Einstellbewegungen zulassendes Lager für schwere Bauwerke Die Erfindung bezieht sich auf Einstellbewegun gen zulassende Lager für schwere Bauwerke, insbe sondere Brücken. Die Erfindung besteht in der Ver einigung folgender Merkmale a) eine ein Druckkissen bildende plastische Masse 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 ; c) . die Trogwand verläuft stetig gekrümmt; d) in den Trog ragt eine auf der plastischen Masse aufliegende Metallplatte kolbenartig mit Spiel hinein ;
e) vor den Spalt zwischen der kolbenartigen Me tallplatte und der Trogwandung ist innerhalb des Druckkissens versenkt mindestens ein metallener, kolbenringartiger, flacher Dichtungsring mit sei ner Fläche gegen die Metallplatte und mit seinem Umfang gegen die Innenwand des Troges gelegt. Die plastische Masse kann durch eine Gummi platte gebildet sein ; die Trogwandung kann aus Stahl bestehen und zylindrisch sein, und der flache Dich tungsring kann ebenfalls aus Stahl bestehen.
Es ist lange bekannt, Gummi oder sich ähnlich wie Gummi verhaltende Stoffe in Lagerungen zu be nutzen. Soweit im folgenden in bezug auf das in den erfindungsgemäss ausgebildeten Lagern verwendete, bis auf einen Dichtungsspalt ringsum eingeschlos sene Druckkissen von Gummi gesprochen ist, sol len 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, vor zugsweise zylindrische Ringmantel des Druckkissen- troges kann den hydrostatischen Druck des Gummis durch Ringzugspännungen aufnehmen. Die Trog mantelausbildung ermöglicht auch die einfache und betriebssichere Ausbildung und Anordnung des Dich tungsringes.
Weil der Gummi nicht ausweichen kann, ist es möglich, in ihm sehr hohe Pressungen bis zu zirka Q = 1000 kg/cmz zuzulassen, ohne dass die Bewe- gungsgfähigkeit des Lagers leidet. Die Lager können also mit so kleiner Grundrissfläche und so geringer Bauhöhe ausgeführt werden, wie es bis jetzt für ent sprechend 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 einge schlossene Gummi ähnlich wie eine Flüssigkeit und lässt Dreh- und Kippbewegungen in der Grössen- ordnung, wie sie im Brückenbau vorkommen, zu, ohne dass sich der Schwerpunkt des oberen Lager teils 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 er heblich gesteigert.
Dass der Dichtungsring vor dem Spalt zwischen der kolbenartigen Metallplatte und der Trogwan- dung innerhalb des Druckkissens versenkt und nicht etwa in eine Schulter der Metallplatte eingesetzt ist, hat die vorteilhafte Wirkung, dass der unter Bela stung im Druckkissen herrschende Druck sich in radialer Richtung von innen nach aussen auf den Dichtungsring auswirken und diesen somit unter ge ringer elastischer Verformung mit seinem Umfang gegen die Innenwand des Troges pressen kann.
Dies ist bei metallischen Dichtungsringen im Gegensatz zu Gummimanschetten besonders notwendig; im Falle der Erfindung müssen wiederum metallische Dichtungsringe verwendet werden, weil der Werkstoff von Dichtungsringen aus Gummi oder ähnlichem Material unter den hier auftretenden sehr hohen Drücken durch den Dichtungsspalt herausgepresst werden würde.
Gegenüber den bekannten stählernen Linienkipp- lagern unterscheidet sich das erfindungsgemäss aus gebildete 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 je weils gleich grosse Pressungen auf, was bei Stahl lagern wegen der Verformung des Lagerkörpers nicht erreicht werden kann.
Die erfindungsgemäss ausgebildeten Lager wer den für gleiche Beanspruchungs- und Bewegungs möglichkeiten wesentlich niedriger als im Brücken bau bisher bekannte Gummilager mit nicht in einem Trog eingeschlossenen hohen Gummipaketen.
Eine weitere Ausbildung der Erfindung liegt in der Vereinigung eines Kipp-Drucklagers der erfin- dungsgemässen Art mit einem vorzugsweise stähler nen .Gleitlager für Translationsbewegungen in min destens einer Richtung quer zur Last. Man erhält da mit ein Lager, das eine beliebig grosse Längsverschieb- lichkeit bei geringer Bauhöhe zulässt und zugleich die Vorteile des hochbelastbaren, allerseits dreh baren, lotrecht unverschieblichen Kipplagers mit einem im Trog eingeschlossenen Druckkissen auf weist.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung liegt in der Vereinigung eines Kipp-Drucklagers der erfin- dungsgemässen Art mit einer Wälzlagerung für Translationsbewegungen in mindestens einer Richtung quer zur Last. Die bei Translationsbewegungen zu überwindenden Reibungskräfte lassen sich hierbei 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-Rollen- lagern.
Bei den letzteren werden gewöhnlich nur 2 Rol len angeordnet, um eine gleich grosse Belastung der beiden Rollen durch die Sattelplatte sicherzustellen. Andererseits sind jedoch mehrere Rollen mit ent sprechend 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 Längsrich tung bei elastischer Sattelplatte die Rollen in der Mitte höher belastet als an den Enden.
Für die Be messung der Rollen sind daher die am stärksten be- lasteten mittleren Bereiche der inneren Rolle mass- gebend, 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 erfindungsgemäs- sen Kipplagers mit einer Wälzlagerung die der Sat telplatte eines stählernen Kipplagers entsprechende, auf den Walzen aufliegende Druckplatte unabhän gig 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 ent sprechendem Randüberstand praktisch gleich bean sprucht werden, keinen Einfluss, da sich infolge der Gummi-Zwischenlage die gleichmässige Belastung der Druckplatte von oben her nicht ändert. In Längs richtung treten keine Biegemomente auf. Die Druck platte kann also wesentlich dünner gemacht werden als eine entsprechende Sattelplatte eines stählernen Kipplagers, da die zulässigen Biegespannungen voll ausgenutzt werden und die Biegemomente durch Ver- grösserung der Walzenanzahl und der sich damit er gebenden Verkürzung der Spannweite sehr klein ge halten werden können.
Entsprechend können die praktisch gleich belasteten Walzen wirtschaftlicher bemessen werden als bei den bisher bekannten Kipp- Rollenlagern.
An die Herstellungsgenauigkeit können umso ge ringere Anforderungen gestellt werden, je dünner die Druckplatte gemacht wird. Es ist ohne weiteres ein leuchtend, dass sich eine dünne Platte z. B. Abwei chungen vom Soll-Durchmesser der Walzen wesent lich besser anpassen kann als eine steife Sattelplatte. Örtliche überbeanspruchungen werden hierdurch ge mildert, was im Hinblick auf die unerwünschte Zu nahme 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 be sonders erwünscht. Auch in dieser Hinsicht ergibt die erfindungsgemässe Kombination besonders vorteil hafte Möglichkeiten, vgl. Fig. B.
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 Hertzpressung
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ist in diesem Falle vom Walzenradius unabhängig, da bei kleinerem Radius entsprechend mehr Walzen angeordnet werden können, so dass die Linienbela stung p im gleichen Masse abnimmt wie der Walzen radius r und damit konstant bleibt.
Vergleichsberechnungen haben gezeigt, dass bei grossen Auflagerkräften die Bauhöhe des erfindungs- gemässen, mit einer Wälzlagerung kombinierten La gers auf '/{ bis '/5 der bisher üblichen Ausführung verringert werden kann. Entsprechend ermässigt sich der Material- und Arbeitsbedarf ganz erheblich, so dass bedeutende wirtschaftliche Vorteile erzielt wer den.
Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele.
Fig. 1 bis 5 zeigen Schnitte durch je eine Aus führungsform erfindungsgemäss ausgebildeter Druck lager.
Fig. 6 ist ein Querschnitt durch ein Lager, in welchem ein Drucklager und ein Walzenlager ver einigt sind, in Richtung quer zu den Walzen ge schnitten.
Fig. 7 ist ein Schnitt durch die in Fig. 6 gezeigte Ausführung, jedoch parallel zu den Walzenachsen. Fig. 8 bis 10 zeigen jeweils im Schnitt andere Ausführungsformen.
Bei dem Beispiel nach Fig. 1 liegt die aus Gummi oder einem ähnlichen nachgiebigen Stoff bestehende Platte 1 in einem Trog, der eine zylindrische Wan dung 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 ebenfals 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 fest eingefügter Teil sein und dann z.
B. als Mörtelbett ausgebildet sein.
Nach oben ist die Platte 1 durch eine Metall platte 4 abgedeckt. Der Spalt zwischen dem Ring rnantel 2 und der Platte 4 ist durch einen oder meh rere Dichtungsringe 5 überbrückt, welche bei Be lastung des Lagers unter dem Druck des nachgie bigen 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 entspre chenden Druckplatte eine Metallplatte 6, vorzugs weise eine Stahlplatte, aufgelegt, auf der das zu la gernde Bauwerk auflastet. Die aufeinanderliegenden Flächen der Druckplatte 4 und der Stahlplatte 6 sind so ausgebildet, dass die Platten leicht aufeinan der gleiten können. Zur Verhinderung der Reibung zwischen 4 und 6 sind die Berührungsflächen zweck- mässig 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 ver chromten 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 herge stellt 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 Öl- trog 8 hineingesetzt, so dass der Boden 3 des Druck lagertroges 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 Öltrogs 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 Reihen folge der Teile in vertikaler Richtung gegenüber dem Beispiel nach Fig. 1 umgekehrt. Statt der oberen Druckplatte 4 ist eine untere Druckplatte 4' vorge sehen. 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. ver- schweisst 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 Ausfüh rungsbeispiele 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 Unterstützungs fläche ist eine Grundplatte 13 gelegt, auf welcher drei Walzen 12 laufen, die durch Käfige oder Füh rungsstangen 14 in geeignetem Abstand voneinander gehalten sind. Auf den Walzen 12 liegt die Druck platte 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 Rollenkäfi gen oder Führungsstangen 17 gehalten sind. Auf den Walzen 15 ruht wieder die Druckplatte 4 eines ähn- lich Fig. 4 ausgebildeten Lagers.
Während bei den Beispielen nach Fig. 6 bis 8 nur ein Satz parallel zueinander verlaufender Wal zen vorgesehen und daher eine Verschiebung nur in der Laufrichtung dieser Walzen möglich ist, hat die Ausführungsform nach Fig. 9 den Vorteil der Ver- schiebbarkeit auf Walzen in zwei zueinander senk rechten 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 die ser 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 wir kenden 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 abge wandelte Ausführungsform ergibt sich, wenn das aus den Teilen 1 bis 5 bestehende Drucklager zwischen den beiden Walzenlagen angeordnet und dafür eine der Platte 19 entsprechende Platte über der oberen Walzenlage angebracht wird. Hierdurch wird die gleichmässige Belastung der Walzen in beiden Lagen erreicht.
Anstelle der bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 6 bis 9 verwendeten Walzen sind nach dem Bei spiel nach Fig. 10 Kugeln 23 zwischen der Druck platte 4 und einer kastenartig umrandeten Grund platte 24 vorgesehen, so dass auch hier eine Ver- schiebbarkeit 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. V. Vaseline), in wel chem die Kugeln eingebettet sind. Auch diese Aus führungsform ergibt eine besonders niedrige Bau höhe. Auch hier bewirkt die Gummiplatte eine gleichgrosse Belastung aller Kugeln. Der Kugel durchmesser kann damit beliebig klein gewählt wer den. Die Hertzpressung ändert sich bei dicht an dicht angeordneten Kugeln nicht, da die Anzahl der Kugeln und damit die Belastung je Kugel P quadra tisch mit dem Kugelradius r wächst, so dass wieder
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konstant bleibt.
Eine nahezu gleichmässige Belastung aller Ku geln wird hier auch bei nicht vollkommen ebener Druck- bzw. 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 Her stellung der Lager einzuhaltenden Toleranzen ist das von besonderer Bedeutung.
Um auch bei grösseren Kippwinkeln eigne voll kommen gleichmässige Belastung aller Walzen oder Kugeln zu erreichen, muss die Gummiplatte entspre chend dicker gewählt werden. Da mit der Dicke der Gummiplatte die auf die Umfassung wirkenden Sei- tenkräfte im gleichen Verhältnis wachsen, ist es oft zweckmässiger, anstelle der grösseren Dicke eine weichere Gummiart zu wählen.
Im Gegensatz zu bisher bekannten Gummilagern ist eine bei grossen Kippwinkeln vorteilhafte wei chere Gummiart wegen der dichten Umschliessung ohne weiteres verwendbar.