DE3927081A1 - Pendellager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein allseitig schwenkbares Pendellager, insbesondere zur Verwendung als Hängezuglager oder Drucklager mit einem allseitig schwenkbaren Pendelarm. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Pendelzuglager zu schaffen, das eine allseitige begrenzte Beweglichkeit zweier miteinander zu verbindender Bauteile ermöglicht und dabei schwingende oder stoßende Kräfte gedämpft von einem Bauteil auf das andere Bauteil weitergibt und dabei jedoch konstruktiv einfach und funktionssicher ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Pendelarm starr an einem etwa halbkugelförmigen Lagerkörper befestigt ist, in einer etwa kalottenförmigen Schale allseitig schwenkbar gelagert ist. (Insbesondere bei Ausbildung als Hängezuglager ist der Lagerkörper bevorzugt zwischen einer kalottenförmigen Lagerschale und einem gegenhaltenden Zentrierkopf allseitig schwenkbar gelagert). Dabei ist der Lagerkörper zweckmäßig mit allseitig ausgerundeten Aushöhlungen versehen, in welche der entsprechend gerundete Zentrierkopf eingreift. Der Lagerkörper kann in der kalottenförmigen Schale und an dem Zentrierkopf über ein Kugellager oder ein Gleitlager beweglich sein.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die allseitige Schwenkbewegung des Lagerkörpers und des daran befestigten Pendelarmes durch Dämpfungs- und Rückstellfedern behindert bzw. rückstellbar sein, die am Lagerkörper und/oder Pendelarm angreifen.

Mit dem erfindungsgemäßen Pendellager können die auf den Pendelarm eingeleiteten Kräfte stoßfrei übertragen und Längenänderungen in dem einen der beiden durch das Pendellager miteinander zu verbindenden Bauteile zwängungsfrei aufgenommen werden. Auch kann es die in der auf der Achse des Pendelarms senkrechten Ebene in das Pendel eingeleiteten Horizontalkräfte bis zu einem von der vorgesehenen Verwendung bestimmten Grenzwert verformungsarm schlucken, da der Kraftgrenzwert aufgrund der hohen Federkonstanten der in großer Zahl vorsehbaren Dämpfungs- und Rückstellfedern nur einen untergeordneten Federweg bewirkt. Es kann die in dieser Ebene in das Pendel als Kurzzeitvariable eingeleiteten, den Grenzwert übersteigenden Kräfte gedämpft beweglich übertragen und die Pendelarmstellung im Freiraum des zu lagernden Bauteils bei abfallender oder ansteigender Kraft der jeweils vorhandenen Kraftgröße anpassen und gedämpft der Kraftveränderung folgen.

In der Zeichnung sind besonders vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Pendellagers dargestellt, welche im folgenden näher beschrieben werden:

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pendellagers in Verwendung als Hängezuglager im Querschnitt;

Fig. 2 zeigt das Hängezuglager nach Fig. 1 als tragendes Kopplungselement zwischen einem Leitrohr für eine Transportkabine und einer Stütze eines Schnellverkehrsmittels in schematischer Darstellung;

Fig. 3 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pendellagers als Drucklager, ebenfalls im Querschnitt;

Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform des Pendellagers, ebenfalls als Hängezuglager im Querschnitt.

Das in Fig. 1 und 2 dargestellte als Hängezuglager verwendete Pendellager ist mit seiner Abdeckplatte 11 an einer Ankerplatte 12 über hochfeste Schrauben 15 befestigt. Die Ankerplatte kann ein Stahleinbauteil sein und dient zur Befestigung des Pendellagers an der Stütze 19 des Schnellverkehrssystems, die im Mittelstreifen 20 einer Autobahn 21 angeordnet ist. Dieses Hängezuglager dient zur allseits beweglichen Aufhängung eines Leitrohres 1 für Transportkabinen 18 an der Stütze 19. An der Unterseite der Abdeckplatte 11 sind eine kalottenförmige Lagerschale 7 sowie im Zentrum dieser Lagerschale ein Zentrierkugelkopf 9 befestigt. Zwischen dem Zentrierkugelkopf 9 und der Lagerschale 6 ist über Kugellager 8 ein etwa halbkugelförmiger Lagerkopf 6 allseitig schwenkbar gelagert, an dem ein nach unten ragender Pendelarm 5 aus Stahl angeschweißt ist. An diesem Pendelarm sind über einen Achsbolzen 4 Flachstahlplatten 3 befestigt, an welchen über eine Anschweißplatte 2 das Leitrohr 1 des Schnellverkehrssystems befestigt ist. Die Befestigung des Leitrohrs 1 an der Anschweißplatte 2 kann durch Schweißen oder Schrauben erfolgen. Anstelle der vorgenannten Kugellager 8 können auch Pendelgleitlager mit Gleitschicht vorgesehen sein.

Zwischen der Abdeckplatte 11 und der Oberseite des Lagerkopfes 6 sind in der Nähe des Randes dieser Oberseite über deren Umfang verteilt angreifende Dämpfungs- und Rückstellfedern 10 vorgesehen. Ahnliche Dämpfungs- und Rückstellfedern 10, die quer und parallel zur Achse des Leitrohres 1 gerichtet sind, sind zwischen dem Pendelarm 5 und dem Zylindermantel 13 vorgesehen, der die Lagerschale 7 und einen Teil des Pendelarmes 5 umgibt. Diese Dämpfungs- und Rückstellfedern 10 sind so angeordnet, daß sie seine Rückstellung des Pendelarmes 5 mit dem daran aufgehängten Leitrohr 1 in die in Fig. 1 gezeigte Ausgangsstellung ermöglichen, wenn der Lagerkopf 6 mit dem Pendelarm durch von außen einwirkende Kräfte, wie zum Beispiel der zur Achse des Leitrohres 1 gerichteten Fliehkräfte oder in Rohrachse gerichtete Schiebekräfte in irgendeiner Richtung ausgeschwenkt worden ist. Eine Ausschwenkung quer zur Längsachse des Leitrohres ist in Fig. 1 in gestrichelten Linien gezeigt.

Zwischen der Unterkante des Zylindermantels 13 und der Anschweißplatte 2 am unteren Ende des Pendellagers ist noch eine elastische Ummantelung 14 vorgesehen. Das in Fig. 3 vorgesehene als Drucklager ausgebildete Pendellager hat im wesentlichen den gleichen Aufbau wie dasjenige gemäß Fig. 1, wird jedoch in gestürzter Anordnung verwendet. Diejenigen Teile des Drucklagers, die auch bei dem Hängezuglager gem. Fig. 1 vorgesehen sind, sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Bei diesem Drucklager ist die in dem halbkugelförmigen Lagerkopf 6 allseitig schwenkbar aufnehmende etwa kalottenförmige Lagerschale 7 am Zylindermantel 13 gelagert, der über hochfeste Schrauben an der unteren Abdeckplatte 11 befestigt ist, die mit der Ankerplatte 12 des einen der beiden miteinander zu verbindenden Bauteile fest verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Pendelarm 5 an der Oberseite des Lagerkopfes 6 starr angeschlossen und über den Achsbolzen 4 und die beiden Flachstahlplatten 3 mit der Anschweißplatte 2 fest verbunden, die ihrerseits über hochfeste Verbindungsschrauben mit der Ankerplatte 12 des anderen der beiden miteinander zu verbindenden Bauteile fest verbunden ist. Auch bei diesem Drucklager sind Dämpfungs- und Rückstellfedern 10 vorgesehen, die teils am Lagerkopf 6 und teils am Pendelarm 5 angreifen. Die am Lagerkopf 6 angreifenden Rückstellfedern 10 sind zwischen der Oberseite des Lagerkopfes über deren Umfang verteilt und einer Abstützplatte 22 eingespannt, die mit einer mittigen Öffnung ausgestattet ist, durch welche der Pendelarm 5 durchgreift. Die am Pendelarm angreifenden Dämpfungs- und Rückstellfedern 10 sind zwischen diesem und einem Zylinderkörper 13 eingespannt, der zusammen mit der Abstützplatte 22 an dem oberen Rand der Lagerschale 7 befestigt ist.

Die erforderliche Größe des Lagerausschlages im Schnittpunkt der Pendelachse mit der Achse des Achsbolzens 4 bestimmt den Radius der kalottenförmigen Lagerschale 7 und des Lagerkopfes 6.

Das in Fig. 4 gezeigte Pendellager ist ein allseits bewegliches Hängezuglager für unorientierte Einleitung der Zugkraft. Soweit dieses Hängezuglager die gleichen Bauteile wie dasjenige gemäß Fig. 1 besitzt, sind diese in Fig. 4 mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 versehen.

Dieses Hängezuglager unterscheidet sich von demjenigen gemäß Fig. 1 dadurch, daß der am Lagerkopf 6 starr befestigte Pendelarm 5 an seinem dem Lagerkopf abgewandten Ende als etwa kalottenförmige Lagerschale 24 ausgebildet ist, in welcher eine aus dem Pendelarm 5 herausragende Pendelstage 25 mit ihrem oberen als halbkugelförmiger Lagerkörper 26 ausgebildeten Ende allseitig über Kugellager 8 schwenkbar gelagert ist. An seinem unteren Ende weist die Pendelstange 25 ebenfalls eine halbkugelförmige Lagerkörper 27 auf, die über ein Kugellager 8 in einer etwa kalottenförmig ausgebildeten Lagerschale 28 allseitig schwenkbar gelagert ist, welche Lagerschale als Anschlußorgan an einer Lagerplatte 29 befestigt ist. Mittels dieser Lagerplatte 29 wird das Pendellager über eine Ankerplatte 30 an dem einen der beiden miteinander zu verbindenden Bauteile befestigt.

Das erfindungsgemäße Pendellager ist so gestaltet, daß es die über den Achsbolzen auf den Pendelarm als Kurzzeitvariable eingeleiteten Kräfte stoßfrei von dem einen Bauteil auf das andere mit diesem durch das Pendellager verbundene Bauteil übertragen kann. Das erfindungsgemäße Pendellager ist insbesondere bei der Ausbildung als Hängezuglager dazu imstande, die durch Temperaturänderungen in dem aufzuhängenden Bauelement verursachten Längenänderungen in diesem Bauelement zwängungsfrei unter Deformation der Dämpfungs- und Rückstellfedern aufzunehmen, wobei es durch diese Federn dem Pendelarm jederzeit erlaubt ist, seine räumliche Lage einzunehmen, die dem Temperaturzustand in dem hängend gelagerten Bauelement entspricht, wobei es in dieses Bauelement nur die Summe der aktivierte Federkräfte als Normalkräfte einleitet.

Das erfindungsgemäße Pendellager ist ferner imstande, die in einer auf der Achse des Pendelarms senkrecht stehenden Ebene in das Pendel eingeleiteten Horizontalkräfte im unteren Kraftbereich bis zu einem von der Verwendung des Pendellagers bestimmten Grenzwert Verformungsarm zu schlucken, da der Kraftgrenzwert wegen der hohen Federkonstanten der großen Zahl von Dämpfungs- und Rückstellfedern nur einen untergeordneten Federweg bewirkt. Es kann ferner die in dieser Ebene in das Pendel als Kurzzeitvariable eingeleiteten, den Grenzwert übersteigenden Kräfte gedämpft beweglich übertragen und die Pendelstellung im Freiraum des zu lagernden Bauteils bei abfallender oder ansteigender Kraft der jeweils vorhandenen Kraftgröße anpassen und gedämpft der Kraftveränderung folgen.

Bei der Ausbildung als Hängezuglager gemäß Fig. 1 und 4 kann das erfindungsgemäße Pendellager die in Richtung des Pendelarms in positiver Richtung nach unten eingeleiteten Zugkräfte über den Lagerkopf, das Kugellager bzw. das Gleitlager, und die kalottenförmige Lagerschale auf das andere der beiden miteinander zu verbindenden Bauteile weiterleiten werden. Bei Ausbildung als Drucklager kann es dagegen die in negativer Richtung nach oben als Druck in das Pendellager eingeleiteten Kräfte über den Lagerkopf, das Kugellager oder das Gleitlager und den Zentrierkugelkopf in den diesem benachbarten einen der beiden miteinander zu verbindenden Bauteile einleiten.

In allen Fällen kann das erfindungsgemäße Pendellager sich stets in Richtung der Resultierenden aus der Pendelachskraft und der Kraft, die in einer senkrecht auf der Pendelarmachse stehenden Ebene in variabler Richtung und Größe in das Pendellager eingeleitet wird, einstellen, dabei Veränderungen der Resultierendenrichtung gedämpft und druckfrei folgen, wobei bei Kraftabfall der ausgeschwenkte Pendelarm durch die Dämpfungs- und Rückstellfedern schwingungsfrei in seine Ausgangsstellung zurückgestellt werden kann.

Das erfindungsgemäße Pendellager kann ferner jederzeit hinsichtlich Bewegungspotential, Funktion, Fehlerpotential sowie hinsichtlich seiner Schadensrisiken für die beiden durch das Lager miteinander verbundenen Bauteile beobachtet werden und im Bedarfsfall durch Lösen der Befestigungsschrauben und Ausbau des Achsbolzens ausgewechselt werden.

Das erfindungsgemäße Pendellager kann nicht nur wie bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel als Kopplungselement zur elastischen Aufhängung des Leitrohres für Transportkabinen eines Schnellverkehrssystems verwendet werden, wobei es als Hängezuglager alle Forderungen erfüllt, die der Betrieb eines solchen Schnellverkehrssystems an die betriebsmäßige Kooperation zwischen Transportkabinen, Leitrohr und Stützen stellt. Es kann auch als Hängezuglager oder als Drucklager zur Einleitung von schwingenden und stoßenden Kräften einer Produktions- oder Forschungsmaschine, gedämpft und stoßfrei in ein Fundament oder in ein für dynamische Beanspruchungen empfindliches Tragwerk eines Labor-, Forschungs- oder Produktionsgebäudes verwendet werden. Als Hängezuglager oder Drucklager kann es auch im Bauwesen, zum Beispiel in Erdbebengebieten zur Kopplung des Tragwerkes von Gebäuden mit den Fundamenten oder zur Kopplung von absichtlich weich ausgebildeten, aufgehenden Tragwerksbereichen mit in Abständen angeordneten Aussteifungstürmen in Form von Treppen- und Aufzugszonen oder dergleichen verwendet werden. Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Pendellager auch zur stoß- und schwingungsarmen Kopplung von zum Beispiel zentrisch oder exzentrisch rotierenden Maschinenelementen beim Anfahren, Abschalten und im Betrieb, mit dem Maschinenblock verwendet werden. Ferner ist das Pendellager anwendbar in der Forschung, zum Beispiel zur Freistellung von Meßgeräten von der Einleitung von fremdinduzierten Körperschwingungen des die Meßgeräte aufnehmenden Gebäudes oder zur Freistellung der Auflager von schalltoten Räumen vom ankommenden Körperschall oder auch zur Unterbrechung von Schallbrücken im Akustikbau für Tonstudios, Konzertsäle und dergleichen.

Claims (12)

1. Allseitig schwenkbares Pendellager, insbesondere zur Verwendung als Hängezuglager oder Drucklager, mit einem allseitig schwenkbaren Pendelarm, dadurch gekennzeichnet, daß der Pendelarm (5) starr an einem etwa halbkugelförmigen Lagerkörper (6) befestigt ist, der in einer etwa kalottenförmigen Lagerschale (7) allseitig schwenkbar gelagert ist.

2. Pendellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerkörper (6) zwischen der etwa kalottenförmigen Lagerschale (7) und einem gegenhaltenden Zentrierkopf (9) allseitig schwenkbar gelagert ist.

3. Pendellager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerkörper (6) in der Lagerschale (7) und/oder am Zentrierkopf (9) kugelgelagert ist.

4. Pendellager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerkörper (6) in der Lagerschale (7) und/oder am Zentrierkopf (9) gleitgelagert ist.

5. Pendellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrierkopf (9) an seiner dem Lagerkörper (6) zugewandten Seite halbkugelförmig gerundet ist und mit dieser Seite in eine entsprechend gerundete Aushöhlung des Lagerkörpers (6) eingreift.

6. Pendellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkbewegung des Lagerkörpers (6) und des daran befestigten Pendelarmes (5) durch Dämpfungs- und Rückstellfedern (10) behindert und rückstellbar ist, welche Federn am Lagerkörper (6) und/oder Pendelarm (5) angreifen.

7. Pendellager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die am Lagerkörper (6) angreifenden Dämpfungs- und Rückstellfedern (10) zwischen einer Abdeckplatte (11) oder einer Stützplatte (22) und der dieser zugewandten Seite des Lagerkopfes (6) angeordnet sind, wobei sie in der Nähe des Randes dieser Seite des Lagerkopfes (8) über deren Umfang verteilt angeordnet sind.

8. Pendellager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die am Pendelarm (5) angreifenden Dämpfungs- und Rückstellfedern (10) zwischen dem Pendelarm und einer am Rand der Lagerschale (7) befestigten zylindrischen Mantelwand (13) angeordnet sind.

9. Pendellager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Pendelarm (5) eine Mehrzahl von Dämpfungs- und Rückstellfedern (10) angreifen, wobei jeweils zwei Federn einander diametral gegenüberliegen.

10. Pendellager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pendelarm (5) über ein allseitig wirkendes Pendelgelenk (25, 26, 27, 28) an eine Lagerplatte (29) angeschlossen ist (Fig. 4).

11. Pendellager nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Pendelgelenk eine Pendelstange (25) hat, die über einen an seinem oberen Ende befestigten Lagerkopf (26) allseitig Schwenkbar im unteren als Lagerschale ausgebildeten Ende (24) des Pendelarmes (5) und mit seinem unteren Ende ebenfalls mittels eines an diesem befestigten Lagerkopfes (27) in einem ebenfalls als Lagerschale ausgebildeten Anschlußorgan (28) allseitig schwenkbar gelagert ist, welches Anschlußorgan (28) an der Lagerplatte (29) befestigt ist.

12. Pendellager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem unteren Ende (24) des Pendelarmes (5) und dem Anschlußorgan (28) Dämpfungs- und Rückstellfedern (31) angeordnet sind.