DE69907971T3

DE69907971T3 - Verbesserung für anker- und sicherungselemente für maschinen in öffentlichen bauten und ähnliches

Info

Publication number: DE69907971T3
Application number: DE69907971T
Authority: DE
Inventors: Jorge Pallas Moreno; Nil Vallve I Bertran; Juan Carlos Merino Senovilla; M Del Rosario Fernandez Martinez
Original assignee: Metalogenia SA
Current assignee: Metalogenia SA
Priority date: 1998-12-02
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2019-12-01
Also published as: ES2146186A1; ES2200571T5; ES2200571T3; DE69907971T2; WO2000032881A1; ES2146186B1; EP1156164B2; AU1507900A; JP2002531728A; EP1156164B1; US6735891B2; ATE240440T1; US20020006318A1; EP1156164A1; CA2353570A1; DE69907971D1; CA2353570C; PT1156164E; JP4495856B2

Description

Die Erfindung soll Verbesserungen bei Sperr- und Haltesystemen für öffentliche Arbeiten, Bergbau und ähnliche Maschinenbetriebe schaffen, die interessante neue und erfinderische Merkmale bezüglich dem Stand der Technik aufweisen.
Maschinen für öffentliche Arbeiten, Bergbau und ähnliches haben die Funktion, Massen von Erde und Steinen zu entfernen und umzuladen. Ausgerüstet sind sie mit einer als Klinge bezeichneten aktiven Arbeitskante, an der eine (Reihe von Einheiten angebracht ist, die zum Eindringen in den Erdboden ausgebildet sind. Diese Einheiten sind üblicherweise eine Reihe von Adaptern (diese sind an der Klinge entweder angeschweißt, angeschraubt oder mechanisch fixiert), und sie besitzen an ihnen angebrachte Werkstücke, die als Spitzen oder Zähne bekannt sind und die Funktion haben, in das Erdreich einzudringen. Es gibt verschiedene Systeme, um die Zähne mit dem Adapter zu vereinen, und sämtliche bekannten Systeme besitzen ein anderes Befestigungs- oder Verriegelungssystem. Das Verriegelungs- oder Sperrsystem muß garantieren, daß der Zahn perfekt an der Nase des Adapters montiert ist und sämtlichen Kräften widersteht, denen die Einheit (Zahn/Sperre/Adapter) ausgesetzt ist. Das Sperrsystem kann durch einen einzelnen Körper gebildet sein (vollständig integriert) oder kann verschiedene Körper umfassen (einen Zapfen mit Haltern oder Spannern). Die Zapfen haben unterschiedliche Form und unterschiedlichen Aufbau. Es gibt Zapfen, die aus ausschließlich Metall bestehen, wenngleich die meisten üblichen Zapfen aus einer Kombination aus Metall oder einem gummiähnlichen Material bestehen.
Die aus einer Kombination eines Metalls und gummiähnlichem Material bestehenden Sperrelemente sind im Gegensatz zu Sperrelementen aus ausschließlich Metall leichter anzubringen und abzumontieren, sie bieten eine günstigere Möglichkeit, der Einheit Spannung zu verleihen, und sie absorbieren auch gut mittelmäßige Kräfte. Allerdings haben sie beträchtliche Nachteile insofern, als sie möglicherweise zu einem Bruch und einem Verlust dieser Elemente führen. Dieser Nachteil unterliegt dem Einfluß von Temperatur auf die mechanischen Eigenschaften des gummiähnlichen Materials und dessen mögliche Verschlechterung aufgrund der Absorption von Ölen und Fetten, wenngleich der Hauptnachteil die hohe Querausdehnung ist, die das gummiähnliche Material erfährt, wenn es komprimiert wird, so daß es zum Reißen neigt. Dies führt dann zu dem Verlust des Zapfens.
Bislang wurden die Sperrsysteme aus einer Kombination aus Metall und gummiähnlichem Material unter Verwendung von kompakten (oder massiven) Elastomeren hergestellt. Ein kompaktes (oder massives) Elastomer ist ein Elastomer, welches aus einer Einzelphase besteht.
Normalerweise werden Naturkautschuke eingesetzt. Diese bieten einen hohen Widerstand für Traktion, Abrieb, Riß und Materialermüdung sowie eine hohe Nachgiebigkeit. Ihre Grenzen liegen in einer nur mäßigen maximalen Arbeitstemperatur (zwischen 70° und 90°) und ihre Empfindlichkeit bezüglich Oxidation und Angriff durch Ozon. Wie im Fall sämtlicher nicht-polarer Kautschuke schwellen sie beträchtlich an, wenn sie in Berührung mit Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel gelangen. Im geschwollenen Zustand ist ihr mechanischer Widerstand beträchtlich reduziert, ihre Empfindlichkeit gegenüber Materialverschlechterung steigt. Die charakterisierende Eigenschaft von Kautschuk ist dessen hohe Elastizität, anders ausgedrückt, seine Fähigkeit, beträchtliche Verformungen bei relativ schwachen Kräften zu erleiden und wieder rasch die ursprüngliche Form und Abmessungen anzunehmen, wenn die Verformungs kräfte nicht mehr wirken, wobei die während der Verformung gespeicherte Energie freigesetzt wird.
Die Unzulänglichkeit, eine starke Querexpansion durchzumachen, wenn sie komprimiert werden, ist sämtlichen kompakten Elastomeren gemeinsam, die bislang in Sperr- und Halteelementen eingesetzt wurden.
Wegen seiner ausgeprägten Fähigkeit für Querexpansion neigt das kompakte Elastomer für Zapfen leicht zur Verschlechterung, Ergebnis der Reibung oder Einschnürung, wenn der Zapfen montiert ist, und auch während des Arbeitseinsatzes der Einheit. Wie in 18 gezeigt ist, reagiert der Block aus kompaktem Elastomer bei Aufbringung einer Kraft F, in Form einer Kompression, wobei er eine Querexpansion zeigt (das Flachstück wird konvex). Dies geschieht deshalb, weil das kompakte Elastomer ein konstantes Volumen auch dann beibehält, wenn es Kräften ausgesetzt wird. Wenn eine Kraft F₂, die größer als F₁ ist, aufgebracht wird, nimmt die Querexpansion zu. Selbst wenn noch größere Kräfte (F₃) kontinuierlich einwirken, setzt das kompakte Elastomer den Expansionsvorgang solange fort, bis eine Grenze erreicht wird, bei der ein Bruch erfolgt. Das Volumen wird in den vier repräsentativen Zuständen konstant gehalten, wobei die Querausdehnung kontinuierlich zunimmt.
Das Hauptproblem der Querausdehnung, hervorgerufen durch die Aufrechterhaltung des Volumens bei Einwirkung einer Kraft, bewirkt, daß das kompakte Elastomer mit anderen Körpern (den Innenwänden des Zapfenlochs, den Innenwänden des Zahns und der Nase des Adapters) kollidiert und schließlich einer Reibung, einer Einschnürung, einer Scherung und einer Faltung ausgesetzt wird, die schließlich einen Bruch des Materials zur Folge hat. Der Bruch des kompakten Elastomers führt zu dem Verlust des Zahns. Aus diesem Grund ist es sehr wichtig, daß das Sperrsystem fest angebracht wird und Kräften Widerstand leistet, denen die Einheit ausgesetzt ist.
In 11 sehen wir eine Einheit, bestehend aus einem Zahn, einem Adapter und einem seitlich eingeführten "Sandwich"-Zapfen aus einer Metall-Gummi-Metall-Kombination. In 12, 12(ii) und 13 können wir sehen, wie die Lagerung dieses Zapfens vonstatten geht. In 12 ist das Ende des Zapfens in dem Zapfenloch plaziert, anschließend wird es mit einem Hammer eingeschlagen. Der Zapfen dringt in das Zapfenloch ein, wobei der Gummi komprimiert wird, wodurch die Metallteile miteinander vereint werden. Die aus Metall bestehenden Endstücke sind voneinander getrennt und beaufschlagen damit das Elastomer, welches häufig auseinandergezogen wird und reißt (12(ii)). Wenn der Zapfen eingeschlagen wird, wird der Gummi weiter komprimiert, so daß es zu einer beträchtlichen unteren und oberen Querausdehnung kommt, die mit der Außenwand des Zahns kollidiert und in unvermeidlicher Weise bewirkt, daß die Qualität des Gummis schlechter wird (13). Im montierten Zustand (14) bleibt der Gummi in einem verformten Zustand und kollidiert mit der Innenwand der Nase des Adapters und mit der Innenwand des Zahns. Wenn die Einheit Kräften ausgesetzt wird, verschlechtert sich der Gummi noch mehr, bis er schließlich bricht.
Um die Unzulänglichkeiten der Querausdehnungen, die mit anderen Bauteilen kollidieren, zu minimieren, wurden geringfügige Modifikationen an der Ausgestaltung der Elastomerelemente vorgenommen, allerdings konnten diese das Problem nicht lösen.
Die vorgenommenen Modifikationen, die zum Minimieren der Querausdehnung vorgenommen wurden, basieren auf der Extraktion eines Teils des Elastomermaterials. Hervorzuheben unter diesen Modifikationen ist die Perforation des Materials, außerdem konkave Formen der Flachstücke. 23 zeigt einen Halter/Spanner mit drei vertikal angeordneten Nadeln. In 24 sind die durchlaufenden Nadeln seitlich in einem "Sandwich"-Zapfen angeordnet. Das Hauptproblem der perforierten Elastomere besteht darin, daß feinteiliges Erdmaterial in die Löcher eindringt. Dieses Feinmaterial wird kompaktiert und verhindert eine Verformung, die durch den von den Löchern absorbierten Druck hervorgerufen wird, so daß der Druck erneut auf die Enden übertragen wird und dort eine Querexpansion hervorruft, genauso wie bei einem nichtperforierten Elastomer. Zusätzlich hierzu wird der Zapfen geschwächt.
Die Lösung der Verwendung von Elastomeren mit konkaven Formen löst das Problem der Querexpansion ebensowenig. Bei starken Kompressionen, wie sie bei der Montage des Zapfens auftreten, werden die Elastomere verformt und kollidieren schließlich mit anderen Bauteilen. Darüber hinaus schwächt die konkave Beschaffenheit den Zapfen, und weil dieser weniger Elastomermaterial beinhaltet, ist das elastische Ansprechverhalten schwächer ausgeprägt als bei einem Zapfen mit nicht-konkavem Elastomer.
Die US 5 731 359 betrifft vibrationsabsorbierende Elemente mit einem geschäumten thermoplastischen Polyamid-Elastomer, bestehend aus einem Block, der Leitungen hauptsächlich für das Bremssystem in Kraftfahrzeugen halten soll, wozu eine Trägerplatte mit einer in einer Bohrung des vibrationsabsorbierenden Blocks aufgenommenen Bolzen vorgesehen ist, und der Blöck eine Porengröße besitzt, die von der Innenseite zur Außenseite hin allmählich geringer wird, um schließlich in einer glatten, geschlossenen Fläche abzuschließen.
Die UK-Patentanmeldung 2 150 667 betrifft einen Kunststoff-Stoßdämpfer mit einem Kunststoffgehäuse, das einen geschäumten Kunststoff mit geschlossenen Zellen enthält und einen Kolben aufweist, der auf die geschäumte Masse einwirkt.
Das US-Patent 4 678 707 zeigt ein schwingungsdämpfendes Verbundlaminat, bestehend aus zwei Schichten aus Metall und einer Schicht aus einer viskoe lastischen Polymerzusammensetzung mit einem Dämpfungs-Verbundstoff, der elektrisch an eine Metallstruktur angeschweißt werden kann.
Die EP 0531603 A1 offenbart einen zusammengesetzten Zahn für Erdbewegungen, der durch einen elastischen Montagekeil wie in dem Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert an einer Halteeinrichtung angebracht ist.
Die Erfinder haben Tests durchgeführt, um eine Lösung der obigen Probleme zu finden. Sie haben eine effiziente technische Lösung bei der Einführung komprimierbarer (zellförmiger) Elastomere gefunden, die vorzugsweise aus zellförmigem Polyurethan als Basis für die Körper hergestellt werden, die die die Halte- und Sperrelemente eingebaut werden, welche in Maschinen für öffentliche Arbeiten, Bergbau und dergleichen verwendet werden. Bei den vorgenommenen Versuchen wurde gesehen, daß für diese Anwendung die angesprochenen Elastomere eine starke reversible Verformung vereinen mit einer sehr geringen Querausdehnung, was sie in idealer Weise geeignet macht für Anwendungen, bei denen der das Material umgebende Raum begrenzt ist. Dank dieser Eigenschaften ist das Verhalten der Sperrelemente während der Montage und während der Betriebsphase hervorragend. Darüber hinaus vermeidet die Implementierung von komprimierbaren (zellförmigen) Elastomeren die Ausgestaltung von Modifikationen in speziellen Formen oder mit Perforationen, so daß die Fertigung vereinfacht ist.
Die Anwendung der komprimierbaren (zellförmigen) Elastomere, die vorzugsweise aus zellförmigem Polyurethan bestehen, hat üblicherweise die Form von Blöcken dieses Werkstoffs mit geeigneten Abmessungen, einhergehend mit Metallaufnahmeteilen, die zusammen eine Haltevorrichtung bilden. Die Elastomermaterial-Blöcke stellen die elastischen Eigenschaften für die Sperr- und Halteelemente dar. Die Anbringung der Blöcke kann entweder durch Ankleben des zuvor geformten Materials oder durch Anformen und Polymerisieren der aktuellen Komponenten des Polyurethans erfolgen, in Verbindung mit Metallstücken, die das Halteelement bilden.
Zum besseren Verständnis haben wir als nicht beschränkend zu verstehendes Beispiel eine Reihe von Zeichnungen beigefügt, die sich auf den Aufbau der verbesserten Sperr- und Halteelemente gemäß der Erfindung beziehen.
1, 2, 3, 4 und 5 zeigen Ansichten einer zapfenähnlichen Haltevorrichtung, bei der die vorliegenden Verbesserungen angewendet sind.
6, 7, 8, 9 und 10 zeigen Ansichten eines weiteren Beispiels eines Zapfens, bei dem die vorliegenden Verbesserungen anwendbar sind.
11 zeigt eine perspektivische Ansicht der Positionierung von Horizontal-Sandwich-Zapfen.
12, 13 und 14 sind jeweils Ansichten der Positionierung des Sperrzapfens in der Kerbe bzw. eine Querschnittdarstellung dieser Anordnung, das ganze durchgeführt in dem derzeitigen Stand der Technik.
12(ii) zeigt eine Zwischenphase, in der die Enden des Zapfens bei seiner Positionierung aufgeweitet werden.
15, 16 und 17 zeigen jeweils Ansichten der Positionierung bzw. eine perspektivische Teilschnittansicht eines Zapfens mit den hier offenbarten Verbesserungen.
18 zeigt ein Diagramm der aufeinanderfolgenden Kompressionsphasen eines Blocks aus Kautschukmaterial, wie es im Stand der Technik verwendet wird.
19 zeigt ein Diagramm des Verhaltens eines Kautschukmaterial-Blocks (kompaktes Elastomer) und das Verhalten eines komprimiebaren (oder zellularen) Elastomerblocks in einem geschlossenen Raum.
20 zeigt ein Diagramm der Gestalt eines komprimierbaren (zellularen) Elastomerblocks.
21 zeigt eine Ansicht, die in 37-facher Vergrößerung einen Elastomerblock gemäß der Erfindung zeigt.
22 zeigt einen Schnitt eines Elastomerblocks gemäß der Erfindung, vergrößert um etwa das 90-fache.
23, 24, 25 und 26 zeigen jeweils Versionen von Sperrelementen gemäß dem Stand der Technik, bei denen Modifikationen vorgenommen wurden, um den Effekte der Querausdehnungen zu mildern. Die Verbesserungen gemäß der Erfindung könnten bei diesen Elementen angewendet werden, so daß es überflüssig wäre, Perforationen oder andere Arten einer Modifikation vorzunehmen, die das mechanische Ansprechverhalten dieser Elemente abträglich beeinflussen.
27 zeigt das Verhalten eines nicht-komprimierbaren Elastomers und eines komprimierbaren Elastomers.
28 zeigt ein Diagramm der Ausgestaltung des Zahns und seines Adapters mit der relativen Lage der Löcher für den Zapfen in jedem der Löcher.
29 zeigt ein Diagramm eines Zapfens in Verbindung mit seiner Breite.
In den 1 bis 5 ist zu sehen, daß ein zum Stand der Technik zählendes Sperrelement, bei dem die vorliegende Erfindung angewendet wird, erhalten werden kann durch einen Zapfen mit Metallstücken 1 und 2, zwischen denen sich ein Block 3 eines Elastomermaterials befindet, üblicherweise angebracht durch Vulkanisation oder durch Ankleben der Metallstücke 1 und 2 an den Innenseiten 4 und 5.
Bei einem weiteren Beispiel, das in den 6 bis 10 dargestellt ist, besitzt die Sperrvorrichtung, die ebenfalls die Form eines Zapfens hat, zwei Metallstücke 6 und 7, die in diesem Fall symmetrisch sind und mit Zwischenschichten auf ihren Außenseiten 8 und 9 ausgestattet sind, um einen Block 12 aus einem Elastomermaterial in dem Innenraum gegenüber den Innenseiten 10 und 11 der Stücke 8 und 9 aufzunehmen.
23 zeigt eine Version des Halteelements gemäß Stand der Technik, gebildet durch eine Metallbasis 50 und einen Block aus gummiähnlichem Elastomer 51, in welchem verschiedene Löcher, angedeutet bei 52, ausgebildet sind, um eine Kompensation der Querverformung zu ermöglichen, welche durch dieses Material bekannter Art hervorgerufen wird. 24 zeigt eine weitere Version basierend auf zwei Metallstücken 53 und 54 mit einem dazwischen befindlichen Elastomermaterial-Block 55, der zum gleichen Zweck mit Durchgangslöchern 56 versehen ist. In ähnlicher Weise zeigt 25 eine Abwandlung der Anordnung nach 23, bei der ein Metallstück 57 die Einwirkung eines Elastomermaterial-Blocks 58 aufnimmt, wobei letzterer mit einem Längsloch 59 versehen ist, das den gleichen Zweck hat, wie er oben angegeben wurde. In 26 sieht man außerdem ein Halteelement aus zwei einander gegenüberliegenden Metallstücken 60 und 61, zwischen denen der Elastomermaterial-Block 62 seitliche konkave Formungen aufweist, wie sie bei 63 und 64 angedeutet sind, die eine Querverformung des Elastomermaterials ermöglichen sollen. All diese technischen Maßnahmen zum Vermeiden der Querverformung gemäß Stand der Technik werden durch die vorliegende Erfindung verbessert.
Die Verwendung dieser Sperrelemente erfolgt in der in 11 gezeigten Weise derart, daß die Zapfeneinheit 13, beispielsweise von dem in den 6 bis 10 dargestellten Typ, zwischen den Zähnen 14 und dem Adapter 15 angebracht wird, um in den zu diesem Zweck ausgebildeten Durchgangslöchern plaziert zu werden (nur das Loch 16 ist dargestellt).
Wie in den 12, 12(ii), 13 und 14 zu sehen ist, entsteht durch das Einführen des Zapfens 13 in die zur Aufnahme des Zapfens ausgebildeten Löcher eine Kompression der Metallstücke 17 und 18, die einen Bestandteil des Zapfens bilden, wobei die Metallstücke den Block aus gummiähnlichem Material 19 zusammendrücken, so daß dieser sich seitlich ausweitet, um dadurch die vorspringenden Zonen 20 und 20' zu bilden. Diese vorspringenden Zonen führen zu Problemen aufgrund ihrer Kollision mit der Außenwand des Zahns und der einander gegenüberliegenden Seiten 21 und 22 der Kerbe, in der der Stift plaziert wird, was zu Kratzern und Rissen in dem Elastomermaterial ebenso wie zu Scherkräften führt, welche die Unversehrtheit des Elastomerblocks gefährden und folglich auch die richtige Funktionsweise des Zapfens.
In den 15, 16 und 17 sieht man das Verhalten eines Halteelements, welches die hier offenbarten Verbesserungen beinhaltet. Ein Zapfen 43 wird an einem Loch 44 plaziert und übt einen Druck auf das Elastomermaterial 45 aus, dessen Seiten 46 und 47 kaum eine Verformung erleiden.
Zum Zweck einer besseren Erläuterung der Verformung, der ein Elastomermaterial-Block aus gummiähnlichem Material ausgesetzt ist, zeigt 18 ein Diagramm eines Schnitts durch einen Block 23, auf den die Kompressionskraft gemäß dem Vektor 24 ausgeübt wird, wodurch es zu einer Kompression dieses Block kommt, damit einhergehend seitliche Ausdehnungen, wie sie bei exp₁ angedeutet sind, und die eine Funktion der Kraft F, sind. Im Fall der Steigerung der Kompressionskraft, dargestellt durch den Vektor 25, gibt es Verformungen exp₂, und diese sind in beiden Fällen die gleichen. Mit zunehmender Kompressionskraft, die auf den Elastomermaterial-Block 23 einwirkt, wird schließlich eine Situation erreicht, in der diese Kraft, dargestellt durch den Vektor 26, Expansionen exp₃ auf beiden Seiten hervorruft, die zu einem Bruch in den extremen oder äußeren Zonen 27 und 28 des Blocks 23 führen. In diesem Fall, in welchem der Block aus gummiähnlichem Material zur Veranschaulichung verwendet wird, sind die Volumina in den vier repräsentativen Zuständen, bezeichnet mit V₀, V₁, V₂ und V₃, die gleichen, es gilt also die Beziehung V0 = V1 = V2 = V3.
In 28 ist zu sehen, daß, wenn ein Zahn an einem Adapter angebracht wird, ein Raum verbleibt, der bestimmt wird durch die hintere Wand des Lochs des Zahns und die vordere Wand der Kerbe in der Nase des Adapters. Der Zapfen sollte in diesem Raum (A) plaziert werden. Der Raum besitzt eine Schmelztoleranz. Die Toleranzanteile bestimmen sich durch Beibehaltung der Rückwand des Lochs in dem Zahn und der Vorderwand der Kerbe in der Nase des Adapters gegenüber dem Scheitel des Dreiecks, welches die Konizität des Zahns und der Nase des Adapters (C) bestimmt. Es gilt zum Beispiel: X = 180 mm (0; –1,5) Y = 200 mm (+ 1,5; 0)
Wenn Y-X = A, dann ist A = 20 mm (+ 3; 0).
Dementsprechend sollte der Raum, in welchem der Zapfen plaziert werden soll, zwischen 20 und 23 mm variieren.
In der in 27 gezeigten Graphik sieht man das Verhalten eines nicht komprimierbaren Elastomermaterials 70 (Gummi-Art) und eines komprimiebaren Elastomers 71 in einem geschlossenen Raum, wobei die Kraft auf der Y-Achse und die Verformungen auf der X-Achse aufgetragen sind. Nachdem der Stift in seiner 23 mm großen Kerbe plaziert ist, muß er eine Kraft ausüben, um in dieser Kerbe zum Sperren des Zahns (F) in der Kerbe fixiert zu bleiben. Wenn die Toleranz (Kompression von 3 mm) hinzukommt, erfährt diese Kraft eine beträchtliche Zunahme, falls ein mit gummiähnlichem Material ausgeführter Zapfen verwendet wird (F_mc), was auf eine Haupt-Querexpansion hinweist. Bei einem mit einem komprimierbaren Elastomer ausgeführten Zapfen hingegen ist die Kraft, mit der der Zapfen die Kompression absorbieren muß, viel geringer (F_mp). Hinzu kommt, daß der mit kompressiblem Elastomer ausgeführte Zapfen einen größeren Kompressionsbereich besitzt als der mit gummiähnlichem Material hergestellte Zapfen, so daß die Möglichkeit gegeben ist, den durch die Nase des Adapters verursachten Verschleiß zu absorbieren (R_cp > R_cc). Dieser Verschleiß bedeutet, daß es mehr und mehr Spiel gibt zwischen dem Zahn und dem Adapter, woraus folgt, daß der Zapfen dieses Spiel zu absorbieren hat, um ein Herabfallen des Zahns zu verhindern.
Beträgt die Breite des Zapfens B, so muß dies soweit kompensiert werden, bis der Zapfen A erreicht, wenn er in der Kerbe platziert wird, dies bedeutet, daß der Zapfen derart ausgestaltet werden muß, daß er sich im verformten Zustand in dieser Kerbe platzieren lässt, und dass der Zapfen im ausreichendem Maß die Spannung bieten kann, die notwendig ist, um den Zahn zu verriegeln, nachdem der Zapfen positioniert ist. Durch Verwendung von Gummi ähnlichem Material in dem Zapfen, bewegt sich die Bewegungsfreiheit auf einem Minimalwert, so dass eine der beiden Facetten geopfert werden muß. In anderen Worten: entweder ist es schwierig, den Zapfen zu montieren, oder die Befestigung und die Spannung des Zapfens werden schlechter, nachdem der Zapfen positioniert wurde. Andererseits ermöglicht die Verwendung von kompressi blen Elastomeren in den Zapfen das Arbeiten mit einer größeren Schmelztoleranz, so daß eine geringere Dimensionsgenauigkeit erforderlich ist, als in dem Fall, in welchem ein Zapfen mit Gummi ähnlichem Material ausgebildet wird. Bei besserer Befestigung wird ein einfacheres Positionieren erreicht. Dies führt zu einer Einsparung bei den Fertigungskosten, die Zerspahnung gefährdeter Zonen wird vermieden, die Fertigungstoleranzen werden erhöht.
19 zeigt einen Vergleich zwischen dem Verhalten eines gummiähnlichen Elastomermaterials 29 und dem Verhalten eines komprimierbar (oder zellförmigen oder zellularen) Elastomermaterials 31''' in einem umschlossenen Raum 31. Da kein Raum für eine seitliche Ausdehnung vorhanden ist, da der Bereich 31 verschlossen ist, verformt sich der Gummiblock nicht, so dass sich die Fläche 31 bei Aufbringung einer durch den Vektor F in X₁ repräsentierten Kraft 30 nicht ändert. Andererseits kann der aus kompressiblen Elastomer 31 bestehende Block sich verformen, da das Material selbst komprimierbar ist und keine Querausdehnung erfordert. Deshalb befindet sich die Oberfläche, die zunächst auf der gleichen Ebene lag wie die des Blocks 29, auf einer Höhe, die durch die Bezugszahl 31'' bezeichnet ist, nachdem eine durch den Vektor F in X₂ repräsentierte Kraft 32 aufgebracht ist. Als Beispiel lässt sich anhand von Laborversuchen mit einem Elastomermaterial in Form von zellularem Polyurethan eine Dichte von 53 kg/m³ eine Kompression von 80% gegenüber den ursprünglichen Abmessungen der Komponente nachweisen. In einem geschlossenen Raum, wie er in 19 gezeigt ist, kann das zellulare Polyurethan-Elastomer mit einer Dichte von 53 kg/m³ auf 63% seines Volumens komprimiert werden. Gummi mit einer Härte von 45 Shore-A und einer Dichte von 1,18 g/cm³ läßt sich nicht komprimieren.
Zum besseren Verständnis dieses überragenden Verhaltens von komprimierbarem (oder zellularem) Elastomers sei ein Block 33 aus komprimierbarem (oder zellularem) Elastomer betrachtet, der schematisch in 20 dargestellt ist. Man kann erkennen, dass die im vergrößertem Maßstab dargestellte Zone 34 eine Vielzahl von Hohlräumen 35, 35' und 35'' aufweist, die geschlossene, mit Gas gefüllte Kammern bilden, wobei das Gas in den meisten Fällen Kohlendioxid ist. Man sieht allerdings, daß eine gleichwertig Zufrieden stellende Funktionsweise erreicht werden kann, mit Hilfe von anderen synthetischen Harzen, die ein gewisses Maß an Elastizität besitzen, und die ein anderes Gas als CO₂ in dem geschlossenen Zellen aufweisen, wobei dieses Gas Bestandteil der Maße des Elastomermaterials ist. In diesem Zusammenhang versteht sich, daß, da wir mit Hohlräumen arbeiten, die gefüllt sind mit Gas, welches bei der Fertigung oder Behandlung des Materials entsteht, die Form der Kammern deutlich kugelförmig ist. In 20 selbst können wir eine weitere Zone 36 des Blocks 33 in einem größeren Maßstab erkennen, woran man erkennt, dass das Strukturelement 37, vorzugsweise gebildet durch ein synthetisches Elastomer, und die Hohlräume 38, 38' und 38'' für im Inneren eingeschlossenes Gas ein Strukturmaterial bilden, welches die gasgefüllten Hohlräume vollständig umgibt und voneinander trennt.
In den 21 und 22, die jeweils Schnittansichten der realen Blöcke aus zellularen Elastomermaterialien zeigen, vergrößert um das 34-90-Fache, sind die Höhlräume durch unterschiedliche Kugeln in etwas helleren Außenumrissen dargestellt, wie sie in diesen Figuren mit Bezugszeichen 39 und 40 angedeutet sind. Die dunkleren und deutlich kreisförmigen Elemente, wie sie bei 41 und 42 dargestellt sind, entsprechen den Hohlräumen, die oberhalb ihrer Mittelebene geschnitten wurden, wobei der Hintergrund dunkel bleibt.
Im Hinblick auf die Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung halten wir es für bevorzugt, wenn zellulare Polyurethan-Elastomere für die Erfindung Dichten zwischen etwa 200 und 1000 kg/m³ haben.
In ähnlicher Weise bleibt der Prozentsatz des von den Hohlräumen belegten Volumens gegenüber dem Gesamtvolumen des Block aus zellularem Polyurethan zwischen etwa 30% und 90%, das heißt, daß das von der Summe der verschiedenen Hohlräumen belegte Volumen schwankt gegenüber dem Gesamtvolumen des Blocks zwischen 30% und 90%.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung beruht auf der Tatsache, daß, wenn ein zellulares Polyurethan-Elastomer verwendet wird, ein Material erhalten wird, welches im Gegensatz zu den derzeit verwendeten Gummis beständig gegenüber Fetten und aliphatischen Kohlenwasserstoffen ist, also eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen Altern besitzt.
In ähnlicher Weise zeigen die neuen Materialien, die für die Halteelemente im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden, ein besseres Verhalten bei der Verformung, die nach der Kompression verbleibt. Wenn zum Beispiel die zellularen Polyurethan-Elastomere während 22 Stunden bei einer Temperaturhöhe von 70°C der gleichen Verformung unterzogen werden, haben sie eine bleibende Verformung zwischen etwa 4% und 7%, während bei gleichen Bedingungen das gummiähnliche Elastomer eine bleibende Verformung von zwischen etwa 30% und 40% besitzt.
Das Strukturmaterial eines komprimierbaren (zellularen) Elastomers kann ein Terpolymer von Ethylen-propylen-dien (EPDM), Polychloropren, Styrolbuta-diengummi (SBR), Polyvinylchlorid (PVC), Polyolefine und dergleichen sein. Dennoch ist das Strukturmaterial, welches derzeit die besten mechanischen Eigenschaften für die erfindungsgemäße Anwendung hat, Polyurethan. Auf der Grundlage des oben gesagten ist ersichtlich, daß das wesentliche der Erfindung beinhaltet, einen oder verschiedene Blöcke aus einem Elastomermaterial zwischen das Metallstück oder zwischen Metallstücke einer Halte- oder Spannvorrichtung einzubringen, unabhängig davon, ob diese zusam mengefügt sind oder nicht, wobei das Material ein Strukturmaterial oder eine Matrix aus elastischem Material, vorzugsweise synthetischer Art ist, das in seiner Masse eine große Menge kleiner Hohlräume oder geschlossener Zellen besitzt, die im großen und ganzen voneinander getrennt und mit Gas gefüllt sind, um komprimierbar zu sein, wenn eine Kompression des Elastomermaterial-Blocks erfolgt, und da es eine minimale Verformung in solchen Richtungen zeigt, die quer zu der auf das Elastomer einwirkenden Kraft verlaufen.
Da die vorliegende Erfindung Blöcke aus zellularem Material mit einer Matrix oder Strukturmaterial aus Synthetikstoff und elastischer Natur verwendet und mehrere mit Gas gefüllte Kammern vorhanden sind, entfällt der Nachteil von kompakten Kautschuktyp-Elastomeren, die normalerweise verwendet werden, wobei die Vorteile von diesen beibehalten werden. Die Anwendung der Erfindung bei Sperr- oder Verriegelungssystemen in der Form eines Blocks zwischen zwei Sandwich artigen angeordneten Metallträgerstücken oder als Spanner oder Halter ermöglicht, daß diese Elemente Hauptkräfte absorbieren, eine sehr stark reduzierte Querexpansion erleiden und eine größere Beständigkeit gegen Flexion/Torsion aufweisen. Die Möglichkeit eines Bruchs oder eines Verlusts des Sperrelements ist praktisch ausgeschaltet. In ähnliche Weise wird ein höheres Maß an Widerstandsfähigkeit gegen Alterung und ein besse- res Ansprechverhalten auf Verformungskräfte erreicht. Rechtzeitig ist die Montage erleichtert, da die Sperrelemente, beispielsweise in Form von Zapfen, ein stärkeres elastisches Verhalten zeigen als die derzeit implementierten kompakten Elastomere. Die Beeinträchtigung der bekannten Vorrichtungen wird ausgeschaltet durch das Elastomermaterial. In ähnlicher Weise muß zu den Vorteilen bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung die Möglichkeit einer Schwankung innerhalb breiter Grenzen der Kennlinien des Materials zur Anpassung an spezifische Anwendungen genannt werden, wobei in Verbindung mit Additiven eine erhöhte mechanische Beständigkeit gegen Abrieb oder Öl und Umwelteinflüsse erreicht wird oder die Dichte und/oder das von dem mit Gas gefüllten Hohlräumen belegte Volumen variiert wird, um das Sperrelement an spezifische Arbeitsverhältnisse anzupassen.
Solange dies keinen abträglichen Einfluß, eine Änderung oder eine Modifizierung des Wesens der beschriebenen Verbesserungen hat, sind die Effekte der Erfindung variabel im Rahmen des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche.

Claims

Ein Verriegelungs- und Halteelement zum Anbringen eines Zahns an einen Adapter einer Baggerschaufel oder dergleichen durch ein Einbringen des Verriegelungs- und Halteelements in ein Loch, das sich sowohl durch den Zahn als auch die Baggerschaufel oder dergleichen erstreckt, wobei das Verriegelungs- und Halteelement eine Kombination von zumindest einem Metallelement und zumindest einem Block eines Elastomermaterials aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Block eines Elastomermaterials (3) aus einer elastischen Struktur gebildet ist, die mehrere interne Hohlräume in der Form geschlossener, sphärischer, gasgefüllter Zellen enthält, so dass bei einem Einbringen des Verriegelungs- und Halteelements in das Loch über das zumindest eine Metallelement (1, 2) eine Druckkraft auf den zumindest einen Block eines Elastomermaterials (3) ausgeübt wird, wobei die resultierende Ausdehnung jedes Elastomermaterials in die Richtungen minimiert ist, die transversal zu der Kraft sind, die auf jedes Metallelement (1, 2) ausgeübt wird.
Ein Verriegelungs- und Halteelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomermaterial (3) aus einem Polyurethanharz gebildet ist.
Ein Verriegelungs- und Halteelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas, das in den Zellen komprimiert ist, die im Allgemeinen voneinander getrennt sind, Kohlenstoffdioxid ist.
Ein Verriegelungs- und Halteelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomermaterial (3) aus einem zellulären Polyurethan mit einer Dichte von 200 bis 1000 kg/m³ gebildet ist.
Ein Verriegelungs- und Halteelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomermaterial (3) aus einem zellulären Polyurethan gebildet ist, wobei das Volumen der Zellen mit Bezug auf das Gesamtvolumen des Elastomermaterials (3) zwischen 30% und 90% beträgt.
Ein Verriegelungs- und Halteelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomermaterial (3) aus einem zellulären Polyurethan gebildet ist, das bei einer Temperatur von 70°C eine Restverformung gegenüber einer Kompression von 2% bis 10% zeigt.
Ein Verriegelungs- und Halteelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomermaterial (3) aus einem EPDM (Terpolymer von Ethylen-Propylen-Dien) gebildet ist.
Ein Verriegelungs- und Halteelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomermaterial (3) aus Polychloropren gebildet ist.
Ein Verriegelungs- und Halteelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomermaterial (3) aus SBR (styrene-butadiene rubber = Styren-Butadien-Gummi) gebildet ist.
Ein Verriegelungs- und Halteelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomermaterial (3) aus PVC (Polyvinylchlorid) gebildet ist.
Ein Verriegelungs- und Halteelement gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomermaterial (3) durch Polyolefine gebildet ist.