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Technisches
Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Erfassen einer Verschlechterung eines Gummilagers
mit einem Gummiteil, bei dem das Gummilager in einem unteren Abschnitt
eines Gebäudes
angeordnet ist, um eine Last vom Gebäude aufzunehmen.
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Technologischer Hintergrund
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Ein Gummilager, das aus einem Gummiteil und
einem Verstärkungsteil
besteht, wird beim Abstützen
einer Struktur wie eines Gebäudes
etc. verwendet. Als Ergebnis der Tatsache, dass solche Gummilager
im Allgemeinen in einem unteren Abschnitt der Struktur angeordnet
sind, nehmen die Gummilager die Last der Struktur über einen
langen Zeitraum hinweg auf, und sind aufgrund von Erdbeben etc.
auch einer Scherbelastung unterworfen, während sie aufgrund von Alterung
etc. allmählich schlechter
werden. Wenn die Verschlechterung einen festen Betrag erreicht oder überschritten
hat, ist es notwendig, die Gummilager zu ersetzen, und das Ausmaß der Verschlechterung
des Gummiteils des Gummilagers wird herkömmlicher Weise durch eine visuelle
Betrachtung einer Konfiguration oder Maßänderung in der Gesamtkonfiguration
des Gummiteils, eines Risses oder eines Abschilferns am Gummiteil
oder dergleichen, oder durch Einsatz eines Messinstruments wie eines
Dehnmessstreifens, eines Ultraschall-Prüfgeräts, oder eines Messschiebers
ermittelt.
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Da die Gummilager wie zuvor beschrieben im
Allgemeinen in einem unteren Abschnitt der Struktur angeordnet sind,
ist die visuelle Betrachtung der Gummiteile sehr schwierig, da ein
Kontrolleur in den unteren Abschnitt der Struktur einsteigen und
die visuelle Betrachtung durchführen
muss. Darüber
hinaus muss sich der Kontrolleur auf seine Erfahrung und Intuition
bei der Betrachtung verlassen, so dass eine Möglichkeit besteht, dass die
Ergebnisse der Betrachtung schwanken. Dabei ist es bei der Untersuchung
der Gummiteile durch den Einsatz von Messinstrumenten wie den oben
beschriebenen möglich,
bis zu einem gewissen Ausmaß zufrieden stellende
Ergebnisse zu erhalten, wenn eine Maßänderung im Spiel ist. Wenn
keine Maßänderung
im Spiel ist, ist es unmöglich,
gewünschte
Ergebnisse zu erlangen. Um die Trageleistung der Gummilager über die
Einsatzdauer hinweg zu überwachen,
ist es notwendig, die Gummilager aus der Struktur zu entfernen,
oder vorab ein Probestück
des Gummilagers aus demselben Material wie das der unter der Struktur
eingebauten Gummilager separat bereitzustellen und eine dynamische
Prüfung
durchzuführen,
indem nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit das Probestück des Gummilagers
mit einer festgelegten Axialkraft beaufschlagt wird. So war es also
unmöglich, die
Trageleistung der Gummilager im Gebrauch bei Einbau unter der Struktur
zu überwachen.
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Ein derartiges Problem taucht nicht
nur beim Gummiteil des Gummilagers selbst auf, sondern kann allgemein
gesprochen in entsprechender Weise bei Gummiteilen auftreten, die
auf verschiedene Teile aufgebracht werden und aus einem Material
wie Naturkautschuk, synthetischem Kautschuk und dgl. gebildet sind.
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Die JP-A-55119032 beschreibt ein
Verfahren zum Messen des Ausmaßes
der Verschlechterung eines Gummischlauchs. Elektrisch leitfähiger Gummi wird
in den Gummischlauch in seiner Längsrichtung eingelegt
und metallische Elemente, die mit dem leitfähigen Gummi in Kontakt stehen,
werden zur Messung des elektrischen Widerstands verwendet.
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Die JP-A-04147024 beschreibt die
Messung verschiedener Änderungen
der Gestalt eines Gummimaterials mit im Inneren verteilten, leitfähigen Partikeln.
Durch Messen des inneren Widerstands, herrührend von einer Belastung des
Gummimaterials, kann eine Formänderung
erfasst werden.
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Die
EP 0 312 623 A1 beschreibt einen dielektrischen
Prüfkopf
zum Messen, Überwachen und/oder
Steuern der Eigenschaften eines Mediums, das mit dem Prüfkopf in
Kontakt gebracht werden kann. Der Prüfkopf ist zur Verwendung mit
herkömmlichen
frequenz- und zeitbestimmten Impedanz-Analysegeräten ausgelegt. Der Prüfkopf ist
ein dünner, flacher
Kondensator-Prüfkopf, der
ein Feld aus geraden oder gekrümmten
Elektrodenleitungen umfasst. Zwei Leitungsfelder bilden zwei Anschlüsse eines Kondensators.
Das zu vermessende Material ist so anzuordnen, dass es in Kontakt
mit den Leitungsfeldern steht, und die dielektrischen Eigenschaften
des Materials können
gemessen werden. Der Prüfkopf erlaubt
die Messung eines Materials während
des Vernetzens eines Harzes, während
das Material Änderungen
bezüglich
seines physikalischen Zustands durchmacht. Der Prüfkopf kann
zum Messen der dielektrischen Eigenschaften von Gummi verwendet werden.
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Die vorliegende Erfindung wurde mit
Blick auf die oben beschriebenen Aspekte erdacht, und ihre Aufgabe
besteht darin, ein Verfahren zum Erfassen einer Verschlechterung
eines Gummilagers mit einem Gummiteil bereitzustellen, bei dem das
Gummilager in einem unteren Abschnitt eines Gebäudes angeordnet ist, um eine
Last vom Gebäude
aufzunehmen, wobei das Verfahren in der Lage ist, das Ausmaß der Verschlechterung
zuverlässig
zu beobachten, selbst wenn keine Maßänderung im Spiel ist, wobei
es mit dem Verfahren unnötig
wird, dass ein Kontrolleur zur Untersuchung in einen unteren Abschnitt
eines Gebäudes
einsteigt, und das Verfahren es ermöglicht, das Ausmaß der Verschlechterung von
einem entfernten Ort aus zuverlässig
zu ermitteln.
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Offenbarung der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird die oben beschriebene Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, wie
es im Patentanspruch 1 definiert ist.
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Das Gummiteil kann ein Verstärkungsteil umfassen.
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Hier kann für den Fall, dass das Verstärkungsteil
aus Metall besteht, die elektrische Impedanz des Gummiteils gemessen
werden, indem das Verstärkungsteil
als Elektrode verwendet wird. Außerdem kann für den Fall,
dass das Gummilager darüber
hinaus Flanschplatten aufweist, die jeweils auf entgegengesetzten
Endflächen
des Gummiteils angeordnet sind, die elektrische Impedanz des Gummiteils
gemessen werden, indem die Flanschplatten als Elektroden verwendet
werden.
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Das Material des Gummiteils, welches
der in der vorliegenden Erfindung zu vermessende Gegenstand ist,
kann Naturkautschuk, synthetischer Kautschuk oder eine Mischung
von diesen sein. Dort, wo das Gummilager als erdbebenfeste Vorrichtung,
Isolator und Vibrationssteuerungsvorrichtung zum Einsatz kommt,
gibt es Fälle,
bei denen stark dämpfender
Gummi verwendet wird, und das Verfahren der vorliegenden Erfindung
lässt sich
geeigneter Weise auf das Gummiteil anwenden, das aus solch einem stark
dämpfenden
Gummi gefertigt ist. Das für
die erdbebenfeste Vorrichtung, den Isolator und die Vibrationssteuervorrichtung
verwendete Gummilager ist mit einem Bleistopfen ausgebildet, der
gegebenenfalls zusätzlich
in der Mitte des Gummiteils angeordnet ist, und das Verfahren der
vorliegenden Erfindung kann geeigneter Weise auf solch ein Gummilager
angewendet werden, das den Gummistopfen in sich trägt.
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In der vorliegenden Erfindung sind
Elektroden so angeordnet, dass das Gummiteil, dessen Eigenschaftsveränderung
erfasst werden soll, zwischen diesen angeordnet ist. Eine Spannung
mit einer Frequenz von beispielsweise 200 kHz wird an diese Elektroden
angelegt, und die elektrische Impedanz des Gummiteils wird aus einem
Stromwert bestimmt. Hier ändert
sich die elektrische Impedanz entsprechend der Eigenschaftsveränderung
des Gummiteils, z. B. entsprechend der Entstehung der inneren Beanspruchung,
so dass die Eigenschaftsveränderung
des Gummiteils aus dem Ergebnis der Messung erfasst werden kann.
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Wie oben beschrieben, ist es gemäß der vorliegenden
Erfindung möglich,
das Ausmaß der
Verschlechterung des Gummiteils selbst dann zuverlässig zu
beobachten, wenn keine Maßänderung
im Spiel ist, und es braucht kein Kontrolleur in einen unteren Abschnitt
der Struktur zur Beobachtung einzusteigen, und das Ausmaß der Verschlechterung
kann zuverlässig
von einem entfernten Ort aus ermittelt werden.
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Es folgt eine Beschreibung der vorliegenden Erfindung
mit Bezug auf die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen.
Es wäre
festzuhalten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen
beschränkt
ist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Draufsicht einer in Beispiel 1 verwendeten Gummilage zur Erläuterung
des Verfahrens der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine Vorderansicht, die ein Messverfahren gemäß Beispiel 1 erläutert;
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3 ist
das Ergebnis der Messung der Beziehung zwischen der Verschiebung
der Gummilage und der Impedanz zwischen Elektroden in Beispiel 1;
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4 ist
das Ergebnis der Messung der Beziehung zwischen einer auf die Gummilage
aufgebrachten Kraft und der Impedanz zwischen den Elektroden in 1;
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5 ist
das Ergebnis der Messung der Beziehung zwischen der Verschiebung
der Gummilage und der auf die Gummilage in 1 aufgebrachten Kraft;
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6 ist
das Ergebnis der Messung der Beziehung zwischen der verstrichenen
Zeit und der Impedanz zwischen den Elektroden in 1;
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7 ist
das Ergebnis der Messung der Beziehung zwischen der Dehnung und
der Dicke in Beispiel 1;
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8 ist
eine Querschnittsansicht eines in Beispiel 2 verwendeten Gummilagers
zur Erläuterung
des Verfahrens der vorliegenden Erfindung;
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9 ist
das Ergebnis der Messung der Beziehung zwischen einer vertikalen
Verschiebung, die am Gummiteil auftritt, und einer Vertikalkraft,
mit der das Gummiteil in Beispiel 2 beaufschlagt wird;
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10 ist
das Ergebnis der Messung der Beziehung zwischen der vertikalen Verschiebung, die
am Gummiteil auftritt, und der Impedanz zwischen inneren Stahlplatten
in Beispiel 2;
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11 ist
das Ergebnis der Messung der Beziehung zwischen einer Vertikalkraft,
mit der das Gummiteil beaufschlagt wird, und der Impedanz zwischen
den inneren Stahlplatten in Beispiel 2;
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12 ist
das Ergebnis der Messung der Beziehung zwischen der verstrichenen
Zeit und der Impedanz zwischen den Elektroden in Beispiel 2; und
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13 ist
eine Querschnittsansicht eines anderen Beispiels eines Gummilagers,
auf das das Verfahren der vorliegenden Erfindung anwendbar ist.
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Ausführungsformen
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Beispiel 1
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Eine hantelförmige Gummilage 1 des
Typs Nr. 1 von JIS (K6301) wie die in 1 gezeigte
wurde als zu vermessender Gegenstand hergestellt. Für diese
Gummilage 1 als Gummiteil betrug seine Gesamtlänge L 120
mm, die Länge
l seines Abschnitts kleiner Breite betrug 40 mm, die Breite W seines
Abschnitts großer
Breite betrug 25 mm, die Breite w seines Abschnitts kleiner Breite
betrug 10 mm und seine Dicke t betrug 2 mm. Dann wurden wie in 2 gezeigt Elektroden 2 und 3,
die aus Kupferscheiben mit einem Durchmesser von 5 mm und einer
Dicke von 1 mm gebildet wurden, auf beide Seiten der Gummilage 1 aufgebracht
und durch Polyethylenscheiben 4 und 5 geklemmt
und gehalten. Zu den Temperaturbedingungen: 25°C, Verformungsrate: 10 mm/min,
und es wurde eine Druckkraft, eine Dehnungskraft in Richtung von
Pfeil A (in der Längsrichtung)
auf diese Gummilage 1 wiederholt vier Mal so aufgebracht, dass
der Prozentsatz der Dehnung (100% = 50 mm) zu 0% – 25% – 0% – 50% – 0% – 75% – 0% – 100% – 0% wurde.
Gleichzeitig wurde eine Spannung mit einer Frequenz von 200 kHz
an die Elektroden 2 und 3 angelegt. Die Ergebnisse
der Messung sind in den 3 bis 6 gezeigt.
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Hier zeigt 3 das Ergebnis der Messung der Beziehung
zwischen der Verschiebung der Gummilage 1 und der Impedanz
zwischen den Elektroden 2 und 3. 4 zeigt das Ergebnis der Messung der Beziehung
zwischen der auf die Gummilage 1 aufgebrachten Kraft und
der Impedanz zwischen den Elektroden 2 und 3. 5 zeigt das Ergebnis der
Messung der Beziehung zwischen der Verschiebung der Gummilage 1 und
der auf die Gummilage 1 aufgebrachten Kraft. 6 zeigt das Ergebnis der
Messung der Beziehung zwischen der verstrichenen Zeit und der Impedanz
zwischen den Elektroden 2 und 3. Übrigens
wurde als Messinstrument das LF-Impedanz-Analysegerät (Modell
4129A, von Yokogawa-Hewlett-Packard hergestellt) verwendet.
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Richtet man das Augenmerk auf 6, ist zu sehen, dass sich
die Impedanz in der Reihenfolge a, b, c, d, e, f, g, h und i in
Entsprechung der Beaufschlagung mit der Dehnungskraft entsprechend
dem Prozentsatz der Dehnung 0% – 25% – 0% – 50% – 0% – 75% – 0% – 100% – 0% ändert. Man
kann auch sehen, dass die Impedanzen c, e, g und i jeweils größer sind
als die ursprüngliche
Impedanz a, und dass die Impedanz in der Reihenfolge c, e, g und
i schrittweise und entsprechend der Erhöhung der Anzahl der Beaufschlagungen
mit der Dehnungskraft zunimmt. Dementsprechend ist es durch Erfassung
der Änderung
der Impedanz gegenüber
der ursprünglichen
Impedanz möglich,
die Beaufschlagung der Gummilage 1 mit der Dehnungskraft
zu erfassen, also das Auftreten einer inneren Beanspruchung in der
Gummilage 1. Darüber
hinaus kann durch Erfassen des Betrags des Impedanzanstiegs das
Ausmaß der
Verschlechterung der Gummilage 1 erfasst werden, die der
Entstehung von wiederholten inneren Beanspruchungen zuzuschreiben
ist. Es ist durchaus denkbar, dass die durch die Impedanzen b, d,
f und h ausgewiesenen, großen Änderungen
den Dickenänderungen
der Gummilage 1 aufgrund der Dehnung zuzuschreiben sind.
Als Bezug zeigt 7 das
Ergebnis der Messung der Beziehung zwischen Dehnung und Dicke.
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Beispiel 2
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Es wurde ein Gummilager 10 wie
das in 8 gezeigte vorbereitet.
Das Gummilager 10 besteht aus scheibenförmigen oberen und unteren Verbindungsplatten
aus Stahl (obere und untere Flanschplatten) 10 und 11,
einem zylindrischen Gummiteil 13 und drei scheibenförmigen inneren
Stahlplatten 14, 15 und 16, die als in
das Gummiteil 13 eingebettete Verstärkungsteile dienen. An die
inneren Stahlplatten 14 und 15 des Gummilagers 10 sind
jeweils Leitungsdrähte
angeschraubt, die Leitungsdrähte
wurden nach außen
geführt,
und die inneren Stahlplatten 14 und 15 wurden
als Elektroden verwendet. Unter der Temperaturbedingung von 23°C wurde eine
gleichförmige,
stationäre
Druckkraft mit einer Flächenpressung
von 3922660 Pa (40 kgf/cm2) und eine Last
von 43737,659 N (4,46 tonf) auf das Gummilager 10 wiederholt
dreimal in Richtung von Pfeil B (in der Vertikalrichtung) aufgebracht.
Gleichzeitig wurde eine Spannung mit einer Frequenz von 100 kHz
an die inneren Stahlplatten 14 und 15 angelegt.
Die Ergebnisse der Messung sind in 9 bis 12 gezeigt.
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9 zeigt
das Ergebnis der Messung der Beziehung zwischen der vertikalen Verschiebung, die
im Gummiteil 13 auftritt, und der Vertikalkraft, mit der
das Gummiteil 13 beaufschlagt wird. 10 zeigt das Ergebnis der Messung der
Beziehung zwischen der vertikalen Verschiebung, die im Gummiteil 13 auftritt,
und der Impedanz zwischen den inneren Stahlplatten 14 und 15. 11 zeigt das Ergebnis der Messung
der Beziehung zwischen der Vertikalkraft, mit der das Gummiteil 13 beaufschlagt
wird, und der Impedanz zwischen den inneren Stahlplatten 14 und 15. 12 zeigt das Ergebnis der
Messung der Beziehung zwischen der verstrichenen Zeit und der Impedanz
zwischen den inneren Stahlplatten 14 und 15. Im übrigen wurde
als Messinstrument ein Messinstrument ähnlich dem in Beispiel 1 verwendeten eingesetzt.
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Mit Augenmerk auf 12 ist zu sehen, dass sich die Impedanz
in der Reihenfolge a, b, c, d, e, f und g in Entsprechung mit der
wiederholt drei Mal in der Reihenfolge 0 – 43737,659 N – 0 – 43737,659
N – 0 – 43737,659
N – 0
(0 – 4,46
tonf – 0 – 4,46 tonf – 0 – 4,46 tonf
-0) aufgebrachten Drucklast ändert,
und dass die Impedanzänderung
klein ist, wenn die Drucklast verringert wird. Dementsprechend kann man
durch Erfassen der Impedanzänderung
die Beaufschlagung des Gummiteils 13 mit einer Vertikalkraft
erfassen, also die Entstehung der inneren Beanspruchung im Gummiteil 13.
Darüber
hinaus ist es durch Ausführen
der Integration etc. der zeitlichen Veränderung der Impedanz möglich, das
Ausmaß der
Verschlechterung des Gummiteils 13 zu erfassen, die der
Entstehung der wiederholten inneren Beanspruchung zuzuschreiben
ist. Im Ergebnis ist es ohne weiteres möglich, das Ausmaß der Verschlechterung
des Gummiteils 13 durch Führen der Leitungsdrähte an einen
entfernten Ort, also eine Überwachungskammer
oder dgl., und durch dortiges Überwachen
der Impedanzänderung,
zu ermitteln.
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Es wäre festzuhalten, dass das Verfahren der
vorliegenden Erfindung, zusätzlich
zur Anwendung auf das wie oben beschriebene Gummiteil 10, auch
auf ein Gummilager 53 anwendbar ist, das aus einem Gummiteil 51 und
einer inneren Stahlplatte 52 besteht, die wie in 13 gezeigt als ein im Gummiteil
eingebettetes Verstärkungsteil
dient, indem beispielsweise an einer Endfläche 54 des Gummiteils 51 bzw.
an der anderen, dazu entgegengesetzten Endfläche 55 Elektroden
angebracht werden.