DE10205788A1

DE10205788A1 - Lagefixierte, schockelastische Lagerung

Info

Publication number: DE10205788A1
Application number: DE2002105788
Authority: DE
Inventors: Arnold Saur
Original assignee: Bundesrepublik Deutschland; Bundesministerium der Verteidigung
Current assignee: Bundesrepublik Deutschland; Bundesministerium der Verteidigung
Priority date: 2002-02-13
Filing date: 2002-02-13
Publication date: 2003-08-28
Anticipated expiration: 2022-02-14
Also published as: DE10205788B4

Abstract

Es wird eine lagefixierte, schockelastische Lagerung für Geräte auf Schiffen vorgestellt. Für normale Belastungen sind die Teile mechanisch vorgespannt. Die Lagerung kann über und unter Deck verwendet werden. Durch die Einstellbarkeit der Lagerhöhe und der Kompensation der Winkelfehler kommt die Lagerung ohne die Verwendung von z. B. Gießharzen zum Ausgleichen der Bautoleranzen aus.

Description

Die Erfindung betrifft gemäß Patentanspruch 1 eine Vorrichtung zur schockabsorbierenden Lagerung auf Schiffen, die zur Kompensation von Bautoleranzen einstellbar ist.
Es ist bekannt, Geräte auf Schiffen zum Schutz gegen Schockeinwirkung und ähnliche übergroße Kräfte so zu lagern, dass die Schockbelastungen durch geeignete Absorber aufgenommen werden, ohne dass die Konstruktionen durch Überbelastung beschädigt werden.

Es ist weiter bekannt, dass die Absorption der Stossbelastung mechanisch, durch Federn, erfolgen kann, die bei normaler Belastung das Gerät in seiner Lage fixieren und bei Schockbelastung die Stossenergie durch Einfedern aufnehmen.

Diese Lösung erfordert jedoch die Anordnung von Federelementen in jeder der drei Richtungen des Raumes. (EP 1 078 849 A2).

Nachteilig bei den bekannten Konstruktionen ist der hohe Bauaufwand, durch die große Anzahl an Federelementen und der damit verbundene hohe Preis.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine einfache, mit möglichst geringem Bauaufwand und damit günstig herstellbare, schockabsorbierende Lagerung zu erfinden, die bei Belastung aus einer beliebigen Richtung und Überschreitung einer definierten Grenzlast die Schockbelastung auf das Gerät begrenzt und nach Abklingen der Belastung das Gerät wieder in die Ausgangslage zurückstellt und dort fixiert.

Dieses Problem wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen einer Platte, die jeweils an einer Ober- und Unterseite mit jeweils einem Fangring durch mindestens ein elastisches Element an einem Basisring in einem Gehäuse lagefixiert wird, an der Welle befestigt ist, die an ihrem freien Ende eine Gewindebuchse zur Einstellung der Lagerhöhe aufweist und zur Lagefixierung unter anderem ein Zentrierelement enthält, gelöst.

Dadurch werden sowohl die Bewegungen der Platte in Längsrichtung des Lagerungselementes als auch Kippbewegungen bei Belastungen unterhalb der Grenzbelastungen verhindert. Die Fixierung in den radialen Richtungen des Lagerungselementes erfolgt über einen Fangring, dessen äußere Kontur so ausgeführt ist, dass er gegenüber dem Gehäuse nur ein sehr geringes Spiel hat und im Zentrum ein Lager aufweist, dass Kippbewegungen der Stange gegenüber der Platte und Verschiebungen der Stange relativ zum Lager ermöglicht.

Ein Lager am freien Ende der Stange ermöglicht Drehbewegungen der angeschlossenen Einheit relativ zur Stange und gleicht Winkelfehler zwischen der unteren und oberen Befestigungsebene aus. Durch Gewinde im Bereich dieses Lagers lässt sich die Lagerhöhe an die Erfordernisse des Einbauortes anpassen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass bei Verwendung des erfindungsgemäßen Elementes zum Lagefixieren innerhalb der schockelastischen Lagerung, mit nur einem Federelement sowohl horizontale als auch vertikale Lageveränderungen des Gerätes zuzulassen und die Geräte mit hoher Genauigkeit wieder an ihrer ursprünglichen Lage zu fixieren.

Durch die Ausführung des freien Wellenendes mit Gewinde entsteht der Vorteil, dass die Lagerung zur Kompensation von Bautoleranzen eingestellt werden kann und es keines aufwendigen Ausgleichs mit Gießharzen bedarf.

Die freie Wahl der Positionierung des Basisrings im Gehäuse erlaubt es speziellen Anforderungen der Geräte an Zug- oder Druckbeanspruchungen gerecht zu werden. Neben der freien Wahl der elastischen Elemente können auch die Federwege bei der Auslegung der Elemente auf einfache Weise den Anforderungen angepasst werden um beispielsweise unterschiedliche Weganregungen zu kompensieren.

Die einfache Ausführung des Gehäuses bietet den Vorteil, dass die Gehäuse ober- oder unterhalb des Schiffsdecks montiert werden können. Es ergibt sich vorteilhaft eine flexiblere Gestaltungsmöglichkeit der Lagerung der Geräte.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben. Die elastischen Elemente (7) werden als Tellerfedern ausgeführt und zwar in der Art, dass mehrere Tellerfedern hintereinander geschaltet werden um auf diese Weise den Federweg zu vergrößern.

Ebenfalls vorteilhaft wird die Erfindung ausgeführt, wenn, wie in Anspruch 3 angegeben, die zur Lagefixierung der Platte (10) im Gehäuse (6) und damit Rückführung des Aufbaus nach der Schockeinwirkung an die ursprüngliche Position, die Kontur und das Spiel des Fangrings (8) gegenüber dem Gehäuse (6) so gewählt werden, dass lediglich die Verkantung bei einseitigem Eintauchen des Aufbaus ausgeglichen werden kann. Vorteilhaft werden Phasen an den Kanten des Fangrings angebracht, besonders vorteilhaft wird die Stirnseite des Fangrings ballig ausgeführt.

Zur Einleitung der Schockkräfte in die lagefixierte Platte (10) wird auf der Platte (10) eine Stange (4) befestigt, welche die Verbindung zur oberen Lagerstelle bildet. Die Stange (4) ist in der Lage Zug- und Druckkräfte sowie Biegemomente zu übertragen. An ihrem oberen, freien Ende ist ein Gewinde angebracht welches es ermöglicht die obere Lagerstelle, vorzugsweise eine Gewindebuchse (13), stufenlos, axial auf der Stange (4) zu verstellen. Diese vorteilhafte Ausführung wird in Anspruch 4 angegeben.

Der Anspruch 5 beschreibt die erfindungsgemäße, einfache Ausführung einer schockelastischen Lagerung, deren Zentrierung sich aus einer konstruktiven Anordnung einzelner Lagerungen oder Stopper ergibt, derart, dass Lagerelemente oder Stopper in allen drei Richtungen des Raumes angeordnet sind und sich aufgrund ihrer Vorspannung gegenseitig zentrieren.

In Anspruch 6 ist alternativ eine integrierte Zentrierung beschrieben, die aufgrund entsprechender Gleitflächen zwischen Stange (4) bzw. der mit ihr verbundenen Platte (10) über den Fangring (8) und dem Gehäuse (6) eine Verbindung schafft, die eine Lagefixierung gewährleistet. Naheliegend ist die Ausführung der Gleitflächen mit entsprechenden Lagermaterialien und Maschinenelementen, insbesondere mit einem Gelenklager.

Anspruch 7 beschreibt eine weitere alternative Ausführung des Elementes zur Zentrierung (12), indem eine Schiebehülse, in der die Stange (4) gleiten kann mit einem Fangring (8) verbunden ist. Bei Schockeinwirkung, durch welche das Gerät und damit die Stange (4) beschleunigt wird, gleitet die Stange (4) durch die Hülse (12) und kompensiert die Kraft in axialer Richtung. Die quergerichtete Kraftkomponente wird durch Schrägstellen der Hülse (12) und dem mit ihr verbundenen Fangring (8) aufgefangen. Die Rückstellung erfolgt durch die Federpakete, welche auch die Schockenergie aufnehmen.

In Anspruch 8 und 9 werden die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung zum Ausgleich von Winkelfehlern bzw. Nichtparallelität zwischen Schiffsdeck und Gerät beschrieben. Beispielsweise kann die Ausführung mit einem am Gerät befestigten Gelenklager (2) oder entsprechenden Platten erfolgen. Die entsprechenden Platten bestehen aus jeweils zwei Paaren, deren zum Gerät zeigende Platte (2.1) Tonnenform aufweist und die zweite Platte (2.2) eines Paares deren Negativform. Die Tonnenform der Platten zweier Paare ist so gewählt, dass sie, abgestimmt auf die Materialstärke des Gerätes annähernd eine Kugel ergibt.

Die Ansprüche 10 und 11 beschreiben die vorteilhafte Ausgestaltung des Gehäuses (6) als Rohr, welches mit dem Basisring (9) verbunden ist. Die Verbindung in Rohrmitte erlaubt es die Federn (7) und Fangringe (8) symmetrisch auszubilden. Alle weiteren Variationsmöglichkeiten des Anbringens des Basisringes (9) am Rohr sind zur Realisierung besonderer konstruktiver Vorgaben denkbar, zum Beispiel eine Verlängerung des Weges entsprechend einer ersten hohen Schockamplitude in der entsprechenden Richtung. Vorteil ist die Einsparung unterschiedlicher Bauteile für Zug- und Druckkräfte. Das Rohr (6) wird an seinen beiden Enden mit verschraubbaren oder verschweissbaren Deckeln (5) versehen, welche als Gegenlager für die elastischen Elemente (7) dienen. Besonders vorteilhaft wird die Ausgestaltung bei Verwendung von verschraubbaren Deckeln (5) an dem Gehäuse (6), da die Federn zur Erlangung der erforderlichen Anpresskraft vorgespannt werden müssen. Aus sicherheitstechnischen Gründen müssen bei der Demontage vor Abnahme der Deckel (5) die Federn (7) entspannt werden, was z. B. mit Schrauben, die über ein entsprechend langes Gewinde verfügen, gefahrlos möglich ist.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Deckel (5) wird erreicht, wenn die Deckel (5) mit identischen Lochbildern und der Bohrung für die Welle in beiden Deckeln (5) ausgeführt werden. Der symmetrische Aufbau und die Austauschbarkeit der Deckel (5) ermöglicht es, die Gehäuse (6) der Lager ober- und unterhalb des Schiffsdeckes unterzubringen. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine flexiblere Gestaltungsmöglichkeit der Lagerstelle.

Anspruch 12 beschreibt die vorteilhafte Ausgestaltung der Platte (10) mit mindestens einer Einkerbung in welche die Basis (9) eingreift.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigt Fig. 1 den Aufbau der Lagerung im Längsschnitt. Das zu lagernde Gerät (1) weist eine Aufnahmemöglichkeit für ein Gelenklager (2) auf, welches Anspruchsgemäß nicht Gegenstand der Patentanmeldung ist. Die Lage des Gelenklagers (2) wird mit einer Gewindehülse (13) und einer Nutmutter (3) so auf der Welle (4) fixiert, dass bei statisch überbestimmter Lagerung alle Toleranzen ausgeglichen sind. Die Welle (4) ist über eine Schraubenverbindung (11) mit der Platte (10) verbunden. Die Platte (10) wird über die federbelasteten Fangringe (8) der Basis (9) gegenüber fixiert. Die Tellerfedern (7) sind mit solcher Kraft vorgespannt, pressen also die Fangringe (8) so stark an Basis (9) und Platte (10), dass bei normaler Lagerbelastung keine Bewegung entsteht. Erst bei Überbelastung wird die Platte (10) aus ihrer Ruhelage bewegt. Die Federn (7) absorbieren die Stossbelastung und fixieren die Platte danach wieder in Ihrer ursprünglichen Lage. Zur Zentrierung der Stange (4) ist ein Fangring (8) so ausgeführt, dass seine äußere Kontur annähernd dem Innendurchmesser des Gehäuses (6) entspricht und er entweder fest mit dem Außendurchmesser eines Gelenklagers (12.1) oder mit einer Schiebehülse (12.2) verbunden ist.
Die Basis (9) ist fest mit dem Gehäuse (6) verbunden, im beschriebenen Beispiel verschweißt. Alle anderen kraft und formschlüssigen Verbindungen sind ebenfalls möglich. Das Gehäuse (6) ist aus einem Rohr gefertigt an dessen Enden jeweils ein Lochkreis mit identischem Lochbild angebracht ist.
Zum Abschluss des Gehäuses (6) und als Gegenlager für die Federn (7) werden zwei Deckel (5) verwendet. Die Deckel (5) weisen beide in ihrer Mitte eine Öffnung auf, durch welche die Stange (4) geführt werden kann. Der Durchmesser ist so bemessen, dass bei einseitigem Eintauchen des Gerätes die quergerichtete Wegkomponente kleiner ist als der Spalt zwischen Welle und Bohrungsdurchmesser.
Außerdem ist im Beispiel ein Deckel (5) in seinem Außenabmessungen wesentlich größer als der Rohraußendurchmesser und bietet mit einem zweiten Lochkreis die Möglichkeit eine Schraubenverbindung zum Schiff herzustellen.
Es zeigt Fig. 2 eine Version der Lagerung ohne interne Zentrierung, bei der die Zentrierung im Raum außerhalb, durch weitere Lagerelemente oder entsprechende Stopper, geschieht.
Es zeigt Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Elemente zum Ausgleich der Winkelfehler (2) in Scheibenform. Die inneren tonnenförmigen Scheiben (2) ergeben in Verbindung mit der Materialstärke des Aufbaus, annähernd eine Kugelform. Die jeweils äußeren Scheiben (3) eines Scheibenpaares mit den Negativformen der inneren Scheiben erlauben es, aufgrund der entstandenen Kugelform, einen gewissen Ausgleich der Winkelfehler zuzulassen. Die Elemente sind auf der Welle (4) mit Muttern (1) gesichert.
Es zeigt Fig. 4 die vorteilhafte Ausführung der Platte (10) und des Basisrings (9) in der Draufsicht. Der Schnitt erfolgt direkt oberhalb des Basisringes (9). Der Basisring (9) muss entsprechend den Einkerbungen der Platte (10) ausgeführt werden und kann wie im Beispiel auch geteilt sein. Besonders vorteilhaft ist die in Fig. 4 ausgeführte Version mit vier Einkerbungen. Weiter ist das Gehäuse (6) und die Welle (4) jeweils im Schnitt dargestellt. Der Fangring (8) ist verdeckt dargestellt. Auf die Darstellung der Federn (7) wird aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet.

Claims

1. Vorrichtung zur schockelastischen Lagerung von Geräten auf, in und an Schiffen, dadurch gekennzeichnet,

a) dass die Vorrichtung aus einer Platte (10) besteht, die im Normalfall lagefixiert ist.

b) dass die Positionierung durch mindestens ein elastisches Element (7) für Zug- bzw. Druckbeanspruchung geschieht,

c) dass die Positionierung mit Hilfe mindestens eines Fangrings (8) gegen einen Basisring (9) geschieht,

d) dass zur Krafteinleitung in die Platte (10) eine Stange (4) angeschlossen ist,

e) das zur Zentrierung mindestens ein Element (12) angebracht ist

f) dass die Stange (4) an ihrem freien Ende über mindestens ein Gewinde verfügt, an dem mindestens eine Gewindebuchse (13) verstellbar befestigt werden kann,

g) dass sich an die Gewindebuche (13) ein Element zum Ausgleich von Winkelfehlern und Drehbewegungen (2) anschließt.

h) dass sich die elastischen Elemente (7) in einem Gehäuse (6) befinden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Elemente (7) aus mehreren Tellerfedern zum Paket mit erweitertem Federweg zusammengesetzt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Fangringe (8), zur Zentrierung, Flächen mit geringem Abstand gegenüber dem Gehäuse (6) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stange (4) zur einfachen Montage mit der Platte (10) verschraubt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (12) zur Zentrierung der Stange (4) gegenüber dem Gehäuse (6) außerhalb der schockelastischen Lagerung so angebracht ist, dass die Kräfte abweichend der Wirklinie entlang der Längsachse der schockelastischen Lagerung aufgenommen werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (12) zur Zentrierung ein Gelenklager ist, dessen Außenring in einen Fangring (8) zentriert ist und durch dessen Innenring die Stange (4) führt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (12) zur Zentrierung eine Schiebehülse ist, die form-, kraft- oder stoffschlüssig mit einem Fangring (8) verbunden ist und durch welche die Stange (4) gleiten kann.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Element zum Ausgleich von Winkelfehlern und Drehbewegungen (2) ein Gelenklager ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Element zum Ausgleich von Winkelfehlern und Drehbewegungen (2) Scheiben sind, die aufgrund ihrer besonderen Form in Verbindung mit dem Aufbau eine gelenkartige Lagerung ergeben.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6) aus einem Rohr besteht mit dem der Basisring (9) form-, kraft- oder stoffschlüssig fest verbunden ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisring (9) an beliebiger Stelle im Gehäuse (6) angebracht ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (10) mit mindestens einer Einkerbungen versehen ist, in die der Basisring eingreift.