EP4423404A1 - System und verfahren zur elastischen lagerung von bauwerken oder bauwerksteilen - Google Patents

System und verfahren zur elastischen lagerung von bauwerken oder bauwerksteilen

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Publication number
EP4423404A1
EP4423404A1 EP22812410.3A EP22812410A EP4423404A1 EP 4423404 A1 EP4423404 A1 EP 4423404A1 EP 22812410 A EP22812410 A EP 22812410A EP 4423404 A1 EP4423404 A1 EP 4423404A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
elastomer
building
cylinder
cylinder system
Prior art date
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Pending
Application number
EP22812410.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Nicolai Kubasiak
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Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP4423404A1 publication Critical patent/EP4423404A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F5/00—Liquid springs in which the liquid works as a spring by compression, e.g. combined with throttling action; Combinations of devices including liquid springs
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate
    • E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
    • E04H9/021—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings
    • E04H9/0215—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings involving active or passive dynamic mass damping systems
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate
    • E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
    • E04H9/021—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings
    • E04H9/0235—Anti-seismic devices with hydraulic or pneumatic damping
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F2224/00—Materials; Material properties
    • F16F2224/04—Fluids
    • F16F2224/048—High viscosity, semi-solid pastiness

Definitions

  • the invention relates to a system for the elastic mounting of buildings or parts of buildings, which comprises a building or part of a building, a mounting means and a substructure.
  • the invention also relates to a method for the elastic mounting of buildings or parts of buildings, in which a mounting means is provided between a building or part of a building and a subsoil.
  • the present invention relates to the use of a system or bearing means whose mode of action is based on the compressibility of a liquid compressible medium, such as a compressible liquid elastomer or silicone oil, which is referred to below as an elastomer-piston-cylinder system.
  • a liquid compressible medium such as a compressible liquid elastomer or silicone oil
  • a bearing or bearing means is understood to mean a component which is arranged between a building or a part of a building and a subsoil in order to transmit mechanical forces.
  • the subsoil can be a building or a part of a building, a foundation of a building or a technical installation on which a building or a part of a building is arranged.
  • a bearing means can be arranged between different storeys or storeys of a building and elastically store individual areas of a storey or the entire storey by means of a plurality of bearing means.
  • one or more bearing means are arranged between a technical system and a structure or part of a structure, the technical system being a metal construction, for example, which has the task of leveling out uneven terrain.
  • the technical system can enable the structure or part of a structure to be erected over a body of water or a river or in a floodplain.
  • a building, a bridge, a railway line, a wind turbine or the like is considered a structure.
  • a structural part is a part of a building such as a room or a floor, a part of a bridge, such as a bridge pillar, a part of a railway line, a part of a wind turbine or the like.
  • the term elastic mounting of a building or part of a building means that the mechanical connection through the mount or the mounting means is deliberately designed to be elastic and possibly also mechanically damping.
  • One reason for the elastic mounting is the technical use of structural dynamic effects, such as vibration isolation or vibration damping.
  • a bearing can be used to reduce vibrations in buildings or parts of buildings.
  • Compressible media such as elastomers are known from the prior art as dimensionally stable but elastically deformable plastics. These plastics can deform elastically under tensile and compressive loads. When the forces causing the deformation are removed, these plastics return to their original shape.
  • liquid elastomers are also known.
  • dimethylpolysiloxanes can be used as materials for a liquid elastomer.
  • liquid elastomers in a system similar to the bearing means as so-called liquid springs in chain tensioning systems, for example, in order to tension chains of caterpillar vehicles and the like.
  • such a liquid spring has a cylindrical housing open on one side, a piston arranged in this housing with a piston collar, a guide bush guiding the piston and appropriate fastening and sealing means to ensure the cohesion and tight closure of the liquid spring.
  • the liquid spring is designed both as a pressure liquid spring and as a tension liquid spring.
  • elastic elements which are often made of solid materials such as polyurethane, rubber or steel, such as helical springs or disc springs, are used for elastic mounting or for the construction of so-called vibration absorber systems for buildings or machines.
  • Suppliers of such elastic bearings include the companies VICODA GmbH, GetznerWerke GmbH, Schulz Bau pressure GmbH and others.
  • a disadvantage of such damping means such as elastic elements is often the limited effective surface pressure p, which occurs with larger loads, such as a building or the pillars of buildings or bridge piers. This leads, for example, to compromises such as the constructive increase in the horizontal storage area with the disadvantage of the additional space required for storage.
  • An example of this are elements with the designation Sylodyn from Getzner starting materials GmbH.
  • the quotient is used as the effective surface pressure understood from the vertically absorbable nominal force F of the bearing and the horizontal space requirement A of a bearing element or bearing means.
  • the elastic support of a building or part of a building creates an oscillating system.
  • This system exhibits a resonant frequency / g , which is also known as the bearing frequency and is clear from the context between the object mass m and the stiffness k.
  • the object mass could, for example, be the weight of a part of the building to be supported and the rigidity essentially results from the spring rigidity of the bearings used.
  • a further disadvantage of the prior art is the comparatively low level of resilience that can be achieved by the elastic elements. This applies in particular to high effective surface pressures of, for example, 10 N/mm 2 and more. This results in a comparatively high resonant frequency f g , which can be detrimental to the desired vibration reduction in the case of vibration isolation. In principle, a lower resonance frequency f g leads to more effective vibration isolation.
  • a very soft spring stiffness of, for example, 3000 N/mm is advantageous or even necessary, which is difficult to achieve with the known elastic elements.
  • Lateral displacements which can only be absorbed to a limited extent, can pose a problem, particularly when using polyurethane or rubber as damping means.
  • significant lateral displacements can occur as a result of shrinkage processes in the concrete.
  • Shrinkage is a change in volume of the concrete that occurs, for example, as a result of hardening and drying out.
  • the time lag in the production of the substructure and the superstructure leads, for example, to differences in the shrinkage process of the respective concrete part.
  • the resulting lateral displacements often have to be absorbed over time by the bearings supporting the structure.
  • lateral displacements can also occur, for example, as a result of thermal expansion processes.
  • a further disadvantage is that non-destructive replacement is problematic, particularly in the case of the solids used, since the building or a part of the building is often installed directly on the solid used as a storage medium.
  • the values for an effective surface pressure achieved in the prior art are usually in the range from 0.5 N/mm 2 to 2.5 N/mm 2 .
  • the resonance frequencies are usually in a range between 1.3 Hz and 11.5 Hz.
  • a central stone column is arranged in a cylindrical housing.
  • the central stone pillar has a second concave spherical surface on its underside by which it is seated on a second convex spherical surface of a sliding member.
  • the sliding element is mounted with its underside designed as a third convex spherical surface on a sliding disc with a top designed as a third concave spherical surface.
  • the cylindrical housing has a bottom formed as a first concave surface on the inside, on which the sliding disk rests with its underside formed as a first convex spherical surface.
  • the object of the invention is now to specify a system and a method for the elastic mounting of buildings or parts of buildings, with which a simple and inexpensive solution for an elastic mounting is provided and with which both a high effective surface pressure and a low spring stiffness are achieved and thus low resonant frequencies can be realized for an elastic bearing.
  • a further object is to provide an absorber system for reducing vibrations in a structure.
  • a mounting means a new type of spring element with a liquid compressible medium such as a liquid or a compressible liquid elastomer for the elastic mounting of buildings or parts of buildings.
  • absorber systems with the novel bearing means will be installed on buildings or parts of buildings for the purpose of reducing vibration.
  • Such a new type of bearing means is also referred to below as an elastomer-piston-cylinder system, which works with a liquid, compressible medium such as a liquid elastomer.
  • a liquid, highly compressible medium such as a liquid in an elastomer-piston-cylinder system for the elastic mounting of buildings or parts of buildings.
  • a liquid compressible medium only a compressible liquid elastomer is described below, without the invention being restricted to the use of a compressible liquid elastomer. It is provided here that at least one or more of these elastomer piston-cylinder systems are arranged between a structure such as a building and a subsoil under the structure.
  • Such an arrangement of several elastomer-piston-cylinder systems can take place, for example, in the form of a matrix, with several elastomer-piston-cylinder systems being arranged in each row of the matrix and with the matrix having several of these rows.
  • an elastomer-piston-cylinder system or several elastomer-piston-cylinder systems are arranged between the building and the subsoil in such a way that the elastomer-piston-cylinder system or the elastomer-piston-cylinder systems carry the weight of the building and the elastic mounting of the Structure takes place in the direction of a weight of the structure.
  • the elastomer-piston-cylinder system or several elastomer-piston-cylinder systems are arranged in a vertical installation position, which corresponds to the direction or the effective direction of a weight of the structure.
  • the elastomer-piston-cylinder system or the elastomer-piston-cylinder systems thus counteracts the weight of the structure.
  • an installation position of the elastomer-piston-cylinder system other than vertical is also possible if the weight of the structure is partially or partially offset from its vertical direction of action with the aid of joints and levers is completely deflected in a different direction. After a corresponding force deflection, the weight of the structure can also act horizontally.
  • an arrangement of the elastomer-piston-cylinder systems can deviate from the matrix form, for example in the event that the weight distribution of the structure is uneven.
  • a larger number of the elastomer-piston-cylinder systems can be arranged in areas in which the structure acts with a greater weight force on the elastomer-piston-cylinder systems arranged under the structure and on the subsoil.
  • an elastomer-piston-cylinder system is arranged between the subsoil and a structural part, such as a load-bearing wall or a pillar.
  • a structural part such as a load-bearing wall or a pillar.
  • an elastomer-piston-cylinder system or several elastomer-piston-cylinder systems are arranged to support the weight of the building part and the elastic mounting of the building part takes place in the direction of the weight of the building part.
  • the elastomer-piston-cylinder system or several elastomer-piston-cylinder systems are arranged in a vertical installation position, which corresponds to the direction of the weight of the structural part. The elastomer-piston-cylinder system or the elastomer-piston-cylinder systems thus counteracts the weight of the structural part.
  • the elastomer-piston-cylinder system is realized with one or two curved contact surfaces. These contact surfaces are on the Elastomer-piston-cylinder system arranged at one or both ends, which lie in the longitudinal extension of the elastomer-piston-cylinder system. Provision is made for a first curved contact surface to be arranged at a first end of the elastomer piston-cylinder system, for example on a head sleeve, and a second curved contact surface at a second end of the elastomer piston-cylinder system, for example on a base plate .
  • the bearing of a building is designed in such a way that a bearing upper part, which is firmly connected to the building, is arranged under the building and a bearing lower part, which is firmly connected to the ground, is arranged above the subsoil.
  • the upper bearing part and the lower bearing part form, for example, two surfaces aligned parallel to one another, between which an elastomer-piston-cylinder system is arranged.
  • several of these mounts each comprising an elastomer-piston-cylinder system, an upper mount part and a lower mount part, are formed.
  • the elastomer-piston-cylinder system is aligned in this bearing in a position or installation position, which corresponds to the direction of the weight of the structure.
  • the elastomer-piston-cylinder system counteracts the weight of the structure.
  • the design of the first curved contact surface on the head sleeve of the elastomer piston-cylinder system and the second curved contact surface on the base plate of the elastomer piston-cylinder system results in a frictional connection of the elastomer piston-cylinder system with the upper bearing part and the lower bearing part.
  • the force that counteracts the horizontal displacement can be set constructively.
  • a correspondingly larger radius R of the curved contact surfaces generates a greater counterforce, which counteracts a horizontal displacement of the structure relative to the subsoil.
  • a radius sum consisting of the upper and lower radius of the curved contact surfaces, which is equal to or greater than the length or the longitudinal extension of the elastomer-piston-cylinder system.
  • the sum of the radius is chosen to be 640 mm, 1000 mm or 1500 mm, for example.
  • the opposite bearing parts ie the upper bearing part and the lower bearing part, to have curved surfaces.
  • the upper bearing part and the lower bearing part are each provided, for example, with a curved, inwardly curved, concave surface facing the elastomer-piston-cylinder system.
  • a joint socket can arise on the upper and lower side of the bearing, with an inclined position of the elastomer-piston-cylinder system not being caused by rolling, but by sliding of the curved Surfaces of the elastomer-piston-cylinder system can arise in the curved surfaces of the upper part of the bearing and the lower part of the bearing.
  • the problem of the comparatively low mechanical damping values of conventional elastic elements is solved by an elastomer-piston-cylinder system. Additional damping elements are not required for this, as is usual in the prior art.
  • the solution is achieved structurally with the elastomer-piston-cylinder system without any significant additional effort, in that a small gap s is provided between an inner cylinder diameter of the compression chamber and the edge of the piston collar.
  • the dimensions of such a small gap s are, for example, in a range between 0.1 mm and 1.0 mm and can in particular be 0.5 mm.
  • the piston moves with the piston collar of the elastomer-piston-cylinder system, causing the volume of the sub-chambers A and B to change in the opposite direction.
  • the expansion or compression of the compressible liquid elastomer in the sub-chambers A and B creates a pressure difference between the first sub-chamber A and the second sub-chamber B.
  • This is followed by a pressure equalization process due to the compressible liquid elastomer flowing through the narrow gap s, with a flow resistance of from sub-chamber A to sub-chamber B or vice versa. This creates a counteracting effect on the piston speed or the piston movement Force component that manifests itself as mechanical damping.
  • the mechanical work done is converted into heat, among other things, in the flow process through the narrow gap s.
  • the mechanical damping can thus be designed structurally without additional components, for example by changing the gap size of the gap s or the gap length, i.e. the length of the piston collar k.
  • This possibility of influencing the mechanical damping through the selection of suitable design parameters such as s and k represents a significant advantage over the known solutions from the prior art Connection of the two sub-chambers A and B, are further influenced.
  • the number and/or the diameter of the holes can be selected as a further design parameter.
  • the elastomer-piston-cylinder system as a bearing means for the elastic mounting of a building or part of a building or for the construction of an absorber system for a building or part of a building has a preload which in known systems for the elastic mounting of buildings according to the prior art corresponds to the preload of a spring.
  • the liquid compressible medium such as a compressible liquid elastomer
  • a pressure the so-called admission pressure
  • This initial pressure of the compressible liquid elastomer is set at the factory, for example, and can be between 100 bar and 2000 bar, preferably between 500 bar and 2000 bar, particularly preferably between 700 bar and 1200 bar.
  • the elastomer-piston-cylinder system according to the invention works reliably with internal pressures of up to 2000 bar and more.
  • the elastomer-piston-cylinder system thus has a property that is comparable to the preload of steel springs, but which is achieved without any additional design effort. In this way, an undesired high spring deflection, which occurs in solutions of the known prior art without a preload, is also avoided. Provision is also made to achieve non-destructive replacement and adjustment of an elastomer-piston-cylinder system by arranging a valve for draining the liquid compressible medium in the compression chamber, such as a compressible liquid elastomer or silicone oil.
  • the piston By discharging the liquid compressible medium from the compression chamber, the piston can be moved into the compression chamber while overcoming a small resistance, which reduces the dimension of the elastomer-piston-cylinder system in its longitudinal extension and the previously acting force of adjacent elastomer-piston-cylinder systems or other supports.
  • the elastomer-piston-cylinder system can thus be removed from the bearing in which it is arranged, for example, in the direction of the weight of the structure.
  • a new elastomer piston-cylinder system can then be inserted into the bearing.
  • a liquid compressible medium such as a compressible liquid elastomer or silicone oil is then filled into the compression chamber via the valve and a correspondingly necessary working pressure is generated in the compression chamber before the valve is closed.
  • the elastomer-piston-cylinder system to have a hydraulic chamber with an associated valve system in addition to the compression chamber. Filling the hydraulic chamber with a liquid, compressible medium such as hydraulic oil or grease via the valve system increases the volume of the hydraulic chamber.
  • the hydraulic chamber is arranged in a cylindrical outer cylinder that can be moved over the housing of the compression chamber and is sealed accordingly. Due to the increase in the volume of the hydraulic chamber, the outer cylinder is displaced in relation to the compression chamber of the elastomer-piston-cylinder system, as a result of which the length of the elastomer-piston-cylinder system increases.
  • the length of the elastomer piston can ben cylinder system can be reduced.
  • This possibility of changing the length of the elastomer-piston-cylinder system in its longitudinal extent also makes it possible to exchange an elastomer-piston-cylinder system at a bearing point.
  • the pre-pressure set in the factory in the compression chamber is not changed and the additional hydraulic fluid such as hydraulic oil or grease has a negligible compressibility compared to the compressible liquid elastomer and the spring characteristic of the elastomer-piston-cylinder system is therefore practically not changed.
  • a compensation of height differences occurring between the upper bearing part and the lower bearing part can be achieved.
  • This readjustment can take place by changing the volume of the liquid, compressible medium located in the hydraulic chamber.
  • Such a change in the pressure of the compressible liquid elastomer ie a pressure increase or a pressure reduction, can also change the working pressure for the associated working length of the elastomer-piston-cylinder system.
  • elastomer-piston-cylinder systems are combined in one package.
  • four elastomeric piston-cylinder systems can be placed in a package.
  • appropriate brackets and screw connections are provided which fix the elastomer-piston-cylinder systems in the package parallel to one another and, for example, aligned vertically or aligned in the direction of the weight of the structure.
  • the values for the elastomer-piston-cylinder system for elastic mounting for the effective surface pressure are in the range from 10 N/mm 2 to 20 N/mm 2 .
  • very small spring stiffnesses below 1000 N/mm can be achieved as required, whereby resonance frequencies below 0.3 Hz can be achieved in the case of vibration isolation of, for example, buildings or parts of buildings.
  • the resonance frequencies achieved in buildings today are generally between 1 Hz and 5 Hz.
  • the elastomer-piston-cylinder systems according to the invention have many advantages over conventionally frequently used springs, such as coil springs, which are explained below:
  • a very low spring stiffness such as 1 kN/mm with a simultaneously high spring force such as 451 can be achieved.
  • Progressive spring characteristic curve for component protection can be adjusted by selecting suitable parameters such as piston diameter, quantity and type of liquid compressible medium used, for example a compressible liquid elastomer, and set admission pressure and can therefore be adapted to the specific application. • In addition to the spring effect, a mechanical damping effect can be integrated without major additional technical effort, which must be implemented separately for coil springs, for example.
  • Fig. 1 an exemplary embodiment of an elastomer according to the invention
  • Fig. 2 a spring force-deflection path diagram of an inventive
  • Fig. 3 an example of an elastic bearing according to the invention for a
  • Fig. 4 an illustration of an operating principle of an inventive
  • Fig. 5 an illustration of an operating principle of an inventive
  • Vibration reduction for a building by a vibration absorber system with an elastomer-piston-cylinder system according to the invention Vibration reduction for a building by a vibration absorber system with an elastomer-piston-cylinder system according to the invention
  • FIG. 7 an illustration of the exemplary embodiment from FIG. 6 when a lateral displacement occurs
  • Fig. 9 another embodiment with a bearing shell and a
  • Fig. 10 shows a sectional view of part of an elastomer piston-cylinder system with a compression chamber in a first variant with a damping effect
  • FIG. 11 shows a sectional representation of part of an elastomer-piston-cylinder system with a compression chamber in a second variant with a path-dependent damping effect.
  • Figure 1 shows an exemplary embodiment of an elastomer piston-cylinder system 1 according to the invention.
  • FIG. 1 The basic structure of the elastomer-piston-cylinder system 1 is shown in FIG. 1 as a basic sketch.
  • a piston 3 with its piston collar 2 can be seen, which moves or deflects into the inner cylinder 4 due to the force F acting on the piston 3 .
  • the force F can be, for example, a weight of a building 11, which acts on an elastomer-piston-cylinder system 1 arranged, for example, in the direction of the weight of the building.
  • the force F acting on the piston 3 is shown in FIG. 1 by means of an arrow in its direction acting on the piston 3 .
  • seals 16 for sealing the system are indicated in various places.
  • the liquid, compressible medium such as a compressible liquid elastomer 5, which is located in the inner cylinder 4 and is under an admission pressure of, for example, approximately 1000 bar, is further compressed by the deflection of the piston, with the internal pressure in the compression chamber 6 increasing.
  • the spring force 7 created by the internal pressure in the compression chamber 6 is proportional to the diameter of the piston 3 and to the internal pressure in the compression chamber 6 and increases according to the deflection travel of the piston 3.
  • FIG. 2 shows an exemplary spring force-compression travel diagram of an elastomer piston-cylinder system 1 according to the invention.
  • the spring force 7 of the elastomer piston-cylinder system 1 is the force F acting on the piston 3, for example a vertically acting weight force of a building 11, not shown in FIG. 2, in the opposite direction.
  • an increase in spring stiffness can be seen from a spring deflection of around 24 mm, which results in a progressive spring characteristic curve in this example.
  • hydraulic oil for example, is introduced into the hydraulic chamber 9 via a valve connection 10 (not shown).
  • hydraulic oil for example, is drained from the hydraulic chamber 9 via the valve connection 10 .
  • the elastomer-piston-cylinder system 1 works reliably with internal pressures of up to 2000 bar and more.
  • FIG. 3 shows an example of an elastic mounting according to the invention for a building 11.
  • a building, a bridge, a bridge or building pillar, a railway line, a wind turbine or the like is assumed to be a building 11, for example.
  • the aim is to elastically mount the structure 11, which is arranged on a substructure 12, in order to protect the structure 11 or the substructure 12, such as the soil, from vibrations or shocks.
  • the structure 11 and the subsoil 12 should be decoupled from one another in terms of vibrations, which is alternatively also referred to as vibration isolation.
  • Everything that is described in this description using the example of a building 11 also applies analogously to the case that only a part of the building 11, ie a part of the building, is to be mounted elastically or arranged in a vibration-insulated manner.
  • FIG. 3 shows a structure 11 emitting vibrations like a building, which is arranged on a subsoil 12 such as, for example, soil.
  • elastomer-piston-cylinder systems 1 For the elastic mounting according to the invention, provision is made for arranging a plurality of elastomer-piston-cylinder systems 1 between the structure 11 and the substructure 12, preferably aligned in the direction of the weight of the structure.
  • These elastomer-piston-cylinder systems 1 can be arranged, for example, in the form of a matrix having rows and columns. The distances between the elastomer-piston-cylinder systems 1 within the rows and/or within the columns of the matrix can be the same.
  • the distances between the elastomer-piston-cylinder systems 1 within a row and/or within a column of the matrix are not the same. In this way, for example, more elastomer-piston-cylinder systems 1 can be arranged in areas in which the structure 11 has a greater weight or partial weight than in areas in which the structure 11 has a lower weight or partial weight. It is also customary to arrange elastic bearings such as elastomer piston-cylinder systems 1 inside walls, columns and supports.
  • An elastic mounting of structures 11 can, for example, prevent disruptive vibrations from being transmitted from a structure 11 or a building into the subsoil 12 . Around- swept are also reduced or eliminated disturbing effects of ground vibrations of the subsoil 12 on a structure 11, which is often a reason for an elastic mounting of buildings.
  • any lateral or horizontal displacements that may occur between the subsoil 12 and the building 11 are tolerated within predetermined tolerance limits by the system according to the invention for the elastic mounting of buildings 11, as will be shown in more detail later. Such a horizontal shift is not shown in FIG.
  • FIG. 4 shows the working principle of the elastic mounting of buildings 11 or parts of the building.
  • a building 11 with an internal vibration excitation 13 is shown above a subsoil 12 .
  • Such a vibration excitation 13 can, for example, represent the acceleration of a mass.
  • Vibration excitations can occur, for example, within a machine in a building, by a moving vehicle on a bridge, or by a moving train on a bridge or in a tunnel.
  • the elastic mounting of the building 11 according to the invention is achieved by using one or more elastomer-piston-cylinder systems 1 which are arranged between the building 11 and the subsoil 12 .
  • Figure 4 shows the resilient effect of the elastomer-piston-cylinder system 1 by the illustrated spring element 29 and the damping effect of the elastomer-piston-cylinder system 1 by the illustrated damper element 30, which between the structure 11 with internal vibration excitation 13 and the ground 12 are arranged.
  • a vibration absorber system with the elastomer-piston-cylinder system 1 can also be constructed.
  • the principle of a vibration absorber system is shown in FIG.
  • an absorber mass 14 m T is shown, which is connected to the structure 11 with the aid of the elastomer-piston-cylinder system 1 according to the invention.
  • the absorber mass 14 m T together with an absorber spring or the spring element 29 forms a so-called mass-spring system whose natural frequency is tuned to an oscillation frequency that is to be reduced.
  • FIG. 5 also shows a absorber damper, such as a damping element 30, which is often important from a practical point of view.
  • the absorber spring 29 and the absorber damper 30 are realized here by an elastomer-piston-cylinder system 1 .
  • absorber mass 14 begins to oscillate due to vibration excitation 13 . The resulting acceleration forces act on the structure 11 and lead to a reduction in vibration on the structure 11 within a specific frequency range.
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment of a system according to the invention for the elastic mounting of a structure 11 by means of one or more elastomer piston-cylinder systems 1, only one elastomer piston-cylinder system 1 being shown in a sectional view in FIG.
  • the elastomer-piston-cylinder system 1 in the representation of FIG. 6 is aligned in the direction of the weight of the structure, the weight of the structure 11 receiving, arranged.
  • the elastomeric piston-cylinder system 1 has a piston 3 with a piston collar 2 , the piston 3 being guided in a corresponding guide bushing 17 .
  • the compression chamber 6 is filled with a compressible liquid elastomer 5 such as silicone oil.
  • the compression chamber 6 is surrounded by an inner cylinder 4 .
  • the elastomer piston-cylinder system 1 has a head sleeve 18 which is connected to the piston 3 and encloses the inner cylinder 4 with its cylindrical part. The to seal the Compression chamber required seal between the piston 3 and the inner cylinder 4 are not shown here.
  • the head sleeve 18 has a first curved contact surface 20 in a region in which the head sleeve 18 is connected to an upper bearing part 19 , the upper bearing part 19 being firmly connected to the underside of the structure 11 .
  • the inner cylinder 4 is connected to a base plate 21, which has a second curved contact surface 23 in an area in which the base plate 21 is connected to a bearing base 22, with the bearing base 22 being fixed to the upper side of the ground 12 is connected.
  • the first curved contact surface 20 and the second curved contact surface 23 are designed with a corresponding radius in the shape of a segment of a sphere. It is provided here that the sum of the two radii of the contact surfaces 20 and 23 is selected to be equal to or greater than the longitudinal extent of the elastomer-piston-cylinder system 1 . As an alternative to the shape of a spherical segment, a shape of an ellipsoid segment with different main radii of curvature can also be selected for the configuration of the curved contact surface 20 and 23 .
  • FIG. 7 shows the exemplary embodiment of the system according to the invention, known from FIG. Even in this arrangement of the elastomer-piston-cylinder system 1, which deviates by a few degrees from the direction of the weight of the structure, the weight of the structure 11 is absorbed by the elastomer-piston-cylinder system 1 and the elastic mounting of the structure 11 takes place practically in Direction of the weight of the structure 11.
  • the invention solves the problem of horizontal displacements that occur by designing the elastomer-piston-cylinder system 1 with at least one first curved contact surface 20 which is connected to the upper bearing part 19 . Furthermore, a second curved contact surface 23 is also provided, which is connected to the lower bearing part 22 .
  • the first curved contact surface 20 and/or the second curved contact surface 23 allow the elastomer piston-cylinder system 1 to incline away from the vertical installation position, i.e. deviating from the direction of the weight of the structure, without affecting the elastic bearing function of the elastomer piston-cylinder system 1 is significantly affected.
  • the structure 11 has shifted horizontally to the left relative to the subsoil 12 in the direction shown by the arrow.
  • a cause for such a horizontal movement or displacement can be, for example, a shrinkage process in the concrete.
  • FIG. 8 shows a further exemplary embodiment of the system according to the invention for the elastic mounting of a building 11.
  • the example in FIG. 8 shows a plurality of elastomer piston-cylinder systems 1 which are arranged in what is known as a package 24 .
  • a package 24 By combining several elastomer-piston-cylinder systems 1 in a package 24 can be compact Produce storage systems in which an alignment of individual elastomer piston-cylinder systems 1 is no longer necessary when used on a construction site. This greatly simplifies use in practice.
  • FIG. 8 shows an arrangement of four elastomer-piston-cylinder systems 1 in a package 24 in a front view and in a side view.
  • the four elastomer-piston-cylinder systems 1 are fixed in the package 24 by means of appropriate holders 25 and using appropriate screw connections 26 .
  • the weight of the structure 11 is distributed over the elastomer-piston-cylinder systems 1 arranged in the package 24.
  • the exemplary embodiment can also be used to construct vibration absorber systems, as shown in FIG. 5, for example.
  • FIG. 9 shows a further embodiment of the invention with an upper bearing part 19 and a lower bearing part 22, each with a curved surface.
  • the upper bearing part 19 and the lower bearing part 22 are not each equipped with a flat surface facing the elastomer-piston-cylinder system 1, as has already been shown in FIGS.
  • FIG. 9 shows the upper bearing part 19 and the lower bearing part 22 each with a curved, inwardly concave surface.
  • a so-called first joint socket can arise on the upper side of the bearing, between the upper bearing part 19 and the first curved contact surface 20, and a second socket on the lower side of the bearing, between the lower bearing part 22 and the second curved contact surface 23.
  • an inclined position of the elastomer-piston-cylinder system 1 can be caused by rolling or sliding of the curved surfaces 20 and 23 of the elastomer-piston-cylinder system 1 in the curved surfaces of the upper bearing part 19 and the Bearing base 22 arise.
  • the curved surfaces in the upper bearing part 19 and in the lower bearing part 22 with the associated contact partner first curved contact surface 20 and second curved contact surface 23 each form a socket joint or a joint.
  • FIG. 10 shows a sectional illustration of part of an elastomer piston-cylinder system 1 with a compression chamber 6 in a first variant with a damping effect.
  • the sectional view shows one half of an elastomer-piston-cylinder system 1 with the piston 3 and the piston collar 2.
  • the piston collar 2 divides the compression chamber 6 with the compressible liquid elastomer 5 introduced into it into a first partial chamber A 27, which is in the 10 is formed to the left of the piston collar 2 or behind the piston collar 2, and a second partial chamber B 28, which is formed to the right of the piston collar 2 or in front of the piston collar 2 in the representation of FIG.
  • FIG. 10 shows that the piston 3 dips into the compression chamber 6 of the inner cylinder 4 by the length x.
  • the piston collar 2 has a radius r which is structurally selected such that a gap s of, for example, 0.5 mm, which is comparatively small relative to the piston radius r, is formed between the inner wall of the inner cylinder 4 and the edge of the piston collar 2 .
  • the piston collar 2 has a length k.
  • the flow resistance that acts when the compressible liquid elastomer 5 flows from the first partial chamber A 27 into the second partial chamber B 28 can be influenced by varying the parameters length k and gap s. This flow resistance also acts when the direction of flow is reversed from the second sub-chamber B 28 to the first sub-chamber A 27.
  • This structurally adjustable flow resistance causes the additional damping provided by the elastomer-piston-cylinder system 1 according to the invention.
  • FIG. 11 shows a sectional view of a part of an elastomer-piston-cylinder system 1 with a compression chamber 6 in a second variant with a path-dependent damping effect.
  • This sectional view also shows one half of an elastomer piston-cylinder system 1 comprising the piston 3 with its piston collar 2.
  • the piston collar 2 divides the compression chamber 6 of the inner cylinder 4 with the compressible liquid elastomer 5 introduced into it into a first sub-chamber A 27, which is formed to the left of the piston collar 2 or behind the piston collar 2 in the illustration in Figure 11, and a second sub-chamber B 28, which is formed to the right of the piston collar 2 or in front of the piston collar 2 in the representation of FIG.
  • FIG. 11 also shows that the piston 3 dips into the compression chamber 6 of the inner cylinder 4 by the length x.
  • the piston collar 2 has a radius r, which is structurally chosen such that between the inner wall of the inner cylinder 4 and the edge of the piston collar 2 there is only a partial area e with a comparatively small gap s compared to the radius r of, for example, 0.5 mm.
  • a gap is formed between the inner wall of the inner cylinder 4 and the edge of the piston collar 2, which is significantly larger than the gap s and is 10 mm, for example amounts to.
  • the embodiment according to FIG. 11 causes the additional damping of the elastomer piston-cylinder system 1 according to the invention caused by the adjustable flow resistance to be provided only in a region of the immersion depth x of the piston 2, which is equal to or smaller than the partial region e.
  • Effective surface pressure p approx. 11 N/ mm2
  • Spring rate approx. 3,000 N/mm

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Abstract

Der Erfindung, welche ein System und ein Verfahren zur elastischen Lagerung oder zur Schwingungsberuhigung von Bauwerken betrifft, liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung anzugeben, womit eine einfache und kostengünstige Lösung für eine elastische Lagerung oder einen Aufbau eines Tilgersystems zur Schwingungsreduktion eines Bauwerks (11) bereitgestellt wird und womit sowohl eine hohe effektive Flächenpressung als auch eine niedrige Resonanzfrequenz für eine elastische Lagerung erreicht werden. Diese Aufgabe wird anordnungsseitig dadurch gelöst, dass das Lagerungsmittel ein Elastomer-Kolben-Zylindersystem (1 ) mit einem kompressiblen flüssigen Elastomer (5) ist und dass mindestens ein Elastomer-Kolben-Zylindersystem (1 ) zwischen dem Bauwerk (11 ) oder dem Bauwerksteil und dem Untergrund (12) derart angeordnet ist, dass mindestens ein Elastomer-Kolben-Zylindersystem (1 ) eine Gewichtskraft des Bauwerks (11 ), des Bauwerksteils oder einer Tilgermasse (14) aufnimmt.

Description

System und Verfahren zur elastischen Lagerung von Bauwerken oder Bauwerksteilen
Die Erfindung betrifft ein System zur elastischen Lagerung von Bauwerken oder Bauwerksteilen, welches ein Bauwerk oder ein Bauwerksteil, ein Lagerungsmittel und einen Untergrund umfasst.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur elastischen Lagerung von Bauwerken oder Bauwerksteilen, bei welchem ein Lagerungsmittel zwischen einem Bauwerk oder einem Bauwerksteil und einem Untergrund bereitgestellt wird.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung den Einsatz eines Systems beziehungsweise Lagerungsmittel, dessen Wirkungsweise auf der Kompressibilität eines flüssigen kompressiblen Mediums, wie beispielsweise eines kompressiblen flüssigen Elastomers beziehungsweise Silikonöls, beruht, welches nachfolgend als Elastomer-Kolben-Zylindersystem bezeichnet wird.
Als Lager beziehungsweise Lagerungsmittel wird ein Bauteil verstanden, welches zwischen einem Bauwerk oder einem Teil eines Bauwerks und einem Untergrund angeordnet wird, um mechanische Kräfte zu übertragen. Der Untergrund kann ein Bauwerk oder ein Teil eines Bauwerks, ein Fundament eines Bauwerks oder eine technische Anlage sein, auf welchem beziehungsweise auf welcher ein Bauwerk oder ein Teil eines Bauwerks angeordnet wird.
Beispielsweise kann ein Lagerungsmittel zwischen verschiedenen Etagen oder Stockwerken eines Bauwerks angeordnet werden und einzelne Bereiche einer Etage oder mittels mehrerer Lagerungsmittel die gesamte Etage elastisch lagern.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass ein oder mehrere Lagerungsmittel zwischen einer technischen Anlage und einem Bauwerk oder ein Bauwerksteil angeordnet sind, wobei die technische Anlage beispielsweise eine Metallkonstruktion ist, welche die Aufgabe hat, unebenes Gelände auszugleichen. Die technische Anlage kann es alternativ ermöglichen, dass das Bauwerk oder ein Bauwerksteil über einem Gewässer oder einem Fluss oder in einem Überschwemmungsgebiet errichtet werden kann. Als Bauwerk wird beispielsweise ein Gebäude, eine Brücke, eine Eisenbahntrasse, eine Windkraftanlage oder Ähnliches betrachtet. Ein Bauwerksteil ist ein Teilbereich eines Gebäudes wie ein Raum oder eine Etage, ein Teilbereich einer Brücke, wie beispielsweise ein Pfeiler einer Brücke, ein Teilbereich einer Eisenbahntrasse, ein Teilbereich einer Windkraftanlage oder Ähnliches.
Unter dem Begriff einer elastischen Lagerung eines Bauwerks oder eines Bauwerksteils wird verstanden, dass die mechanische Anbindung durch das Lager beziehungsweise das Lagerungsmittel bewusst elastisch und gegebenenfalls auch mechanisch dämpfend ausgelegt wird. Ein Grund für die elastische Lagerung ist die technische Nutzung von strukturdynamischen Effekten, wie der Schwingungsisolierung oder der Schwingungstilgung. Ein Lagerungsmittel kann zur Reduzierung von Schwingungen an Bauwerken oder Bauwerksteilen eingesetzt werden.
Aus dem Stand der Technik sind kompressible Medien wie Elastomere als formfeste, aber elastisch verformbare Kunststoffe bekannt. Diese Kunststoffe können sich bei Zug- und Druckbelastung elastisch verformen. Bei Wegfall der Kräfte, die die Verformung bewirken, kehren diese Kunststoffe in ihre ursprüngliche Form zurück.
Neben festen Elastomeren, welche beispielsweise Verwendung als Material für Reifen, Gummibänder, Dichtungsringe und vieles mehr finden, sind auch flüssige Elastomere bekannt. Als Materialen für ein flüssiges Elastomer können beispielsweise Dimethylpolysiloxane zum Einsatz kommen.
Bekannt ist auch, derartige flüssige Elastomere in einem dem Lagerungsmittel ähnlichen System als sogenannte Flüssigkeitsfeder in beispielsweise Kettenspannsystemen einzusetzen, um Ketten von Raupenfahrzeugen und ähnliches zu Spannen.
Allgemein verfügt eine derartige Flüssigkeitsfeder über ein einseitig offenes zylindrisches Gehäuse, einen in diesem Gehäuse angeordneten Kolben mit einem Kolbenbund, eine den Kolben führende Führungsbuchse und entsprechende Be- festigungs- und Dichtmittel, um den Zusammenhalt und ein dichtes Verschließen der Flüssigkeitsfeder zu gewährleisten. Ausgeführt wird die Flüssigkeitsfeder sowohl als Druckflüssigkeitsfeder als auch als Zugflüssigkeitsfeder. Als Einsatzbereich wird in der Literatur beispielsweise der Flugzeugbau und der Maschinenbau erwähnt.
Bekannt ist auch, dass zur elastischen Lagerung oder zum Aufbau von sogenannten Schwingungstilgersystemen für Bauwerke oder Maschinen elastische Elemente eingesetzt werden, die häufig aus Feststoffen, wie Polyurethan, Gummi, o- der aus Stahl, wie Schrauben- oder Tellerfedern, bestehen. Anbieter von solchen elastischen Lagern sind unter anderem die Firmen VICODA GmbH, Getzner Werkstoffe GmbH, Schulz Baubedarf GmbH und andere mehr.
Nachteilig bei derartigen Dämpfungsmitteln wie elastischen Elementen ist häufig die begrenzte effektive Flächenpressung p, die bei größeren Lasten, wie beispielsweise einem Gebäude oder bei Stützpfeilern von Gebäuden oder bei Brückenpfeilern auftreten. Dies führt beispielsweise zu Kompromissen, wie der konstruktiven Erhöhung der horizontalen Lagerfläche mit dem Nachteil des zusätzlichen Raumbedarfs der Lagerung. Ein Beispiel hierfür sind Elemente mit der Bezeichnung Sylodyn der Firma Getzner Werkstoffe GmbH.
Als effektive Flächenpressung wird der Quotient aus der vertikal aufnehmbaren Nennkraft F des Lagers und dem horizontalen Flächenbedarf A eines Lagerelements beziehungsweise Lagerungsmittels verstanden.
Durch die elastische Lagerung eines Bauwerks oder eines Bauwerksteils, bildet sich ein schwingungsfähiges System. Dieses System weist eine Resonanzfrequenz /g auf, die auch als Lagerungsfrequenz bezeichnet wird und sich aus dem Zusammenhang zwischen der Objektmasse m und der Steifigkeit k ergibt. Die Objektmasse könnte beispielsweise das Gewicht eines zu lagernden Bauwerksteils sein und die Steifigkeit ergibt sich im Wesentlichen aus den Federsteifigkeit der eingesetzten Lager.
Ein weiterer Nachteil des Standes der Technik stellt die vergleichsweise geringe erreichbare Nachgiebigkeit der elastischen Elemente dar. Dies gilt insbesondere bei hohen effektiven Flächenpressungen von beispielsweise 10 N/mm2 und mehr. Hieraus resultiert eine vergleichsweise hohen Resonanzfrequenz fg, die im Fall einer Schwingungsisolation der gewünschten Schwingungsreduktion abträglich sein kann. Prinzipiell führt eine niedrigere Resonanzfrequenz fg zu einer effektiveren Schwingungsisolation. Je nach Anwendungsfall ist auch eine sehr weiche Federsteifigkeit von beispielsweise 3000 N/mm vorteilhaft oder sogar nötig, die sich mit den bekannten elastischen Elementen nur schwer erreichen lassen.
Die häufig geringe oder praktisch nicht vorhandene mechanische Dämpfung bekannter elastischer Elemente stellt je nach Anwendung einen weiteren Nachteil dar. Oft müssen zusätzlich Maßnahmen realisiert werden, um die mechanische Dämpfung zu erhöhen, um beispielsweise auftretende Resonanzüberhöhungen ausreichend zu dämpfen. So werden beispielsweise Stahlfedern mit Feststoff- Elastomeren oder zusätzlichen Hydraulikdämpfern kombiniert. Ein Beispiel für eine Kombination von Stahlfedern mit Feststoff-Elastomeren ist ein Produkt der Bezeichnung DSD-BL der Firma Getzner Werkstoffe GmbH. Ein Beispiel für einen Einsatz zusätzlicher Hydraulikdämpfer ist ein Produkt der Firma G+H Isolierung GmbH mit der Bezeichnung FU 2-40-W-Vi.
Für den Fall, dass möglichst niedrige Resonanzfrequenzen für eine Schwingungsisolation benötigt werden, kommen in der Regel Stahlfedern aufgrund der vergleichsweise hohen Nachgiebigkeit zum Einsatz. Diese hohe Nachgiebigkeit führt zu einem erheblichen Einfederweg einer Stahlfeder bis zum Erreichen der sogenannten Arbeitskraft der Stahlfeder, bei der eine Schwingungsreduktion oder Schwingungsentkopplung unter den gegebenen Lastbedingungen erreicht wird.
Zur Vermeidung dieses Vorgangs des Einfederns bis zum Erreichen der Arbeitskraft werden die Stahlfeder oder ähnliches häufig vorgespannt, was ebenfalls einen Nachteil darstellt, da hierzu zusätzliche Maßnahmen wie Verschraubungen oder Ähnliches vor deren Einsatz an einem sogenannten unverbauten Lager vorgesehen werden müssen.
Insbesondere bei Stahlfedern können Alterungs-, Ermüdungs- und Setzeffekte auftreten, die nachteilig sind und dem Wunsch entgegenstehen, dass die Federeigenschaften über Jahrzehnte praktisch unverändert bleiben.
Ein Problem insbesondere beim Einsatz von Polyurethan oder Gummi als Dämpfungsmittel können seitliche Verschiebungen darstellen, welche nur in einem begrenzten Umfang aufgenommen werden können. Vor allem können nennenswerte seitliche Verschiebungen durch Schwindungsprozesse im Beton auftreten. Das Schwinden ist eine Volumenänderung des Betons die zum Beispiel durch Aushärtung und Austrocknung auftritt. Der zeitliche Versatz bei der Herstellung des Unter- und des Oberbaus (beispielsweise Untergrund beziehungsweise Bauwerk) führt beispielsweise zu Unterschieden im Schwindungsprozess des jeweiligen Betonteils. Die daraus resultierenden seitlichen Verschiebungen müssen häufig die das Bauwerk tragenden Lager über die Zeit aufnehmen. Darüber hinaus können seitliche Verschiebungen beispielsweise auch durch thermische Ausdehnungsprozesse entstehen.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass ein zerstörungsfreies Auswechseln insbesondere bei den verwendeten Feststoffen problematisch ist, da häufig das Bauwerk oder ein Bauwerksteil direkt auf dem als Lagerungsmittel eingesetzten Feststoff verbaut wird.
Außerdem ist ein Nachstellen eines Lagerungsmittels im eingebauten Zustand beispielsweise zum Ausgleichen von aufgetretenen Höhendifferenzen oder zum Einstellen eines von der Auslegung abweichenden Arbeitspunktes des Lagerungsmittels meist nicht möglich.
Die im bekannten Stand der Technik erreichten Werte für eine effektive Flächenpressung liegen üblicherweise im Bereich von 0,5 N/mm2 bis 2,5 N/mm2. Die Resonanzfrequenzen liegen üblicherweise in einem Bereich zwischen 1 ,3 Hz bis 11 ,5 Hz. Aus der CN 2 11 597 369 U ist eine erdbebensichere Säule für antike Gebäude bekannt. Die zu lösende Aufgabe besteht darin, Säulen für antike Gebäude bereitzustellen, welche die Gebäude abstützen und welche die Gebäude resistent gegenüber Erschütterungen durch Erdbeben machen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist es vorgesehen, dass in einem zylindrischen Gehäuse eine zentrale Steinsäule angeordnet ist. Die zentrale Steinsäule weist an ihrer Unterseite eine zweite konkave sphärische Oberfläche auf, mit welcher sie auf einer zweiten konvexen sphärischen Oberfläche eines Gleitelements gelagert ist. Das Gleitelement ist mit seiner als dritte konvexe sphärische Fläche ausgebildeten Unterseite auf einer Gleitscheibe mit einer als dritte konkave sphärische Fläche ausgebildeten Oberseite gelagert. Das zylindrische Gehäuse weist innen ein als erste konkave Fläche ausgebildeten Boden auf, auf welchem die Gleitscheibe mit ihrer als erste konvexe sphärische Fläche ausgebildeten Unterseite aufliegt. Die derart entstehende Gesamtkonstruktion ermöglicht es, dass sich die zentrale Steinsäule innerhalb der zylindrischen Ausnehmung in Grenzen bewegen beziehungsweise verschieben kann.
Weiterhin ist es vorgesehen, dass zwischen der zentralen Steinsäule und der Seitenwand des zylindrischen Gehäuses, entlang des Umfangs der zentralen Steinsäule, mehrere Federn horizontal angeordnet sind. Ebenfalls entlang des Umfangs der zentralen Steinsäule sind mehrere horizontal ausgerichtete Dämpfungsvorrichtungen zwischen der zentralen Steinsäule und der Seitenwand des zylindrischen Gehäuses angeordnet. Mittels dieser Federn und Dämpfungsvorrichtungen wird die zentrale Steinsäule in dem zylindrischen Gehäuse zentriert und beweglich gelagert. Eine vertikale Schwingungsentkopplung eines Bauwerks gegenüber einem Untergrund ist mit der vorgeschlagenen Lösung der CN 2 11 597 369 U nicht möglich.
Auf der Grundlage dieses Standes der Technik besteht ein Bedarf nach einem verbesserten System zur elastischen Lagerung von Bauwerken oder Bauwerksteilen und einem verbesserten Verfahren zur elastischen Lagerung von Bauwerken oder Bauwerksteilen. Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, ein System und ein Verfahren zur elastischen Lagerung von Bauwerken oder Bauwerksteilen anzugeben, womit eine einfache und kostengünstige Lösung für eine elastische Lagerung bereitgestellt wird und womit sowohl eine hohe effektive Flächenpressung als auch eine niedrige Federsteifigkeit erreicht werden und damit niedrige Resonanzfrequenzen für eine elastische Lagerung realisierbar sind.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Tilgersystem zur Schwingungsreduktion eines Bauwerks bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch ein System mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 12 der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Vorgesehen ist es, dass als Alternative für bekannte elastische Lagerungen ein erfindungsgemäßes Lagerungsmittel, ein neuartiges Federelement mit einem flüssigen kompressiblen Medium wie einer Flüssigkeit beziehungsweise einem kom- pressiblen flüssigen Elastomer zur elastischen Lagerung von Bauwerken oder Bauwerksteilen, zum Einsatz kommt. Des Weiteren ist vorgesehen, dass Tilgersysteme mit dem neuartigen Lagerungsmittel an Bauwerken oder Bauwerksteilen zum Zweck der Schwingungsreduzierung aufgebaut werden. Ein derartiges neuartiges Lagerungsmittel wird nachfolgend auch als Elastomer-Kolben-Zylindersystem bezeichnet, welches mit einem flüssigen kompressiblen Medium wie einem flüssigen Elastomer arbeitet.
Die grundsätzliche Verfahrensidee besteht darin, ein flüssiges hochkompressibles Medium wie eine Flüssigkeit in einem Elastomer-Kolben-Zylindersystem zur elastischen Lagerung von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu verwenden. Als Beispiel für ein derartiges flüssiges kompressibles Medium wird nachfolgend nur noch ein kompressibles flüssiges Elastomer beschrieben, ohne dass die Erfindung auf die Verwendung eines kompressiblen flüssigen Elastomers eingeschränkt wird. Hierbei ist es vorgesehen, dass mindestens ein oder mehrere dieser Elastomer- Kolben-Zylindersysteme zwischen einem Bauwerk wie einem Gebäude und einem Untergrund unter dem Bauwerk angeordnet werden. Eine derartige Anordnung mehrerer Elastomer-Kolben-Zylindersysteme kann beispielsweise in der Form einer Matrix erfolgen, wobei mehrere Elastomer-Kolben-Zylindersysteme in jeder Zeile der Matrix angeordnet werden und wobei die Matrix mehrere dieser Zeilen aufweist. Hierbei wird ein Elastomer-Kolben-Zylindersystem oder mehrere Elastomer-Kolben-Zylindersysteme derart zwischen dem Bauwerk und dem Untergrund angeordnet, dass das Elastomer-Kolben-Zylindersystem oder die Elasto- mer-Kolben-Zylindersysteme ein Gewicht des Bauwerks tragen und die elastische Lagerung des Bauwerks in Richtung einer Gewichtskraft des Bauwerks erfolgt. In einer Ausführung ist es vorgesehen, dass das Elastomer-Kolben-Zylindersystem oder mehrere Elastomer-Kolben-Zylindersysteme in einer senkrechten Einbaulage angeordnet werden, welche der Richtung beziehungsweise der Wirkrichtung einer Gewichtskraft des Bauwerks entspricht. Das Elastomer-Kolben-Zylindersystem oder die Elastomer-Kolben-Zylindersysteme wirkt somit der Gewichtskraft des Bauwerks entgegen.
Trotz einer derartigen Einbaulage des Elastomer-Kolben-Zylindersystems oder mehrere Elastomer-Kolben-Zylindersysteme, in Richtung der Gewichtskraft des Bauwerks, kommt es bei der elastischen Lagerung von Bauwerken oder Bauwerksteilen zu Abweichungen von der beschriebenen Einbaulage, in Richtung der Gewichtskraft des Bauwerks, beziehungsweise zu einer Neigung des Elastomer-Kol- ben-Zylindersystems oder mehrere Elastomer-Kolben-Zylindersysteme von bis zu 10 Grad, bedingt durch horizontale Verschiebungen zwischen dem Bauwerk oder einem Bauwerksteil und dem Untergrund. Eine derartige Abweichung von der Einbaulage, in Richtung der Gewichtskraft des Bauwerks, beeinflusst die Funktion der elastischen Lagerung des Bauwerks oder Bauwerksteils jedoch nur unwesentlich.
Des Weiteren ist auch eine andere Einbaulage des Elastomer-Kolben-Zylindersystems als senkrecht möglich, wenn die Gewichtskraft des Bauwerks mit Hilfe von Gelenken und Hebeln von ihrer senkrechten Wirkungsrichtung teilweise oder vollständig in ein andere Richtung umgelenkt wird. So kann, nach einer entsprechenden Kraftumlenkung, die Gewichtskraft des Bauwerks auch waagerecht wirken.
Alternativ kann eine Anordnung der Elastomer-Kolben-Zylindersysteme von der Matrixform abweichen, beispielsweise für den Fall, dass die Gewichtsverteilung des Bauwerks ungleichmäßig ist. In diesem Fall kann beispielsweise eine größere Anzahl der Elastomer-Kolben-Zylindersysteme in Bereichen angeordnet werden, in welchen das Bauwerk mit einer größeren Gewichtskraft auf die unter dem Bauwerk angeordneten Elastomer-Kolben-Zylindersysteme und den Untergrund einwirkt.
Ebenfalls vorgesehen ist es, dass ein Elastomer-Kolben-Zylindersystem zwischen dem Untergrund und einem Bauwerksteil, wie beispielsweise einer tragenden Wand oder einem Pfeiler, angeordnet wird. Auch in dieser Realisierung wird ein Elastomer-Kolben-Zylindersystem oder mehrere Elastomer-Kolben-Zylindersys- teme das Gewicht des Bauwerksteils tragend angeordnet und die elastische Lagerung des Bauwerksteils erfolgt in Richtung der Gewichtskraft des Bauwerksteils. In dieser Ausführung ist es ebenfalls vorgesehen, das Elastomer-Kolben- Zylindersystem oder mehrere Elastomer-Kolben-Zylindersysteme in einer senkrechten Einbaulage angeordnet werden, welche der Richtung der Gewichtskraft des Bauwerksteils entspricht. Das Elastomer-Kolben-Zylindersystem oder die Elastomer-Kolben-Zylindersysteme wirkt somit der Gewichtskraft des Bauwerksteils entgegen.
Weiterhin ist es vorgesehen, Elastomer-Kolben-Zylindersysteme zum Aufbau von Schwingungstilgersystemen an Bauwerken oder Bauwerksteilen anzuwenden.
Durch den Einsatz von hochkompressiblen Flüssigkeiten in einem Elastomer-Kol- ben-Zylindersystem wird das Problem von möglichst hohen Pressungen bei gleichzeitig niedriger Federsteifigkeit gelöst.
Eine Aufnahme von horizontalen Verschiebungen in einem das Gewicht eines Bauwerks oder Bauwerksteils aufnehmenden Lager wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Elastomer-Kolben-Zylindersystem mit einer oder zwei gekrümmten Kontaktflächen realisiert wird. Diese Kontaktflächen sind an dem Elastomer-Kolben-Zylindersystem an einem oder beiden Enden angeordnet, welche in der Längserstreckung des Elastomer-Kolben-Zylindersystems liegen. Vorgesehen ist es, dass eine erste gekrümmte Kontaktfläche an einem ersten Ende des Elastomer-Kolben-Zylindersystems, beispielsweise an einer Kopfhülse, und eine zweite gekrümmte Kontaktfläche an einem zweiten Ende des Elastomer-Kol- ben-Zylindersystems, beispielsweise an einer Fußplatte, angeordnet sind.
Das Lager beispielsweise eines Bauwerks wird derart ausgeführt, dass unter dem Bauwerk ein fest mit dem Bauwerk verbundenes Lageroberteil und über dem Untergrund ein fest mit dem Untergrund verbundenes Lagerunterteil angeordnet wird. Das Lageroberteil und das Lagerunterteil bilden beispielsweise zwei parallel zueinander ausgerichtete Flächen aus, zwischen denen ein Elastomer-Kolben-Zy- lindersystem angeordnet wird. Üblicherweise werden zur elastischen Lagerung eines Bauwerks mehrere dieser Lager, welche jeweils ein Elastomer-Kolben-Zylin- dersystem, ein Lageroberteil und ein Lagerunterteil umfassen, ausgebildet. Das Elastomer-Kolben-Zylindersystem ist in diesem Lager in einer Lage beziehungsweise Einbaulage ausgerichtet angeordnet, welche der Richtung der Gewichtskraft des Bauwerks entspricht. Das Elastomer-Kolben-Zylindersystem wirkt der Gewichtskraft des Bauwerks entgegen.
Durch die Ausbildung der ersten gekrümmten Kontaktfläche an der Kopfhülse des Elastomer-Kolben-Zylindersystems und der zweiten gekrümmten Kontaktfläche an der Fußplatte des Elastomer-Kolben-Zylindersystems wird eine reibschlüssige Verbindung des Elastomer-Kolben-Zylindersystems mit dem Lageroberteil und dem Lagerunterteil erreicht.
Vorgesehen ist es, dass horizontale Verschiebungen zwischen dem Bauwerk o- der einem Bauwerksteil und dem Untergrund durch ein Abrollen des Elastomer- Kolben-Zylindersystems über mindestens eine gekrümmte Kontaktfläche, alternativ über beide gekrümmte Kontaktflächen erfolgt, wobei sich das Elastomer-Kolben-Zylindersystem aus seiner Einbaulage, in Richtung der Gewichtskraft des Bauwerks, wegbewegt beziehungsweise neigt. Bei diesem Vorgang der Neigung des Elastomer-Kolben-Zylindersystems, welcher auch als ein Abrollen über die gekrümmten Kontaktflächen bezeichnet werden kann, bleibt die reibschlüssige Verbindung des Elastomer-Kolben-Zylindersystems mit dem Lageroberteil und dem Lagerunterteil erhalten.
Derart können Abweichungen oder Neigungen des Elastomer-Kolben-Zylinder- systems von seiner senkrechten Einbaulage, in Richtung der Gewichtskraft des Bauwerks, von bis zu 10 Grad auftreten, welche vom System zur elastischen Lagerung von Bauwerken oder Bauwerksteilen toleriert werden, ohne dass die Funktionsweise der elastischen Lagerung beeinflusst wird.
Derart wird der Nachteil, der vergleichsweise begrenzten seitlichen Verschiebung bei elastischen Feststoffen aus dem Stand der Technik, wie Gummi oder Polyurethan, überwunden.
Mit der Wahl der Krümmungsradien der gekrümmten Kontaktflächen kann die Kraft, die der horizontalen Verschiebung entgegenwirkt, konstruktiv eingestellt werden. So erzeugt ein entsprechend größer gewählter Radius R der gekrümmten Kontaktflächen eine größere Gegenkraft, die einer horizontalen Verschiebung des Bauwerks gegenüber dem Untergrund entgegenwirkt.
Vorgesehen ist es, eine Radiussumme bestehend aus dem oberen und dem unteren Radius der gekrümmten Kontaktflächen zu wählen, welche gleich oder größer der Länge beziehungsweise der Längserstreckung des Elastomer-Kolben-Zylin- dersystems ist. Beispielsweise für den Fall, dass eine minimale Länge eines Elastomer-Kolben-Zylindersystems 640 mm beträgt, wird die Radiussumme beispielsweise mit 640 mm, 1000 mm oder 1500 mm gewählt.
Vorgesehen ist es auch, dass die sich gegenüberliegenden Lagerteile, also das Lageroberteil und das Lagerunterteil, gekrümmte Flächen aufweisen. Das Lageroberteil und das Lagerunterteil wird beispielsweise mit je einer dem Elastomer- Kolben-Zylindersystem zugewandten gekrümmten, nach innen gewölbten konkaven Oberfläche bereitgestellt.
Derart kann beispielsweise eine Gelenkpfanne an der Lagerober- und an der Lagerunterseite entstehen, wobei eine Schrägstellung des Elastomer-Kolben-Zylin- dersystems nicht durch ein Abrollen, sondern durch ein Gleiten der gekrümmten Flächen des Elastomer-Kolben-Zylindersystems in den gekrümmten Flächen des Lageroberteils und des Lagerunterteils entstehen kann.
Vorgesehen ist es auch, dass auftretende seitliche Verschiebungen mit anderen im Bauwesen üblichen Lagern aus dem Stand der Technik gelöst werden können. Beispiele hierfür sind in V. Wetzk, Brückenlager. 1850 - 1950, Dissertation TU Cottbus, 2010, Übersicht 2 und T. Block, Lager im Bauwesen, Berlin, Wilhelm Ernst & Sohn 2013, S. 207 - 218 gezeigt.
Das Problem der vergleichsweise geringen mechanischen Dämpfungswerte herkömmlicher elastischer Elemente wird durch ein Elastomer-Kolben-Zylindersystem gelöst. Hierzu sind nicht wie im Stand der Technik üblich zusätzlich dämpfende Elemente nötig. Die Lösung erfolgt konstruktiv mit dem Elastomer-Kolben- Zylindersystem ohne nennenswerten Mehraufwand, indem ein geringer Spalt s zwischen einem Innenzylinderdurchmesser der Kompressionskammer und dem Rand des Kolbenbunds vorgesehen wird. Die Abmessungen eines derartig geringen Spalts s liegen beispielsweise in einem Bereich zwischen 0,1 mm und 1 ,0 mm und können insbesondere 0,5 mm betragen.
Hierdurch wird die Kompressionskammer mit dem kompressiblen flüssigen Elastomer in eine erste Teilkammer A hinter und in eine zweite Teilkammer B vor dem Kolbenbund geteilt, die nur durch den geringen Spalt s zwischen dem Innenzylinderdurchmesser der Kompressionskammer und dem Kolbenbund verbunden ist.
Ändert sich die wirkende Kraft am Kolben, so führt der Kolben mit dem Kolbenbund des Elastomer-Kolben-Zylindersystems eine Bewegung aus, wodurch sich das Volumen der Teilkammern A und B entgegengesetzt ändert. Durch das Entspannen beziehungsweise Komprimieren des kompressiblen flüssigen Elastomers in den Teilkammern A und B entsteht ein Druckunterschied zwischen der ersten Teilkammer A und der zweiten Teilkammer B. Daraufhin folgt ein Druckausgleichsvorgang durch das Strömen des kompressiblen flüssigen Elastomers durch den engen Spalt s, wobei ein Strömungswiderstand von der Teilkammer A zur Teilkammer B oder umgekehrt überwunden wird. Dadurch entsteht eine der Kolbengeschwindigkeit beziehungsweise der Kolbenbewegung entgegenwirkende Kraftkomponente, die sich als mechanische Dämpfung äußert. Die dabei aufgenommene mechanische Arbeit wird unter anderem im Strömungsprozess durch den engen Spalt s in Wärme umgewandelt. Die mechanische Dämpfung lässt sich dadurch konstruktiv ohne zusätzliche Komponenten designen, indem beispielsweise das Spaltmaß des Spalts s oder die Spaltlänge, also die Länge des Kolbenbunds k geändert wird. Diese Möglichkeit der Beeinflussung der mechanischen Dämpfung durch die Wahl geeigneter Konstruktionsparameter wie s und k stellt einen wesentlichen Vorteil gegenüber den bekannten Lösungen aus dem Stand der Technik dar. Wenn gewünscht, kann der Strömungsprozess mit zusätzlichen konstruktiven Mitteln, wie Bohrungen am Kolben beziehungsweise am Kolbenbund zur Verbindung der beiden Teilkammern A und B, weiter beeinflusst werden. Hier kann beispielsweise als weiterer Konstruktionsparameter die Anzahl und/oder der Durchmesser der Bohrungen gewählt werden.
Vorgesehen ist es, dass das Elastomer-Kolben-Zylindersystem als Lagerungsmittel zur elastischen Lagerung eines Bauwerks oder eines Bauwerksteils oder zum Aufbau eines Tilgersystems für ein Bauwerk oder ein Bauwerksteil eine Vorspannung aufweist, welche in bekannten Systemen zur elastischen Lagerung von Bauwerken nach dem Stand der Technik der Vorspannung einer Feder entspricht.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass das flüssiges kompressible Medium, wie beispielsweise ein kompressibles flüssiges Elastomer, mit einem Druck dem sogenannten Vordruck in der Kompressionskammer des Elastomer-Kolben-Zylindersystems bereitgestellt wird. Dieser Vordruck des kompressiblen flüssigen Elastomers wird beispielsweise werksseitig eingestellt und kann zwischen 100 bar und 2000 bar, bevorzugt zwischen 500 bar und 2000 bar, besonders bevorzugt zwischen 700 bar und 1200 bar liegen. Drüber hinaus ist es vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Elastomer-Kolben-Zylindersystem mit Innendrücken von bis zu 2000 bar und mehr zuverlässig arbeitet.
Somit weist das Elastomer-Kolben-Zylindersystem eine mit der Vorspannung von Stahlfedern vergleichbare Eigenschaft auf, welche jedoch ohne konstruktiven Mehraufwand erreicht wird. Derart wird auch ein unerwünschter hoher Einfederweg, der bei Lösungen des bekannten Stands der Technik ohne eine Vorspannung auftritt, vermieden. Vorgesehen ist es weiterhin, ein zerstörungsfreies Auswechseln und Nachstellen eines Elastomer-Kolben-Zylindersystems dadurch zu erreichen, dass ein Ventil zum Ablassen des in der Kompressionskammer befindlichen flüssigen kompres- siblen Mediums wie einem kompressiblen flüssigen Elastomer beziehungsweise Silikonöl angeordnet wird. Durch das Ablassen des flüssigen kompressiblen Mediums aus der Kompressionskammer kann der Kolben unter Überwindung eines geringen Widerstands in die Kompressionskammer hineinbewegt werden, wodurch sich die Abmessung des Elastomer-Kolben-Zylindersystems in seiner Längserstreckung verringert und die vorher einwirkende Kraft von benachbarten Elastomer-Kolben-Zylindersystemen oder anderweitigen Abstützungen aufgenommen wird. Damit kann das Elastomer-Kolben-Zylindersystem aus dem Lager, in welchem es beispielsweise in Richtung der Gewichtskraft des Bauwerks angeordnet ist, entnommen werden. Nachfolgend kann ein neues Elastomer-Kolben-Zylindersystem in das Lager eingesetzt werden. Über das Ventil wird nachfolgend ein flüssiges kompressibles Medium wie ein kompressibles flüssiges Elastomer beziehungsweise Silikonöl in die Kompressionskammer eingefüllt und ein entsprechend notwendiger Arbeitsdruck in der Kompressionskammer erzeugt, bevor das Ventil geschlossen wird. Somit ist der zerstörungsfreie Austausch eines Elasto- mer-Kolben-Zylindersystems in einem Lager beziehungsweise einer Lagerstelle erfolgt.
Vorgesehen ist es auch, dass das Elastomer-Kolben-Zylindersystem neben der Kompressionskammer eine Hydraulikkammer mit einem zugehörigen Ventilsystem aufweist. Durch ein Einfüllen eines flüssigen kompressiblen Mediums wie einem Hydrauliköl oder Fetts über das Ventilsystem in die Hydraulikkammer, vergrößert sich das Volumen der Hydraulikkammer. Die Hydraulikkammer ist in einem zylinderförmigen und über dem Gehäuse der Kompressionskammer verschiebbar Außenzylinder angeordneten und entsprechend abgedichtet. Durch die Vergrößerung des Volumens der Hydraulikkammer verschiebt sich der Außenzylinder gegenüber der Kompressionskammer des Elastomer-Kolben-Zylindersys- tems, wodurch die Länge des Elastomer-Kolben-Zylindersystems zunimmt. In umgekehrter Weise kann durch ein Ablassen des flüssigen kompressiblen Mediums aus der Hydraulikkammer über das Ventilsystem die Länge des Elastomer-Kol- ben-Zylindersystems verringert werden. Auch durch diese Möglichkeit der Veränderung der Länge des Elastomer-Kolben-Zylindersystems in seiner Längserstre- ckung ist ein Austausch eines Elastomer-Kolben-Zylindersystems an einer Lagerstelle möglich.
Hierbei ist es vorteilhaft, dass der werkseitig eingestellte Vordruck in der Kompressionskammer nicht verändert wird und die zusätzliche Hydraulikflüssigkeit wie Hydrauliköl oder Fett gegenüber dem kompressiblen flüssigen Elastomer eine vernachlässigbare Kompressibilität aufweist und somit die Federkennlinie des Elastomer-Kolben-Zylindersystems praktisch nicht verändert wird.
Vorgesehen ist es weiterhin, dass ein Nachstellen eines Elastomer-Kolben-Zylindersystems im Lager im eingebauten Zustand erfolgt. Somit kann beispielsweise ein Ausgleich von auftretenden Höhendifferenzen zwischen dem Lageroberteil und dem Lagerunterteil erreicht werden. Dieses Nachstellen kann durch eine Änderung des Volumens des in der Hydraulikkammer befindlichen flüssigen kompressiblen Mediums erfolgen.
Für den Fall, dass das Elastomer-Kolben-Zylindersystem ohne eine zusätzliche Hydraulikkammer ausgeführt ist, kann ein Nachstellen auch mittels einer Veränderung der Menge des kompressiblen flüssigen Elastomers und somit des Drucks in der Kompressionskammer des Elastomer-Kolben-Zylindersystems erreicht werden.
Durch eine derartige Veränderung des Drucks des kompressiblen flüssigen Elastomers, also eine Druckerhöhung oder eine Druckverringerung kann auch eine Veränderung des Arbeitsdrucks zur zugehörigen Arbeitslänge des Elasto- mer-Kolben-Zylindersystems vorgenommen werden.
Vorgesehen ist es auch, dass mehrere Elastomer-Kolben-Zylindersysteme in einem Paket zusammengefasst angeordnet werden. In einem Beispiel können vier Elastomer-Kolben-Zylindersysteme in einem Paket angeordnet werden. Zur Fixierung der beispielsweise vier Elastomer-Kolben-Zylindersysteme in einem Paket werden entsprechende Halterungen und Verschraubungen vorgesehen, welche die Elastomer-Kolben-Zylindersysteme in dem Paket parallel zueinander und beispielsweise senkrecht ausgerichtet beziehungsweise in Richtung der Gewichtskraft des Bauwerks ausgerichtet fixieren.
Durch ein derartiges Zusammenfassen von mehreren Elastomer-Kolben-Zylindersystemen lassen sich kompakte Lager bauen, wodurch die Ausrichtung von einzelnen Lagerelementen beziehungsweise Elastomer-Kolben-Zylindersystemen auf einer Baustelle entfällt und so ein einfacher Einsatz im Feld ermöglicht wird.
Im Gegensatz zum Stand der Technik sind bezüglich der erfindungsgemäß eingesetzten Elastomer-Kolben-Zylindersysteme keine Alterungseffekte oder Setzeffekte bekannt.
Erfindungsgemäß liegen die Werte für das Elastomer-Kolben-Zylindersystem zur elastischen Lagerung für die effektive Flächenpressung im Bereich von 10 N/mm2 bis 20 N/mm2. Je nach Bedarf können erfindungsgemäß sehr kleine Federsteifigkeiten unter 1000 N/mm erreicht werden, wodurch im Fall der Schwingungsisolierung von beispielsweise Bauwerken oder Bauwerksteilen Resonanzfrequenzen unter 0,3 Hz erreichbar sind. Die heutzutage erreichten Resonanzfrequenzen bei Bauwerken liegen in der Regel zwischen 1 Hz und 5 Hz.
Die erfindungsgemäßen Elastomer-Kolben-Zylindersysteme haben gegenüber konventionell häufig eingesetzten Federn, wie beispielsweise Schraubenfedern viele Vorteile, die nachfolgend erläutert werden:
• Weniger Standflächenbedarf gegenüber vergleichbaren Federpaketen aus dem Stand der Technik (beispielsweise nur 1/3 des Standflächenbedarfs benötigt).
• Eine sehr kleine Federsteifigkeit wie beispielsweise 1 kN/mm bei einer gleichzeitig großen Federkraft wie beispielsweise 451 kann erreicht werden.
• Progressiver Federkennlinienverlauf zum Bauteilschutz ist durch Wahl geeigneter Parameter wie Kolbendurchmesser, eingesetzte Menge und Art des flüssigen kompressiblen Mediums, beispielsweise ein kompressibles flüssiges Elastomer, und eingestellter Vordruck einstellbar und kann somit an den konkreten Verwendungszweck angepasst werden. • Neben der Federwirkung lässt sich ohne großen technischen Mehraufwand eine mechanische Dämpfungswirkung integrieren, die beispielsweise bei Schraubenfedern separat realisiert werden muss.
• Es treten keine Ermüdungs- oder Setzeffekte auf wie sie beispielsweise bei Schraubenfedern bekannt sind.
Die zuvor erläuterten Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sind nach sorgfältigem Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der hier bevorzugten, nicht einschränkenden Beispielausgestaltungen der Erfindung mit den zugehörigen Zeichnungen besser zu verstehen und zu bewerten, welche zeigen:
Fig. 1 : eine beispielhafte Ausführung eines erfindungsgemäßen Elastomer-
Kolben-Zylindersystems mit zusätzlicher Hydraulikkammer,
Fig. 2: ein Federkraft-Einfederweg-Diagramm eines erfindungsgemäßen
Elastomer-Kolben-Zylindersystems mit einem progressiven Kennlinienverlauf,
Fig. 3: ein Beispiel einer erfindungsgemäßen elastischen Lagerung für ein
Bauwerk,
Fig. 4: eine Darstellung eines Wirkprinzips einer erfindungsgemäßen
Schwingungsisolierung für ein Bauwerk,
Fig. 5: eine Darstellung eines Wirkprinzips einer erfindungsgemäßen
Schwingungsreduktion für ein Bauwerk durch ein Schwingungstilgersystem mit einem erfindungsgemäßen Elastomer-Kolben-Zylinder- system,
Fig. 6: ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems zur elastischen Lagerung eines Bauwerks mittels eines Elastomer-Kolben-Zylindersystems,
Fig. 7: eine Darstellung des Ausführungsbeispiels aus der Figur 6 beim Auftreten einer seitlichen Verschiebung,
Fig. 8: ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems zur elastischen Lagerung eines Bauwerks,
Fig. 9: eine weitere Ausführungsform mit einem Lageroberteil und einem
Lagerunterteil mit jeweils gekrümmter Oberfläche, Fig. 10: zeigt eine Schnittdarstellung eines Teils eines Elastomer-Kolben-Zylindersystems mit einer Kompressionskammer in einer ersten Variante mit einer Dämpfungswirkung und
Fig. 11 : zeigt eine Schnittdarstellung eines Teils eines Elastomer-Kolben-Zy- lindersystems mit einer Kompressionskammer in einer zweiten Variante mit einer wegabhängigen Dämpfungswirkung.
Die Figur 1 zeigt eine beispielhafte Ausführung eines erfindungsgemäßen Elastomer-Kolben-Zylindersystems 1.
Der prinzipielle Aufbau des Elastomer-Kolben-Zylindersystems 1 ist in der Figur 1 als Prinzipskizze dargestellt. Zu erkennen ist ein Kolben 3 mit seinem Kolbenbund 2, der sich aufgrund der auf den Kolben 3 einwirkenden Kraft F in den Innenzylinder 4 hineinbewegt beziehungsweise einfedert. Die Kraft F kann beispielsweise eine Gewichtskraft eines Bauwerks 11 sein, welche auf ein beispielsweise in Richtung der Gewichtskraft des Bauwerks angeordnetes Elastomer-Kol- ben-Zylindersystem 1 wirkt. Die auf den Kolben 3 einwirkende Kraft F ist in der Figur 1 mittels eines Pfeils in ihrer auf den Kolben 3 wirkenden Richtung dargestellt. Weiterhin sind Dichtungen 16 zum Abdichten des Systems an verschiedenen Stellen andeutungsweise dargestellt.
Das im Innenzylinder 4 befindliche und unter einem Vordruck von beispielsweise circa 1000 bar stehende flüssiges kompressible Medium wie ein kompressiblen flüssigen Elastomer 5 wird durch das Einfedern des Kolbens weiter komprimiert, wobei sich der Innendruck in der Kompressionskammer 6 erhöht. Die durch den Innendruck in der Kompressionskammer 6 entstehende Federkraft 7 ist proportional zum Durchmesser des Kolbens 3 und zum Innendruck in der Kompressionskammer 6 und erhöht sich entsprechend des Einfederwegs des Kolbens 3.
Weiterhin ist ein optionaler Außenzylinder 8 mit einer Hydraulikkammer 9 gezeigt. Mithilfe des Ventilanschluss 10 kann Hydraulikflüssigkeit in die Hydraulikammer 9 geleitet werden und dadurch der Innenzylinder 4 aus oder in den Außenzylinder 8 gefahren werden. Die Figur 2 zeigt ein beispielhaftes Federkraft-Einfederweg-Diagramm eines erfindungsgemäßen Elastomer-Kolben-Zylindersystems 1 . Wie zu erkennen ist, erhöht sich mit dem zunehmenden Einfederweg des Kolbens 2 die entstehende Federkraft des Elastomer-Kolben-Zylindersystems 1. Die Federkraft 7 des Elastomer-Kolben-Zylindersystems 1 ist der auf den Kolben 3 einwirkenden Kraft F, beispielsweise einer senkrecht wirkenden Gewichtskraft eines in der Figur 2 nicht dargestellten Bauwerks 11 , entgegengerichtet. Im gezeigten Beispielentwurf ist eine Erhöhung der Federsteifigkeit ab einem Einfederweg von etwa 24 mm erkennbar, wodurch in diesem Beispiel ein progressiver Federkennlinienverlauf entsteht.
Über einen üblichen Einfederweg des Kolbens 3 von einigen Zentimetern entstehen Innendrücke von bis zu 2000 bar und mehr. Die über den Kolben 3 aufgenommene Kraft F kann wenige Tonnen bis über 100 Tonnen betragen.
Der Außenzylinder 8 des Elastomer-Kolben-Zylindersystems 1 und die damit verbundene Hydraulikkammer 9 ermöglichen es, dass der Innenzylinder 4 hydraulisch ausgefahren oder eingefahren werden kann. Hierdurch ändert sich die Länge beziehungsweise die Bauhöhe des Elastomer-Kolben-Zylindersystems 1. Durch die Möglichkeit des hydraulischen Ausfahrens beziehungsweise Einfahrens des Innenzylinders 4 lässt sich das Elastomer-Kolben-Zylindersystem 1 einfach montieren und demontieren. Außerdem kann derart der Arbeitspunkt des Elastomer-Kolben-Zylindersystems 1 im montierten Zustand eingestellt werden, indem ein dem Arbeitspunkt zugehöriger Druck in der Kompressionskammer 6 durch das Verfahren des Innenzylinders 4 im Außenzylinder 8 und der damit verbundenen Einfederung der Kolbenstange 3 erzeugt wird. Zu diesem Zweck wird über einen nicht näher dargestellten Ventilanschluss 10 beispielsweise Hydrauliköl in die Hydraulikkammer 9 eingebracht. Zum Zweck der Verringerung der Länge beziehungsweise der Bauhöhe des Elastomer-Kolben-Zylindersystems 1 wird über den Ventilanschluss 10 beispielsweise Hydrauliköl aus der Hydraulikkammer 9 abgelassen.
Vorgesehen ist es auch, dass das Elastomer-Kolben-Zylindersystem 1 mit einem in der Figur 1 nicht dargestellten Ventilsystem ausgestattet ist. Durch den Einsatz eines derartigen Ventilsystems kann Hydraulikflüssigkeit in die Hydraulikkammer 9 eingebracht oder aus dieser entfernt werden. Weiterhin kann der Hydraulikdruck überprüft werden, der praktisch proportional zur wirkenden Kraft F ist. Zusätzlich können Druckventile verbaut werden, die ein Befüllen der Hydraulikkammer 9 bis zu einem voreingestellten Druck ermöglichen oder auch beim Auftreten eines zu hohen Hydraulikdrucks Hydraulikflüssigkeit ablassen. Darüber hinaus ist auch eine Verbindung von einzelnen Hydraulikkammern 9 von verschiedenen Elastomer-Kolben-Zylindersystemen 1 möglich, womit beispielsweise eine gleichmäßige Kraftverteilung auf verschiedene Elastomer-Kolben-Zylindersysteme 1 realisiert werden kann.
Vorgesehen ist es ebenfalls, dass das Elastomer-Kolben-Zylindersystem 1 mit Innendrücken von bis zu 2000 bar und mehr zuverlässig arbeitet.
Die Figur 3 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen elastischen Lagerung für ein Bauwerk 11. Als ein Bauwerk 11 wird beispielsweise ein Gebäude, eine Brücke, ein Brücken- oder Gebäudepfeiler, eine Eisenbahntrasse, eine Windkraftanlage oder Ähnliches angenommen. Ziel ist es, dass Bauwerk 11 , welches auf einem Untergrund 12 angeordnet ist, elastisch zu lagern, um derart das Bauwerk 11 oder den Untergrund 12 wie beispielsweise das Erdreich vor Schwingungen beziehungsweise Erschütterungen zu schützen. Allgemein soll das Bauwerk 11 und der Untergrund 12 schwingungstechnisch voneinander entkoppelt werden, was alternativ auch als Schwingungsisolation bezeichnet wird. Alles was in dieser Beschreibung am Beispiel eines Bauwerks 11 beschrieben wird gilt analog auch für den Fall, dass nur ein Teil des Bauwerks 11 also ein Bauwerksteil elastisch gelagert beziehungsweise schwingungsisoliert angeordnet werden soll.
Ein Grund für schwingungsreduzierende Maßnahmen sind häufig wachsende Ansprüche an die Vermeidung von Erschütterungen und Sekundärluftschall innerhalb von Bauwerken 11 wie beispielsweise Gebäuden, welche zum Beispiel aufgrund einer Nachverdichtung im innerstädtischen Bereich entstehen, da immer öfters auch Bauplätze verwendet werden, die dicht an Bahnanlagen, viel befahrenen Straßen oder Erschütterungen emittierenden Industrieanlagen liegen. Hinzu kommt beispielsweise der Ausbau von innerstädtischen, teilweise unterirdischen Bahnstrecken die Erschütterungen beziehungsweise Schwingungen emittieren. Neben der Gebäudeisolation werden auch emittierende Bauwerke wie beispielsweise Bahntunnelsysteme elastisch entkoppelt, um die Erschütterungseinwirkung auf benachbarte Bauwerke zu minimieren. In der Figur 3 ist ein Schwingungen emittierendes Bauwerk 11 wie ein Gebäude dargestellt, welches auf einem Untergrund 12 wie beispielsweise einem Erdreich angeordnet ist.
Zur erfindungsgemäßen elastischen Lagerung ist es vorgesehen zwischen dem Bauwerk 11 und dem Untergrund 12 mehrere Elastomer-Kolben-Zylindersys- teme 1 , bevorzugt in Richtung der Gewichtskraft des Bauwerks ausgerichtet, anzuordnen. Diese Elastomer-Kolben-Zylindersysteme 1 können beispielsweise in der Form einer Zeilen und Spalten aufweisenden Matrix angeordnet werden. Hierbei können die Abstände zwischen den Elastomer-Kolben-Zylindersystemen 1 innerhalb der Zeilen und/oder innerhalb der Spalten der Matrix gleich sein. Bei einer derartigen Anordnung der Elastomer-Kolben-Zylindersysteme 1 in einer Matrix kann eine gleichmäßige Verteilung der auf die Elastomer-Kolben-Zylindersysteme 1 wirkenden Gewichtskraft des Bauwerks 11 erreicht werden, zumindest für den Fall, das die Gewichtsverteilung innerhalb des Bauwerks 11 als gleichmäßig angesehen werden kann.
In einer alternativen Ausführung ist es vorgesehen, dass die Abstände zwischen den Elastomer-Kolben-Zylindersystemen 1 innerhalb einer Zeile und/oder innerhalb einer Spalte der Matrix nicht gleich sind. Derart können beispielsweise in Bereichen, in welchen das Bauwerk 11 ein größeres Gewicht beziehungsweise Teilgewicht aufweist, mehr Elastomer-Kolben-Zylindersysteme 1 angeordnet werden als in Bereichen, in welchen das Bauwerk 11 ein geringeres Gewicht beziehungsweise Teilgewicht aufweist. Üblich ist es auch, elastische Lager wie Elastomer- Kolben-Zylindersysteme 1 , innerhalb von Wänden, Säulen und Stützen anzuordnen.
Durch eine elastische Lagerung von Bauwerken 11 kann beispielsweise eine Übertragung von störenden Schwingungen ausgehend von einem Bauwerk 11 beziehungsweise einem Gebäude in den Untergrund 12 vermieden werden. Um- gekehrt werden auch störende Auswirkungen von Bodenschwingungen des Untergrunds 12 auf ein Bauwerk 11 verringert oder beseitigt, was häufig ein Grund für eine elastische Lagerung von Gebäuden ist.
Eventuell auftretende seitliche beziehungsweise horizontale Verschiebungen zwischen dem Untergrund 12 und dem Bauwerk 11 werden durch das erfindungsgemäße System zur elastischen Lagerung von Bauwerken 11 innerhalb vorgegebener Toleranzgrenzen toleriert, wie später noch genauer gezeigt wird. Eine derartige horizontale Verschiebung ist in der Figur 3 nicht dargestellt.
In der Figur 4 ist das Wirkprinzip der elastischen Lagerung von Bauwerken 11 o- der Bauwerksteilen dargestellt. Über einem Untergrund 12 ist ein Bauwerk 11 mit einer internen Schwingungserregung 13 dargestellt. Eine derartige Schwingungserregung 13 kann beispielsweise die Beschleunigung einer Masse darstellen.
Schwingungserregungen können zum Beispiel innerhalb einer Maschine in einem Gebäude, durch ein fahrendes Fahrzeug auf einer Brücke oder durch einen fahrenden Zug auf einer Brücke oder in einem Tunnel auftreten.
Die erfindungsgemäße elastische Lagerung des Bauwerks 11 wird durch den Einsatz eines oder mehrerer Elastomer-Kolben-Zylindersysteme 1 erreicht, welche zwischen dem Bauwerk 11 und dem Untergrund 12 angeordnet werden.
Die Figur 4 zeigt die federnde Wirkung des Elastomer-Kolben-Zylindersystems 1 durch das dargestellte Federelement 29 und die dämpfende Wirkung des Elasto- mer-Kolben-Zylindersystems 1 durch das dargestellte Dämpferelement 30, welche zwischen dem Bauwerk 11 mit interner Schwingungserregung 13 und dem Untergrund 12 angeordnet sind.
Neben dem erfindungsgemäßen Prinzip der elastischen Lagerung von Bauwerken 11 oder Bauwerksteilen durch die Anordnung eines oder mehrerer Elastomer- Kolben-Zylindersysteme 1 zwischen dem Bauwerk 11 und dem Untergrund 12 kann auch ein Schwingungstilgersystem mit dem Elastomer-Kolben-Zylindersys- tem 1 aufgebaut werden. Das Prinzip eines Schwingungstilgersystems ist in der Figur 5 dargestellt. Zu erkennen sind die bereits aus der Figur 4 bekannten Elemente Bauwerk 11 , Untergrund 12, Schwingungserregung 13 sowie eine vorhandene elastische Ankopplung 15 an den Untergrund 12, die beispielsweise mithilfe des Elastomer-Kolben- Zylindersystems 1 mit seiner federnden und seiner dämpfenden Wirkung entsteht. Zusätzlich ist eine Tilgermasse 14 mT dargestellt, die mithilfe des erfindungsgemäßen Elastomer-Kolben-Zylindersystems 1 mit dem Bauwerk 11 verbunden ist.
Wie durch den Stand der Technik bekannt ist, bildet die Tilgermasse 14 mT zusammen mit einer Tilgerfeder beziehungsweise dem Federelement 29 ein sogenanntes Masse-Feder-System, dessen Eigenfrequenz auf eine zu verringernde Schwingungsfrequenz abgestimmt wird. Die Figur 5 zeigt auch einen Tilgerdämpfer, wie ein Dämpfungselement 30, welcher aus praktischen Gesichtspunkten häufig wichtig ist. Die Tilgerfeder 29 und der Tilgerdämpfer 30 wird hierbei durch ein Elastomer-Kolben-Zylindersystem 1 realisiert. Wie aus der einschlägigen Literatur bekannt ist, beginnt die Tilgermasse 14 aufgrund der Schwingungserregung 13 zu schwingen. Die hieraus resultierenden Beschleunigungskräfte wirken auf das Bauwerk 11 und führen zu einer Schwingungsredukion am Bauwerk 11 innerhalb eines bestimmten Frequenzbereichs.
Die Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems zur elastischen Lagerung eines Bauwerks 11 mittels eines oder mehrerer Elastomer- Kolben-Zylindersysteme 1 , wobei in der Figur 6 nur ein Elastomer-Kolben-Zylin- dersystem 1 in einer Schnittdarstellung gezeigt ist. Das Elastomer-Kolben-Zylindersystem 1 in der Darstellung der Figur 6 ist in Richtung der Gewichtskraft des Bauwerks ausgerichtet, die Gewichtskraft des Bauwerks 11 aufnehmend, angeordnet.
Das Elastomer-Kolben-Zylindersystem 1 weist einen Kolben 3 mit einem Kolbenbund 2 auf, wobei der Kolben 3 in einer entsprechenden Führungsbuchse 17 geführt wird. Die Kompressionskammer 6 ist mit einem kompressiblen flüssigen Elastomer 5 wie beispielsweise Silikonöl gefüllt. Die Kompressionskammer 6 ist von einem Innenzylinder 4 umgeben. Das Elastomer-Kolben-Zylindersystem 1 weist eine Kopfhülse 18 auf, welche mit dem Kolben 3 verbunden ist und mit ihrem zylinderförmigen Teil den Innenzylinder 4 umschließt. Die zur Abdichtung der Kompressionskammer benötigte Dichtung zwischen dem Kolben 3 und dem Innenzylinder 4 sind hier nicht gezeigt.
Vorgesehen ist es, dass die Kopfhülse 18 in einem Bereich, in welchem die Kopfhülse 18 mit einem Lageroberteil 19 in Verbindung steht, eine erste gekrümmte Kontaktfläche 20 aufweist, wobei das Lageroberteil 19 fest mit der Unterseite des Bauwerks 11 verbunden ist.
Außerdem ist es vorgesehen, dass der Innenzylinder 4 mit einer Fußplatte 21 verbunden ist, welche in einem Bereich in welchem die Fußplatte 21 mit einem Lagerunterteil 22 in Verbindung steht, eine zweite gekrümmte Kontaktfläche 23 aufweist, wobei das Lagerunterteil 22 fest mit der Oberseite des Untergrunds 12 verbunden ist.
Die erste gekrümmte Kontaktfläche 20 und die zweite gekrümmte Kontaktfläche 23 werden mit einem entsprechenden Radius in der Form eines Kugelsegments ausgeführt. Hierbei ist es vorgesehen, dass die Summe der beiden Radien der Kontaktflächen 20 und 23 gleich oder größer als die Längserstreckung des Elastomer-Kolben-Zylindersystems 1 gewählt wird. Alternativ zur Form eines Kugelsegments kann auch eine Form eines Ellipsoidsegments mit verschiedenen Hauptkrümmungsradien für die Gestaltung der gekrümmten Kontaktfläche 20 und 23 gewählt werden.
Die Figur 7 zeigt das aus der Figur 6 bekannte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems zur elastischen Lagerung eines Bauwerks 11 mittels eines oder mehrerer Elastomer-Kolben-Zylindersysteme 1 in einer weiteren Darstellung, in welcher eine seitliche beziehungsweise horizontale Verschiebung auftritt. Auch in dieser Anordnung des Elastomer-Kolben-Zylindersystems 1 , welche um wenige Grad von der Richtung der Gewichtskraft des Bauwerks abweicht, wird die Gewichtskraft des Bauwerks 11 durch das Elastomer-Kolben-Zylindersystem 1 aufgenommen und die elastische Lagerung des Bauwerks 11 erfolgt praktisch in Richtung der Gewichtskraft des Bauwerks 11.
Für den Fall, dass sich das Bauwerk 11 über dem Untergrund 12 horizontal verschiebt, treten bei Lösungen nach dem Stand der Technik Probleme auf, da die eingesetzten elastischen Elemente derartige horizontale Verschiebungen nur unzureichend zulassen. In derartigen Fällen kann es zum Nachlassen der Funktion der eingesetzten elastischen Elemente oder zur Zerstörung am Bauwerk 11 oder einem Bauwerksteil kommen. Die aufgrund der Verschiebung entstehenden horizontalen Kräfte können zu hoch oder zu niedrig sein, worauf beim Entwurf nur indirekt Einfluss ausgeübt werden kann.
Die Erfindung löst das Problem auftretender horizontaler Verschiebungen durch die Ausgestaltung des Elastomer-Kolben-Zylindersystems 1 mit mindestens einer ersten gekrümmten Kontaktfläche 20, welche mit dem Lageroberteil 19 in Verbindung steht. Weiterhin ist auch eine zweite gekrümmte Kontaktfläche 23 vorgesehen, welche mit dem Lagerunterteil 22 in Verbindung steht.
Die erste gekrümmte Kontaktfläche 20 und/oder die zweite gekrümmte Kontaktfläche 23 ermöglichen dem Elastomer-Kolben-Zylindersystem 1 eine Neigung weg von der senkrechten Einbaulage, also abweichend von der Richtung der Gewichtskraft des Bauwerks, ohne dass die elastische Lagerfunktion des Elastomer- Kolben-Zylindersystems 1 nennenswert beeinflusst wird. Im Beispiel der Figur 7 hat sich das Bauwerk 11 in der durch den Pfeil dargestellten Richtung nach links gegenüber dem Untergrund 12 horizontal verschoben. Eine Ursache für eine derartige horizontale Bewegung beziehungsweise Verschiebung kann im Fall eines Bauwerks 11 beispielsweise ein Schwindungsprozess im Beton sein.
Derart können Abweichungen oder Neigungen des Elastomer-Kolben-Zylinder- systems 1 von seiner senkrechten Einbaulage, also abweichend von der Richtung der Gewichtskraft des Bauwerks, von bis zu 10 Grad auftreten, welche vom System zur elastischen Lagerung von Bauwerken toleriert werden, ohne dass die Funktionsweise der elastischen Lagerung nennenswert beeinflusst wird.
In der Figur 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems zur elastischen Lagerung eines Bauwerks 11 dargestellt. Das Beispiel der Figur 8 zeigt mehrere Elastomer-Kolben-Zylindersysteme 1 , welche in einem sogenannten Paket 24 angeordnet sind. Durch das Zusammenfassen von mehreren Elastomer-Kolben-Zylindersystemen 1 in einem Paket 24 lassen sich kompakte Lagersysteme herstellen, bei denen eine Ausrichtung einzelner Elastomer-Kolben-Zylindersysteme 1 bei ihrem Einsatz auf einer Baustelle nicht mehr notwendig ist. Dadurch wird der Einsatz in der Praxis stark vereinfacht.
Die Figur 8 zeigt eine Anordnung von vier Elastomer-Kolben-Zylindersystemen 1 in einem Paket 24 in einer Frontaldarstellung und in einer Seitendarstellung. Wie in der Figur 8 zu erkennen ist, werden die vier Elastomer-Kolben-Zylindersys- teme 1 mittels entsprechender Halterungen 25 und unter Verwendung entsprechender Verschraubungen 26 im Paket 24 fixiert. In einem solchen Paket 24 verteilt sich die Gewichtskraft des Bauwerks 11 auf die im Paket 24 angeordneten Elastomer-Kolben-Zylindersysteme 1. Des Weiteren kann das Ausführungsbeispiel auch zum Aufbau von Schwingungstilgersystemen, wie beispielsweise in Figure 5 gezeigt, verwendet werden.
Die Figur 9 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einem Lageroberteil 19 und einem Lagerunterteil 22 mit jeweils gekrümmter Oberfläche. In dieser weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, das Lageroberteil 19 und das Lagerunterteil 22 nicht mit je einer dem Elastomer-Kolben-Zy- lindersystem 1 zugewandten ebenen Oberfläche auszustatten, wie es bereits in den Figuren 6 und 7 gezeigt wurde.
In der Figur 9 sind das Lageroberteil 19 und das Lagerunterteil 22 jeweils mit einer gekrümmten, nach innen konkav gewölbten Oberfläche dargestellt. Derart kann beispielsweise eine sogenannte erste Gelenkpfanne an der Lageroberseite, zwischen dem Lageroberteil 19 und der ersten gekrümmten Kontaktfläche 20, und eine zweite Gelenkpfanne an der Lagerunterseite, zwischen dem Lagerunterteil 22 und der zweiten gekrümmten Kontaktfläche 23, entstehen.
In dieser Ausführung kann eine Schrägstellung des Elastomer-Kolben-Zylinder- systems 1 in Abhängigkeit der Haftkraft und der Krümmungen durch ein Abrollen oder ein Gleiten der gekrümmten Flächen 20 und 23 des Elastomer-Kolben-Zylindersystems 1 in den gekrümmten Flächen des Lageroberteils 19 und des Lagerunterteils 22 entstehen. Beispielsweise können die gekrümmten Flächen im Lageroberteil 19 und im Lagerunterteil 22 mit den zugehörigen Kontaktpartner erste gekrümmte Kontaktfläche 20 und zweite gekrümmte Kontaktfläche 23 jeweils eine Gelenkpfanne beziehungsweise ein Gelenk bilden.
Die Figur 10 zeigt eine Schnittdarstellung eines Teils eines Elastomer-Kolben-Zylindersystems 1 mit einer Kompressionskammer 6 in einer ersten Variante mit einer Dämpfungswirkung.
Die Schnittdarstellung zeigt eine Hälfte eines Elastomer-Kolben-Zylindersys- tems 1 mit dem Kolben 3 und mit dem Kolbenbund 2. Der Kolbenbund 2 teilt die Kompressionskammer 6 mit dem in ihr eingebrachten kompressiblen flüssigen Elastomer 5 in eine erste Teilkammer A 27, welche in der Darstellung der Figur 10 links vom Kolbenbund 2 beziehungsweise hinter dem Kolbenbund 2 ausgebildet wird, und eine zweite Teilkammer B 28, welche in der Darstellung der Figur 10 rechts vom Kolbenbund 2 beziehungsweise vor dem Kolbenbund 2 ausgebildet wird.
In der Figur 10 ist dargestellt, dass der Kolben 3 um die Länge x in die Kompressionskammer 6 des Innenzylinders 4 eintaucht. Der Kolbenbund 2 weist einen Radius r auf, welcher konstruktiv so gewählt wird, dass zwischen der Innenwand des Innenzylinders 4 und dem Rand des Kolbenbunds 2 ein zum Kolbenradius r vergleichsweise kleiner Spalt s von beispielsweise 0,5 mm entsteht. Dargestellt ist auch, dass der Kolbenbund 2 eine Länge k aufweist. Durch Variation der Parameter Länge k und Spalt s lässt sich der Strömungswiderstand beeinflussen, der beim Strömen des kompressiblen flüssigen Elastomers 5 von der ersten Teilkammer A 27 in die zweite Teilkammer B 28 wirkt. Dieser Strömungswiderstand wirkt ebenso bei einer Umkehr der Strömungsrichtung von der zweiten Teilkammer B 28 in die erste Teilkammer A 27. Dieser konstruktiv einstellbare Strömungswiderstand bewirkt die zusätzliche Dämpfung, welche mittels des erfindungsgemäßen Elastomer-Kolben-Zylindersystems 1 bereitgestellt wird.
Die Figur 11 zeigt eine Schnittdarstellung eines Teils eines Elastomer-Kolben-Zy- lindersystems 1 mit einer Kompressionskammer 6 in einer zweiten Variante mit einer wegabhängigen Dämpfungswirkung.
Auch diese Schnittdarstellung zeigt eine Hälfte eines Elastomer-Kolben-Zylindersystems 1 umfassend den Kolben 3 mit seinem Kolbenbund 2. Der Kolbenbund 2 teilt die Kompressionskammer 6 des Innenzylinders 4 mit dem in ihr eingebrachten kompressiblen flüssigen Elastomer 5 in eine erste Teilkammer A 27, welche in der Darstellung der Figur 11 links vom Kolbenbund 2 beziehungsweise hinter dem Kolbenbund 2 ausgebildet ist, und eine zweite Teilkammer B 28, welche in der Darstellung der Figur 11 rechts vom Kolbenbund 2 beziehungsweise vor dem Kolbenbund 2 ausgebildet ist.
In der Figur 11 ist weiterhin dargestellt, dass der Kolben 3 um die Länge x in die Kompressionskammer 6 des Innenzylinders 4 eintaucht. Der Kolbenbund 2 weist einen Radius r auf, welcher konstruktiv so gewählt wird, dass zwischen der Innenwand des Innenzylinders 4 und dem Rand des Kolbenbunds 2 nur in einem Teilbereich e ein zum Radius r vergleichsweise kleiner Spalt s von beispielsweise 0,5 mm entsteht.
In dem nicht durch den Teilbereich e abgedeckten Bereich der Innenwand des Innenzylinders 4, also in einem Teilbereich f ist zwischen der Innenwand des Innenzylinders 4 und dem Rand des Kolbenbunds 2 ein Spalt ausgebildet, welcher wesentlich größer als der Spalt s ausgeführt wird und beispielsweise 10 mm beträgt.
Für den Teilbereich e gilt analog zur Figur 10, dass durch Variation der Parameter Länge k und Spalt s der Strömungswiderstand beeinflusst wird, der beim Strömen des kompressiblen flüssigen Elastomers 5 von der ersten Teilkammer A 27 in die zweite Teilkammer B 28 wirkt. Dieser Strömungswiderstand wirkt ebenso bei einer Umkehr der Strömungsrichtung von der zweiten Teilkammer B 28 in die erste Teilkammer A 27.
Die Ausgestaltung nach Figur 11 bewirkt, dass die durch den einstellbaren Strömungswiderstand bewirkte zusätzliche Dämpfung des erfindungsgemäßen Elastomer-Kolben-Zylindersystems 1 nur in einem Bereich der Eintauchtiefe x des Kolbens 2 bereitgestellt wird, welche gleich oder kleiner der dem Teilbereich e ist.
Ausführungen von Elastomer-Kolben-Zylindersystemen 1 der Firma Meycotec GmbH weisen beispielsweise die nachfolgenden Kenngrößen auf: Produktbezeichnung: MT 80
Aufbau: Elastomer-Kolben-Zylindersystem mit Hydraulikkammer
Arbeitsgewicht: 851
Flächenbedarf: 273 mm x 273 mm Höhe h: < 1.000 mm
Effektive Flächenpressung p ca. 11 N / mm2
Federrate: ca. 2.300 N/mm
Resonanzfrequenz fg < 0,85 Hz
Produktbezeichnung: MT 42 Aufbau: Elastomer-Kolben-Zylindersystem mit Hydraulikkammer
Arbeitsgewicht: 301
Flächenbedarf: 178 mm x 178 mm
Höhe h: ca. 600 mm
Effektive Flächenpressung p: ca. 11 N / mm2 Federrate: ca. 3.000 N/mm
Resonanzfrequenz fg < 1 ,6 Hz
LISTE DER BEZUGSZEICHEN
1 Elastomer-Kolben-Zylindersystem
2 Kolbenbund
3 Kolben
4 Innenzylinder
5 kompressibles flüssiges Elastomer
6 Kompressionskammer
7 Federkraft
8 Außenzylinder
9 Hydraulikkammer
10 Ventilanschluss
11 Bauwerk
12 Untergrund
13 Schwingungserregung
14 Tilgermasse
15 elastische Ankopplung
16 Dichtung
17 Führungsbuchse
18 Kopfhülse
19 Lageroberteil
20 erste gekrümmte Kontaktfläche
21 Fußplatte
22 Lagerunterteil
23 zweite gekrümmte Kontaktfläche
24 Paket
25 Halterung
26 Verschraubung
27 erste Teilkammer A
28 zweite Teilkammer B
29 Federelement / Tilgerfeder
30 Dämpfungselement / Tilgerdämpfer

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . System zur elastischen Lagerung von Bauwerken (11 ) oder Bauwerksteilen, welches ein Bauwerk (11 ) oder ein Bauwerksteil, ein Lagerungsmittel und einen Untergrund (12) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerungsmittel ein Elastomer-Kolben-Zylindersystem (1 ) mit einem flüssigen kompressiblen Medium ist und dass mindestens ein Elastomer-Kol- ben-Zylindersystem (1 ) zwischen dem Bauwerk (11 ) oder dem Bauwerksteil und dem Untergrund (12) derart angeordnet ist, dass das mindestens eine Elastomer-Kolben-Zylindersystem (1 ) eine Gewichtskraft des Bauwerks (11 ) oder des Bauwerksteils aufnimmt.
2. System zum Aufbau eines Tilgersystems zur Schwingungsreduktion eines Bauwerks (11 ) oder eines Bauwerksteils, welches das zur Schwingungsreduktion vorgesehene Bauwerk (11 ) oder Bauwerksteil, mindestens ein Lagerungsmittel und mindestens eine Tilgermasse (14) umfasst dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerungsmittel ein Elastomer-Kolben-Zylindersystem (1 ) mit einem kompressiblen flüssigen Elastomer (5) ist.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Elastomer-Kolben-Zylindersystem (1 ) in einer Einbaulage und mit seiner Wirkrichtung beziehungsweise Längserstreckung in Richtung der Gewichtskraft des Bauwerks (11 ) oder des Bauwerksteils angeordnet ist.
4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer-Kolben-Zylindersystem (1 ) eine erste gekrümmte Kontaktfläche (20) und/oder eine zweite gekrümmte Kontaktfläche (23) aufweist.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste gekrümmte Kontaktfläche (20) an einem mit dem Bauwerk (11 ) oder Bauwerksteil oder der Tilgermasse (14) verbundenen Lageroberteil (19) und die zweite gekrümmte Kontaktfläche (23) an einem mit der Oberseite des Untergrunds (12) oder des Bauwerks (11 ) verbundenen Lagerunterteil (22) angeordnet ist. System nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste gekrümmte Kontaktfläche (20) und die zweite gekrümmte Kontaktfläche (23) eine Form eines Kugelsegments mit einem Radius R aufweisend angeordnet sind. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer-Kolben-Zylindersystem (1 ) einen Außenzylinder (8) mit einer Hydraulikkammer (9) aufweist. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Elastomer-Kolben-Zylindersysteme (1 ) und/oder dass mehrere in einem Paket (24) angeordnete Elastomer-Kolben-Zylindersys- teme (1) zwischen dem Bauwerk (11 ) oder Bauwerksteil und dem Untergrund (12) oder der Tilgermasse (14) und dem Bauwerk (1 1 ) oder Bauwerksteil angeordnet sind. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Elastomer-Kolben-Zylindersysteme (1 ) in einem Paket (24) in einer Matrixform angeordnet sind. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer-Kolben-Zylindersystem (1 ) mit einem Ventilsystem verbunden ist, über welches Hydraulikflüssigkeit in die Hydraulikkammer 9 eingebracht oder aus dieser entfernt wird, wobei derart eine Länge und/oder ein Arbeitspunkt des Elastomer-Kolben-Zylindersystems (1 ) eingestellt wird. System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige kompressible Medium ein kompressibles flüssiges Elastomer (5) ist. Verfahren zur elastischen Lagerung von Bauwerken (11 ) oder Bauwerksteilen, bei welchem ein Lagerungsmittel zwischen einem Bauwerk (11 ) o- der Bauwerksteil und einem Untergrund (12) bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur elastischen Lagerung des Bauwerks (11 ) oder Bauwerksteils als Lagerungsmittel zwischen dem Bauwerk (11 ) oder Bauwerksteil und dem Untergrund (12) mindestens ein Elastomer-Kolben-Zy- lindersystem (1 ) mit einem kompressiblen flüssigen Elastomer (5) bereitgestellt wird, wobei das mindestens eine Elastomer-Kolben-Zylindersystem (1 ) eine Gewichtskraft des Bauwerks (11 ) oder des Bauwerksteils aufnehmend zwischen dem Bauwerk (11 ) oder Bauwerksteil und dem Untergrund (12) bereitgestellt wird. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer-Kolben-Zylindersystem (1 ) in einer Einbaulage in Richtung der Gewichtskraft des Bauwerks (11 ) oder des Bauwerksteils ausgerichtet bereitgestellt wird. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer-Kolben-Zylindersystem (1 ) mit einer ersten gekrümmten Kontaktfläche (20) und/oder einer zweiten gekrümmten Kontaktfläche (23) bereitgestellt wird. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindung des Elastomer-Kolben-Zylindersystems (1 ) mit seiner ersten gekrümmten Kontaktfläche (20) über ein an einer Unterseite des Bauwerks (11 ) oder Bauwerksteils bereitgestelltes Lageroberteil (19) und mit seiner zweiten gekrümmten Kontaktfläche (23) über ein an einer Oberseite des Untergrunds (12) bereitgestelltes Lagerunterteil (22) erfolgt, wobei die Anbindung reibschlüssig oder gleitend erfolgt. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Lageroberteil (19) und das Lagerunterteil (22) mit je einer dem Elastomer-Kol- ben-Zylindersystem (1 ) zugewandten ebenen Oberfläche oder mit jeweils einer gekrümmten, nach innen konkav gewölbten Oberfläche bereitgestellt werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Veränderung der Länge des Elastomer-Kolben-Zylindersystems (1 ) in seiner Längserstreckung durch eine Volumenänderung eines in einer Hydraulikkammer des Elastomer-Kolben-Zylindersystems (1 ) angeordneten flüssigen kompressiblen Mediums erreicht wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einstellung eines Arbeitspunktes des Elastomer-Kolben-Zylindersystems (1 ) durch eine Veränderung der Menge des kompressiblen flüssigen Elastomers (5) in einer Kompressionskammer (6) oder einer Hydraulikflüssigkeit in einer Hydraulikkammer (9) des Elastomer-Kolben-Zylin- dersystems (1 ) erfolgt.
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