WO2009121552A1 - Durch druckmittel vorspannbare elastomerbauteile und deren herstellungsverfahren - Google Patents

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elastomeric
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Definitions

  • the invention relates to novel pretensionable elastomer components, in particular elastomer bushes or elastomeric layer springs, their use and processes for their preparation.
  • the invention relates to large elastomer components which are intended or required to have a large elastomeric volume with a sufficiently high preload, as required, for example, for use in wind turbines.
  • the elastomer components according to the invention are based essentially on the introduction and integration of individual or arranged in structures separating elements in the elastomeric body of the component, which can be compressed and thus biased by supplied pressure medium in the area between release agent and surrounding elastomeric material, or in the separating elements.
  • hydraulic fluids or gases thus a variable adjustable bias of the elastomeric component can be achieved, while using a polymerizable liquid a fixed set bias is possible.
  • Elastomers have the property that the lifetime of the material is very limited, especially in the permanent presence or generation of tensile stresses. Therefore, in the design and manufacture of components which have elastomers for damping purposes, care is taken very carefully that no tensile stresses can occur.
  • elastomer components e.g. Elastomer bushings for wind turbines
  • preloaded after the vulcanization of the rubber material This is usually done by calibration.
  • An elastomeric bushing is in the simplest case of an outer and inner shell usually made of metal of mostly round or elliptical shape, wherein the two shells are interconnected by an elastomer layer of different thickness.
  • the elastomer bushing forms a kind of cuff, which is placed with its inner shell around the object to be damped (eg a well or axis of a machine or device to be damped).
  • the outer shell is now pressed through a tube with a smaller diameter and thereby plastically deformed.
  • the diameter of the outer shell is smaller, so that a bias of the elastomer located between the outer and inner shell takes place.
  • a bias can be generated in which a bolt with a larger diameter than the inner shell by the same is pressed, resulting in the expansion of the inner shell to the outside and thus compression of the elastomer layer between the outer and inner shell result.
  • elastomer components which have a correspondingly dimensioned separating element, preferably in their interior, can be compressed particularly advantageously and effectively if the region is either in the separating elements themselves or preferably around the separating elements via a feed with liquid, gaseous or polymerizing agents is supplied under pressure.
  • the separating element can be designed so that it is widened by the penetrating pressure medium.
  • the separating elements are designed such that formed by the penetration of pressure medium chambers and cavities between the separator and adjacent elastomer layer, which cause the elastomer layer according to the selected properties of the separator and the elastomeric material targeted large volume, certain Parts of the elastomer component limited, locally different or uniformly compressed and thus biased.
  • the separating elements of the novel elastomer components comprise in the preferred
  • Embodiment Materials that serve only to provide areas and zones of different size and structure in the elastomeric layer in which the elastomeric material is not continuous, but is interrupted by the separating elements, so that in these areas in the pressure-free state, the elastomeric surfaces of the surrounding Elastomer material abut against the separating element and are lifted at the initiation of a pressure medium via a supply line, that is under pressure, in this area of the separating element, thereby forming cavities or chambers.
  • the said elastomer layer can be further compressed or prestressed.
  • the supply of the pressure medium is continued until the desired bias in the elastomer part or the relevant part of the elastomer is achieved.
  • the dividing elements are introduced in the production of the elastomer layer in the not yet solid viscous rubber or polymer material in various ways.
  • the decisive factor here is that the separating elements in this process do not form a solid chemical bond with the still soft, uncured elastomeric material. Only in this way can the mentioned cavities or interfaces form according to the structure and geometry of the separating elements after curing of the elastomer material.
  • the separating element does not serve as an upper or boundary surface to the surrounding surface of the elastomeric material between which the pressure medium penetrates, but it is designed as an elastic hollow body.
  • the supply of the pressure medium is not carried out between the separating element and the elastomer layer, but into the hollow body itself.
  • the hollow body is an elastic
  • Hose or any shaped cavity which is surrounded by an elastic wall.
  • the said hollow body In the pressureless state, the said hollow body may be wholly or partly compressed by the surrounding elastomer layer.
  • the said hollow body may also have partially solid structural elements which prevents complete compression in the unpressurized state by the adjacent elastomer layers. This may be necessary if, for example, much displacement volume is desired by the pressure medium.
  • the elastic wall of the hollow body with the surrounding material does not form a chemical compound, because the pressure medium is pressed into the interior of the hollow body and not in said interface area.
  • the invention thus provides a prestressable elastomer component comprising at least one elastomer layer and at least one pressure-resistant feed line, preferably with a valve, wherein the elastomer layer (3, 104) in the interior or at an interface areas with one or more separating elements (4, 105, 107, 115 , 116), so that upon supply of pressure means (5) via the supply line with valve (10, 101) in the region of the separating elements (105, 107, 115, 116) or in the separating elements themselves (4) by pressing apart the surrounding elastomer layer Cavities or chambers (106, 108, 114) are formed, which can be filled and expanded with the pressure medium (5), whereby the surrounding elastomer layer (3, 104) is compressed, and the elastomeric part so receives a bias.
  • the separating element (107) is a deformable hollow body (4) with an elastic outer wall, for example an elastic hose, which can be filled and expanded via the supply line (10, 101) with pressure medium (5).
  • the partition member (105, 107, 115, 16) abuts or is surrounded by the surrounding elastomeric layer without being fixedly connected thereto, and said cavities or chambers (106, 108, 114).
  • the Dividing elements are formed by introducing the pressure medium (5) into this interface region.
  • the separating element may be a wire, a hollow wire, a thread, a foil, a plate, a paper, a color, varnish or varnish layer of the most diverse materials, which itself or possibly its coating, as mentioned, must not undergo chemical bonding with the elastomeric material during its manufacture.
  • the thickness or thickness of the wire, the hollow wire, the foil, the plate, the color, varnish or varnish layer can be very thin ( ⁇ 1 mm, ⁇ 0.5 mm, ⁇ 0.1 mm), which has the advantage that the separating elements are practical do not have their own significant volume and / or weight.
  • a heating device can be provided inside, for example, through which in addition the elastomeric properties of the elastomeric part can be influenced.
  • the wire can also be dimensioned in cross-section so that it heats up as it flows through its own resistance.
  • the separating elements (4, 105, 107, 115) can be mounted linearly, spatially or even three-dimensionally (116) in the elastomeric body of the component. It can thus be formed whole structures of different sizes, distribution and arrangement.
  • a wire, or hose can be annular, spiral, meandering or irregular out, depending on which areas in the elastomeric part to be biased more or less strongly.
  • a layer may be in the form of rectangular or circular areas which may be interconnected by channels (115). Such layers can be generated, for example, in the color printing process, or provided as a prefabricated circuit board or template.
  • the separating elements or individual structures of these separating elements can be arranged uniformly distributed in the elastomer component or else locally concentrated, wherein, if appropriate, these structures in individual segments or regions of the elastomer component have different pressures through a plurality of correspondingly arranged supply lines. 10, 101) can be suspended. - -
  • Such a variability in optionally locally different structures of separating elements ultimately makes it possible to install a locally very different, very special adapted individual bias in selected areas of the elastomer component according to the invention.
  • the variability in the biases to be achieved can also be additionally increased by using elastomeric materials with different stiffness and / or varying coefficients of expansion in the elastomer component, as well as by different temperatures that can be caused by heating elements.
  • the invention thus relates to a corresponding elastomer component, in which the separating element is an inserted wire, thread or hollow wire (105), which consists of a material or is surrounded by a material which has no firm connection with the surrounding elastomer material (3, 104). to be able to respond to its production.
  • the separating element is an inserted wire, thread or hollow wire (105), which consists of a material or is surrounded by a material which has no firm connection with the surrounding elastomer material (3, 104).
  • the invention also relates to a corresponding elastomeric component in which the separating element is an introduced layer (107) which is of paint, lacquer, plastic, paper or metal, which consists of a material or is surrounded by a material which does not have a firm connection with the surrounding elastomeric material (3, 104) is able to enter into its production.
  • this layer (107) may be a color, lacquer, paper, plastic or metal layer or foil, which are introduced into the elastomer body, for example, as a stencil, matrix or circuit board by means of a variety of methods known per se.
  • the invention further relates to a corresponding elastomer component, in which that the separating element (4, 105, 107, 115, 116) a one- or three-dimensional open or closed structure, for example an annular, spiral, meandering, interrupted or continuous structure within of the elastomer (3, 104).
  • the separating element (4, 105, 107, 115, 116) a one- or three-dimensional open or closed structure, for example an annular, spiral, meandering, interrupted or continuous structure within of the elastomer (3, 104).
  • the invention accordingly also relates to a corresponding elastomer component in which either
  • the elastomer layer (3, 104) a plurality of identical ones of said separating elements or a plurality of units of similar separating elements (4, 105, 107, 115, 116), which are evenly distributed in the elastomeric member or a subunit of the elastomeric component, so that a uniform symmetric pressure distribution and thus bias in Elastomerbauteil or a subunit occurs, or (ii) the elastomer layer (3, 104) comprises a plurality of similar ones of said partitions or a plurality of units of similar partitions (4, 105, 107, 115, 16) distributed differently in the elastomeric member or a subunit of the elastomeric member, these Separating elements or units of separating elements at least one supply line (10, 101), so that locally different strength unbalanced
  • bias voltages can be set in the component or its subunits, or
  • the elastomeric layer (3, 104) comprises a plurality of different separating elements or a plurality of units of various separating elements (4, 105, 107, 115, 116) evenly distributed in the elastomeric member or a subunit of the elastomeric member, these separating members or units of separating elements at least one supply line (10, 101), so that locally different strong pressure distributions and thus biasing can be set in the component.
  • a plurality of supply lines (10, 101) with valves or closures in a certain elastomeric component may be necessary, in particular if different local segments or structures are to be exposed to a different pressure.
  • the supply lines must be pressure-stable, and are usually made of the materials suitable for this purpose.
  • pressure medium (5) which is also to be regarded as a calibration fluid
  • pressure medium (5) all common means are suitable for producing medium and high pressures.
  • hydraulic fluids such as oils, liquid plastics, polymer gels or water are mentioned here.
  • gases or, in the simplest case, air as pressure medium.
  • a liquid polymer solution which hardens after setting the desired bias or compression of the elastomer layer (3, 104) and so provides a fixed no longer variable preload value in the respective elastomer part or in a segment / region of the elastomer component .
  • Such simple, non-dynamic elastomer components make sense if an always equal loads of the component are to be expected, and a Recalibration does not seem necessary.
  • the resulting polymer body or its surrounding shell in the case of an elastic hollow body with appropriate choice of material again represent a separation element that makes a later addition by subsequent introduction of further polymerizing or non-polymerizing media possible.
  • an occurring setting process can be counteracted by subsequent repressing.
  • customary polymers / copolymers for example based on acrylate or methacrylate, can be used for this purpose.
  • a curing or polymerizable single- or multi-component casting material can be used as a pressure medium or calibration fluid (5), which solidifies after pumping to an elastic or inflexible plastic.
  • the filled calibration fluid (5) after curing similar elastic properties as the component or the elastomer layer (3, 104) itself.
  • a homogeneity of the entire elastomer component, or the elastomeric connector is present, so that except the pressure increase no conditional significant influence on the component is to be expected.
  • the elastomer components according to the invention are particularly suitable if they have to have large proportions, as is often required, for example, for installation and use in wind power plants.
  • round or elliptical elastomer components which have an average diameter of more than 30 cm, preferably more than 50 cm, in particular more than 100 cm and most preferably more than 200 cm.
  • the elastomeric material is usually connected or provided with at least one, but preferably two or more plates or shells, in the form of closing or intermediate plates or shells (1, 2, 1 17, 1 18, 1 10 - 113).
  • the invention thus relates, in particular, to cylindrical or conically shaped elastomeric bushings or half bushes and to elastomeric planar laminated springs or other shaped elastomeric bearings which may have a plurality of intermediate plates or plates and are known per se in the prior art (eg EP 1 046 832 Bl EP 1 887 248 A1), but now have the elastomeric components provided with separating elements according to the invention. - -
  • the invention relates in particular to a corresponding elastomer component provided with the described separating elements in the form of a bushing, half bushing or a segment of a bushing, characterized in that it has end plates (1, 2, 117, 118) which have the geometry of cylindrical (112, 113) or conical (110, 111) shaped shells, half-shells or correspondingly shaped segments of these shells or half-shells.
  • this has at least one correspondingly sized and shaped recess into which exactly the missing socket segment, which comprises said separating element fits and is firmly inserted, at least partially Elasotmer Schemee the socket and the socket segment for pressure transmission in direct contact stand.
  • Such a construction is advantageous because bushing segments having dividing elements as described are easier to manufacture than entire bushings with the corresponding dividing elements.
  • the segment can also be made interchangeable with the separating elements, so that one and the same socket in the assembled state can be provided by using segments with differently shaped and thus acting separating elements.
  • the invention further provides a corresponding elastomeric component in which the end plates are formed as discs (117, 118) and constructed so that they can be connected to machine or generator parts, and the elastomer layer (3, 104) supports said discs elastically against each other ,
  • the said solid or half bushes as we the other elastomeric elements are preferably provided with a central preferably circular opening for receiving the part to be damped or the parts to be damped.
  • the inelastic material existing end or intermediate plates, or shells are made of inelastic material, such as steel. This material is firmly bonded to the elastomeric material.
  • conventional elastomer bushes and bearings contain natural rubber which can be firmly bonded to the metallic bushing material by vulcanization. Since oversized bushes can be vulcanized hot only with great effort, however, pourable and preferably elastic or semisynthetic materials which are elastic in the solid state are used for correspondingly large bushes according to the invention in the uncured state. Such materials are known.
  • Suitable materials for the elastomer components according to the invention and hereof especially for large elastomer bushings and bearings are, in addition to natural rubber, elastic polymers based on polyurethane (PU), which may be composed of identical or different polyols and polyisocyanates and different properties in relation to their composition and the components used have pourability, elasticity and stability.
  • Elastic polymers based on PU are well known, as well as their preparation and their properties.
  • elastomer components can find use for the elastomer components according to the invention, in particular bushings, such as the following pasty / liquid multicomponent systems: unsaturated polyester resins and hardeners, epoxy / PU systems, polymer-silicone systems, polysulfide-polymer systems, two-component systems Acrylate systems as well as other two- or multi-component systems.
  • bushings such as the following pasty / liquid multicomponent systems: unsaturated polyester resins and hardeners, epoxy / PU systems, polymer-silicone systems, polysulfide-polymer systems, two-component systems Acrylate systems as well as other two- or multi-component systems.
  • one or more separating elements as described above, for example, a wire (105) or an elastic hose (4), for example, inserted centrally between outer shell (117) and inner shell (118) prior to casting of the elastomeric material.
  • elastomeric layer (3, 104) it is possible to partially (i. E. The material for the elastomeric layer (3, 104), i. pour into portions and into the space which the shells or plates (1) and (2) form with each other and then, for example, lay the wire (105) or hose (4) on this hardened material so that it preferably has no contact with the walls of the shells / outer plates (1,2). Subsequently, a second elastomer layer (3, 104) is produced.
  • further layers which contain separating elements (4, 105, 107, 115, 116) can thus be provided.
  • a novel elastomeric bushing or elastomeric layer spring is provided.
  • the subject of the invention is therefore also an elastomer bush, comprising at least one cylindrical rigid inelastic outer shell (113), at least one cylindrical solid inelastic inner shell (112), which has a smaller average diameter than the Outer shell, and at least one elastomer layer (3, 104), which completely fills the space between the cylindrical shells, and is firmly connected thereto, wherein the space between the two shells at least one corresponding separating element (4, 105, 107, 115, 116 ) circumferentially or locally symmetrically or asymmetrically distributed and / or arranged in a two- or three-dimensional structures has.
  • a completely or only partially circumferential wire (105) or hose (4) is used in bushes or even flat film springs, in which relatively narrow elastomer layers are to be used.
  • the wire or elastic hose can be led out radially or axially out of the component at one or more points.
  • pressure-stable supply line (101, 10) which optionally includes the connection part (6)
  • pressure / calibration means (5) under high pressure (5 - 500 bar, preferably 10-100 bar), for example, from a storage vessel (8) via a pump (7) in the separating element (elastic hollow body) or between the separating element and adjacent surrounding elastomer layer (3, 104) pressed.
  • the elastomer components according to the invention can be produced in basically two different ways.
  • the method which in practice is easier and thus more cost-effective, is based on the application or production of individual elastomer layers (3, 104) of the abovementioned rubber, rubber or polymer materials, which after solidification soften said separating elements in the desired distribution and structure , and provided with the necessary supply lines (101) or attached. Subsequently, a further elastomer layer is applied thereto, which covers or encloses the introduced separating elements (4, 105, 107, 115, 116) so that they are completely surrounded by elastomer material.
  • the invention accordingly provides a process for producing a prestressed elastomer component as described, comprising the following steps: (i) providing a first solid elastomer layer as a partial layer of the entire elastomer component in the desired shape and size, (ii) attaching one or more separating elements (4, 105, 107, 115, 116) on a surface of the provided elastomeric layer after step (i) including at least one pressure-stable lead (10, 101) in or on the separating element, optionally with the aid of auxiliary means, which the attachment and positioning on the elastomer layer facilitate, (iii) applying a second elastomer layer in the form of a not yet cured or polymerized elastomer composition on the surface of said first solid elastomer layer having said partitions, so that after curing or polymerization of the
  • the solid or half-bushings according to the invention can be produced very simply as described above.
  • the second alternative method is to prepare the elastomer (3, 104) in a single step.
  • the separating element must be brought and fixed by appropriate Hi lfs devices between the end plates, for example a socket.
  • the invention thus also provides a process for the production of a prestressed elastomer component which comprises at least one cylindrical, conical or flat rigid, inelastic outer shell or plate, at least one cylindrical, conical or flat solid, inelastic inner shell or plate, and at least one elastomer layer ( 3, 104) which completely fills the space between the correspondingly shaped trays or plates and is fixedly connected thereto, the method comprising the steps of:
  • the bias of the elastomer (3, 104) by discharging / discharging pressure or calibration fluid (5) from the respective expanded areas / elastic hollow bodies, for example from Hose (4) or from the formed chambers or cavities (105) can be reduced.
  • the supply of the pressure medium (5) in the separating elements (107) (elastic hollow body, eg hose (4)) or in the areas (cavities, cavities) to said separating elements (Layers, plates, color prints, foils, etc.) around over the feed line (101), can be done in various ways.
  • the supply of the pressure or calibration means (5) can be axial or radial.
  • the supply line can thus pass through the outer plates (1, 2, 117, 1, 18, 110 - 113), e.g. a socket, as described above, to the outside or through the free elastomeric layer surface (11) of the relevant component through outwards.
  • the supply line (10, 101) is usually connected via a connecting part (6) with the respective volume to be replenished (chambers, hollow body).
  • the supply line itself is in turn connected, for example via a connecting piece with a calibration system (pump, storage volume for the pressure medium (5), possibly high-pressure lines, etc.).
  • One or more supply lines and connecting parts can be used in a separating element, wherein the supply lines have pressure valves or other flameproof closures.
  • the leads (10, 101) and connecting elements (6) are guided vertically outwardly or inwardly through the cylinder wall of the outer shell (113) and / or inner shell (112) of the bushing.
  • the shells on appropriately oriented holes, which receive the leads and / or the fittings (6) fitting.
  • hoses (4) are used as separating elements, which are inserted radially into the bushing cross-section, the hose ends can be led outwards or inwards and connected directly to the supply lines and the pressure medium system via the connecting pieces.
  • the elastomer components according to the invention are, as already stated in the introduction, ideally suited for the production of large to very large elastomer bushes, laminated springs and other corresponding bearings (diameter> 100 cm), as used in wind turbines or plants of similar dimensions / requirements.
  • the division, design and supply with pressure means (5) of the separating elements (4, 105, 107, 115, 116) takes place in a highly differentiated and individual manner.
  • elastomeric material of different stiffness and / or different coefficients of expansion in the individual regions of the arrangement, in particular in the region of the separating elements, a further fine adjustment of the flexibility of the preload behavior of the elastomeric material in certain desired area of the arrangement can be achieved.
  • the invention thus relates to an elastomeric optionally having a shape and shape arrangement for carrying out artificial movements or deliberate deformations, comprising one or more optionally shaped elastomer elements, as described above, which are functionally in communication with each other, and have an intelligent computer-assisted electronics, which selectively controls the individual structures in the separating elements of the elements and for a dynamic pressure distribution and thus variable expansion or compression / decompression in the local different areas of the respective elastomer layer (s) ensures, so that by the relative to each other different compression / decompression of the elastomeric material in the area of the respectively controlled separating elements targeted deformation or movement of individual elements of the arrangement or the entire arrangement can be performed by means of the controller.
  • Fig. 1 Elastomeric bearing with inserted wire, thread or the like as a separator, pressure-free (without preload)
  • Fig. 2 Elastomeric bearing acc. Fig. 1 under pressure (preload)
  • Fig. 3 Elastomeric bearing containing a layer as a separating element, pressure-free.
  • Fig. 4 Elastomeric bearing according to Fig. 3, under pressure (preload)
  • Fig. 5 Elastomeric bearing according to Fig. 2, 3, which revolving layers as
  • Fig. 6 Elastomeric bearing according to Fig. 2, 3, which has circumferential layers of separating elements, the meandering (in different
  • Fig. 7 Conical elastomer bearing (bushing), with separating element (wire), which is clamped by filling pressure.
  • Fig. 8 Cylindrical elastomer bushing with separating element (elastic hollow body / hose / plate)
  • Fig. 9 Elastomer component with evenly distributed square / rectangular separators generated by color printing, which are connected to each other by appropriate channel structures.
  • Fig. 10 Elastomer component with lattice structure of separating elements (wire)
  • Fig. U Layer spring with an elastomer layer with circumferential wire or
  • the supply line is axially from the outside through a cover plate.
  • Fig. 12 Layer spring with an elastomer layer with circumferential wire or
  • the supply line is radially outward through the free elastomer layer. - 1 -
  • Fig. 13 Cuts through a cylindrical elastomer bushing with circulating hose and hose ends led out of the elastomer. Also shown are connection devices and device for filling with pressure medium.
  • Fig. 14 Cross section through an elastomeric cylindrical bushing with inserted segment, which wire or hose has as a separating element and comprises a supply line for the pressure medium.
  • Fig. 15 Bushing segment from Fig. 14 in a different view.
  • Fig. 16 Bushing segment in the longitudinal direction of a cylindrical bushing with surrounding wires or hoses, which are inserted into different heights of the elastomer layer, including supply line (s).
  • Fig. 17 3D illustration of a socket with the inserted segment of Fig. 16
  • Fig. 18 Wind power foundation with elastomer components according to the invention
  • FIG. 10 A simple embodiment of an elastomeric bearing comprising the parting elements in the use according to the invention is shown in FIG.
  • An elastomer layer (104) is inserted as a ring in a corresponding recess of the bearing plates.
  • An encircling wire ring has been vulcanised in the middle of the elastomer ring.
  • the supply line (101) including valve (102) is in direct contact with the wire (105), which acts as a separator here.
  • the valves (102) serve with polymerized
  • wire, tube or layer rings can be arranged as separating elements in the same or different level / height in the interior of the elastomer (Fig. 5 and Fig. 6).
  • Figures 7 and 8 show the inventive principle of compressible by separating elements and / or decompressible elastomer layers using conical or cylindrical bushes or bearings. It can be seen that the separating elements (105, 107) can be arranged both radially (FIG. 7) and axially (FIG. 8). In the illustrated sockets, the supply line (101) is guided in each case by the limiting outer plate. By pressing the pressure medium (5) results in filled cavities (106, 108), which provide for the displacement of the surrounding elastomeric material.
  • FIG. 9 shows an elastomer layer (104) on which regular layer structures, for example made of paint, lacquer or other materials, are arranged.
  • the structures were created in this case by color printing.
  • the entire surface can be applied approximately uniformly with pressure.
  • the entire structure has a feed line (101) only at one point, so that the pressure medium can only reach the other separating elements (107) or chambers (114) via the forming channels.
  • an arbitrarily adjustable damping is generated, which is material-dependent and in the effect can be increased almost arbitrarily.
  • Such an elastomeric element for example, can be designed as a damping mat or as a shock absorber and act accordingly.
  • the said structures may also be arranged irregularly in the elastomer mat or in a correspondingly shaped elastomer part (not shown), thereby allowing uneven pressure distributions. This results in a locally uneven force or deformation in the elastomeric body, so that it produces targeted, dependent on the pressure introduced movements.
  • elastomer components can be acted upon with an amount of liquid which is a multiple of the volume of the actual elastomeric body equivalent. This enables large symmetrical and asymmetrical movements of the elastomer body (grasping hand)
  • Figure 10 shows another variant of the principle of Figure 9.
  • a three-dimensional regular lattice structure (116) also provides that a total compression of the elastomer corresponding to a multiple of its volume can be produced.
  • irregular arrangements and shapes also targeted deformations and thus movements can be carried out hereby.
  • Figures 11 and 12 apply the design principle shown in Figures 1 and 2 to a laminated spring element.
  • Figure 13 uses an elastic instead of layers as a separator
  • the hose ends are led out of the elastomer directly and can be connected directly to the pressure medium supply system.
  • the terminals may be passed through one or both end plates (1, 2).
  • Figures 14-17 show the use of an elastomeric bushing segment which contains the separating elements according to the invention, by way of example as a wire system.
  • the elastomeric layer of the segment is in direct contact with the layer of the remaining bush, so that not only the elastomeric material of the segment but also the rest of the bush is biased during pressure transmission through the supply line.
  • the advantage of such a socket is mainly in the simpler production.
  • Figure 18 shows a concrete foundation (130), for example a wind turbine.
  • the tower of the plant which is also exposed to constant vibration, is mounted on the profile steel ring (131) cast in the foundation.
  • This is only loosely concreted in and has at least two positions of different height preferably circumferential flanges (132), which include elastomer components according to the invention. Due to the movements of the tower, the concrete loosens between the circumferential flanges (132) of the mounting ring for lack of prestressing.
  • By pressing in pressure means (5) can be generated in the concrete foundation sufficient compressive stress, so that the relaxation of the concrete or the structure is prevented.

Abstract

Die Erfindung betrifft Elastomerbauteile (104), welche ein Elastomervolumen mit einer ausreichend großen Vorspannung aufweisen sollen, wie dies beispielsweise für den Einsatz in Windkraftanlagen erforderlich ist. Die Elastomerbauteile (104) beruhen dabei im wesentlichen auf das Einbringen und Integrieren von einzelnen oder in Strukturen angeordneten Trennelementen (105) in den Elastomerkörper des Bauteils, welcher durch zugeführte Druckmittel in den Bereich zwischen Trennmittel und umgebenden Elastomermaterial, oder in die Trennelemente selbst komprimiert und somit dynamisch einstellbar vorgespannt werden kann.

Description

DURCH DRUCKMITTEL VORSPANNBARE ELASTOMERBAUTEILE UND DEREN
HERSTELLUNGSVERFAHREN
Die Erfindung betrifft neuartig vorspannbare Elastomerbauteile, insbesondere Elastomerbuchsen oder elastomere Schichtfedern, ihre Verwendung und Verfahren zu ihrer Herstellung. Die Erfindung betrifft insbesondere große Elastomerbauteile, welche ein großes Elastomervolumen mit einer ausreichend großen Vorspannung aufweisen sollen oder müssen, wie dies beispielsweise für den Einsatz in Windkraftanlagen erforderlich ist. Die erfindungsgemäßen Elastomerbauteile beruhen dabei im wesentlichen auf das Einbringen und Integrieren von einzelnen oder in Strukturen angeordneten Trennelementen in den Elastomerkörper des Bauteils, welcher durch zugeführte Druckmittel in den Bereich zwischen Trennmittel und umgebenden Elastomermaterial, oder in die Trennelemente selbst komprimiert und somit vorgespannt werden kann. Bei Verwendung von hydraulischen Flüssigkeiten oder Gasen kann somit eine variable einstellbare Vorspannung des Elastomebauteils erzielt werden, während bei Verwendung einer polymerisierbaren Flüssigkeit eine fest eingestellte Vorspannung möglich ist.
Elastomere haben die Eigenschaft, dass insbesondere bei permanenten Vorhandensein oder Entstehen von Zugspannungen die Lebensdauer des Materials sehr begrenzt wird. Deshalb wird bei Auslegung und Herstellung von Bauteilen, welche Elastomere für Dämpfungszwecke aufweisen, sehr genau darauf geachtet, dass keine Zugspannungen auftreten können.
Aus diesem Grund werden nach dem Stand der Technik Elastomerbauteile, z.B. Elastomerbuchsen für Windkraftanlagen, nach der Vulkanisation des Gummimaterials vorgespannt. Das geschieht in der Regel durch Kalibrieren.
Eine Elastomerbuchse besteht im einfachsten Fall aus einer Außen- und Innenschale in der Regel aus Metall von zumeist runder oder elliptischer Form, wobei die beiden Schalen durch eine Elastomerschicht unterschiedlicher Dicke miteinander verbunden sind. Die Elastomerbuchse bildet eine Art Manschette, welche mit ihrer Innenschale um den zu dämpfenden Gegenstand (z.B. eine well oder Achse einer zu dämpfenden Maschine oder Vorrichtung) gelegt ist. Beim Kalibrieren wird nun entweder die Außenschale durch ein Rohr mit kleinerem Durchmesser hindurch gepresst wird und dabei plastisch verformt. Hierdurch wird der Durchmesser der Außenschale geringer, so dass eine Vorspannung des zwischen der Außen- und Innenschale befindlichen Elastomers erfolgt. Umgekehrt kann eine Vorspannung erzeugt werden, in dem ein Bolzen mit größerem Durchmesser als die Innenschale durch dieselbe gepresst wird, was zur Aufweitung der Innenschale nach außen und somit eine Komprimierung der Elastomerschicht zwischen der Außen- und Innenschale zur Folge hat.
Diese beiden Verfahren können einzeln oder auch zusammen durchgeführt werden. Ist die Elastomerschicht durch die Kalibrierung verdichtet, so ist diese damit in Druckrichtung vorgespannt. Bei radialer Verformung der Außenschale zur Innenschale wird in diesem Druckbereich gearbeitet, sodass es nicht zu Zugspannungen in der Elastomerschicht kommt und die Lebensdauer der Bauteile gewährleistet ist.
Ähnlich verhält es sich mit anderen Elastomerelementen, wie Schichtfedern oder andere Lager oder Dämpfungsmittel, bei denen eine recht große Elastomerschicht im nicht unerheblichen Maß komprimiert und damit vorgespannt werden muss.
Das oben beschriebene bekannte Verfahren der Technik lässt sich jedoch nur bei Buchsen und Lagern mit kleineren Abmessungen (Durchmesser kleiner als 30 cm) kostenverträglich realisieren. Die Kräfte, die aufgewendet werden müssen, um größere Buchsen (Durchmesser größer als 30 cm, vorzugsweise größer als 100 cm) vorzuspannen, bzw. zu kalibrieren, sind zum einen zu groß, zum anderen müssten in diesen Fällen die Abschluss- oder
Begrenzungselemente oder -platten entsprechend ihrer Dicke dimensioniert und aus sehr massiven Material angefertigt sein, damit diese sich nicht durch den großen Innendruck des Elastomers, der aufgrund der vorgenommenen Kalibrierung entstanden ist, wieder aufbiegen, bzw. sich deformieren. Ähnliche Probleme sind bei Anordnungen zu erwarten, welche besondere Werkstoffe oder besondere Formen aufweisen sollen und somit nicht oder nur eingeschränkt nach den bekannten Methoden der Technik zu kalibrieren sind.
Es bestand somit die Aufgabe, elastomere, vorspannbare, als Lager, insbesondere Buchsen, vorzugsweise Buchsen für Windkraftanlagen dienende Bauteile und Verfahren zur ihrer Herstellung und ihrer Kalibrierung zur Verfügung zu stellen.
Die Aufgabe wurde erfindungsgemäß wie unten und in den Ansprüchen geschildert, gelöst.
Es wurde gefunden, dass sich Elastomerbauteile, welche ein entsprechend dimensioniertes Trennelement, vorzugsweise in ihrem Inneren aufweisen, besonders vorteilhaft und wirkungsvoll komprimieren lassen, wenn der Bereich entweder in den Trennelementen selbst oder aber vorzugsweise um die Trennelemente herum über eine Zuführung mit flüssigen, gasförmigen oder polymerisierenden Mitteln unter Druck versorgt wird. Das Trennelement kann dabei so gestaltetet sein, dass es durch das eindringende Druckmittel aufgeweitet wird. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Trennelemente derart konzipiert, dass sich durch das Eindringen von Druckmittel Kammern und Hohlräume zwischen Trennelement und anliegender Elastomerschicht bilden, welche bewirken, dass sich die Elastomerschicht entsprechend den gewählten Eigenschaften des Trennelementes sowie des Elastomermaterials gezielt großvolumig, auf bestimmte Teile des Elastomerbauteils beschränkt, lokal unterschiedlich oder gleichmäßig komprimiert und somit vorspannt.
Dieses neuartige Prinzip der Elastomerkompression und seine Verwendung ist sehr variable im Bezug auf die Art und Effektivität der Trennelemente als auch der einsetzbaren Druckmittel, welche eine fest oder variabel bis dynamisch einstellbare Vorspannung des Elastomerteils generell ermöglichen. Dadurch lassen sich die elastomeren Bauelemente, beispielsweise Buchsen oder Schichtfedern, im Bezug auf die Vorspannung über einen großen Bereich bestens gegebenenfalls variabel kalibrieren, was somit einen weiteren Vorteil über die diesbezüglichen Elastomerteile des Standes der Technik und deren Herstellung darstellt.
Die Trennelemente der neuartigen Elastomerbauteile umfassen in der bevorzugten
Ausführungsform Materialien, die eigentlich nur dazu dienen, in der Elastomeschicht Bereiche und Zonen unterschiedlicher Größe und Struktur bereitzustellen, in denen das Elastomermaterial nicht durchgängig vorhanden ist, sondern durch die Trennelemente unterbrochen ist, so dass in diesen Bereichen im druckfreien Zustand die elastomeren Flächen des umgebenden Elastomermaterials an dem Trennelement anliegen und bei Einleitung eines Druckmittels über eine Zuleitung, also unter Druck, in diesen Bereich von dem Trennelement abgehoben werden, wodurch sich Kavitäten oder Kammern bilden. Dadurch kann die besagte Elastomerschicht weiter komprimiert bzw. vorgespannt werden. Die Zuführung des Druckmittels wird dabei so lange fortgeführt, bis die gewünschte Vorspannung in dem Elastomerteil oder dem betreffenden Teil des Elastomers erreicht wird.
Um die Erzeugung besagter Kammern und Hohlräume zu erreichen, werden die Trennelemente bei der Herstellung der Elastomerschicht in das noch nicht feste viskose Gummi- oder Polymermaterial auf verschiedene Weise eingebracht. Entscheidend ist dabei, dass die Trennelemente bei diesem Prozess keine feste chemische Verbindung mit dem noch weichen, nicht ausgehärteten Elastomermaterial eingehen. Nur dadurch können sich die erwähnten Kavitäten oder Grenzflächen entsprechend der Struktur und Geometrie der Trennelemente nach Aushärtung des Elastomermaterials bilden. - A -
In einer anderen alternativen Ausfuhrungsform der Erfindung dient das Trennelement nicht als Ober- bzw. Grenzfläche zur umgebenden Fläche des Elastomermaterials, zwischen die das Druckmittel eindringt, sondern es ist als elastischer Hohlkörper konzipiert. In diesem Fall erfolgt die Zuführung des Druckmittels nicht zwischen Trennelement und Elastomerschicht, sondern in den Hohlkörper selbst. Im einfachsten Fall ist der Hohlkörper ein elastischer
Schlauch oder ein beliebig geformter Hohlraum, der von einer elastischen Wand umgeben ist. Im drucklosen Zustand kann der besagte Hohlkörper, durch die ihn umgebende Elastomerschicht ganz oder teilweise zusammengedrückt sein. Der besagte Hohlkörper kann auch teilweise feste Strukturelemente aufweisen, die ein vollständiges Zusammendrücken im drucklosen Zustand durch die angrenzenden Elastomerschichten verhindert. Dies kann erforderlich sein, wenn zum Beispiel viel Verdrängungsvolumen durch das Druckmittel gewünscht ist. Prinzipiell ist es bei dieser Ausführungsform nicht notwendigerweise erforderlich, dass die elastische Wand des Hohlkörpers mit dem umgebenden Material keine chemische Verbindung eingeht, weil das Druckmittel in das Innere des Hohlkörpers und nicht in den besagten Grenzflächenbereich gepresst wird.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein vorspannbares Elastomerbauteil umfassend mindestens eine Elastomerschicht und mindestens eine druckfeste Zuleitung vorzugsweise mit einem Ventil, wobei die Elastomerschicht (3, 104) im Inneren oder an einer Grenzfläche Bereiche mit einem oder mehreren Trennelementen (4, 105, 107, 115, 116) aufweist, so dass bei Zuführung von Druckmitteln (5) über die Zuleitung mit Ventil (10, 101) im Bereich der Trennelemente (105, 107, 115, 116) oder in den Trennelementen selbst (4) durch Auseinanderdrücken der umgebenden Elastomerschicht Hohlräume oder Kammern (106, 108, 114) entstehen, die mit dem Druckmittel (5) ausgefüllt und aufgeweitet werden können, wodurch die umgebende Elastomerschicht (3, 104) zusammengedrückt wird, und das Elastomerteil so eine Vorspannung erhält.
In der alternativen Ausführungsform der Erfindung ist das Trennelement (107) ein verformbarer Hohlkörper (4) mit elastischer Außenwand, beispielsweise ein elastischer Schlauch, welcher über die Zuleitung (10, 101) mit Druckmittel (5) aufgefüllt und ausgedehnt werden kann.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt das Trennelement (105, 107, 115, 1 16) an der umgebenden Elastomerschicht an oder ist von ihr umgeben, ohne mit dieser fest verbunden zu sein, und besagte Hohlräume oder Kammern (106, 108, 114) um die Trennelemente herum entstehen durch Einleitung des Druckmittels (5) in diesen Grenzflächenbereich. In diesen Fällen, kann das Trennelement ein Draht, ein Hohldraht, eine Faden, eine Folie, eine Platte, ein Papier, eine Färb-, Lack- oder Firnisschicht aus den verschiedensten Materialen sein, das selbst oder ggf. seine Beschichtung, wie erwähnt, keine chemische Verbindung mit dem Elastomermaterial bei dessen Herstellung eingehen darf.
Die Stärke, bzw. Dicke des Drahtes, des Hohldrahtes, der Folie, der Platte, der Färb-, Lackoder Firnisschicht kann sehr dünn sein (< lmm, < 0.5mm, < 0.1mm), was den Vorteil hat, dass die Trennelemente praktisch kein eigenes nennenswertes Volumen und /oder Gewicht aufweisen. Bei Verwendung eines Hohldrahtes oder einer Kanüle, kann im Inneren beispielsweise eine Heizvorrichtung vorgesehen werden, durch die zusätzlich die elastomeren Eigenschaften des Elastomerteils beeinflusst werden können.
Der Draht kann auch im Querschnitt so dimensioniert sein, dass er sich durch seinen eigenen Widerstand beim Stromdurchfluss erhitzt.
Eine weitere Möglichkeit zur Erwärmung des Drahtes oder eines sonstigen eingelegten Metallkörpers ist die Induktion. Dadurch ist eine örtliche oder auch vollständige Erwärmung des eingelegten Bauteiles möglich.
Die Trennelemente (4, 105, 107, 115) können erfindungsgemäß linear, flächenmäßig oder auch dreidimensional (116) im Elastomerkörper des Bauteils angebracht sein. Es können somit ganze Strukturen unterschiedlichster Größe, Verteilung und Anordnung gebildet werden. Beispielsweise kann ein Draht, oder Schlauch ringförmig, spiralförmig, meanderförmig oder unregelmäßig geführt werden, je nach dem, welche Bereiche im Elastomerteil mehr oder weniger stark vorgespannt werden sollen. Eine Schicht kann zum Beispiel in Form von rechteckigen oder runden Arealen, welche durch Kanäle (115) miteinander verbunden sein können, vorliegen. Derartige Schichten können z.B. im Farbdruckverfahren generiert werden, oder als vorgefertigte Platine oder Schablone bereitgestellt werden. Die Trennelemente, bzw. einzelne Strukturen dieser Trennelemente können je nach technischer Erfordernis gleichmäßig verteilt im Elastomerbauteil oder aber auch lokal konzentriert angeordnet werden, wobei, falls sinnvoll, diese Strukturen in einzelnen Segmenten bzw. Bereichen des Elastomerbauteils unterschiedlichen Drucken durch mehrere, entsprechend angeordneten Zuleitungen (10, 101) ausgesetzt werden können. - -
Eine derartige Variabilität in gegebenenfalls lokal unterschiedlichen Strukturen von Trennelementen ermöglicht letztlich das Installieren einer ebenfalls lokal sehr unterschiedlichen, sehr spezielle angepassten individuellen Vorspannung in ausgesuchten Bereichen des erfindungsgemäßen Elastomerbauteils. Die Variabilität in den zu erzielenden Vorspannungen kann auch zusätzlich noch durch Einsatz von elastomeren Materialen mit unterschiedlicher Steifigkeit und / oder variierenden Ausdehnungskoeffizienten im Elastomerbauteil erhöht werden, ebenso wie durch unterschiedliche Temperaturen, welche durch Heizelemente hervorgerufen werden können.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein entsprechendes Elastomerbauteil, bei dem das Trennelement ein eingelegter Draht, Faden oder Hohldraht (105) ist, welcher aus einem Material besteht oder mit einem Material umgeben ist, das keine feste Verbindung mit dem umgebenden Elastomermaterial (3, 104) bei dessen Herstellung einzugehen vermag.
Gegenstand der Erfindung ist ebenso ein entsprechendes Elastomerbauteil, bei dem das Trennelement eine eingebrachte Schicht (107) ist, welche aus Farbe, Lack, Kunststoff, Papier oder Metall ist, welche aus einem Material besteht oder mit einem Material umgeben ist, das keine feste Verbindung mit dem umgebenden Elastomermaterial (3, 104) bei dessen Herstellung einzugehen vermag. Insbesondere kann diese Schicht (107) eine Färb-, Lack, Papier-, Kunststoff- oder Metallschicht oder -Folie sein, die beispielsweise als Schablone, Matrix oder Platine mittels verschiedenster an sich bekannter Verfahren in den Elastomerkörper eingebracht werden.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein entsprechendes Elastomerbauteil, bei dem dass das Trennelement (4, 105, 107, 115, 116) eine ein- zwei- oder dreidimensionale offene oder geschlossene Struktur, beispielsweise eine ringförmige, spiralförmige, meanderförmige, unterbrochene oder durchgehende Struktur innerhalb des Elastomers (3, 104) aufweist.
Gegenstand der Erfindung ist demnach auch ein entsprechendes Elastomerbauteil, bei dem entweder
(i) die Elastomerschicht (3, 104) mehrere gleichartige der genannten Trennelemente oder mehrere Einheiten von gleichartigen Trennelementen (4, 105, 107, 115, 116) aufweist, welche gleichmäßig in dem Elastomerbauteil oder einer Untereinheit des Elastomerbauteils verteilt sind, so dass eine gleichmäßige symmetrische Druckverteilung und damit Vorspannung im Elastomerbauteil oder einer Untereinheit auftritt, oder (ii) die Elastomerschicht (3, 104) mehrere gleichartige der genannten Trennelemente oder mehrere Einheiten von gleichartigen Trennelementen (4, 105, 107, 115, 1 16) aufweist, welche unterschiedlich in dem Elastomerbauteil oder einer Untereinheit des Elastomerbauteils verteilt sind, wobei diese Trennelemente oder Einheiten von Trennelementen mindestens eine Zuleitung (10, 101) aufweisen, so dass lokal unterschiedlich starke unsymmetrische
Druckverteilungen und damit Vorspannungen im Bauteil oder seiner Untereinheiten eingestellt werden können, oder
(iii) die Elastomerschicht (3, 104) mehrere verschiedenartige Trennelemente oder mehrere Einheiten von verschiedenartigen Trennelementen (4, 105, 107, 115, 116) aufweist, welche gleichmäßig in dem Elastomerbauteil oder einer Untereinheit des Elastomerbauteils verteilt sind, wobei diese Trennelemente oder Einheiten von Trennelementen mindestens ein Zuleitung (10, 101) aufweisen, so dass lokal unterschiedlich starke Druckverteilungen und damit Vorspannungen im Bauteil eingestellt werden können.
Selbstverständlich sind auch Elastomerbauteile denkbar, bei denen Mischformen der oben genannten Strukturen eingesetzt werden.
Wie bereits erwähnt, können mehrere Zuleitungen (10, 101) mit Ventilen oder Verschlüssen in einem bestimmten Elastomerbauteil notwendig sein, insbesondere dann, wenn verschiedene lokale Segmente oder Strukturen einem unterschiedlich starkem Druck ausgesetzt werden sollen. Die Zuleitungen müssen druckstabil sein, und sind in der Regel aus den hierfür geeigneten Materialen gefertigt.
Als Druckmittel (5), welches auch als Kalibrierungsfluid anzusehen ist, sind erfindungsgemäß alle gängigen Mittel, zur Erzeugung mittlerer und hoher Drucke geeignet. Insbesondere sind hier hydraulische Flüssigkeiten, wie Öle, Flüssigkunststoffe, Polymergele oder auch Wasser zu nennen. Es können auch Gase oder im einfachsten Fall Luft als Druckmittel eingesetzt werden.
In einer besonderen Ausführungsform, dient als Druckmittel eine flüssige Polymerlösung, welche nach Einstellung der gewünschten Vorspannung bzw. Kompression der Elastomerschicht (3, 104) erhärtet und so für einen festen nicht mehr veränderbaren Vorspannungswert im betreffenden Elastomerteil oder in einem Segment / Bereich des Elastomerbauteils sorgt. Derartige einfache, nicht-dynamische Elastomerbauteile machen Sinn, wenn eine immer gleiche Belastungen des Bauteils zu erwarten sind, und eine Nachkalibrierung nicht erforderlich scheint. Allerdings kann der entstandene Polymerkörper oder die ihn umgebende Hülle (im Falle eines elastischen Hohlkörpers) bei entsprechender Materialwahl selbst wieder eine Trennelement darstellen, dass ein späteres Ergänzen durch nachträgliches Einbringen weiterer polymerisierender oder auch nicht polymerisierender Medien möglich macht. Somit kann z.B. einem aufgetretenen Setzvorgang durch nachträgliches Nachpressen entgegengewirkt werden.
Als Polymere können hierfür übliche Polymere / Copolymere beispielsweise auf Acrylat- oder Methacrylatbasis eingesetzt werden. Desweiteren kann in dem genannten Fall ein aushärtendes bzw. polymerisierbares Ein- oder Mehrkomponenten-Gießmaterial als Druckmittel oder Kalibrierungsfluid (5) eingesetzt werden, welches sich nach dem Einpumpen zu einem elastischen oder auch inflexiblen Kunststoff verfestigt. Vorzugsweise besitzt das eingefüllte Kalibrierungsfluid (5) nach dem Aushärten ähnliche elastische Eigenschaften wie das Bauteil bzw. die Elastomerschicht (3, 104) selbst. Somit ist eine Homogenität des gesamten Elastomerbauteils, bzw. der Elastomerbuchse vorhanden, so dass außer der Druckerhöhung kein hierdurch bedingter wesentlicher Einfluss auf das Bauteil zu erwarten ist.
Wie bereits anfangs erwähnt, sind die erfindungsgemäßen Elastomerbauteile insbesondere geeignet, wenn sie große Proportionen aufweisen müssen, wie dies beispielsweise bei Einbau und Verwendung in Windkraftanlagen oft erforderlich ist.
Hierbei werden insbesondere runde oder elliptische Elastomerbauteile eingesetzt, welche einen mittleren Durchmesser von mehr als 30 cm, vorzugsweise mehr als 50 cm, insbesondere von mehr als 100 cm und ganz besonders von mehr als 200 cm aufweisen.
Dabei ist das Elastomermaterial in der Regel mit mindestens einer, vorzugsweise aber zwei oder mehr Platten oder Schalen, in Form von Abschluss-oder Zwischenplatten oder -schalen (1, 2 , 1 17, 1 18, 1 10 - 113) verbunden oder versehen.
Gegenstand der Erfindung sind somit insbesondere zylindrische oder konisch geformte elastomere Buchsen oder Halbbuchsen sowie elastomere planare Schichtfedern oder anderes geformte Elastomerlager, welche mehrere Zwischenplatten oder - bleche aufweisen können und im Stand der Technik an sich bekannt sind (z. B. EP 1 046 832 Bl, EP 1 887 248 Al), aber nunmehr die erfϊndungsgemäßen mit Trennelementen versehenen Elastomerbauteile aufweisen. - -
Gegenstand der Erfindung ist insbesondere ein entsprechendes mit den geschilderten Trennelementen versehenes Elastomerbauteil in Form einer Buchse, Halbbuchse oder eines Segments einer Buchse, dadurch gekennzeichnet, dass es Abschlussplatten (1, 2, 117, 118) aufweist, welche die Geometrie von zylindrischen (112,113) oder konisch (110, 111) geformten Schalen, Halbschalen oder von entsprechend geformten Segmenten dieser Schalen oder Halbschalen besitzen.
In einer besonderen Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Buchse besitzt diese mindestens eine entsprechend dimensionierte und geformte Aussparung, in welche genau das fehlende Buchsensegment, welches das besagte Trennelement umfasst, passt und fest eingefugt ist, wobei mindestens teilweise Elasotmerbereiche der Buchse und des Buchsensegmentes zur Druckübertragung in direkter Berührung stehen. Eine derartige Konstruktion ist vorteilhaft, weil Buchsensegmente mit Trennelementen wie beschrieben, sich leichter herstellen lassen als ganze Buchsen mit den entsprechenden Trennelementen. Falls gewünscht kann das Segment mit den Trennelementen auch auswechselbar gestaltet sein, so dass eine und dieselbe Buchse im montierten Zustand durch Verwendung von Segmenten mit unterschiedlich gestalteten und damit wirkenden Trennelementen versehen werden kann.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein entsprechendes Elastomerbauteil, bei dem die Abschlussplatten als Scheiben (117, 118) ausgebildet und so konstruiert sind, dass sie mit Maschinen- oder Generatorteilen verbunden werden können, und die Elastomerschicht (3, 104) besagte Scheiben gegeneinander elastisch lagert.
Die besagten Voll- oder Halbbuchsen ebenso wir die anderen Elastomerelemente sind vorzugsweise mit einer zentralen vorzugsweise runden Öffnung versehen sind zur Aufnahme des zu dämpfenden Teils oder der zu dämpfenden Teile. Die aus unelastischem Material bestehenden Abschluss- oder Zwischenplatten, bzw. Schalen bestehen aus unelastischen Material, beispielsweise Stahl. Dieses Material ist fest mit dem Elastomermaterial verbunden.
In der Regel enthalten herkömmliche Elastomerbuchsen und -lager natürlichen Kautschuk, welcher sich durch Vulkanisierung mit dem metallischen Buchsenmaterial fest verbinden lässt. Da überdimensional große Buchsen aber nur mit sehr großem Aufwand heiß vulkanisiert werden können, werden für entsprechend große erfϊndungsgemäße Buchsen im ungehärteten Zustand gießfahige und im festen Zustand elastische, vorzugsweise synthetische oder halbsynthetische Werkstoffe eingesetzt. Solche Werkstoffe sind bekannt. Geeignete Materialien für die erfindungsgemäßen Elastomerbauteile und hierunter insbesondere für große Elastomerbuchsen und Lager sind neben Naturkautschuk elastische Polymere auf Basis von Polyurethan (PU), die aus identischen oder unterschiedlichen Polyolen und Polyisocyanten aufgebaut sein können und entsprechend ihrer Zusammensetzung und der verwendeten Komponenten unterschiedliche Eigenschaften in Bezug auf Gießfähigkeit, Elastizität und Stabilität aufweisen. Elastische Polymere auf Basis von PU sind hinreichend bekannt, ebenso wie ihre Herstellung und ihre Eigenschaften.
Erfindungsgemäß können aber auch andere elastische Materialien Einsatz für die erfindungsgemäßen Elastomerbauteile, insbesondere Buchsen, finden, wie beispielsweise folgende pastöse/flüssige Mehrkomponentensysteme: ungesättigte Polyesterharze und Härter, Epoxid/PU-Systeme, Polymer-Silicon-Systeme, Polysulfid-Polymer-Systeme, Zweikomponenten Acrylat-Systeme sowie sonstige Zwei-oder Mehrkomponentensysteme.
Der entsprechende Werkstoff, der die Elastomerschicht (3, 104) bilden soll, wird erfindungsgemäß zwischen die Außenschale (1) und die Innenschale (2) einer an sich herkömmlichen Buchse, welche konzentrisch ineinander stehen, eingegossen. Vor dem Einfüllen des Materials wird ein oder mehrere Trennelemente, wie oben beschrieben, beispielsweise ein Draht (105) oder ein elastischer Schlauch (4) zum Beispiel mittig umlaufend zwischen Außenschale (117) und Innenschale (118) vor dem Gießen des Elastomermaterials eingelegt.
Alternativ besteht die Möglichkeit, den Werkstoff für die Elastomerschicht (3, 104) teilweise, d.h. in Portionen in den Zwischenraum, den die Schalen oder Platten (1) und (2) miteinander bilden, zu gießen und aushärten zu lassen und dann beispielsweise den Draht (105) oder Schlauch (4) auf diesem ausgehärtetem Material zu verlegen, so dass er vorzugsweise keine Berührung mit den Wänden der Schalen / Außenplatten (1,2) hat. Daraufhin wird eine zweite Elastomerschicht (3, 104) hergestellt. Gegebenenfalls können somit weitere Schichten, die Trennelemente (4, 105, 107, 115, 116) enthalten, bereitgestellt werden. Somit wird eine neuartige Elastomerbuchse oder elastomere Schichtfeder zur Verfügung gestellt.
Gegenstand der Erfindung ist daher auch eine Elastomerbuchse, umfassend mindestens eine zylinderförmige feste unelastische Außenschale (113), mindestens eine zylinderförmige feste unelastische Innenschale (112), die einen kleineren mittleren Durchmesser besitzt als die Außenschale, und mindestens eine Elastomerschicht (3, 104), welche den Zwischenraum zwischen den zylinderförmigen Schalen vollständig ausfüllt, und mit diesen fest verbunden ist, wobei der Zwischenraum zwischen den beiden Schalen mindestens ein entsprechendes Trennelement (4, 105, 107, 115, 116) umlaufend oder lokal symmetrisch oder unsymmetrisch verteilt und / oder in ein- zwei- oder dreidimensionalen Strukturen angeordnet, aufweist. Vorzugsweise wird in Buchsen oder auch flachen Schichtfedern, bei denen relativ schmale Elastomerschichten eingesetzt werden sollen, ein vollständig oder nur teilweise umlaufender Draht (105) oder Schlauch (4) verwendet.
Der Draht oder elastische Schlauch kann an einer oder mehreren Stellen radial oder auch axial aus dem Bauteil herausgeführt werden. Über diese Endstücken oder aber direkt, wenn solche nicht vorgesehen sind, über die druckstabile Zuleitung (101, 10), welche gegebenenfalls das Anschlussteil (6) umfasst, wird Druck-/Kalibrierungsmittel (5) unter hohem Druck (5 - 500 bar, vorzugsweise 10 - 100 bar) beispielsweise aus einem Vorratsgefäß (8) über eine Pumpe (7) in das Trennelement (elastischer Hohlkörper) oder zwischen Trennelement und anliegender umgebender Elastomerschicht (3, 104) gepresst. Bei Verwendung eines elastischen Hohlkörpers (4) (z. B. Schlauchs) im Bauteil weitet sich dieser entsprechend seiner Größe, und des Druckes seiner Füllung aus und verdrängt dadurch die komprimierbare Elastomerschicht (3, 104) so weit, bis eine den Anforderungen entsprechende Vorkomprimierung bzw. Vorspannung der Elastomerschicht bzw. der Elastomerbuchse erreicht wird.
Dasselbe wird bei Einsatz eines Drahtes oder Hohldrahtes (105), oder einer Schicht (107), z. B. einer Folie, eines Farbdruckes, etc. erreicht, wobei allerdings hierbei, wie bereits geschildert, das Druckmittel (5) in die sich durch den Druck bildenden und aufweitenden Zwischenräume zwischen Trennelement (105, 107, 115, 116) und umgebendem Elastomermaterial (3, 104) gepresst wird.
Wie bereits dargelegt, können die erfϊndungsgemäßen Elastomerbauteile auf grundsätzlich zwei verschiedenen Weisen hergestellt werden.
Die in der Praxis leichter und damit kostengünstiger zu gestaltende Methode, beruht auf Anlegen bzw. Herstellen einzelner Elastomerschichten (3, 104) aus den oben genannten Kautschuk,- Gummi- oder Polymermaterialien, aufweiche nach ihrer Verfestigung die besagten Trennelemente in der gewünschten Verteilung und Struktur, und versehen mit den notwendigen Zuleitungen (101) auf- oder angebracht werden. Anschließend wird darauf eine weitere Elastomerschicht aufgebracht, welche die eingebrachten Trennelemente (4, 105, 107, 115, 116) bedeckt bzw. einschließt, so dass diese vollständig von Elastomermaterial umgeben sind.
Somit ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines vorgespannten Elastomerbauteils wie beschrieben, umfassend die folgenden Schritte: (i) Bereitstellung einer ersten festen Elastomerschicht als Teilschicht des gesamten Elastomerbauteils in gewünschter Form und Größe, (ii) Anbringung eines oder mehrerer Trennelemente (4, 105, 107, 115, 116) auf einer Oberfläche der bereitgestellten Elastomerschicht nach Schritt (i) inklusive mindestens einer druckstabilen Zuleitung (10, 101) in oder auf das Trennelement, ggf. unter Zuhilfenahme von Hilfsmitteln, welche die Anbringung und Positionierung auf der Elastomerschicht erleichtern, (iii) Aufbringung einer zweiten Elastomerschicht in Form einer noch nicht ausgehärteten oder polymerisierten Elastomermasse auf die besagte Trennelemente aufweisende Oberfläche der ersten festen Elastomerschicht, so dass nach Aushärtung oder Polymerisation der
Elastomermasse, diese mit der ersten Elastomerschicht eine feste Verbindung eingeht und so letztlich die Elastomerschicht (3, 104) bildet, wobei jedoch die eingebrachten Trennelementen auf Grund ihrer Materialeigenschaft keine Verbindung mit der Elastomermasse bei deren Aushärtung eingehen, (iv) Wiederholung der Schritte (ii) und (iii) für den Fall, dass mehrere Ebenen von Trennelementen in Form von mehreren Teilschichten in der Elastomerschicht (3, 104) gewünscht sind, und
(v) Einspeisung des Druckmittels über die Zuleitung (10, 101) unter Druck in den Bereich zwischen Trennelement und umgebender Elastomerschicht oder in das Trennelement selbst, wobei sich diese komprimiert und das Elastomerbauteil dadurch eine Vorspannung erhält.
Mit diesen Verfahren, lassen sich sehr einfach die erfindungsgemäßen Voll- oder Halbbuchsen, wie oben beschrieben, herstellen.
Die zweite Verfahrensalternative besteht in der Herstellung des Elastomers (3, 104) in einem einzigen Schritt. Hierzu muss das Trennelement durch entsprechende Hi lfs Vorrichtungen zwischen die Abschlussplatten, zum Beispiel einer Buchse, gebracht und fixiert werden. Gegenstand der Erfindung ist somit auch ein Verfahren zur Herstellung eines vorgespannten Elastomerbauteils, welches mindestens eine zylinderförmige, konische oder flache feste, unelastische Außenschale oder -platte, mindestens eine zylinderförmige, konische oder flache feste, unelastische Innenschale oder -platte, und mindestens eine Elastomerschicht (3, 104) aufweist, welche den Zwischenraum zwischen den entsprechend geformten Schalen oder Platten vollständig ausfüllt, und mit diesen fest verbunden ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist bzw. umfasst:
(i) Einlegen bzw. Fixieren mindestens eines Trennelementes, beispielsweise eines umlaufenden elastischer Schlauches (4) oder eines Drahtes (105), in den Zwischenraum der beiden Schalen des Elastomerbauteils vor Einbringung der Elastomerschicht, wobei das Trennelement mindestens mit einer Zuleitung (10, 101) ausgestattet ist, an der ein Kalibrierungssystem, vorzugsweise umfassend eine Kalibrierungspumpe (7) mit einer Kalibrierungsfüllung, (8) angeschlossen ist, (ii) Einbringung des Elastomers durch Einfüllen einer viskosen oder flüssigen Elastomermasse, welche nach ihrem Auspolymerisieren die Elastomerschicht (3, 104) bildet, in den durch die Schalen oder Platten (1) und (2) gebildeten Zwischenraum in dem sich das Trennelement, beispielsweise der Draht oder der Schlauch befindet, und (iii) Zuführung eines viskosen oder flüssigen Kalibrierungsfluid, bzw. Druckmittels (5) in das oder um das Trennelement herum unter Druck, ggf. über ein Anschlussteil (6), nach erfolgter Verfestigung der umgebenden Elastomerschicht (3, 104), wodurch die diese komprimiert und vorgespannt wird.
Durch Zuführung von weiterem Druckmittel bzw. Kalibrierungsfluid (5) unter Druck mittels der beschriebenen Kalibrierungsvorrichtung (Pumpe, Leitung, ggf. Anschlussteile) kann eine höhere Vorspannung bzw. Komprimierung der Elastomerschicht (3, 104) zwischen den Schalen, bzw. Platten des Bauteils bzw. der Buchse erreicht werden.
Bei Verwendung von nicht-polymerisierbaren hydraulischen Flüssigkeiten oder Gasen kann erfindungsgemäß die Vorspannung des Elastomers (3, 104) durch Abfuhren bzw. Entnahme / Ablassen von Druck- bzw. Kalibrierungsfluid (5) aus den betreffenden aufgeweiteten Bereichen / elastischen Hohlkörpern, zum Beispiel aus dem Schlauch (4) oder aus den gebildeten Kammern oder Hohlräumen (105), verringert werden.
Die Zuführung des Druckmittels (5) in die Trennelemente (107) (elastischer Hohlkörper, z.B. Schlauch (4)) oder in die Bereiche (Kavitäten, Hohlräume) um die besagten Trennelemente (Schichten, Platten, Farbdrucke, Folien, etc.) herum über die Zuleitung (101), kann verschiedenartig erfolgen.
Prinzipiell kann die Zuführung des Druck- bzw. Kalibrierungsmittels (5) axial oder radial erfolgen. Je nach Konstruktion und Bauart des Elastomerbauteils (Buchse, Schichtfeder etc.) kann so die Zuleitung durch die Außenplatten hindurch (1, 2, 117, 1 18, 110 - 113), z.B. einer Buchse, wie oben beschrieben, nach außen oder auch durch die freie Elastomerschichtfläche (11) des betreffenden Bauteils hindurch nach außen erfolgen. Die Zuleitung (10, 101) ist in der Regel über ein Anschlussteil (6) mit dem jeweiligen aufzufüllenden Volumen (Kammern, Hohlkörper) verbunden. Die Zuleitung selbst steht wiederum in Verbindung, beispielsweise über ein Verbindungsstück mit einer Kalibrierungsanlage (Pumpe, Vorratsvolumen für das Druckmittel (5), ggf. Hochdruckleitungen, etc.). Es können eine oder mehrere Zuleitungen und Anschlussteile in einem Trennelement eingesetzt werden, wobei die Zuleitungen über Druckventile oder andere druckfeste Verschlüsse verfügen.
In einer besonderen und bevorzugten auf Elastomerbuchsen abzielenden Ausführungsform der Erfindung werden die Zuleitungen (10, 101) und Anschlusselemente (6) senkrecht durch die Zylinderwand der Außenschale (113) und / oder Innenschale (1 12) der Buchse nach außen oder innen geführt. Hierbei weisen die Schalen entsprechend orientierte Bohrungen auf, welche die Zuleitungen und / oder die Anschlussstücke (6) passend aufnehmen. Werden als Trennelemente Schläuche (4) verwendet, welche radial in den Buchsenquerschnitt eingelegt sind, so können die Schlauchenden nach außen, bzw. innen geführt und direkt über die Anschlussstücke mit den Zuleitungen und dem Druckmittelsystem verbunden werden. Dadurch kann eine größere Flexibilität bei der Herstellung bzw. Kalibrierung der Elastomerbauteile, insbesondere von Elastomerbuchsen, erreicht werden.
Die erfindungsgemäßen Elastomerbauteile sind, wie bereits einleitend dargelegt, bestens zur Herstellung von großen bis sehr großen Elastomerbuchsen, Schichtfedern und anderer entsprechender Lager (Durchmesser > 100 cm) geeignet, wie sie in Windkraftanlagen oder Anlagen ähnlicher Ausmaße / Anforderungen zum Einsatz kommen.
Das oben beschriebene neuartige Prinzip, dass Elastomere durch Einbringung von Trennelementen, welche potentielle Kavitäten und Hohlräume definieren, die durch hydraulische oder andere Druckmittel gefüllt und variable aufgeweitet werden können, so dass das Elastomer eine Kompression und damit eine Vorspannung erfährt, kann nicht nur für die - -
Herstellung und den Einsatz an sich konventioneller elastomerer Buchsen und Lager für große Anlagen, wie oben beschrieben, verwendet werden, sondern auch für die Herstellung und den Einsatz von elastomeren Formen, Anordnungen oder Vorrichtungen, bei denen in unterschiedlichen lokalen Bereichen, ein bestimmtes steuerbares flexibles und veränderbares Kompression- / Dekompressionsverhalten der betreffenden lokalen Elastomerschicht relativ zu anderen Bereichen der elastomeren Form, Anordnung oder Vorrichtung bewirkt werden soll, so dass dadurch gewollte Verformungen bzw. künstliche Bewegungsaktivitäten ermöglicht werden, die in sinnvoller Weise technisch genutzt werden können.
Bei diesen erfindungsgemäßen elastomeren Anordnungen erfolgt die Aufteilung, Gestaltung und Versorgung mit Druckmitteln (5) der Trennelemente (4, 105, 107, 115, 116) sehr differenziert und individuell. Ebenso kann durch Einsatz von elastomerem Material unterschiedlicher Steifigkeit und / oder unterschiedlichem Ausdehnungskoeffizienten in den einzelnen Bereichen der Anordnung, insbesondere im Bereich der Trennelemente, eine weitere Feineinstellung der Flexibilität des Vorspannungsverhalten des Elastomermaterials in bestimmten gewünschten Bereich der Anordnung erzielt werden.
Das hierdurch mögliche sehr variable unterschiedliche Kompressions- und Dekompressionsverhalten einzelner Elastomerelemente oder -bereiche in einer Anordnung von Trennlemente aufweisenden Elastomerbauteilen kann durch eine intelligente computergesteuerte Logik in Stärke, Richtung und Zeit in der Weise aufeinander abgestimmt werden, dass Verformungs- bzw. Bewegungsabläufe der Elastomerform entstehen, welche technisch, zum Beispiel zum mechanischen Greifen, Drücken, Schieben, Auslösen etc., ausgenützt werden können. Die elastomere Anordnung kann dabei durch eine entsprechende Formgebung auch einzelner Elemente der Anordnung diesem Ziel weiter nahe gebracht werden. Eine mögliche Gestaltung kann so ein mechanischer Greifer oder sogar eine künstliche Hand sein.
Gegenstand der Erfindung ist somit eine elastomere gegebenenfalls eine Form und Gestalt aufweisende Anordnung zur Ausführung von künstlichen Bewegungen oder gewollten Verformungen, umfassend ein oder mehrere gegebenenfalls geformte Elastomerelemente, wie oben beschrieben, welche funktionell in Verbindung miteinander stehen, sowie eine intelligente Computer unterstütze Elektronik besitzen, die gezielt die einzelnen Strukturen in den Trennelementen der Elemente ansteuert und für eine dynamische Druckverteilung und somit veränderbare Ausdehnung bzw. Kompression / Dekompression in den lokal unterschiedlichen Bereichen der betreffenden Elastomerschicht(en) sorgt, so dass durch die relativ zueinander unterschiedliche Kompression / Dekompression des Elastomermaterials im Bereich der jeweils angesteuerten Trennelemente eine zielgerichtete Verformung oder Bewegung einzelner Elemente der Anordnung oder der gesamten Anordnung mit Hilfe der Steuerung ausgeführt werden kann.
Beschreibung der Bezugszeichen im Text und in den Abbildungen
( 1 ), ( 1 17) obere Abschlussplatte
(2), (1 18) innere Abschlussplatte
(3), (104) Elastomerschicht (4) Elastomere Schlauch als Trennelement
(5) Druck- Kalibrierungsmittel
(6) Anschlussstück
(7), (8) Pumpe mit Druckmittel
(9) Entlastungsraum (10), (101) Druckleitung / Füllschlauch
(102) Ventil, Verschlussvorrichtung
(I I) freie Elastomerfläche
(1 10) konische Innenelement (Buchse)
(I I I ) konisches Außenelement (Buchse) (1 12) zylindrisches Innenteil / Schale (Buchse)
(1 13) zylindrisches Außenteil / Schale (Buchse)
(105) Trennelement als Draht, Faden, Kanüle, Hohldraht
(107) Trennelement als Schicht (Farbdruck, Lack, Platte, Folie)
( 106), ( 108), (1 14) Kavität, Hohlraum oder Kammer nach Auffüllung mit Druckmittel (1 15) Trennelement als Schicht in Kanalstruktur (Farbdruck, Lack,
Platine
(1 16) dreidimensionales Gitter aus Trennelementen gemäß (105),
(107) und (1 15)
(130) Betonfundament (131 ) Stahlring zur Befestigung eines Aufbaus, beispielsweise Turms
(132) umlaufender Flansch mit erfindungsgemäßen Elastomerbauteilen Beschreibung der Abbildungen
Abb. 1 : Elastomeres Lager mit eingelegtem Draht, Faden oder Ähnlichem als Trennelement, druckfrei (ohne Vorspannung)
Abb. 2: Elastomeres Lager gem. Abb. 1 unter Druck (Vorspannung)
Abb. 3 : Elastomeres Lager enthaltend als Trennelement ein Schicht, druckfrei.
Abb. 4: Elastomeres Lager gemäß Abb. 3, unter Druck (Vorspannung)
Abb. 5: Elastomeres Lager gemäß Abb. 2, 3, welches umlaufende Schichten als
Trennelemente aufweist.
Abb. 6: Elastomeres Lager gemäß Abb. 2, 3, welches umlaufende Schichten aus Trennelementen aufweist, die meanderförmig (in verschiedenen
Ebenen des Elastomers) angeordnet sind.
Abb. 7: Konisches Elastomerlager (Buchse), mit Trennelement (Draht), welches durch Fülldruck verspannt ist.
Abb. 8: Zylindrische Elastomerbuchse mit Trennelement (elastischer Hohlkörper / Schlauch / Platte)
Abb. 9: Elastomerbauteil mit gleichmäßig verteilten durch Farbdruck generierte quadratische / rechteckige Trennelemente, die durch entsprechende Kanalstrukturen miteinander verbunden sind.
Abb. 10: Elastomerbauteil mit Gitterstruktur von Trennelementen (Draht)
Abb. U : Schichtfeder mit einer Elastomerschicht mit umlaufenden Draht oder
Schlauch nach Einbringen von Druckmittel (Vorspannung). Die Zuleitung erfolgt axial von außen durch eine Abschlussplatte.
Abb. 12: Schichtfeder mit einer Elastomerschicht mit umlaufenden Draht oder
Schlauch nach Einbringen von Druckmittel (Vorspannung). Die Zuleitung erfolgt radial nach außen durch die freie Elastomerschicht. - 1 -
Abb. 13: Schnitte durch eine zylindrische Elastomerbuchse mit umlaufenden Schlauch und aus dem Elastomer herausgeführten Schlauchenden. Angezeigt sind ferner Anschlussvorrichtungen und Vorrichtung zum Auffüllen mit Druckmittel.
Abb. 14: Querschnitt durch eine elastomere zylindrische Buchse mit eingesetztem Segment, welches Draht oder Schlauch als Trennelement aufweist und eine Zuleitung für das Druckmittel umfasst.
Abb. 15: Buchsensegment aus Abb. 14 in anderer Sicht.
Abb. 16: Buchsensegment in Längsrichtung einer zylindrischen Buchse mit umlaufenden in verschiedene Höhen der Elastomerschicht eingebrachten Drähten oder Schläuchen inklusive Zuleitung(en).
Abb. 17: 3D- Darstellung einer Buchse mit dem eingesetzten Segment der Abb. 16
Abb. 18: Windkraftfundament mit erfindungsgemäßen Elastomerbauteilen
In den folgenden Beispielen, die an den Abbildungen ausgerichtet sind, wird die Erfindung näher beschrieben. Die hierbei oder auch in den Abbildungen genannten Parameter und Werte sind rein exemplarisch und sollen die Erfindung nicht beschränken, insbesondere dann, wenn der Fachmann daraus ohne weiteres Verallgemeinerungen vornehmen kann, ohne dabei selbst erfinderisch sein zu müssen.
Eine einfache Ausführungsform eines elastomeren Lagers, welche die Trennelemente im erfindungsgemäßen Gebrauch umfasst, ist in Abbildung 1 dargestellt. Eine Elastomerschicht (104) ist als Ring in eine entsprechende Aussparung der Lagerplatten eingelegt. Mittig im Inneren des Elastomerringes ist ein umlaufender Drahtring einvulkanisiert worden. Die Zuleitung (101) inklusive Ventil (102) steht in direktem Kontakt mit dem Draht (105), der hier als Trennelement fungiert. Die Ventile (102) dienen dazu, mit polymerisierter
Druckflüssigkeit vorgespannte Bauteile bei Bedarf zu entspannen. Ist kein Druckmittel eingespeist, so liegt die Elastomerschicht (104) an dem Draht an. Bei Einbringen von Druckmittel bildet sich um den Draht herum ein ringförmiger Hohlraum, der mit Druckmittel ausgefüllt ist (Abb. 2). Da das Elastomermaterial fest zwischen die Platten eingeklemmt ist, wird es komprimiert und erhält eine entsprechende Vorspannung. - -
Ähnlich ist die Situation, wenn anstelle des Drahtes eine ringförmige Schicht (107) aus Farbe, Lack, Folie, Metallplatine etc. im Inneren des Elastomerkörpers vorliegt (Abb. 3 und 4).
Um eine gleichmäßigere und oder größere Vorspannung zu erhalten, können auch mehrere Draht-, Schlauch- oder Schichtringe als Trennelemente in gleicher oder verschiedener Ebene / Höhe im Inneren des Elastomers angeordnet werden (Abb. 5 und Abb. 6).
Abbildungen 7 und 8 zeigen das erfindungsgemäße Prinzip der durch Trennelemente komprimierbaren und / oder dekomprimierbaren Elastomerschichten anhand von konischen oder zylindrischen Buchsen bzw. Lagern. Man sieht, dabei dass die Trennelemente (105, 107) sowohl radial (Abb. 7) als auch axial (Abb. 8) angeordnete sein können. In den dargestellten Buchsen, ist die Zuleitung (101) jeweils durch die begrenzende Außenplatte geführt. Durch Einpressen des Druckmittels (5) ergeben sich gefüllte Hohlräume (106, 108), die für die Verdrängung des umgebenden Elastomermaterials sorgen.
Abbildung 9, stellte eine Elastomerschicht (104) dar, auf die regelmäßige Schichtstrukturen, beispielsweise aus Farbe, Lack oder andere Materialen angeordnet sind . Die Strukturen wurden im konkreten Fall durch Farbdruck erzeugt. Hiermit kann die gesamte Fläche annähernd gleichmäßig mit Druck beaufschlagt werden. Durch die vorhanden kleinen Kanalstrukturen (115), welche die Flächenstrukturen (107) miteinander verbinden kann nach Komprimierung des umgebenden Elastomermaterials ebenfalls hydraulische Flüssigkeit oder Gas strömen. Die gesamte Struktur besitzt lediglich an einer Stelle eine Zuleitung (101), so dass das Druckmittel nur über die sich bildenden Kanäle zu den anderen Trennelementen (107) bzw. Kammern (114) gelangen können. Dadurch wird eine beliebig einstellbare Dämpfung erzeugt, welche werkstoffabhängig ist und in der Wirkung nahezu beliebig vergrößert werden kann. Eine solches Elastomerelement, kann beispielsweise als Dämpfungsmatte oder als Stoßdämpfer ausgebildet werden und entsprechend fungieren.
Die besagten Strukturen können auch unregelmäßig in der Elastomermatte oder in einem entsprechend geformten Elastomerteil angeordnet werden (nicht dargestellt), wodurch ungleichmäßige Druckverteilungen ermöglicht werden. Damit entsteht eine lokal ungleichmäßige Kraft bzw. Verformung in dem Elastomerköper, so dass dieser gezielt, vom eingeleiteten Druck abhängige Bewegungen hervorbringt. Mit dieser und ähnlichen elastomeren Anordnungen können Elastomerbauteile mit einer Flüssigkeitsmenge beaufschlagt werden, welche ein Vielfaches des Volumens des eigentlichen Elastomerkörpers entspricht. Damit werden große symmetrische und unsymmetrische Bewegungen des Elastomerkörpers ermöglicht (greifende Hand)
Abbildung 10 zeigt eine andere Variante des Prinzips von Abb. 9. Hier sorgt eine dreidimensionale regelmäßige Gitterstruktur (116) ebenfalls dafür, dass eine Gesamtkompression des Elastomers erzeugt werden kann, die eine Vielfaches seines Volumens entspricht. Durch unregelmäßige Anordnungen und Formen (nicht dargestellt) können auch hiermit zielgerichtete Verformungen und damit Bewegungen ausgeführt werden.
Abbildungen 11 und 12 wenden das in Abb. 1 und 2 dargestellte Konstruktionsprinzip auf ein Schichtfederelement an.
Abbildung 13 verwendet anstelle von Schichten als Trennelement einen elastischen
Hohlkörper in Form eines in einer Buchse umlaufenden Schlauches (4) an. Bei Verwendung einer Halbbuchse werden die Schlauchenden aus dem Elastomer direkt herausgeführt und können direkt mit dem Druckmittelzuführungssystem verbunden werden. Alternativ können auch, wie dargestellt die Anschlüsse durch eine oder beide Abschlussplatten (1, 2) geführt werden.
Abbildungen 14 - 17 zeigen den Einsatz eines elastomeren Buchsensegmentes , welches die erfϊndungsgemäßen Trennelemente, exemplarisch als Drahtsystem, enthält. Die Elastomerschicht des Segmentes steht in direktem Kontakt mit der Schicht der restlichen Buchse, so dass bei Druckübertragung durch die Zuleitung nicht nur das Elastomermaterial des Segmentes sondern auch der restlichen Buchse vorgespannt wird. Der Vorteil eine solchen Buchse liegt vor allem in der einfacheren Herstellung.
Abbildung 18 stellt eine Beton-Fundament (130), beispielsweise einer Windkraftanlage dar, Der Turm der Anlage, welche ebenfalls ständigen Schwingungen ausgesetzt ist, wird auf dem im Fundament eingegossenen Profil-Stahlring (131) montiert. Dieser ist nur lose einbetoniert und besitzt an mindestens zwei Positionen unterschiedlicher Höhe vorzugsweise umlaufende Flansche (132), welche erfindungsgemäßen Elastomerbauteile beinhalten. Durch die Bewegungen des Turmes lockert sich der Beton zwischen den umlaufenden Flanschen (132) des Einbauringes mangels Vorspannung. Durch Einpressen von Druckmitteln (5) kann im Betonfundament eine ausreichende Druckspannung generiert werden, so dass die Lockerung des Betons bzw. des Aufbaus unterbunden wird.

Claims

Patentansprüche:
1. Vorspannbares Elastomerbauteil umfassend mindestens eine Elastomerschicht und mindestens eine druckfeste Zuleitung mit Ventil, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerschicht (3, 104) im Inneren oder an einer Grenzfläche Bereiche mit einem oder mehreren Trennelementen (4, 105, 107, 1 15, 1 16) aufweist, so dass bei Zuführung von
Druckmitteln (5) über die Zuleitung mit Ventil (101) im Bereich der Trennelemente (105, 107, 115, 1 16) oder in den Trennelementen (4) selbst durch Auseinanderdrücken der umgebenden Elastomerschicht Hohlräume oder Kammern (106, 108, 114) entstehen, die mit dem Druckmittel (5) ausgefüllt und aufgeweitet werden können, wodurch die umgebende Elastomerschicht (3, 104) zusammengedrückt wird, und das Elastomerteil so eine Vorspannung erhält.
2. Elastomerbauteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (105, 107, 1 15, 1 16) an der umgebenden Elastomerschicht anliegt oder von ihr umgeben ist, ohne mit dieser fest verbunden zu sein, und besagte Hohlräume oder Kammern (106, 108, 1 14) um die Trennelemente herum durch Einleitung der Druckmittel (5) entstehen.
3. Elastomerbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerschicht (3, 104) mindestens eine Abschlussplatte (1, 2, 117, 1 18, 1 10 - 1 13) aus unelastischem Material aufweist, mit der die Elastomerschicht verbunden ist.
4. Elastomerbauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerschicht (3, 104) eine obere und eine untere Abschlussplatte (1, 2, 1 17, 1 18, 1 10 - 1 13) aus unelastischem Material aufweist, mit denen die Elastomerschicht (3, 104) fest verbunden ist, oder zwischen denen die Elastomerschicht eingeklemmt ist.
5. Elastomerbauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung (10, 101) von außen durch eine Anschlussplatte oder direkt seitlich durch die Elasotmerschicht (3, 104) erfolgt.
6. Elastomerbauteil nach Anspruch 5 in Form einer Buchse, Halbbuchse oder eines Segments einer Buchse, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlussplatten zylindrische (112, 113) oder konische Schalen (110, 111), Halbschalen oder entsprechend geformte Segmente dieser Schalen oder Halbschalen sind.
7. Elastomerbuchse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (4, 105, 107, 1 15, 1 16) inklusive Zuleitung (10, 101) in einem in die Buchse einsetzbaren Buchesensegment untergebracht ist, wobei mindestens teilweise Elasotmerbereiche (3, 104) der Buchse und des Buchsensegmentes zur Druckübertragung in direkter Berührung miteinander stehen.
8. Elastomerbauteil nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens eine unelastische Zwischenschicht aufweist, welche sich im Inneren des Elastomers befindet und mit dem Elastomermaterial verbunden ist.
9. Elastomerbauteil nach Anspruch 5 in Form einer Schichtfeder, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschlussplatten als Scheiben (1 17, 1 18) ausgebildet sind, die mit Maschinenoder Generatorteilen verbunden werden können, und die Elastomerschicht (3, 104) besagte Scheiben gegeneinander elastisch lagert.
10. Elastomerbauteil nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement ein verformbarer Hohlkörper (4) mit elastischer Außenwand ist, welcher über die Zuleitung (10, 101) mit Druckmittel (5) aufgefüllt und ausgedehnt werden kann.
1 1. Elastomerbauteil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der verformbare Hohlkörper ein elastischer Schlauch ist, in welchen das Druckmittel (5) eingefüllt wird.
12. Elastomerbauteil nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement ein eingelegter Draht, Faden oder Hohldraht (105, 1 16) ist, welcher aus einem Material besteht oder mit einem Material umgeben ist, das keine feste Verbindung mit dem umgebenden Elastomermaterial (3, 104) bei dessen Herstellung einzugehen vermag.
13. Elastomerbauteil nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement eine eingebrachte Schicht (107, 1 16) ist, welche aus Farbe, Lack, Kunststoff, Papier oder Metall ist, welche aus einem Material besteht oder mit einem
Material umgeben ist, das keine feste Verbindung mit dem umgebenden Elastomermaterial (3, 104) bei dessen Herstellung einzugehen vermag.
14. Elastomerbauteil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (107) durch Aufdrucken oder Aufkleben erzeugt wird.
15. Elastomerbauteil nach einem der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (4, 105, 107, 1 15, 1 16) eine ein- zwei- oder dreidimensionale offene oder geschlossene Struktur innerhalb des Elastomers (3, 104) aufweist.
16. Elastomerbauteil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement eine ringförmige, spiralförmige, meanderförmige, unterbrochene oder durchgehende Struktur besitzt.
17. Elastomerbauteil nach einem der Ansprüche 1 - 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmittel (5) ein Gas, Luft oder eine hydraulische, viskose oder polymerisierbare Flüssigkeit ist.
18. Elastomerbauteil nach einem der Ansprüche 1 - 17, dadurch gekennzeichnet, dass es eine variabel einstellbare Vorspannung besitzt, welche durch Einspeisung oder Entzug des Druckmittels (5) über die Zuleitung und einem verschließbaren Ventil erreicht wird.
19. Elastomerbauteil nach einem der Ansprüche 1 - 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerschicht (3, 104) mehrere gleichartige Trennelemente oder mehrere Einheiten von gleichartigen Trennelementen (4, 105, 107, 1 15, 1 16) aufweist, welche gleichmäßig in dem Elastomerbauteil oder einer Untereinheit des Elastomerbauteils verteilt sind, so dass eine gleichmäßige symmetrische Druckverteilung und damit Vorspannung im Elastomerbauteil oder einer Untereinheit auftritt.
20. Elastomerbauteil nach einem der Ansprüche 1 - 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerschicht (3) mehrere gleichartige Trennelemente oder mehrere Einheiten von gleichartigen Trennelementen (4, 105, 107, 115, 116) aufweist, welche unterschiedlich in dem Elastomerbauteil oder einer Untereinheit des Elastomerbauteils verteilt sind, wobei diese Trennelemente oder Einheiten von Trennelementen mindestens eine Zuleitung (10, 101) aufweisen, so dass lokal unterschiedlich starke unsymmetrische Druckverteilungen und damit Vorspannungen im Bauteil oder seiner Untereinheiten eingestellt werden können.
21. Elastomerbauteil nach einem der Ansprüche 1 - 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerschicht (3) mehrere verschiedenartige Trennelemente oder mehrere Einheiten von verschiedenartiger Trennelementen (4, 105, 107, 1 15, 1 16) aufweist, welche gleichmäßig in dem Elastomerbauteil oder einer Untereinheit des Elastomerbauteils - -
verteilt sind, wobei diese Trennelemente oder Einheiten von Trennelementen mindestens ein Zuleitung (10, 101) aufweisen, so dass lokal unterschiedlich starke Druckverteilungen und damit Vorspannungen im Bauteil eingestellt werden können.
22. Elastomerbauteil nach einem der Ansprüche 1 - 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerschichten (3, 104) im Bereich der lokal unterschiedlich angeordneten
Trennelemente oder Einheiten von Trennelementen, unterschiedliche Steifigkeit und / oder Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.
23. Elastomere Anordnung zur Ausführung von künstlichen Bewegungen, umfassend ein oder mehrere Elemente von Elastomerbauteilen gemäß einem der Ansprüche 19 - 22, welche funktionell in Verbindung miteinander stehen, sowie eine intelligente Computer unterstütze Elektronik, welche gezielt die einzelnen Strukturen in den Trennelementen der Elemente ansteuert und für eine dynamische Druckverteilung und somit variable Ausdehnung in den lokal unterschiedlichen Bereichen der betreffenden Elastomerschicht(en) sorgt, so dass durch die relativ zueinander unterschiedliche Kompression oder Dekompression des Elastomermaterials im Bereich der jeweils angesteuerten Trennelemente und ihrer Strukturen innerhalb der einzelnen Elastomerelemente dynamische Verformungen in der elastomeren Anordnung auftreten, und damit zielgerichtete Bewegung einzelner Elemente der Anordnung mit Hilfe der Steuerung ausgeführt werden.
24. Elastomere Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Elastomerelemente (3, 104) eine Form und Gestalt haben, welche förderlich für die gewünschte zielgerichtete Bewegung ist.
25. Elastomere Anordnung nach Anspruch 24, in Form eines Greifers oder einer künstlichen Hand.
26. Verfahren zur Herstellung eines vorgespannten Elastomerbauteils nach einem der
Ansprüche 1 - 22, umfassend die folgenden Schritte:
(i) Bereitstellung einer festen Elastomerschicht (3, 104) als Teilschicht des gesamten
Elastomerbauteils in gewünschter Form und Größe,
(ii) Anbringung eines oder mehrerer Trennelemente (4, 105, 107, 1 15, 1 16) auf einer Oberfläche der bereitgestellten Elastomerschicht nach Schritt (i) inklusive mindestens einer druckstabilen Zuleitung (10, 101) in oder auf das Trennelement, ggf. unter - -
Zuhilfenahme von Hilfsmitteln, welche die Anbringung und Positionierung auf der
Elastomerschicht erleichtern,
(iii) Aufbringung einer zweiten Elastomerschicht (3, 104) in Form einer noch nicht ausgehärteten oder polymerisierten Elastomermasse auf die besagte Trennelemente aufweisende Oberfläche der ersten festen Elastomerschicht, so dass nach Aushärtung oder
Polymerisation der Elastomermasse, diese mit der ersten Elastomerschicht eine feste
Verbindung eingeht und so die fertige Elastomerschicht (3, 104) bildet, wobei die eingebrachten Trennelemente auf Grund ihrer Materialeigenschaft keine Verbindung mit der Elastomermasse bei deren Aushärtung eingehen, (iv) Wiederholung der Schritte (ii) und (iii) für den Fall, dass mehrere Ebenen von
Trennelementen in Form von mehreren Teilschichten in der Elastomerschicht (3, 104) gewünscht sind, und
(v) Einspeisung des Druckmittels über die Zuleitung (10, 101) unter Druck in den Bereich zwischen Trennelement und umgebender Elastomerschicht oder in das Trennelement selbst, wobei sich diese komprimiert und das Elastomerbauteil dadurch eine Vorspannung erhält.
27. Verwendung eines Elastomerbauteils gemäß der Ansprüche 1 - 22 als Elastomerbuchse oder elastomerer Schichtfeder mit variabel einstellbarer Vorspannung.
28. Verwendung eines Elastomerbauteils gemäß der Ansprüche 1 - 22 in Windkraftanlagen.
29. Verwendung einer Elastomeranordnung gemäß Anspruch 23, 24 oder 25 zur Erzeugung von künstlichen Bewegungen und dadurch hervorgerufenen Aktionen.
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