem eine sich axial erstreckende Oberfläche, die gegen den weiteren Durchmesserbereich des Zylinders anliegt. Diese sich axial erstreckende Oberfläche trägt vorzugsweise einen oder mehrere Dichtringe, um die Dichtung zu schaffen, die einen Verlust von Hochdruckflüssigkeit in axialer Richtung aus dem Tunnel verhindert. Die Lippe des Tunnels benachbart zum ersten Ende des Zylinders kann außerdem einen Dichtungsring tragen, um einen Verlust von Flüssigkeit von dieser Seite des Tunnels aus zu verhindern.The change in diameter of the tube valve portion is usually accomplished by forming a circumferential shoulder on the lip of the tunnel adjacent the second end of the cylinder. This shoulder not only provides the increase in radial dimension for the radial side walls of the tunnel, but also provides an axially extending surface which bears against the wider diameter portion of the cylinder. This axially extending surface preferably carries one or more sealing rings to provide the seal which prevents loss of high pressure fluid axially from the tunnel. The lip of the tunnel adjacent the first end of the cylinder may also carry a sealing ring to prevent loss of fluid from that side of the tunnel.

Der umlaufende Tunnel erstreckt sich axial in solcher Länge, daß er sich in allen Lagen des Rohrschieberteils in übereinstimmender Lage mit mindestens einem der radialen Einlässe durch die Wand des Ventilblocks und/oder dem zweiten Ende der Zylinderwand befindet. Die Einlässe sind mit einer Hochdruckflüssigkeitsversorgung verbunden, wie dies oben beschrieben ist, so daß die Wände des Tunnels jederzeit diesem Hochdruck ausgesetzt sind. Wegen des Unterschieds in den wirksamen radialen Flächen der Seitenwände des Tunnels ist das Rohrschieberteil vorgespannt, vorzugsweise in Richtung auf das zweite Ende des Zylinders.The circumferential tunnel extends axially in such a length that in all positions of the tube slide member it is in coincident position with at least one of the radial inlets through the wall of the valve block and/or the second end of the cylinder wall. The inlets are connected to a high pressure fluid supply as described above so that the walls of the tunnel are exposed to this high pressure at all times. Due to the difference in the effective radial areas of the side walls of the tunnel, the tube slide member is biased, preferably towards the second end of the cylinder.

Das Rohrschieberteil erstreckt sich in axialer Richtung in der Weise, daß in einer Extremlage des Ventilteils die Durchlässe zwischen dem zylindrischen Raum am zweiten Ende des Zylinders und dem ringförmigen Zwischenraum zwischen der Außenseite des Zylinders und dem umgebenden Mantel oder den anderen Mitteln zum Durchlaß der Flüssigkeit aus dem Kopfraum zwischen dem Kolben und dem ersten Ende des Zylinders zum Zylinderraum am zweiten Ende des Zylinders sich in offener Lage befinden, um Flüssigkeit zu ermöglichen, zwischen den ersten und zweiten Enden des Zylinders und dann zum Auslaß durch die Auslässe fließen. In der anderen axialen Extremlage des Rohrschieberteils liegen die Durchlässe passend mit dem umlaufenden Tunnel und isoliert vom zweiten Ende des Zylinders. In dieser Lage fließt der Hochdruck von den Einlässen vom ersten Ende des Zylinders durch den Tunnel und die Durchlässe. Die optimalen axialen Längen des Rohrschieberteils, des Tunnels und der relativen Lagen der Einlässe und Durchlaßpunkte können innerhalb weiter Grenzen variieren. Es ist jedoch normalerweise erwünscht, alle Fließwege auf eine minimale Länge zu reduzieren, und die axiale Bewegung, die für das Rohrschieberteil erforderlich ist, auf ein Minimum zu beschränken, um die Flüssigkeitsmenge, die zum Betrieb des Ventilmechanismus erforderlich ist, zu reduzieren.The valve member extends axially such that in one extreme position of the valve member the passages between the cylindrical space at the second end of the cylinder and the annular space between the outside of the cylinder and the surrounding jacket or other means for passing fluid from the head space between the piston and the first end of the cylinder to the cylinder space at the second end of the cylinder are in an open position to allow fluid to flow between the first and second ends of the cylinder and then to the outlet through the outlets. In the other axial extreme position of the valve member the passages are mating with the circumferential tunnel and isolated from the second end of the cylinder. In this position high pressure flows from the inlets at the first end of the cylinder through the tunnel and passages. The optimum axial lengths of the valve member, the tunnel and the relative positions of the inlets and passage points can vary within wide limits. However, it is usually desirable to reduce all flow paths to a minimum length, and to minimize the axial movement required for the valve member in order to reduce the amount of fluid required to operate the valve mechanism.

Beim Betrieb des Zylinders der Erfindung wird Hochdruckflüssigkeit in die Einlässe geführt, und diese wirkt auf die verschiedenen wirksamenen radialen Flächen der Seitenwände des Tunnels, um eine axiale Vorspannungskraft zu erzeugen. Dies bewirkt, daß das Rohrschieberteil in axialer Richtung gegen das zweite Ende des Zylinders bewegt wird, so daß der Zufluß von Hochdruckflüssigkeit zum Kopfraum am ersten Ende des Zylinders unterbunden wird. Die Durchlässe zwischen den ersten und den zweiten Enden des Zylinders werden freigelegt, so daß unter der Last des Hammergewichts der Kolben zum ersten Ende des Zylinders fällt, das heißt in die Sicherungslage bei Ausfall.In operation of the cylinder of the invention, high pressure fluid is supplied to the inlets and acts on the various effective radial surfaces of the side walls of the tunnel to produce an axial biasing force. This causes the tube slide member to move axially toward the second end of the cylinder so that the flow of high pressure fluid to the head space at the first end of the cylinder is prevented. The passages between the first and second ends of the cylinder are exposed so that under the load of the hammer weight the piston falls toward the first end of the cylinder, i.e. into the fail safe position.

Wenn Hochdruckflüssigkeit in die Rohrschieberteilsteuerkammer geführt wird, bewirkt dies eine axiale Kraft auf die offenen Endflächen des Rohrschieberteils, die aufgrund der relativen Größen der effektiven Flächen der Seitenwände des Tunnels und der Endfläche des Rohrschieberteils die Vorspannung aufgrund der Hochdruckflüssigkeit im Tunnel überwindet, und bewirkt, daß das Rohrschieberteil axial gegen das erste Ende des Zylinders bewegt wird. Diese Bewegung schließt zunächst die Durchlässe und isoliert sie vom zweiten Ende des Zylinders; und bringt sie außerdem in Verbindung mit der Hochdruckflüssigkeit in den Tunnel des Rohrschieberteils. Die Hochdruckflüssigkeit kann jetzt zum Kopfraum am ersten Ende des Zylinders fließen, um den Kolben und das Gewichts anzuheben.When high pressure fluid is introduced into the valve member control chamber, this causes an axial force on the valve member's open end faces which, due to the relative sizes of the effective areas of the tunnel side walls and the valve member's end face, overcomes the preload due to the high pressure fluid in the tunnel and causes the valve member to move axially toward the first end of the cylinder. This movement initially closes the passages and isolates them from the second end of the cylinder; and also brings them into communication with the high pressure fluid in the valve member's tunnel. The high pressure fluid can now flow to the head space at the first end of the cylinder to lift the piston and weight.

Wenn die Zufuhr von Hochdruckflüssigkeit zur Positionssteuerkammer unterbunden wird, wird die Kraft, die die Vorspannung aufgrund der Hochdruckflüssigkeit im Tunnel überwindet, reduziert, und das Rohrschieberteil bewegt sich dann axial unter dem Einfluß der Vorspannung zum zweiten Ende des Zylinders. Dies unterbricht den Flüssigkeitsfluß zum ersten Ende des Zylinders und bringt die Durchlässe in Verbindung mit dem zweiten Ende des Zylinders und den Auslässen Wie oben beschrieben, erfolgt dies normalerweise, bevor das Gewicht seinen Bewegungswendepunkt erreicht hat, und das Gewicht beendet seine nach oben gerichtete Bewegung aufgrund des Moments, das im ersten Teil des Hebetakts der Schlagvorrichtung erzeugt wurde. In dieser Lage des Schieberteils kann Flüssigkeit vom zweiten Ende des Zylinders zum Kopfraum am ersten Ende des Zylinders fließen, um die Volumenvergrößerung des Kopfraums auszugleichen, wenn der Kolben seine Bewegung in Richtung auf das zweite Ende des Zylinders vervollständigt. Wenn das Gewicht seinen Wendepunkt erreicht, kann Flüssigkeit zurück aus dem Kopfraum zum zweiten Ende des Zylinders und von den Auslässen fließen, um den Fließverlust auszugleichen, so daß das Gewicht frei fallen kann ohne bedeutenden Flüssigkeitsverlust für den Stoßtakt des Hammergewichts.When the supply of high pressure fluid to the position control chamber is shut off, the force overcoming the preload due to the high pressure fluid in the tunnel is reduced and the tube slide member then moves axially under the influence of the preload towards the second end of the cylinder. This interrupts the flow of fluid to the first end of the cylinder and brings the passages into communication with the second end of the cylinder and the outlets. As described above, this normally occurs before the weight has reached its turning point and the weight ceases its upward movement due to the moment created in the first part of the stroke of the impactor. In this position of the slide member, fluid can flow from the second end of the cylinder to the head space at the first end of the cylinder to compensate for the increase in volume of the head space as the piston completes its movement towards the second end of the cylinder. When the weight reaches its inflection point, fluid can flow back from the headspace to the second end of the cylinder and from the outlets to compensate for the flow loss, allowing the weight to fall freely without significant fluid loss for the impact stroke of the hammer weight.

DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Eine bevorzugte Ausführungsform des Zylinders der Erfindung wird im folgenden beschrieben anhand von Darstellungen nur in bezug auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen Figur 1 einen schematischen, axialen Schnitt durch den Zylinder zeigt; und Figur 2 eine detaillierte Ansicht des Ventilmechanismus des Zylinders aus Figur 1 ist.A preferred embodiment of the cylinder of the invention is described below by way of illustration only with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 shows a schematic axial section through the cylinder; and Figure 2 is a detailed view of the valve mechanism of the cylinder of Figure 1.

DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT

Ein hydraulischer Hammer umfaßt ein Gewicht 1, das durch eine Schlagvorrichtung 2 angetrieben wird, die von einem (nicht dargestellten) mobilen Unterbau getragen wird, der eine hydraulische Pumpe 3 trägt, die durch einen Elektro- Diesel oder anderen Motor angetrieben werden kann. Die Schlagvorrichtung umfaßt einen Zylinder 10, der einen Kolben 11 hat, der darin gelagert ist und durch eine Kolbenstange 12, die sich durch eine Hülsenbohrung 13 am geschlossenen ersten Ende 14 des Zylinders erstreckt, mit dem Gewicht verbunden ist. Das zweite Ende des Zylinders wird durch einen Ventilblock 20 geschlossen, wahlweise durch ein zwischenliegendes Montageringteil 21, um die Bearbeitung der verschiedenen Teile zu erleichtern. Der Block 20 ist ausgebildet mit einer sich axial erstreckenden Umfangswand 22, die einen Dichtring 23 trägt, um eine ringförmige axiale Kammer 24 mit dem zweiten Ende der Zylinderwand zu bilden. Der Ventilblock 20 ist außerdem mit einer Axialbohrung 25 versehen, durch die Flüssigkeit in die oder aus der Kammer 24 geführt werden kann. Der Flüssigkeitsstrom in die und aus der Kammer 24 wird durch ein Mehrwegeventil 26 gesteuert, das über ein Drosselventil 27 von der Pumpe 3 gespeist wird. Der Ventilblock 20 ist außerdem mit einem Auslaß 28 mit großem Bohrungsdurchmesser und einer axialen Bohrung 29, die in Verbindung mit dem zweiten Ende des Zylinders 1 steht, versehen.A hydraulic hammer comprises a weight 1 driven by an impact device 2 supported by a mobile base (not shown) which carries a hydraulic pump 3 which may be driven by an electric, diesel or other motor. The impact device comprises a cylinder 10 having a piston 11 mounted therein and connected to the weight by a piston rod 12 extending through a sleeve bore 13 at the closed first end 14 of the cylinder. The second end of the cylinder is closed by a valve block 20, optionally by an intermediate mounting ring member 21 to facilitate machining of the various parts. The block 20 is formed with an axially extending peripheral wall 22 carrying a sealing ring 23 to form an annular axial chamber 24 with the second end of the cylinder wall. The valve block 20 is also provided with an axial bore 25 through which liquid can be fed into or out of the chamber 24. The flow of liquid into and out of the chamber 24 is controlled by a multi-way valve 26 which is fed from the pump 3 via a throttle valve 27. The valve block 20 is also provided with an outlet 28 with a large bore diameter and an axial bore 29 which is in communication with the second end of the cylinder 1.

Der Ventilblock 20 oder das Teil 21 ist mit einem oder mehreren Einlässen 30 versehen, die einen umlaufenden inneren Verteilungstunnel 31 versorgen. Die Durchlässe 30 sind mit der Pumpe 3 verbunden zur Aufnahme von hydraulischer Hochdruckflüssigkeit, normalerweise bei ungefähr 180 bis 300 bar. Ein Hochdruckspeicher 32 ist vorgesehen, um sicherzustellen, daß eine ausreichende Menge von Hochdruckflüssigkeit vorhanden ist, um den Zylinder beim Hebetakt der Schlagvorrichtung zu versorgen. Eine umfänglich angeordnete Anzahl von radialen Durchlässen 33 ist in der Wand des zweiten Endes des Zylinders 1 für den Fluß von Hochdruckflüssigkeit aus dem Tunnel 31 zum Rohrschieberteil 40 vorgesehen.The valve block 20 or part 21 is provided with one or more inlets 30 which supply a circumferential inner distribution tunnel 31. The passages 30 are connected to the pump 3 for receiving hydraulic High pressure fluid, normally at about 180 to 300 bar. A high pressure accumulator 32 is provided to ensure that a sufficient amount of high pressure fluid is present to supply the cylinder during the lifting stroke of the impact device. A circumferentially arranged number of radial passages 33 are provided in the wall of the second end of the cylinder 1 for the flow of high pressure fluid from the tunnel 31 to the pipe slide part 40.

Ein im wesentlichen zylindrisches Rohrschieberteil 40 ist in dichtem Gleitsitz auf der inneren Fläche des zweiten Endes des Zylinders 1 gelagert. Ein Ende 41 des Schiebers 40 befindet sich in der Kammer 24, die einen Dichtungsring 23 trägt, um die Kammer 24 gegenüber dem Schieber 40 zu dichten. Der Schieber 40 ist mit einem umlaufenden Tunnel 43 ausgebildet und hat eine ringförmige Schulter 44 an einer Lippe des Tunnels benachbart zum zweiten Ende des Zylinders, so daß die Seitenwand 45 des Tunnels 43 radial tiefer als die andere Seitenwand 46 des Tunnels ist. Der Unterschied in den wirksamen radialen Flächen zwischen den Seitenwänden des Tunnels 43 ist kleiner als die gesamte wirksame adialfläche des Endes 41 des Schiebers, die der Flüssigkeit der Kammer 24 ausgesetzt ist. Der Schieber 40 trägt außerdem Dichtungsringe 47 und 48, die den Schieber 40 gegenüber der inneren Wand des Zylinders dichten. Der Tunnel 43 erstreckt sich axial, so daß er in allen Lagen des Schiebers 40 mit den Einlässen 33 in Verbindung steht und der Hochdruckflüssigkeit ausgesetzt wird.A generally cylindrical tube valve member 40 is mounted in a tight sliding fit on the inner surface of the second end of the cylinder 1. One end 41 of the valve 40 is located in the chamber 24 which carries a sealing ring 23 to seal the chamber 24 against the valve 40. The valve 40 is formed with a circumferential tunnel 43 and has an annular shoulder 44 on a lip of the tunnel adjacent the second end of the cylinder so that the side wall 45 of the tunnel 43 is radially deeper than the other side wall 46 of the tunnel. The difference in the effective radial areas between the side walls of the tunnel 43 is less than the total effective radial area of the end 41 of the valve exposed to the fluid of the chamber 24. The slide 40 also carries sealing rings 47 and 48 which seal the slide 40 against the inner wall of the cylinder. The tunnel 43 extends axially so that in all positions of the slide 40 it is in communication with the inlets 33 and is exposed to the high pressure liquid.

Das Innere der Zylinderwand ist bei 50 nach außen erweitert, um den aufgrund der Schulter 44 vergrößerten Durchmesser des Schiebers 40 aufzunehmen, und ist mit einer radialen Schulter 51 versehen, welche als Anschlag dient, der die axiale Bewegung des Schiebers 40 gegenüber dem ersten Ende des Zylinders 10 begrenzt.The interior of the cylinder wall is extended outwards at 50 to accommodate the increased diameter due to the shoulder 44 of the slide 40, and is provided with a radial shoulder 51 which serves as a stop limiting the axial movement of the slide 40 relative to the first end of the cylinder 10.

Außen auf dem Zylinder 10 und im wesentlichen konzentrisch hierzu ist ein zylindrischer Mantel 60 vorgesehen, der mit der Außenseite des Zylinders 10 einen ringförmigen Raum 61 zum Transport von Flüssigkeit aus dem Kopfraum zwischen dem Kolben 22 und dem ersten Ende des Zylinders zum Zylinderraum am zweiten Ende des Zylinders bildet. Radiale Durchlässe 62 sind in der Zylinderwand am ersten Ende des Zylinders 10 vorgesehen, und radiale Durchlässe 63 sind in der Zylinderwand am Ende der Passage 61 benachbart zum zweiten Ende des Zylinders 10 vorgesehen.Provided on the outside of the cylinder 10 and substantially concentrically therewith is a cylindrical shell 60 which forms with the outside of the cylinder 10 an annular space 61 for transporting liquid from the head space between the piston 22 and the first end of the cylinder to the cylinder space at the second end of the cylinder. Radial passages 62 are provided in the cylinder wall at the first end of the cylinder 10 and radial passages 63 are provided in the cylinder wall at the end of the passage 61 adjacent to the second end of the cylinder 10.

Wenn sich das Rohrschieberteil 40 in der Hebeposition (wie im linken Bereich jeder Figur dargestellt) befindet, wird Hochdruckflüssigkeit in die Kammer 24 eingespeist, die die Vorspannung aufgrund der unterschiedlichen Flächen der Seitenwände 45 und 46 im Tunnel 43 überwindet. Die Hochdruckflüssigkeit strömt durch die Einlässe 30, den Tunnel 31, die Durchlässe 33, den Tunnel 43, die Durchlässe 63, die Passage 61 und Durchlässe 62 in den Kopfraum am ersten Ende des Zylinders und bewirkt, daß der Kolben 12 gehoben wird und damit das Gewicht 1 anhebt. Aufgrund der axialen Ausnehmung 3 im Gewicht kann der untere Bereich der Schlagvorrichtung 2 in das Gewicht 1 eingreifen, was die axiale Gesamtlänge der Schlagvorrichtung und des Gewichts reduziert. Wenn die Hochdruckflüssigkeitszufuhr zur Kammer 24 unterbunden wird und die Kammer die Flüssigkeit durch ein Ventil 26 in einen Abfalltank 70 ablassen kann, ist die Vorspannung aufgrund der Hochdruckflüssigkeit im Tunnel 43 nicht mehr wirksam und der Rohrschieber 40 kann axial in Richtung auf das zweite Ende des Zylinders bewegt werden, um die Senkposition, die in der rechten Hälfte jeder der Figuren dargestellt ist, einzunehmen. Die Durchlässe 63 sind jetzt mit dem Auslaß 28/29 verbunden und der Kolben kann innerhalb des Zylinders 10 herunterfallen. Der Tunnel 43 befindet sich außerhalb der Verbindungsstellung mit den Durchlässen 63, und Rochdruckflüssigkeit kann nicht über den Tunnel 43 hinaus fließen, auf diese Weise bleibt die Vorspannung auf dem Rohrschieber 40 aufrechterhalten.When the tube slide member 40 is in the raised position (as shown in the left hand portion of each figure), high pressure fluid is fed into the chamber 24 which overcomes the prestress due to the different areas of the side walls 45 and 46 in the tunnel 43. The high pressure fluid flows through the inlets 30, the tunnel 31, the passages 33, the tunnel 43, the passages 63, the passage 61 and passages 62 into the head space at the first end of the cylinder and causes the piston 12 to be raised and thereby raise the weight 1. Due to the axial recess 3 in the weight, the lower portion of the impact device 2 can engage the weight 1, reducing the overall axial length of the impact device and the weight. When the high pressure fluid supply to the chamber 24 is shut off and the chamber is allowed to drain the fluid through a valve 26 into a waste tank 70, the preload due to the high pressure fluid in the tunnel 43 is no longer effective and the slide valve 40 can be moved axially towards the second end of the cylinder to assume the lowered position shown in the right half of each of the figures. The ports 63 are now connected to the outlet 28/29 and the piston can drop down within the cylinder 10. The tunnel 43 is out of communication with the ports 63 and high pressure fluid cannot flow beyond the tunnel 43, thus maintaining the preload on the slide valve 40.

Nach dem ersten Teil des Hebetakts wird das Gewicht aufgrund seines Eigenmoments weiter angehoben, wobei Flüssigkeit von der vollen Kolbenfläche des Kolbens zum Kopfraum befördert wird, bis das Moment des Gewichts aufgebraucht ist und das Gewicht seinen Bewegungswendepunkt erreicht. Überschüssige Flüssigkeit wird in einen Rückführtank 80 abgelassen, vorzugsweise durch einen Niederdruckspeicher 81. Daraufhin wird das Gewicht herunterfallen, während gleichzeitig aus dem schmaleren Kopfraum Flüssigkeit zur größeren Kolbenbohrung am zweiten Ende des Zylinders fließt. Die Flüssigkeitsverdrängung aus dem Kopfraum ist geringer, als es zum Decken des Flüssigkeitsbedarfs in der gesamten Bohrung des zweiten Endes des Zylinders erforderlich ist. Der nicht gedeckte Bedarf wird ausgeglichen durch Flüssigkeit, die aus dem Niedrigdruckspeicher 81 fließt.After the first part of the lifting stroke, the weight will continue to be lifted due to its own momentum, moving fluid from the full piston area of the piston to the head space until the momentum of the weight is used up and the weight reaches its turning point. Excess fluid is drained into a return tank 80, preferably through a low pressure accumulator 81. The weight will then drop while simultaneously fluid flows from the narrower head space to the larger piston bore at the second end of the cylinder. The fluid displacement from the head space is less than is required to meet the fluid demand in the entire bore of the second end of the cylinder. The unmet demand is met by fluid flowing from the low pressure accumulator 81.

Claims

1. Hydraulic impact device (2) comprising a cylinder (10) having a piston (11) mounted therein for axial movement, the piston (11) carrying a rod member (12) extending through an end wall (13, 14) of the cylinder (10) and adapted to be connected to an impact mass (1), said cylinder (10) having means (60, 61, 62) for achieving fluid flow to and from the head space between the piston (11) and said first end (13, 14) of the cylinder (10), a tube slide member (40) mounted in tight engagement with the cylinder wall (10) and arranged on or adjacent to the other end (20) of the cylinder (10) for controlling fluid flow into and out of the cylinder (10). further comprising a position control chamber (24) which encompasses one end (41) of said valve member (40) and which is adapted to be selectively placed in fluid flow communication with either a low pressure zone (80) or a source of fluid under increased pressure (3, 32), whereby one or more radial components of the end surfaces (41) of the valve member (40) are selectively subjected to high (3, 33) or low (80) pressure such that the valve member (40) is moved axially so as to selectively control the flow of fluid to and from the cylinder (10),

characterized in that

a) the pipe slide part (40) is mounted within the cylinder (10) in tight contact with the inner wall of the cylinder (10), the pipe slide part (40) being the cooperating wall of the cylinder (10) forms a circumferential tunnel (43) which is designed to be in fluid flow communication with a supply of fluid under increased pressure (3, 32) in all positions of the pipe slide part (40);

b) the cooperating cylinder wall (10) has one or more passages (62, 63) designed to bring said tunnel (43) into fluid communication with said head space in a first axial position of said valve member (40) and to bring said head space into fluid communication with a passage (28, 29) for discharging fluid from the cylinder in a second axial position of said valve member (40) and

c) the relative radial components of the end surfaces (45, 46) of the region of the circumferential tunnel (43) carried by said valve member (40) and the end surface (41) of said valve member (40) exposed to the fluid in said control chamber (24) are such that the valve member (40) is biased to said second axial position in which said head space in the cylinder (10) is in fluid communication with the outlet (61, 62, 63, 28, 29) for discharging the fluid from the cylinder (10) when said control chamber (24) is in communication with a low pressure zone (80), or said bias is overcome when the control chamber (24) is in communication with a fluid source of increased pressure (3, 32), thereby enabling the supply of fluid to said control chamber (24) is designed that said tube slide part (40) is moved in the axial direction relative to the cylinder (10) into said first position, so that said circumferential tunnel (43) is in communication (63, 61, 62) with said head space.

2. Impact device (2) according to claim 1, characterized in that said means for causing the fluid to flow into and out of said head space are in the form of an annular shell (60) which is arranged substantially coaxially with the cylinder (10) and outside its said first end and that said first end of the cylinder is in free flow communication (62) with said annular shell (60).

3. Impact device according to one of claims 1 or 2, characterized in that said cylinder (10) and said casing (60) are mounted on a valve block part (20) which forms a closed second end (20) for the cylinder (10) and the casing (60); wherein passages (62, 63) are provided in said cylinder wall (10) for transferring fluid between said shell (60) and cylinder (10), wherein said outlet (28, 29) and passages (30, 31 and 33) in the valve block are provided for transferring fluid from a source of high pressure fluid (3, 32) to said cylinder (10) via the circumferential tunnel (43) according to the axial position of said valve member (40).

4. Impact device (2) according to one of the preceding claims, characterized in that said piston rod (12) extends axially through said second end (13, 14) of the cylinder (10).

5. Impact device (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the said control chamber (24) for the valve position is formed by an axially extending annular recess (24) within the valve block part (20), in which the end (41) of the pipe slide part (40) is received in a tight fit.

6. Impact device (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the pipe slide part (40) carries the said circumferential tunnel (43).

7. Impact device (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the mutually effective areas of the surrounding radial side walls (45, 46) of the tunnel (43) and the radial end faces (41) of the pipe slide part (40) which are exposed to the fluid in the valve position control chamber (24) are such that when said valve position chamber (24) is exposed to fluid at high pressure (3, 32) which acts on the pipe slide part (40) is suitable for displacing the pipe slide member (40) in the axial direction against the net counterforce exerted by the high pressure fluid (3, 32) supplied to the circumferential tunnel (43).

8. Impact device (2) according to claim 7, characterized in that the force exerted by the fluid (32) in the said chamber (24) on the pipe slide part (40) is 1.5 times to 3 times the net counterforce exerted by the fluid (3, 32) in the circumferential tunnel (43).

9. Impact device (2) according to one of claims 7 or 8, characterized in that the effective area of the circumferential radial side wall (45) of said tunnel (43) adjacent to said second end (20) of said cylinder (10) is 105 to 150% larger than the effective area of the other circumferential side wall (46) of the tunnel (43).

10. Impact device (2) according to one of the preceding claims, characterized in that the piston rod (12) carries a mass (1) which has an axial recess (4) in which the end of the impact device (2) can be received, whereby the axial length of the retracted impact device (2) and mass (1) is reduced.

11. Pile driver with a mass (1) which is raised by means of a hydraulic impact device (2) and can fall onto the head of a pile for driving the pile into the ground, characterized in that the impact device (2) is an impact device (2) according to one of the preceding claims.

12. Method for operating an impact device (2) according to one of the preceding claims, characterized in that fluid (3, 32) is supplied to the said circumferential tunnel (43) under a first pressure; and that said valve position control chamber (24) is exposed to fluid at a second (3, 32) or third pressure (80), the second pressure being equal to or less than the first pressure (3, 32) and said third pressure (80) being less than said second pressure, whereby said spool member (40) is caused to move relative to said cylinder (10) under the influence of said fluid at said second or third pressure to allow fluid at said first pressure to flow into said cylinder (10) or to allow fluid in said cylinder (10) to exit said cylinder (10) according to the position of said spool member (40).

13. Method according to claim 12, characterized in that the first pressure (3, 32) is from 150 to 350 bar, that the second pressure is from 70 to 100 bar and that the third pressure (80) is ambient pressure.