DE2918781B1

DE2918781B1 - Hydraulisches Kipplager zur UEbertragung grosser Kraefte zwischen Bauteilen

Info

Publication number: DE2918781B1
Application number: DE19792918781
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Dipl-Ing Andrae; Wolfhart Dr-Ing Andrae; Erwin Dr-Ing E H Beyer; Horst Dr-Ing Falkner; Bernhard Dipl-Ing Goehler; Willi Dipl-Ing Kunzl; Fritz Prof Dr-Ing Leonhardt; Joerg Prof Dr-Ing Schlaich; Wilhelm Dipl-Ing Zellner
Original assignee: Individual
Current assignee: LEONHARDT, FRITZ, PROF. DR.-ING. ANDRAE, WOLFHART,
Priority date: 1979-05-10
Filing date: 1979-05-10
Publication date: 1980-07-31
Also published as: DE2918781C2

Description

Die gummielastische, an die Topfwände anvulkanisierte Dichtung wird durch den Flüssigkeitsdruck auf Schub beansprucht. Wegen des geringen lichten Abstandes der Topfwände ist die durch den Flüssigkeitsdruck belastete Dichtungsfläche sehr klein im Verhältnis zur Anschlußfläche an die beiden Topfwände, so daß hierdurch die Schubbeanspruchungen im Gummi klein bleiben.
Bei beliebig gerichteten Druckkräften werden deren Horizontalkomponenten über die Topfwände des Lagers übertragen, wobei die dazwischenliegende, gummielastische Dichtungsschicht auf Druck beansprucht wird. Eine wesentliche Zusammendrückung der Dichtungsschicht ist wegen des günstigen Formfaktors, d. h. des günstigen Verhältnisses von druckbelasteter Fläche zur dazu rechtwinkligen, freien Gummioberfläche, nicht möglich. Es können daher von der Dichtungsschicht hohe Querpressungen ohne Überbeanspruchung des gummielastischen Materials übertragen werden.
Bei Kippbewegungen des Lagers treten antimetrische Relativverschiebungen zwischen den beiden Topfwänden ein, wobei sich die gummielastische Masse vorwiegend auf Schub verformen muß.
Da jedoch wegen der kleineren Kippwinkel diese Verschiebungen höchstens in der Größenordnung der Dicke der Gummischicht liegen, bleiben die Schubwinkel im zulässigen Bereich. Die zur Schubverformung des Gummis erforderlichen Kräfte sind verhältnismäßig gering. Da der Verdrängungswiderstand der Flüssigkeit zwischen den beiden Topfböden ganz vernachlässigt werden kann, ist der Gesamtwiderstand, den das Lager einer Kippbewegung entgegensetzt, minimal.
Im Gegensatz zu den bekannten hydraulischen Lagern bzw. zu den Gummitopflagern treten bei Kippbewegungen keinerlei Reibungswiderstände zwischen den Lagerteilen auf. Ein Verschleiß durch Reibung kann somit nicht stattfinden. Außer den erheblich geringeren Materialkosten liegt hierin ein besonderer Vorteil des Erfindungsgegenstandes.
Für den Fall, daß die gummielastische Dichtungsschicht zwischen den beiden Topfwänden durch besonders große horizontale Auflagerkräfte belastet wird, kann die zulässige Druckbeanspruchung des Gummis dadurch erhöht werden, daß in die gummielastische Masse ein oder mehrere parallel zu den Topfwänden verlaufende Platten aus zugfestem Material, z. B. Stahl, mit einvulkanisiert sind. Hierdurch ergibt sich eine Erhöhung der Druckstabilität des Gummis in ähnlicher Weise wie bei den bekannten Elastomer-Lagern.
Zur Weiterleitung der Horizontalkräfte auf das Bauteil kann dei äußere Topf in den Beton des ihm zugeordneten Bauteils ganz oder teilweise eingelassen sein. Stattdessen ist es auch möglich, den äußeren Topf ganz oder auf einem Teil seiner Höhe in eine stählerne Fassung einzusetzen.
Das erfindungsgemäß ausgebildete Lager gestattet weiterhin eine gewisse Höhenverstellung, wenn an den mit der niedrig viskosen Flüssigkeit gefüllten Zwischenraum ein nach außen führendes verschließbares Rohr angeschlossen ist, durch welches Druckflüssigkeit nachgepreßt oder abgelassen und damit die Dicke der Flüssigkeitsschicht verändert werden kann.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung besteht darin, daß zwischen den beiden Topfböden eine den mit der niedrig viskosen Flüssigkeit gefüllten Zwischenraum teilweise ausfüllende Platte aus gummielastischem Material eingelegt ist. Für den Fall, daß ein ungewollter Flüssigkeitsverlust eintritt, kann sich der Boden des inneren Topfes elastisch gebettet auflegen, wobei auch noch geringe Kippbewegungen möglich sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß infolge der an die beiden Topfwände anvulkanisierten Dichtung auch geringe Zugkräfte durch das Lager übertragen werden können.
Das Lager kann im Grundriß rund oder eckig sein, und die Topfwände können im Kontaktbereich mit der gummielastischen Masse eine profilierte Oberfläche haben.
An Hand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. In F i g. 1 ist ein vertikaler Schnitt durch die Mitte eines Kipplagers dargestellt.
F i g. 2 und 3 zeigen die Ausbildung des Lagerrandes in vergrößertem Maßstab.
In Fig. 1, linke Hälfte, ist das aus zwei ineinandergesetzten Töpfen bestehende Lager zwischen den beiden Bauteilen 8 und 9 aus Beton, die sich gegeneinander verdrehen, eingebaut. Dabei ist der äußere Topf, bestehend aus der Topfwand 4 und dem Topfboden 3, in das Bauteil 8 eingelassen.
Der innere Topf, bestehend aus der Topfwand 2 und dem Topfboden 1, ist mit einer druckfesten Masse 7, z. B.
Beton, ausgefüllt.
Der Zwischenraum zwischen den Topfwänden 4 und 2 ist durch eine an die beiden Wände anvulkanisierte Dichtung aus einer gummielastischen Masse 5 gefüllt.
Der Zwischenraum zwischen den beiden Topfböden 1 und 3 ist damit allseitig umschlossen und mit einer niedrig viskosen Flüssigkeit 6 gefüllt. Die zwischen den Bauteilen 9 und 8 wirkenden vertikalen Kraftkomponenten werden durch die Flüssigkeit 6 übertragen, wobei infolge der Inkompressibilität praktisch keine vertikalen Relativverschiebungen zwischen den beiden Töpfen auftreten. Dagegen können die beiden Töpfe fast zwanglos gegeneinander kippen, da der Verformungswiderstand der Masse 5 bzw. der Verdrängungswiderstand der Flüssigkeit 6 vernachlässigbar klein ist.
Die horizontalen Kraftkomponenten zwischen den beiden Bauteilen 9 und 8 werden über die Masse 5 von der Topfwand 2 auf die Topfwand 4 übertragen und von hier auf das Bauteil 8 (F i g. 1, links) bzw. auf die als Stahlring ausgebildete Fassung 11 und die Bodenplatte aus Beton 12 (F i g. 1, rechts) abgegeben.
Infolge des günstigen Formfaktors der Masse 5 treten dabei praktisch keine horizontalen Verschiebungen zwischen den beiden Töpfen ein.
Das Lager ist damit in der Lage, praktisch weglos Druckkräfte zwischen den beiden Bauteilen in beliebiger Richtung zu übernehmen und beliebige Verdrehungen der beiden Bauteile gegeneinander praktisch momentenfrei zu gestatten. Wie in F i g. 1, rechts, dargestellt, ist zwischen den beiden Topfböden eine gummielastische Platte 10 angeordnet, auf die sich der obere Topfboden bei Flüssigkeitsverlust elastisch gelagert aufsetzen kann. Zur Höhenverstellung des Lagers kann durch eine Druckleitung 13 Druckflüssigkeit eingepreßt oder abgelassen werden. In F i g. 2 ist der Rand des Lagers in vergrößertem Maßstab dargestellt. Die an den Topfwänden 4 und 2 anvulkanisierte gummielastische Masse 5 besteht hier aus einem Stück.
In Fig. 3 ist in die Masse 5 eine Platte 14 aus Stahl einvulkanisiert, um bei hohen Horizontalkraftkomponenten die Druckstabilität der Dichtung in ähnlicher Weise wie bei bewehrten Elastomer-Lagern zu vergrößern.

Claims

Patentansprüche: 1. Hydraulisches Kipplager zur Übertragung von großen, beliebig gerichteten Druckkräften zwischen Bauteilen, z. B. bei Brücken, dadurch gekennz e i c h n e t, daß das Lager aus zwei mit geringem Zwischenraum ineinandergesetzten, etwa gleich hohen stählernen Töpfen besteht und daß der Zwischenraum zwischen den beiden Topfwänden (2 und 4) durch eine an beiden Topfwänden schubfest angeschlossene, z. B. anvulkanisierte, gummielastische Masse (5), der Zwischenraum zwischen den beiden Topfböden (1 und 3) mit einer niedrig viskosen Flüssigkeit (6) und der Hohlraum des inneren Topfes mit einer druckfesten Masse (7), z. B.

mit Beton, ausgefüllt ist.
2. Hydraulisches Kipplager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Topf in den Beton (12) des ihm zugeordneten Bauteils (9) ganz oder teilweise eingelassen ist.
3. Hydraulisches Kipplager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Topf ganz oder auf einem Teil seiner Höhe in eine stählerne Fassung (11) eingesetzt ist.
4. Hydraulisches Kipplager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Topfböden (1 und 3) eine den mit der niedrig viskosen Flüssigkeit (6) gefüllten Zwischenraum teilweise ausfüllende Platte (10) aus gummielastischem Material eingelegt ist.
5. Hydraulisches Kipplager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den mit der niedrig viskosen Flüssigkeit (6) gefüllten Zwischenraum ein nach außen führendes verschließbares Rohr angeschlossen ist.
6. Hydraulisches Kipplager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Topfwände (2 und 4) im Kontaktbereich mit der gummielastischen Masse (5) eine profilierte Oberfläche haben.
7. Hydraulisches Kipplager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die gummielastische Masse (5) ein oder mehrere parallel zu den Topfwänden (2 und 4) verlaufende Platten (14) aus zugfestem Material, z. B. Stahl, mit einvulkanisiert sind.

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Kipplager zur Übertragung von großen, beliebig gerichteten Kräften zwischen Bauteilen, z. B. Brücken.

Bekannt sind hydraulische Kipplager oder Kippgelenke, die aus einem mit Flüssigkeit gefüllten Druckzylinder und einem Kolben bestehen (DE-AS 10 45 182).

Bei den ständig wirkenden hohen Flüssigkeitsdrükken, wie sie bei einer derartigen Lagerung z. B. im Brückenbau auftreten würden, ist eine genügend sichere Abdichtung des Druckraumes durch die üblichen, an der Zylinderwand gleitenden Dichtungen aus leder- oder gummiartigem Material nur mit großem Aufwand zu erreichen. Bei nicht parallel zur Kolbenachse verlaufenden Druckkräften müssen auch Druckkräfte über die Dichtung auf den Zylinder übertragen werden, wodurch sich zusätzliche Schwierigkeiten ergeben. Flüssigkeitslager zur Übertragung beliebig gerichteter Druckkräfte wurden daher für Bauwerke selten vorgeschlagen.

Dagegen haben sich die sogenannten Gummitopflager seit vielen Jahren im Brückenbau bewährt Anstelle der Flüssigkeit wird hier ein gummielastisches Material verwendet. Jedoch war auch hier die Abdichtung des Spaltes zwischen Topf (Zylinder) und Deckel (Kolben) das Hauptproblem, da sich das gummielastische Material bei hohen Drücken wie eine zähe Flüssigkeit verhält.

Bei Gummitopflagern treten infolge des Verformungswiderstandes der Gummiplatte und der Reibung der durch den hohen Innendruck an die Topfwand angepreßten Dichtung bzw. des Gummis bei Kippbewegungen erhebliche Kipp- bzw. Drehwiderstände auf.

Um diese in erträglichen Grenzen zu halten, muß die Dicke der Gummiplatte groß genug gewählt werden, oder es müssen sonstige, die Verformung des Gummis erleichternde bzw. die Reibung vermindernde Maßnahmen vorgesehen werden.

Mit der Dicke der Gummiplatte wächst wegen der zunehmenden Höhe die von der Topfwand aufzunehmende Ringzugkraft und damit der Materialbedarf für den Topf. Die Innenfläche der Topfwand muß sehr glatt, der Deckelrand ggf. gehärtet oder ballig bearbeitet sein, damit sowohl die Dichtung als auch der infolge von Horizontalkräften an die Topfinnenwand angepreßte Deckel bei Kippbewegungen leicht und ohne großen Verschleiß gleiten kann.

Alle diese Maßnahmen zur Verringerung des Verschleißes und des in der Praxis unerwünschten Drehwiderstandes wirken sich auf die Herstellungskosten des Topflagers ungünstig aus.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, durch ein Kipplager große beliebig gerichtete Druckkräfte zu übertragen, ohne daß bei Kippbewegungen wesentliche Drehwiderstände oder Verschleißerscheinungen auftreten können.

Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß das Lager aus zwei mit geringem Zwischenraum ineinandergesetzten, etwa gleich hohen stählernen Töpfen besteht und daß der Zwischenraum zwischen den beiden Topfwänden durch eine an beiden Topfwänden schubfest angeschlossene, z. B. anvulkanisierte, gummielastische Masse, der Zwischenraum zwischen den beiden Topfböden mit einer niedrig viskosen Flüssigkeit und der Hohlraum des inneren Topfes mit einer druckfesten Masse, z. B. mit Beton, ausgefüllt ist.

Der lichte Abstand der beiden Topfböden wird nur so groß gewählt, daß sich die Topfböden bei einer Kippbewegung des Lagers um einen vorgegebenen Winkel noch nicht berühren. Da die Kippwinkel in der Praxis, z. B. bei Brückenlagern, sehr klein sind und kaum den Wert von 2% übersteigen, beträgt auch bei großen Topfdurchmessern der erforderliche lichte Abstand der beiden Topfböden voneinander nur 10 bis 15 mm. Der lichte Abstand zwischen den beiden Topfwänden hat die gleiche Größenordnung.

Der bei Belastung des Lagers durch große Druckkräfte entstehende hohe Flüssigkeitsdruck ergibt wegen des geringen lichten Abstandes der beiden Topfböden, d. h.

infolge der geringen Höhe der Flüssigkeitsschicht, entsprechend geringe Ringzugkräfte. Für deren Aufnahme reicht ein dünnwandiger äußerer Topf ohne zusätzliche Maßnahmen aus.