DE20114291U1

DE20114291U1 - Federelement

Info

Publication number: DE20114291U1
Application number: DE20114291U
Authority: DE
Original assignee: Gerb Schwingungsisolierungen GmbH and Co KG
Current assignee: Gerb Schwingungsisolierungen GmbH and Co KG
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2002-02-07
Anticipated expiration: 2011-09-01

Description

Die Erfindung betrifft ein Federelement zur elastischen Lagerung der Massen von Maschinen, Anlagen und Gebäuden zur Ableitung von Schwingungen

Es ist bekannt, auftretende Schwingungen im Bereich der Massen von Maschinen, Anlagen und Gebäuden mittels geeigneter Dämpfer und Federelemente aufzunehmen und abzuleiten. Das betrifft insbesondere die Ableitung von seismischen Schwingungen.

Die DE 92 00 431 Ul stellt ein Erdbebenlager vor, das aus einem elastischen, rollenden Kern gebildet, in zwei halbschaligen Stahlgehäusen eingepasst ist. Der rollende Kern besteht aus zwei Kegelstümpfen mit kalottenförmigen Endflächen, welche durch einen Scherbolzen zentrisch und richtungsorientiert fixiert sind. Zwischen den Kegelstümpfen ist ein Elastomerlager angeordnet, die kalottenförmigen Endflächen rollen in den Deckflächen des Stahlgehäuses ab und eliminieren dadurch horizontale Schübe aus den Schwingungen.

Die OS 20 21 031 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verhütung von Erdbebenschäden an Gebäuden. Gemäß der Erfindung sind mit einem Fundament Rollplatten verbunden, auf denen Stützkörper aufliegen, über denen die abzustützenden Gebäude aufgelagert sind. Bei Einwirken horizontaler Schwingungen auf ein Gebäude werden die Stützkörper schaukelnd hin- und herbewegt, rollen mit ihren konvex gebogenen Stützflächen auf den anliegenden planen Flächen ab und nehmen dadurch die Schwingungen auf. Vorteilhaft sind die Stützkörper rotationsförmig und gestatten dadurch das Aufnehmen von Schubkräften aus allen Richtungen. Die DE 20 60 794 Bl zeigt ein Dämpfungselement, das an einem kraftaufhehmenden Widerlagerteil befestigt ist. Das Widerlager besteht aus einem federnden Zwischenstück, das diaboloartig geformt ist und federnde Schwingungen aufnehmen kann, wobei das die Schubkräfte aufnehmende federnde Mittelteil einen geringeren Querschnitt aufweist wie das aufliegende Lagerteil, wobei die Berührungsfläche mit der Masse eine konvexe Krümmung aufweist. Die Teile sind mit einem Schraubenelement auf ein Basisteil aufgezogen und damit lagefixiert. Die DE OS 29 39 718 Al stellt ein Montageelement zur Schocksicherung und -isolierung in allen horizontalen Bewegungsrichtungen vor. Dabei ist das Montageelement aus einer

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Schraubenfeder gebildet und an beiden Enden mit dem Montageelement in Verbindung gebracht, welche sie mit einer Fundamentplatte und der unteren Auflagerfläche eines Körpers anliegend in Verbindung bringt und diese starr oder lösbar damit fixiert. Das Montageelement ist geeignet, vertikale sowie horizontale Schwingungen einschließlich ihrer Komponenten aufzunehmen, jedoch ist der Bereich der Schwingungsaufhahme sehr eingeschränkt und die Fixierung am Einsatzort mit großen Komplikationen verbunden. Gemäß der DE 34 14 706 Al wird ein Schwingungsdämpfer für schlanke Bauwerke zur Verfügung gestellt. Der Schwingungsdämpfer hat eine pendelnd aufgehängte oder aufgestellte Dämpfermasse und eine Dämpfungseinrichtung. Die Einrichtung weist eine oder mehrere Reibungskörper auf, die am freien Ende einer bielastischen Stütze angeordnet sind und an ihrer Oberseite mit einer konvex gewölbten Reibungsfläche versehen sind. Jedem Reibungskörper steht eine Reibscheibe in einem bestimmten Abstand axial gegenüber. Sie ist mit Vorsprüngen versehen, die in einem angepassten radialen Abstand um eine Fluchtlinie der Längsachse der Stütze des zugeordneten Reibungskörpers herum angeordnet sind, um bei einer Relativbewegung zwischen dem Reibungskörper und der Reibscheibe zu reiben und dadurch eine Bewegung der schwingenden Massen zu dämpfen. Die Reibungsflächen sind so ausgebildet, dass sie im Bedarfsfall mindestens zwei nebeneinander liegend eingearbeitet sind.
Die DE 38 19 591 Al hat eine bebensichere Ausführung von Gebäuden durch eine Pendellagerung zum Gegenstand. Das technische Konzept der hier dargestellten Lösung der erfinderischen Aufgabe liegt im Gattungsbegriff der DE 92 00 431 Ul. Abweichend davon sind hier die Gegenlager nicht plan ausgebildet, sondern verfügen über konkav eingeformte Lagerschalen, auf denen der Stützkörper ablaufen kann. Ähnlich wie bei der bereits behandelten Schrift werden durch Pendelbewegungen die waagerechten Schwingungen nicht mehr auf das Gebäude übertragen. Die konstruktive Ausbildung des Stützkörpers sowie die Krümmungsführung der pfannenartigen Lagerung lässt ein selbständiges Zurückrollen des bewegten Gebäudes in seine ursprüngliche Lage zu.
Die WO 96/29477 stellt einen Schwingungsdämpfer vor, mit dem Schwingungen mit horizontalen und vertikalen Komponenten durch eine Vorrichtung ausgeglichen werden, die eine auf einer Grundfläche abrollende kugelförmige Stütze und ein in vertikaler Richtung federndes Element aufweisen. Beide Elemente arbeiten unabhängig und nicht

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zueinander abgestimmt, wobei die Vorrichtung ein Auslenken aus der Vertikalen nicht zulässt.

Die US 5,081,806 stellt eine Vorrichtung zur Eliminierung von Schwingungen an Bauwerken vor. Die Vorrichtung besteht aus zwei kalottenförmigen Halbschalen, die übereinanderliegend positioniert und in ihren damit gebildeten Hohlkörper einen Federkörper aufnehmen, der tellerfederartig aus zwei spiegelbildlich übereinander gelagerten halbschaligen Tellerfederelementen gebildet ist. Beide Halbschalen sind in einem vertikalen Abstand voneinander angeordnet und können vertikale Schwingungen aufnehmen, wobei horizontal wirkende Schwingungen oder deren Komponenten durch eine Schaukelbewegung der als Ellipse zusammengesetzten Halbschalen abgeleitet werden. Die Lösung nach der Erfindung ist im Grundzug der der Schrift DE OS 20 21 031 ähnlich, jedoch durch eine federnde Möglichkeit in vertikaler Richtung ausgestaltet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Federelement zur elastischen Lagerung der Massen von Maschinen, Anlagen und Gebäuden zur Ableitung von Schwingungen zu schaffen, mit dem es gestattet ist, insbesondere horizontale Komponenten von Bewegungen und Schüben, vorrangig seismischer Entstehung, durch ein Ausweichen aus der Vertikalen federnd auszugleichen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Federelement gelöst, das zur Aufnahme von Kräften, insbesondere eines horizontal gegen den Auflagerdruck gerichteten Schubes, von im Abstand über einer Grundfläche gelagerten Massen mit einem federnden, vertikal gerichteten Basisteil und einem von diesem getragenen Auflagerteil mit einer Aufsetzfläche, die durch ihre Formgebung bei einer Neigung des Basisteiles aus der Vertikalen einen ständigen Auflagerkontakt mit der Aufstandsfläche der zu tragenden Massen, bei deren horizontaler Bewegung, unter Beibehaltung eines Abstandes von der Grundfläche hält.

Es ist im Sinne der Erfindung, dass das Federelement mit einem federnden Basisteil auf einer Grundfläche aufsteht und an seiner oberen Seite eine Auflagerplatte trägt, deren Aufsetzfläche konvex gekrümmt ausgeführt ist und bei der Auslenkung des federnden Basisteils aus der Vertikalen ein rollender Kontakt mit der Aufsetzfläche der aufgelagerten Maschinen, Anlagen und Gebäude aufrechterhalten bleibt. Die Erfindung ist

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ausgefullt, wenn das federnde Basisteil aus einer Schraubenfeder besteht, die sowohl für die Aufnahme von Belastungen aus einer vertikalen sowie horizontalen Krafteinwirkung und deren Komponenten geeignet ist. Es ist im weiteren Sinne der Erfindung, wenn das federnde Basisteil eine Scheibenfeder oder alternierend ein Federstab ist, mittels denen bei Auftreffen eines horizontalen Schubes bzw. einer anderen horizontal auf die Massen einwirkenden Kraft, die Möglichkeit gewährleistet ist, aus der Vertikalen ausfedernd, Kräfte elastisch aufzunehmen. Die Erfindung ist dadurch wirkungsvoll gestaltet, dass das federnde Basisteil auf der Grundfläche des Bauwerks aufsteht und mit ihm fest verbunden ist. Vorteilhaft ausgeführt ist die Erfindung dabei, wenn über der Auflagerplatte eine Oberplatte aufgelegt ist, die beispielsweise eine planparallele, rechteckige Form aufweist und mit ihrer Gegenseite mit der Aufsetzfläche der federnd zu lagernden Massen, insbesondere von Bauwerken und Aggregaten verbunden, zwischengeordnet ist. Eine vorteilhafte Weiterführung der Erfindung ist darin zu sehen, dass die Federelemente neben- oder hintereinander stehend, paarweise angeordnet sind und die Aufsetzflächen der Auflagerplatten mit einer beide bedeckenden Oberplatte verbunden sind, die mit ihrer Gegenseite den auflagernden Massen entgegengerichtet ist. Die Auflagerplatten weisen vorteilhafterweise eine rotationssymmetrische Form auf, deren untere Stirnseite als Aufsatzfläche für eine Verbindung mit dem federnden Basisteil ausgebildet und dessen gegenüberliegende obere Stirnseite gleichförmig konvex gekrümmt ist. Eine Varianz der erfinderischen Lösung ist darin zu sehen, dass die Auflagerplatte an ihrer oberen Stirnseite als Aufsetzfläche gebildet, ungleichförmig gekrümmt ist. Die Erfindung fortführend, ist die Oberplatte an der dem Federelement zugewendeten Seite plan ausgebildet und in Varianz einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung sind der Fläche konkav ausgeformte Lagerstellen zugeordnet, in welche die konvex gestalteten Aufsetzflächen der Auflagerplatten passend, beweglich hineinragen. Es ist für die Handhabbarkeit des Gegenstandes der Erfindung vorteilhaft, wenn die Oberplatte mindestens an einer ihrer Seiten haftmagnetische Eigenschaften aufweist.

Der erfindungsgemäßen Lösung sind eine Reihe von Vorteilen eigen. Die Eigenschaften des Federelementes, frei aus der Vertikalen des federnden Basisteiles zu schwingen, gestatten eine Aufnahme vertikaler Kräfte, mit denen die ruhenden Massen, in dieser Richtung wirkend, auf dem Federelement aufliegen. Bei Einwirkung horizontal angreifender Kräfte, auch der horizontalen Komponenten aus vertikalen Schwingungen, wird

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das federnde Basiselement aus der Vertikalen bewegt und schwingt um diese Achse, ohne die Haftung zur Auflagerfläche des Gebäudes oder Aggregates bzw. der Oberplatte zu verlieren. Das ist vorteilhaft dadurch erreicht, dass die konvex ausgebildete Aufsetzfläche des Auflagerteiles abrollend, sich an der Unterseite des Körpers, einen ständigen Kontakt haltend, bewegt. Durch diese Maßnahme ist es dem erfmdungsgemäßen Gegenstand möglich, einen Teil der vertikalen Kräfte aufzunehmen und horizontal gerichtete Schübe und Krafteinwirkungen sowie horizontale Komponenten aus den vertikalen Kräften elastisch aufzunehmen und abzufangen. Durch die konstruktive Ausbildung des federnden Basiselementes als Schrauben- oder Tellerfeder ist es gewährleistet, dass horizontale Kräfte radial in das Basiselement eingeleitet und in allen Richtungen, auf 360 °verteilt, abgefedert werden können.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: Das Federelement in einer Seitenansicht;

Fig. 2: Das Federelement nach Fig. 1 in einer aus der Vertikalen geneigten Richtung;

Fig. 3: Das Federelement paarweise angeordnet mit einer aufgesetzten Oberplatte;

Fig. 4: Die Oberplatte mit eingearbeiteten konkaven Lagerstellen für die Auflagerteile.

Gemäß Fig. 1 ist das Federelement 1 in einer Grundausbildung dargestellt. Das Basisteil, als Schraubenfeder 8 ausgebildet, steht auf der Grundfläche 2 und ragt mit seinem letzten oberen Wendel gegen die untere Stirnseite einer Auflagerplatte 3, die mit ihrer konvex gekrümmten Aufsetzfläche 4 gegen die Aufstandsfläche 9 eines Bauwerkes gestellt ist und sich in allen horizontalen Richtungen von 0 bis 360 ° schwingend bewegen kann. Fig. 2 zeigt die Anordnung des Federelementes in der gleichen Ausbildungsart wie Fig. 1, jedoch ist hier die Mittenachse 5 des Federelementes 1 aus der Vertikalen in Richtung des Pfeils 7' schwingend bewegt und erhält die Lage wie sie die Mittenachse 5' gemäß der Darstellung einnimmt. Die Aufstandsfläche 9 rollt jetzt auf der Aufsetzfläche 4 der Auflagerplatte 3 ab, ohne dass die Reibung zwischen der Aufstandsfläche 9 und der Aufsetzfläche 4 abreißt. Durch die gewählte rotationssymmetrische Form der Auflagerplatte 3 ist es gestattet, eine kalottenartig gestaltete Krümmung der Aufsetzfläche 4 zu

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erhalten, so dass auch eine kreisende, also in horizontaler Richtung stetig wechselnde Bewegung federnd aufgenommen werden kann.

Dem mitlesenden Fachmann ist es selbstverständlich klar, dass die Krümmung der Aufsetzfläche 4 der Auflagerplatte 3 auch ungleichförmig ausgebildet sein kann, um Rück-Stellkräfte zu erhalten, welche ein selbstauslösendes Rückstellen und Bewegen der aufliegenden Massen gewährleistet. Nicht dargestellt sind im Bereich der erfindungsgemäßen Lösung bereits ausgeführte Möglichkeiten des Einsatzes eines Federstabes 8" oder eines Scheibenfedersatzes 8' für die Verwendung als federndes Basisteil.
Fig. 3 stellt eine paarweise Anordnung der Federelemente 1 vor. Hier sind die Federelemente 1 vertikal gleichgerichtet nebeneinandergestellt. Ihre Auflagerplatten 3 haben eine gleiche Höhe und auf ihren Aufsetzflächen 4 ist eine Oberplatte 6 aufgelegt. Die Oberplatte 6 überspannt beide Auflagerplatten 3, so dass die Bewegungen der Federelemente l;V in der gerade gerichteten horizontalen Bewegung gleich sind. Die Oberplatte 6 ist mit der Aufstandsfläche 9 der Last in Berührung und liegt somit zwischen der Aufstandsfläche 9 und der Aufsetzfläche 4. Der kundige Betrachter sieht, dass die Reibung zwischen Aufsetzfläche 4 und Oberplatte 6 geringer als zwischen der Fläche der Oberplatte 6, die gegen die Last gerichtet ist. Dadurch werden die horizontalen Schubbewegungen durch beide Federelemente 1;&Ggr; synchron aufgenommen. Bei einer drehenden oder kreisenden Bewegung werden die Federelemente 1; 1' in einer gegenläufigen Bewegungsrichtung zur Tafelebene hin- und herbewegt. Grundsätzlich ist hier eine mit den Ausführungen des Federelementes 1 gemäß Fig. 1 gleiche Bewegungsform und Arbeitsart der Elemente 1;1' vorauszusetzen.

Eine vom bisherigen Konzept abweichende, jedoch im Grundsatz liegende Ausbildung der Erfindung erhält die Ausführungsform gemäß Fig. 4. Hier erhält die Oberplatte 6 auf ihrer unteren den Auflagerplatten 3 zugerichteten Seite konkav geformte Lagerstellen 10, die der Ausbildung der Aufsetzfläche 4 der Auflagerplatten 3 äquivalent sind. In diese Lagerstellen 10 greifen die gekrümmten Aufsetzflächen 4 der Auflagerplatten 3 ein und sind dadurch in bestimmter Weise richtungsfixiert. Der mitlesende Fachmann erkennt, dass, ohne das Grundprinzip zu verlassen, ein Abrollen der Auflagerplatten 3 durch eine Gleitreibung abgelöst worden ist. Dadurch wird eine größere Trägheit erhalten, die wünschenswert sein kann, aber nachteilige Folgen einer Abnutzung der Lagerstelle 10 bzw. der Auflagerplatte 3 hat. Es muss nicht unbedingt aufgeführt werden, dass die

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Verwendung einer Oberplatte 6 auch bei einzeln stehenden Federelementen 1 als vorteilhaft angesehen werden kann. Zur unkomplizierten Handhabung und Einordnung sowie Lagefixierung der Oberplatten 6 sieht die Erfindung vor, der gesamten Oberplatte 6 oder auch wahlweise ihren größeren Flächen haftmagnetische Eigenschaften zuzuordnen, um damit eine selbständige Beibehaltung der Lage bei der Montage der Federelemente 1;&Ggr; zu gewährleisten.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen	10	i;i'	Federelement
2	Grundfläche
3	Auflage&phgr;latte
4,	Aufsetzfiäche
15 5;5'	Mittenachse
6	&Ogr;&ogr;&bgr;&phgr;&Mgr;&iacgr;&bgr;
T,T	Pfeil
8;8';8	" Feder
9	Aufstandsfläche
20 10	Lagerstellen

Claims

1. Federelement (1) zur elastischen Aufnahme von Kräften, insbesondere von im Abstand über einer Grundfläche (2) gelagerten Massen mit einem federnden, vertikal gerichteten Basisteil und einem von diesem getragenen Auflagerteil, mit einer Aufsetzfläche (4), die durch ihre Formgebung bei einer Neigung des Basisteiles aus der Vertikalen einen ständigen Auflagerkontakt mit der Aufstandsfläche (9) der zu tragenden Massen, bei deren horizontaler Bewegungskomponente, unter Beibehaltung eines Abstandes von der Grundfläche (2) hält.

2. Federelement nach Anspruch 1 zur elastischen Lagerung von aus Maschinen, Anlagen und Gebäuden gebildeten Massen, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (1) mit seinem federnden Basisteil auf einer Grundfläche (2) aufsteht und an seiner oberen Seite eine Auflagerplatte (3) trägt, deren Aufsetzfläche (4) konvex gekrümmt ausgeführt ist, wobei bei der Auslenkung des federnden Basisteiles aus der Vertikalen ein rollender Kontakt der Aufstandsfläche (9) mit der Aufsetzfläche (4) aufrechterhalten ist.

3. Federelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das federnde Basisteil eine Schraubenfeder (8) ist.

4. Federelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das federnde Basisteil eine Scheibenfeder (8') ist.

5. Federelement nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das federnde Basisteil ein Federstab (8") ist.

6. Federelement nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das federnde Basisteil auf der Grundfläche (2) aufsteht und mit dieser verbunden ist.

7. Federelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Auflagerplatte (3) und der Aufstandsfläche (9) der Massen eine Oberplatte (6) eingeordnet ist.

8. Federelement nach den Ansprüchen 1, 2 und 7, gekennzeichnet durch eine mindestens paarweise Anordnung der Federelemente (1), denen gemeinsam eine beide Aufsetzflächen (4) bedeckende Oberplatte (6) zugeordnet ist.

9. Federelement nach Anspruch 1 oder einem oder mehreren der darauf folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagerplatte (3) eine rotationssymmetrische Form aufweist, deren untere Stirnseite als Aufsatzfläche ihr eine Anpassung an das federnde Basisteil ausgebildet und dessen obere Stirnseite gleichförmig konvex gekrümmt ist.

10. Federelement nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagerplatte (3) an ihrer oberen Stirnseite, als Aufsetzfläche (4) gebildet, ungleichförmig gekrümmt ist.

11. Federelement nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberplatte (6) an ihrer dem Federelement (1) zugewendeten Seite eine plane Fläche aufweist.

12. Federelement nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Oberplatte (6) an der dem Federelement (1) zugewendeten Seite, der Krümmungsform der Auflagerplatten (3) entsprechend konkav eingelassene Lagerstellen (10) eingearbeitet sind.

13. Federelement nach Anspruch 7 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberplatte (6) an mindestens einer ihrer Seiten haftmagnetische Eigenschaften aufweist.