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Einstellbewegungen zulassendes Kip-Drucklager für schwere Bauwerke
Die Erfindung bezieht sich auf Einstellbewegungen zulassende Kipp-Drucklager für schwere Bau- werke, insbesondere Brücken. Die Erfindung besteht zunächst in der Vereinigung folgender Merkmale : a) eine ein Druckkissen bildende plastische Masse, z.
B. eine Gummiplatte ist zwischen die Wandung und den Boden eines Troges bildenden starren Wänden eingeschlossen, b) mindestens die Wandung des Troges ist in sich geschlossen und besteht aus Metall, vorzugsweise
Stahl, c) die Trogwand verläuft stetig gekrümmt, vorzugsweise zylindrisch, d) in den Trog ragt eine auf der plastischen Masse aufliegende Metallplatte kolbenartig mit Spiel hinein, e) vor den Spalt zwischen der kolbenartigen Metallplatte und der Trogwandung ist druckkissenseitig mindestens ein metallener, vorzugsweise stählener, kolbenringartiger, flacher Dichtungsring mit seiner Fläche gegen die Metallplatte und mit seinem Umfang gegen die Innenwand des Troges gelegt.
Die Merkmale a-d sind an sich bekannt ; bekannt ist ferner die Vereinigung der Merkmale b, c und d.
Es ist lange bekannt, Gummi oder sich ähnlich wie Gummi verhaltende Stoffe in Lagerungen zu benutzen. Soweit im folgenden in Bezug auf das in den erfindungsgemäss ausgebildeten Lagern verwendete, bis auf einen Dichtungsspalt ringsum eingeschlossene Druckkissen von "Gummi" gesprochen ist, sollen darunter auch alle diejenigen Stoffe verstanden werden, die sich in einer solchen Einschliessung im Sinne des Erfindungszweckes ähnlich wie Gummi verhalten.
Der in sich geschlossene, stetig gekrümmte, vorzugsweise zylindrische Ringmantel des erfindungsgemäss verwendeten Druckkissentroges kann den hydrostatischen Druck des Gummis durch Ringzugspannungen aufnehmen. Die Trogmantelausbildung ermöglicht auch die einfache und betriebssichere Ausbildung und Anordnung des Dichtungsringes.
Weil der Gummi nicht ausweichen kann, ist es möglich, in ihm sehr hohe Pressungen bis zu zirka a = 1000 kg/cm2 zuzulassen, ohne dass die Bewegungsfähigkeit des Lagers leidet. Die Lager können also mit so kleiner Grundrissfläche und so geringer Bauhöhe ausgeführt werden, wie es bis jetzt für entsprechend grosse Auflagerdrücke nicht möglich war. Das Lager hat ausserdem den Vorteil, dass ausser den vertikalen Auflagerkräften auch Horizontalkräfte vom Lageroberteil über die Zylinderwandung in das Lagerunterteil übertragen werden können.
Unter dem Druck verhält sich der allseits eingeschlossene Gummi ähnlich wie eine Flüssigkeit und lässt Dreh- und Kippbewegungen in der Grössenordnung, wie sie im Brückenbau vorkommen, zu, ohne dass sich der Schwerpunkt des oberen Lagerteils gegenüber dem des unteren vertikal verschiebt.
Dadurch, dass die Gummiplatte von Licht, Luft und Wasser abgeschlossen ist, wird ihre Lebensdauer gegenüber den seither bekannten Gummilagern erheblich gesteigert.
Gegenüber den bekannten stählernen Linienkipplagern unterscheidet sich das erfindungsgemäss ausgebildete Lager in seiner Wirkung dadurch, dass die Kippachse nicht festgelegt ist, sondern je nach der Belastungsart, z. B. einer auf dem Lager ruhenden Brücke wechseln kann. Da sich der eingeschlossene Gummi praktisch wie eine Flüssigkeit verhält, treten bei Vertikalbelastungen unter jeder Lagerfläche jeweils gleich grosse Pressungen auf, was bei Stahllagern wegen der Verformung des Lagerkörpers nicht erreicht werden kann.
Die erfindungsgemäss ausgebildeten Lager werden für gleiche Beanspruchungs- und Bewegungsmöglichkeiten wesentlich niedriger als im Brückenbau bisher bekannte Gummilager mit nicht in einem Trog eingeschlossenen hohen Gummipaketen.
Eine weitere Ausbildung der Erfindung liegt in der Vereinigung eines Kipp-Drucklagers der erfindungsgemässen Art mit einem vorzugsweise stählernen Gleitlager für Translationsbewegungen in mindestens einer Richtung quer Last. Man erhält damit ein Lager, das eine beliebig grosse Längsverschieblichkeit bei geringer Bauhöhe zulässt und zugleich die Vorteile des hochbelastbaren, allerseits drehbaren, lotrecht unverschieblichen Kipplagers mit einem im Trog eingeschlossenen Druckkissen aufweist.
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Eine andere Weiterbildung der Erfindung liegt in der Vereinigung eines Kipp-Drucklagers der erfindungsgemässen Art mit einer Wälzlagerung für Translationsbewegungen in mindestens einer Richtung quer zur Last. Die bei Translationsbewegungen zu überwindenden Reibungskräfte lassen sich hiebei stark verringern. Die Vereinigung des Druckkissen-Kipplagers mit einer Wälzlagerung bietet aber noch andere, besondere Vorteile für die Ausbildung und hinsichtlich der Beanspruchung der Wälzlagerung selbst gegenüber bekannten stählernen Kipp-Rollenlagern.
Bei den letzteren werden gewöhnlich nur 2 Rollen angeordnet, um eine gleich grosse Belastung der beiden Rollen durch die Sattelplatte sicherzustellen. Anderseits sind jedoch mehrere Rollen mit entsprechend kleineren Durchmessern aus verschiedenen Gründen erwünscht. Bei mehr als zwei Rollen ist aber eine gleich grosse Belastung aller Rollen wegen der Verbiegung der Sattelplatte in Querrichtung nicht möglich. Ausserdem werden in der Längsrichtung bei elastischer Sattelplatte die Rollen in der Mitte höher belastet als an den Enden. Für die Bemessung der Rollen sind daher die am stärksten belasteten mittleren Bereiche der inneren Rollen massgebend, während die äusseren Rollen insbesondere an den Enden nicht ausgenutzt werden können. Um nun einigermassen gleiche Belastung aller Rollen zu erzielen, muss die Sattelplatte möglichst biegesteif, also sehr dick gemacht werden.
Damit können aber die zulässigen Biegespannungen der Sattelplatte nicht voll ausgenutzt werden.
Da sich der Gummi wie eine zähe Flüssigkeit verhält, wird bei der besprochenen Weiterbildung der Erfindung durch Kombination des erfindungsgemässen Kipplagers mit einer Wälzlagerung die der Sattelplatte eines stählernen Kipplagers entsprechende, auf den Walzen aufliegende Druckplatte unabhängig vom Kippwinkel nahezu gleichmässig von oben belastet. Die Druckplatte wirkt dabei wie eine über mehrere gleiche Öffnungen durchlaufende Platte auf starren Stützen (Spannweite gleich Walzenabstand). Eine Verbiegung der Druckplatte in Querrichtung hat auf die Belastung der Walzen, die alle bei entsprechendem Randüberstand praktisch gleich beansprucht werden, keinen Einfluss, da sich infolge der Gummi-Zwischenlage die gleichmässige Belastung der Druckplatte von oben her nicht ändert. In Längsrichtung treten keine Biegemomente auf.
Die Druckplatte kann also wesentlich dünner gemacht werden als eine entsprechende Sattelplatte eines stählernen Kipplagers, da die zulässigen Biegespannungen voll ausgenutzt werden und die Biegemomente durch Vergrösserung der Walzenanzahl und der sich damit ergebenden Verkürzung der Spannweite sehr klein gehalten werden können. Entsprechend können die praktisch gleich belasteten Walzen wirtschaftlicher bemessen werden als bei den bisher bekannten Kipp-Rol1en- lagern.
An die Herstellungsgenauigkeit können umso geringere Anforderungen gestellt werden, je dünner die Druckplatte gemacht wird. Es ist ohne weiteres einleuchtend, dass sich eine dünne Platte z. B. Abweichungen vom Soll-Durchmesser der Walzen wesentlich besser anpassen kann als eine steife Sattelplatte. Örtliche Überbeanspruchungen werden hiedurch gemildert, was im Hinblick auf die unerwünschte Zunahme der Reibung infolge plastischer Verformung der Berührungszone zwischen Platte und Walze von Bedeutung ist.
In vielen Fällen ist ein Kipp-Walzenlager mit kleiner Bauhöhe konstruktiv und gestalterisch besonders erwünscht. Auch in dieser Hinsicht ergibt die erfindungsgemässe Kombination besonders vorteilhafte Möglichkeiten, vgl. Fig. 8.
Da die gleichmässige Belastung aller Walzen auch bei grosser Walzenanzahl durch die Gummi-Zwischenlage sichergestellt ist, kann man Walzen mit sehr kleinen Radien dicht an dicht anordnen. Die Hertz-
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entsprechend mehr Walzen angeordnet werden können, so dass die Linienbelastung p im gleichen Masse abnimmt wie der Walzenradius r und damit konstant bleibt.
Vergleichsberechnungen haben gezeigt, dass bei grossen Auflagerkräften die Bauhöhe des erfindunggemässen, mit einer Wälzlagerung kombinierten Lagers auf -/g der bisher üblichen Ausführung verringert werden kann. Entsprechend ermässigt sich der Material- und Arbeitsbedarf ganz erheblich, so dass bedeutende wirtschaftliche Vorteile erzielt werden.
Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele, u. zw. zeigen Fig. 1-5 Schnitte durch je eine Ausführungsform erfindungsgemäss ausgebildeter Drucklager, Fig. 6 ist ein Querschnitt durch ein Lager, das aus einer Vereinigung eines erfindungsgemäss ausgebildeten Drucklagers mit einem Walzenlager besteht, in Richtung quer zu den Walzen geschnitten, Fig. 7 ist ein Schnitt durch die in Fig. 6 gezeigte Ausführung, jedoch parallel zu den Walzenachsen und Fig. 8-10 zeigen jeweils im Schnitt andere Ausführungsformen von Vereinigungen der erfindungsgemäss ausgebildeten Drucklager mit Walzenlagern.
Bei dem Beispiel nach Fig. 1 liegt die aus Gummi oder einem ähnlichen nachgiebigen Stoff bestehende Platte 1 in einem Trog, der eine zylindrische Wandung 2 und einen Boden 3 aufweist. Die zylindrische Wandung 2 besteht aus Metall, vorzugsweise Stahl. Der Boden 3 kann mit der Wandung 2 aus einem Stück bestehen, also ebenfalls aus Metall sein. Er kann weiter als ursprünglich besonderer Teil mit dem Mantelring 2 verbunden, im Falle der Herstellung aus Metall z. B. mit eingeschweisst sein. Schliesslich kann der Boden 3, wie in Fig. 1 durch gestrichelte Trennlinien angedeutet, auch ein besonderer, in den Mantelring 2 festeingefügter Teil sein und dann z. B. als Mörtelbett ausgebildet sein.
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Nach oben ist die Platte 1 durch eine Metallplatte 4 abgedeckt. Der Spalt zwischen dem Ringmantel 2 und der Platte 4 ist durch einen oder mehrere Dichtungsringe 5 überbrückt, welche bei Belastung des Lagers unter dem Druck des nachgiebigen Werkstoffes der Platte 1 an die Metallteile, nämlich an den Ringmantel 2 und an die Platte 4 angepresst werden.
Bei dem Beispiel nach Fig. 2 ist auf einer der Druckplatte 4 des Beispiels nach Fig. 1 entsprechenden Druckplatte eine Metallplatte 6, vorzugsweise eine Stahlplatte, aufgelegt, auf der das zu lagernde Bauwerk auflastet. Die aufeinanderliegenden Flächen der Druckplatte 4 und der Stahlplatte 6 sind so ausgebildet, dass die Platten leicht aufeinander gleiten können. Zur Verhinderung der Reibung zwischen 4 und 6 sind die Berührungsflächen zweckmässig poliert und mit einem Gleitmittel versehen, z. B. von der Art, wie es unter dem Namen Molykote"im Handel ist, oder mit einer Auflage aus Werkstoff besonders kleiner Reibungszahl. Zum Schutz gegen Korrosion werden die Platten 4 und 6 zweckmässig aus nichtrostendem Stahl oder mit verchromten Gleitflächen hergestellt. Die Verchromung ergibt gleichzeitig den Vorteil kleiner Reibung.
Diese Ausführungsform lässt sich auch dahin abwandeln, dass die Platten 4 und 6 aus normalem Stahl hergestellt und besondere Gleitbleche aus nichtrostendem Stahl zwischen sie gelegt werden.
Bei dem Beispiel nach Fig. 3 ist der Trog 2, 3 des vorher beschriebenen Drucklagers in einen Öltrog 8 hineingesetzt, so dass der Boden 3 des Drucklagertroges 2, 3 auf dem Boden 9 des Öltroges 8 gleiten kann.
Statt mit Öl kann der Trog 8 auch mit weichem Bitumen gefüllt sein ; in beiden Fällen sind die Gleitflächen geschützt. An der oberen Stirnfläche des Mantels 2 des Druckkissentrogs 2, 3 ist ein den Öltrog 8 verschliessender Deckel 7 befestigt, der über den oberen Rand des Öltroges 8 hinüberreicht und bei der Bewegung des Drucklagers im Öltrog über den Öltrogrand hinweg verschiebbar ist. Der Öltrog 8 bleibt also durch den Deckel 7 bei jeder in Betracht kommenden Lage des Drucklagers im Öltrog verschlossen.
Bei der Ausführung nach Fig. 4 ist die Reihenfolge der Teile in vertikaler Richtung gegenüber dem Beispiel nach Fig. 1 umgekehrt. Statt der oberen Druckplatte 4 ist eine untere Druckplatte 4'vorgesehen.
Der Boden 3 des die Platte 1 aufnehmenden Troges ist durch eine obere Platte 10 ersetzt, mit der der Ringmantel 2 fest verbunden, z. B. verschweisst ist. Die zu lagernde Last liegt hier auf der Platte 10 auf.
Bei dem Beispiel nach Fig. 5 ist der die Platte 1 aus nachgiebigem Werkstoff aufnehmende Trog aus Stahlbeton ausgeformt, doch ist der Trogmantel durch einen eingelegten Metallring 11 bewehrt, der dem Mantelring 2 der vorher beschriebenen Ausführungsbeispiele entspricht, während der Boden 3'des Trogs durch den Stahlbeton gebildet ist.
Bei der Bauart nach Fig. 6 und 7 ist ein der in Fig. 4 gezeigten Bauart ähnliches Drucklager mit einem Walzenlager vereinigt. Auf die Unterstützungsfläche ist eine Grundplatte 13 gelegt, auf welcher drei Walzen 12 laufen, die durch Käfige oder Führungsstangen 14 in geeignetem Abstand voneinander gehalten sind. Auf den Walzen 12 liegt die Druckplatte 4 eines Drucklagers der oben beschriebenen Art auf.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 ist eine grössere Anzahl von Walzen 15 verwendet, die auf der Grundplatte 16 laufen und zwischen Rollenkäfigen oder Führungsstangen 17 gehalten sind. Auf den Walzen 15 ruht wieder die Druckplatte 4 eines ähnlich Fig. 4 ausgebildeten Lagers.
Während bei den Beispielen nach Fig. 6-8 nur ein Satz parallel zueinander verlaufender Walzen vorgesehen und daher eine Verschiebung nur in der Laufrichtung dieser Walzen möglich ist, hat die Ausführungsform nach Fig. 9 den Vorteil der Verschiebbarkeit auf Walzen in zwei zueinander senkrechten Richtungen, d. h. in jeder resultierenden Richtung der Verschiebeebene. Auf der Grundplatte 22 ruht eine erste Lage Walzen 20, die in Käfigen oder Führungsstangen 21 gehalten sind. Auf den Walzen 20 ruht eine Zwischenplatte 19 und auf dieser ein zweiter Satz Walzen 18, die ebenfalls in Käfigen oder zwischen Führungsstangen 21 gehalten sind. Die Achsen der Walzen 18 und 20 kreuzen sich rechtwinklig.
Der Walzendurchmesser wird hier zweckmässig möglichst klein gewählt.
Die Dicke der als Druckverteilungsplatte wirkenden Zwischenplatte 19 richtet sich nach dem Walzenabstand und nach dem Walzendurchmesser. Der letztere wird hier zweckmässig möglichst klein gewählt.
Eine gegenüber dem Beispiel nach Fig. 9 abgewandelte Ausführungsform ergibt sich, wenn das aus den Teilen 1-5 bestehende Drucklager zwischen den beiden Walzenlagen angeordnet und dafür eine der Platte 19 entsprechende Platte über der oberen Walzenlage angebracht wird. Hiedurch wird die gleichmässige Belastung der Walzen in beiden Lagen erreicht.
An Stelle der bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 6-9 verwendeten Walzen sind nach dem Beispiel nach Fig. 10 Kugeln 23 zwischen der Druckplatte 4 und einer kastenartig umrandeten Grundplatte 24 vorgesehen, so dass auch hier eine Verschiebbarkeit in jeder Richtung der Verschiebeebene, jedoch bei Anordnung der Wälzmittel in nur einer Schicht erreicht wird.
Die kastenartige Umrandung der Grundplatte 24 umschliesst ein Gleitmittel (z. B. Vaseline), in welchem die Kugeln eingebettet sind. Auch diese Ausführungsform ergibt eine besonders niedrige Bauhöhe. Auch hier bewirkt die Gummiplatte eine gleichgrosse Belastung aller Kugeln. Der Kugeldurchmesser kann damit beliebig klein gewählt werden. Die Hertzpressung ändert sich bei dicht an dicht angeordneten
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Eine nahezu gleichmässige Belastung aller Kugeln wird hier auch bei nicht vollkommen ebener Druckbzw. Grundplatte oder nicht ganz gleichen Kugeldurchmessern erreicht, da die verhältnismässig dünne und damit elastische nachgiebige Druckplatte 4 durch die Gummizwischenlage 1 gleich stark auf alle Kugeln aufgepresst wird. Für die bei der Herstellung der Lager einzuhaltenden Toleranzen ist das von besonderer Bedeutung.
Um auch bei grösseren Kippwinkeln eine vollkommen gleichmässige Belastung aller Walzen oder Kugeln zu erreichen, muss die Gummiplatte entsprechend dicker gewählt werden. Da mit der Dicke der Gummiplatte die auf die Umfassung wirkenden Seitenkräfte im gleichen Verhältnis wachsen, ist es oft zweckmässiger, an Stelle der grösseren Dicke eine weichere Gummiart zu wählen.
Im Gegensatz zu bisher bekannten Gummilagern ist eine bei grossen Kippwinkeln vorteilhafte weichere Gummiart wegen der dichten Umschliessung ohne weiteres verwendbar.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einstellbewegungen zulassendes Kipp-Drucklager für schwere Bauwerke, insbesondere Brücken, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale : a) eine ein Druckkissen bildende plastische Masse, z. B. eine Gummiplatte (1), ist zwischen die Wan-
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weise Stahl, c) die Trogwandung (2) verläuft stetig gekrümmt, vorzugsweise zylindrisch, d) in den Trog ragt eine auf der plastischen Masse (1) aufliegende Metallplatte (4) kolbenartig mit Spiel hinein, e) vor den Spalt zwischen der kolbenartigen Metallplatte (4) und der Trogwandung (2) ist druckkissenseitig mindestens ein metallener, vorzugsweise stählener, kolbenringartiger, flacher Dichtungsring (5) mit seiner Fläche gegen die Metallplatte (4)
und mit seinem Umfang gegen die Innenwand (2) des Troges gelegt.
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stählernen Gleitlager für Translationsbewegungen in mindestens einer Richtung quer zur Last.