WO2011088965A2 - Elastomerfeder mit mechanisch regulierbarer steifigkeit - Google Patents

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WO2011088965A2
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to a mechanically adjustable elastomer bearing based on correspondingly arranged spring elements, the spring stiffness of which can be individually adjusted or prestressed by deformable elastomer bodies or elastomer layers.
  • the deformation of the elastomer layers and thus of the spring elements is achieved by a completely integrated into the spring element, pressure generating device according to the invention.
  • the pressure is thereby outside the spring element, pressure generating device according to the invention.
  • the elastomeric bearings according to the invention, or elastomeric spring elements are particularly suitable for use in bearings in rotor and gearbox designs of large wind turbines, but can also be used advantageously in mechanical and automotive engineering.
  • Elastic spring elements are known and are used in many areas of technology primarily for damping vibrations and forces.
  • the spring element has one of the type, size, shape and number of existing
  • the elastic bearing elements must have a relatively high rigidity. It is desirable to have available elastomeric bearings in which the spring stiffness is adjustable or adjustable, possibly even after installation in a plant or
  • An elastomer bearing with adjustable stiffness is known, for example, from EP 1 566 543.
  • a spring element is disclosed in which an elastomer layer between a terminal plate and an end plate
  • connection plate has an opening with a connection part, through which by means of a
  • Displacement element in the form of a hydraulic fluid or a movable piston element pressure on the elastomeric layer can be exerted, and thus leads to a change in the spring length of the spring element.
  • the movable piston element essentially consists of a pressure piston with a more or less voluminous piston head, which is usually covered with a hard elastomer layer. This piston head is guided by a push-in screw which is pressed by a separate piece of metal which is applied to the actual spring element, so that when screwed into the hollow thread in the metal piece the piston head is pressed into the region of the displacement of the spring element.
  • the invention thus provides an adjustable in its rigidity
  • Spring element (9) comprising essentially an elastomeric damping element (15) and an elastomeric pressure element (16), both of which are preferably in a closed integral design.
  • damping element and pressure element are separate units which one another or joined together and by further fastening means
  • the damping element consists essentially of an elastomeric part (1) (2), which is bounded below by a lower end plate (13) and up through the applied pressure-stable pressure element (16), and arranged inside one or more parallel to the lower end plate Inelastic, by elastomer layers (2) separated intermediate plates (14).
  • Cylindrical spring arranged bore (3) which is filled by an elastomer core or elastomer volume (1).
  • the pressure element (16) is or essentially comprises a pressure-stable
  • metal shell (4) which has a cylindrical bore in its bottom, which is congruent with the bore (3) of the damping element.
  • the bowl provided with said bore in its bottom is filled by compressible elastomeric material (5) and a pressure piece (6), wherein the pressure piece (6) in the non-prestressed state of the spring element is a part of the upper
  • This elastomeric material (5) of the pressure shell (4) is, as described, in direct contact with the elastomer core (1) of the damping element (15), so that the pressure transmitted via the pressure piece (6) passed on to the actual damping unit (15) and Thus, depending on the pressure exerted a change in
  • the preferably metallic pressure shell (4) on the upper surface (12) has an opening which is shaped so that the preferably disc-shaped pressure piece (6) fits fittingly and flush through this opening, wherein However, additional space for a parting line or a separating gap (19) is provided, which is also filled with elastomeric material (5).
  • elastomeric material in this case
  • the elastomeric material is located also in the upper region of the pressure shell below the opening for the
  • Pressure piece only loose so in this upper area, in contrast to the lower area of the pressure shell is not firmly connected to the pressure shell wall.
  • the upper region of the pressure shell, in which the elastomer is applied only loosely to this about 10 to a maximum of 50% of the thickness of the pressure shell element is to be regarded, preferably 10 to 30%, in particular 20-30%.
  • the separating gap (19) according to the invention is small enough so that when inserting the pressure piece via a pressure generating device (18) no or substantially no elastomeric material upwards over the boundary surface (12) of the
  • the storage is suitable for use in package couplings, as shown for example in Fig. 3 or 4.
  • An advantage of the storage according to the invention is that no sliding parts as in the pressing bolt solution of EP 1 566 543 are necessary.
  • Fig. 1 perspective view of the spring element according to the invention
  • Fig. 2 longitudinal section through an elastomeric spring element according to the invention, which has a wide separating gap (19).
  • Fig. 4 Longitudinal section through an elastomeric spring element according to the invention, which has a narrow separating gap (19) in the prestressed
  • Fig. 5 Package coupling with built-in inventive spring element.
  • Fig. 6 Partial segment of Fig. 4.
  • the reference numbers used in the figures and the description have the designations given in the following table:
  • FIG. 1 A typical spring element according to the invention is shown in Figures 1-4.
  • FIG. 1 shows a here round end plate.
  • the end plate (13) Above the end plate (13) is an elastomer layer (1) with a thickness, depending on the size of the element usually between about 1 and 10 cm. Larger and smaller elements are possible in principle.
  • the elastomer layer is firmly connected to the plate (13) and also distributes (2) between the element stabilizing the intermediate plates (14), with which it may also be firmly bonded (gluing / vulcanization).
  • the pressure shell (4) as well as the pressure unit (16) are made of pressure-resistant material, preferably of metal.
  • the intermediate plates (14) are also preferably also made of metal, but can also be replaced by other hard materials which have a certain bending ability.
  • the intermediate plates are in the form of wide
  • the elastomer layer (2) has concave or convex contours between the plates, which can change depending on the state of compression. Except in the area already mentioned around the connecting piece around the elastomer layer is firmly connected to the involved edge and intermediate plates, for example by gluing or vulcanization. Novelty in comparison to the spring element of EP 1 566 543 is the printing unit (16), which is firmly connected to the elastomeric spring element (15) and forms a closed assembly with this.
  • This pressure unit which is arranged opposite the end plate (13) and closes the entire spring element (9) upwards, essentially comprises a pressure-resistant shell, preferably made of metal, which has a diameter which is at least as great as we
  • the bottom of the shell (4) also has an opening whose diameter preferably corresponds to the diameter of said cylindrical bore of the intermediate plates (14).
  • the interior of the shell is filled with the elastomeric compression volume (5).
  • This elastomer is related to its stiffness softer or at least as hard as the Elastomervoulmen (1) (2) of the actual spring element, which is in direct contact with him.
  • the compression volume (5) comprises centrally on the upper outwardly facing edge of Federlementes (9) on a pressure piece (6), which, in the simplest case, a massive pressure-stable round, square or other shaped disc or plate.
  • This pressure piece either rests on or is connected to the compression elastomer (5), or is preferably embedded in it, so that its underside and side surfaces are surrounded by the elastomer (5), while the upper side is flush with the upper contour of the spring element (9) forms.
  • the tensioning device On this outwardly facing surface of the pressure piece according to the invention by means of a tensioning device (18) targeted and adjustable pressure exerted, so that the pressure piece (6) is pressed into the compression volume.
  • the displaced material of the elastomer (5) in the pressure shell (4) thus compresses the elastomer / intermediate plate construction of the actual damping element (15) in accordance with the applied pressure, whereby the rigidity of this component can be controlled in a targeted and simple manner.
  • the tensioning device may be mechanical or hydraulic in nature.
  • the component according to the invention either in accordance with the device to be damped installed so that squeezing is prevented, or that
  • Spring element additionally comprises an upper end plate which has a correspondingly shaped and arranged according to the pressure piece (6) opening so that no elastomeric material can be pushed upwards out of the pressure shell when pressed on the pressure piece (6).
  • Such an end plate either forms a solid unit with the spring element or is releasably connected, for example by screwing, with this.
  • the pressure piece (6) should be dimensioned so that it is sufficiently large to accommodate the bracing device (18), but it should still be sufficient Leave space in the pressure shell (4) for the surrounding compression elastomer (5) so that it can be compressed sufficiently without the pressure piece touching the bottom of the pressure shell (4).
  • the pressure piece (6) itself may have a support surface or a holding device for the bracing device (18). This includes in the simplest case, a screw or a bolt, the / in a thread outside of the bracing device (18).
  • Spring element (9) is moved in the direction of the pressure piece and the latter in the compression volume (5) presses.
  • Elastomeric materials consist essentially of a natural rubber, a natural rubber derivative or a suitable elastic polymeric plastic or plastic mixture.
  • the elastomer layer can according to the invention
  • elastomers having a hardness of 20 to 100 Shore A,
  • Pressure element (16) has a lower stiffness than the elastomeric material of the damping element (15).
  • the non-elastomeric intermediate plates (2) according to the invention are made of largely inelastic materials with low compressibility.
  • these are metal sheets, but also other materials, such as hard plastics,
  • Composite materials or carbon fiber-containing materials can be used.
  • the spring elements according to the invention are also outstandingly suitable as damping elements in package couplings (FIGS. 5, 6).

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine vorzugsweise mechanisch regulierbare Elastomerlagerung basierend auf entsprechend angeordneten Federelementen, deren Federsteifigkeit sich durch verformbare Elastomerkörper, bzw. Elastomerschichten individuell einstellen, beziehungsweise vorspannen lässt. Die Verformung der Elastomerschichten und damit der Federelemente wird erfindungsgemäß durch eine vollständig in das Federelement integrierte, Druck erzeugende Vorrichtung erreicht. Die erfindungsgemäßen Elastomerlagerungen sind insbesondere zur Verwendung in Lagerungen bei Rotor- und Getriebekonstruktionen von großen Windkraftanlagen geeignet, können aber auch im Maschinen- und Fahrzeugbau, und hier insbesondere in Paketkupplungen, vorteilhaft eingesetzt werden.

Description

Elastomerfeder mit mechanisch regulierbarer Steifigkeit
Die Erfindung betrifft eine mechanisch regulierbare Elastomerlagerung basierend auf entsprechend angeordneten Federelementen, deren Federsteifigkeit sich durch verformbare Elastomerkörper, bzw. Elastomerschichten individuell einstellen, beziehungsweise vorspannen lässt.
Die Verformung der Elastomerschichten und damit der Federelemente wird erfindungsgemäß durch eine vollständig in das Federelement integrierte, Druck erzeugende Vorrichtung erreicht. Der Druck wird dabei durch außerhalb des
Federelementes angebrachte und befestigte Verspannungsvorrichtungen erzeugt, welche in Kontakt mit der Druck erzeugenden Vorrichtung im Federelement stehen. Die erfindungsgemäßen Elastomerlagerungen, bzw. Elastomerfederelemente sind insbesondere zur Verwendung in Lagerungen bei Rotor- und Getriebekonstruktionen von großen Windkraftanlagen geeignet, können aber auch im Maschinen- und Fahrzeugbau vorteilhaft eingesetzt werden.
Elastische Federelemente sind bekannt und werden in vielen Bereichen der Technik vorrangig zur Dämpfung von Schwingungen und Kräften eingesetzt. Dabei hat das Federelement eine von der Art, Größe, Form und Anzahl der vorhandenen
Elastomerschichten vorgegebene definierte Steifigkeit, die in der Regel nach Einbau des Federelementes nicht oder nicht wesentlich verändert werden kann.
Bei großen Windkraftanlagen mit Leistungen von mehr als 2 Megawatt werden häufig Mehrpunktlagerungen eingesetzt, welche die zum Teil starken auftretenden Kräfte und Schwingungen, insbesondere in Bezug auf Rotorblätter und Rotorwelle, aufnehmen und ausreichend dämpfen müssen. Daher müssen die elastischen Lagerelemente eine relativ große Steifigkeit aufweisen. Es ist dabei wünschenswert elastomere Lager zur Verfügung zu haben, bei denen die Federsteifigkeit regulierbar oder einstellbar ist, gegebenenfalls auch nach Einbau in eine Anlage oder
Vorrichtung.
Eine Elastomerlagerung mit einstellbarer Steifigkeit ist beispielsweise aus der EP 1 566 543 bekannt. In dieser Anmeldung wird ein Federelement offenbart, bei dem sich eine Elastomerschicht zwischen einer Anschlussplatte und einer Endplatte
BESTÄTIGUMGSKOPIE und ggf. einer oder mehreren Zwischenplatten befindet, wobei die Anschlussplatte eine Öffnung mit einem Anschlussteil aufweist, durch welche mittels eines
Verdrängungselementes in Form einer hydraulischen Flüssigkeit oder eines beweglichen Kolbenelementes Druck auf die Elastomerschicht ausgeübt werden kann, und somit zu einer Veränderung der Federlänge des Federelementes führt. Hierbei besteht in einer Ausführungsform das bewegliche Kolbenelement im wesentlichen aus einem Druckkolben mit einem mehr oder weniger voluminösen Kolbenkopf, welcher in der Regel mit einer harten Elastomerschicht ummantelt ist. Dieser Kolbenkopf wird durch eine Drückschraube, welche durch ein separates Metallstück, das auf das eigentliche Federelement aufgebracht ist, geführt, so dass bei Einschraubung in das Hohlgewinde im Metallstück der Kolbenkopf in den Bereich des Verdrängungselsatomers des Federelementes gepresst wird.
Die Konstruktion des Federelementes ist dabei auf die Form und Größe des
Presskolbens abgestimmt, was zur Folge hat, dass die Herstellung des
Federelementes entsprechend aufwendiger und damit kostspieliger ist, weil das Federelement eine dem Kolben entsprechende Hohlform aufweisen muss. In der Praxis hat sich überdies gezeigt, dass ein solcher Kolben, der durch das separate Metallstück geführt werden muss bei Verspannung / Entspannung oft verkantet, so dass eine Feinregulierung der Federsteifigkeit oftmals sich als schwierig erweist, oder manchmal gar nicht möglich ist. Überdies ergaben sich zuweilen Probleme mit der gleichmäßigen Druckverteilung auf das elastomere Federelement.
Es bestand somit die Aufgabe, ein entsprechendes Federelement zur Verfügung zu stellen, welches in analoger Weise funktioniert, jedoch die beschriebenen bekannten Nachteile der entsprechenden Lagerungen des Standes der Technik nicht aufweist. Die Aufgabe wurde gelöst durch die Bereitstellung eines Federelementes wie es nachfolgend und in den Ansprüchen beschrieben ist.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein in seiner Steifigkeit einstellbares
Federelement (9), dass im wesentlichen ein elastomeres Dämpfungselement (15) und ein elastomeres Druckelement (16) umfasst, welche beide vorzugsweise in einer geschlossenen integralen Bauform vorliegen. Prinzipiell ist es aber auch möglich, dass Dämpfungselement und Druckelement getrennte Einheiten sind, welche aufeinander oder aneinander gefügt und durch weitere Befestigungsmittel
vorzugsweise reversibel zusammengehalten werden.
Das Dämpfungselement besteht im wesentlichen aus einem Elastomerteil (1) (2), welches nach unten durch eine untere Abschlussplatte (13) und nach oben durch das anliegende druckstabile Druckelement (16) begrenzt wird, und im Inneren ein oder mehrere parallel zur unteren Abschlussplatte angeordnete unelastische, voneinander durch Elastomerschichten (2) getrennte Zwischenplatten (14) aufweist. Die
Zwischenplatten besitzen eine entsprechend der vertikalen Achse des
Federelementes angeordnete zylindrische Bohrung (3), die von einem Elastomerkern oder Elastomervolumen (1) ausgefüllt ist.
Das Druckelement (16) ist oder umfasst im Wesentlichen eine druckstabile
vorzugsweise metallene Schale (4), welche in ihrem Boden eine zylindrische Bohrung besitzt, die deckungsgleich mit der Bohrung (3) des Dämpfungselementes ist. Die mit besagter Bohrung in ihrem Boden ausgestattete Schale ist von komprimierbarem Elastomermaterial (5) und einem Druckstück (6) ausgefüllt, wobei das Druckstück (6) im nicht-vorgespannten Zustand des Federelementes einen Teil der oberer
Begrenzung ( 2) des Druckelementes (16) bildet und seitlich und unterhalb von elastomerem Kompressionsmaterial (5) umgeben, bzw. in dieses eingebettet ist. Dieses Elastomermaterial (5) der Druckschale (4) steht, wie beschrieben, in direktem Kontakt mit dem Elastomerkern (1) des Dämpfungselementes (15), so dass der über das Druckstück (6) vermittelte Druck an die eigentliche Dämpfungseinheit (15) weitergegeben und somit je nach ausgeübten Druck eine Veränderung der
Federlänge des Dämpfungselementes (15) erzielt wird.
In einer besonderen und besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, besitzt die vorzugsweise metallene Druckschale (4) an der oberen Fläche (12) eine Öffnung, die so geformt ist, dass das vorzugsweise scheibenförmige Druckstück (6) passend und bündig durch diese Öffnung passt, wobei allerdings noch zusätzlich Platz für eine Trennfuge oder einen Trennspalt (19) vorgesehen ist, der ebenfalls mit Elastomermaterial (5) ausgefüllt ist. Dabei ist das Elastomermaterial in diesem
Bereich erfindungsgemäß nicht fest mit dem Rand der Öffnung der Druckschale (4) verbunden sondern liegt nur an diesem an. Vorzugsweise liegt das Elastomermaterial auch in dem oberen Bereich der Druckschale unterhalb der Öffnung für das
Druckstück nur lose an, ist also in diesem oberen Bereich im Gegensatz zum unterem Bereich der Druckschale nicht mit der Druckschalenwandung fest verbunden. Als oberer Bereich der Druckschale, in dem das Elastomer nur an dieser lose anliegt, ist etwa 10 bis maximal 50% der Dicke des Druckschalenelementes anzusehen, vorzugsweise 10 bis 30%, insbesondere 20 - 30%. Im Gegensatz hierzu, ist erfindungsgemäß das Elastomermaterial (5) im Bereich des Trennspaltes (19) sowie im Bereich darunter mit dem Druckstück(6) fest verbunden (Vulkanisierung, Klebung etc.), so dass das Druckstück als Ganzes an seiner seitlichen und unteren, in das Federelement hineinreichenden Fläche vollständig von Elastomermaterial (5) umgeben und mit diesem vorzugsweise fest umgeben ist.
Der Trennspalt (19) ist erfindungsgemäß klein genug, so dass beim Einführen des Druckstücks über eine Druck erzeugende Vorrichtung (18) kein oder im Wesentlichen kein Elastomermaterial nach oben über die Begrenzungsfläche (12) des
Druckelementes (4) hinausgedrückt wird, sondern der Druck vollständig bzw. im Wesentlichen vollständig zur Kompression des Elastomermaterials (5) und (1) im Federelement (9) selbst führt (Figur 3, 4). Nur dadurch, ist eine optimale
Feinjustierung der Vorspannung des Federelementes zu erreichen. Erfindungsgemäß ist der umlaufende Trennspalt zwischen 1 und 10 mm, vorzugsweise zwischen 2 und 5 mm dick. In der genannten Ausführungsform besitzt das Druckelement (4) vorteilhafterweise nicht die Form einer typischen Schale, sondern weist wegen der schmalen oberen Öffnung und des notwendigen ausreichenden Elastomervolumens (5) vorzugsweise eine im Querschnitt bauchige Form auf, wie in Figur 3 und 4 dargestellt. In einer weiteren Ausführungsform kann das Druckelement (4) auch die in Figur 1 und 2 dargestellte Form einer typischen Schale aufweisen, wobei auch hier der Abstand zwischen dem Rand der oberen Öffnung des Bauteils und dem Rand des in der Öffnung angebrachten Druckstücks (6) möglichst gering gehalten werden sollte (vorzugsweise 5 - 20 mm), damit nicht zu viel Elastomer bei Kompression nach oben durch den Trennspalt (19) gedrückt wird. Gegenstand der Erfindung ist ferner die Verwendung eines diesbezüglichen
Federelementes zur Dämpfung von Schwingungen durch dynamische Einstellbarkeit der Steifigkeit von Elastomerschichten in Lagerkomponenten in Maschinen,
Fahrzeugen und Windkraftanlagen. Insbesondere ist die Lagerung zur Verwendung in Paketkupplungen geeignet, wie sie beispielsweise in Abb. 3 oder 4 dargestellt ist.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lagerung ist, dass keine gleitenden Teile wie bei der Pressbolzenlösung der EP 1 566 543 notwendig sind. In dem erfindungsgemäßen Lager stellt der Pressbolzen vielmehr gemeinsam mit dem Gummi-Metall-Element, dem eigentlichen Dämpfungselement (15), eine integrale funktionelle Einheit dar, bei der keinen langen Wege, und / oder ein größerer Platzbedarf notwendig ist.
Im folgenden wird die Erfindung näher beschrieben.
Kurze Beschreibung der gezeigten Abbildungen:
Abb. 1 : perspektivische Sicht des erfindungsgemäßen Federelements Abb. 2: Längsschnitt durch ein elastomeres Federelement gemäß der Erfindung, welches einen breiten Trennspalt (19) aufweist.
Abb. 3: Längsschnitt durch ein elastomeres Federelement gemäß der Erfindung welches, einen schmalen Trennspalt (19) aufweist im ungespannten
Zustand. Abb. 4: Längsschnitt durch ein elastomeres Federelement gemäß der Erfindung welches, einen schmalen Trennspalt (19) aufweist im vorgespannten
Zustand.
Abb. 5: Paketkupplung mit eingebauten erfindungsgemäßem Federelement.
Abb. 6: Teilsegment von Abb. 4. Die in den Abbildungen und der Beschreibung verwendeten Bezugsgrößen haben dabei die in der folgenden Tabelle niedergelegten Bezeichnungen:
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Ein typisches Federelement gemäß der Erfindung ist in den Abbildungen 1 - 4 dargestellt.
Das Federelement ist in diesen Ausführungsformen vorzugsweise als ein im
Querschnitt rundes oder rechteckiges Bauelement ausgestaltet, kann aber auch andere Formen und Gestalt annehmen. Abb. 1 zeigt eine hier runde Abschlussplatte. Oberhalb der Abschlussplatte (13) befindet sich eine Elastomerschicht (1) mit einer Dicke, je nach Größe des Elementes in der Regel zwischen ungefähr 1 und 10 cm. Größere und kleiner Elemente sind grundsätzlich möglich. Die Elastomerschicht ist fest mit der Platte (13) verbunden und verteilt sich auch (2) zwischen die das Element stabilisierenden Zwischenplatten (14), mit denen es gegebenenfalls ebenfalls fest verbunden ist (Verklebung / Vulkanisierung).
Das Elastomervolumen (1) steht direkt mit dem elastomeren Kompressionsvolumen
(5) in der Schale (4) der Druckeinheit (16) in Verbindung. Die Druckschale (4) ebenso wie die Druckeinheit (16) sind aus druckfestem Material, vorzugsweise aus Metall. Die Zwischenplatten (14) sind vorzugsweise ebenfalls auch aus Metall, können aber auch durch andere harte Materialien, die eine gewisse Biegefähigkeit aufweisen, ersetzt werden. Vorzugsweise sind die Zwischenplatten in Form von breiten
Ringplatten gestaltet, deren Mittelpunkt sich vorzugsweise auf Höhe des Druckstücks
(6) bzw. der Bohrung in der Druckschale (4) befindet. Im Randbereich weist die Elastomerschicht (2) zwischen den Platten konkave bzw. konvexe Konturen auf, die sich je nach Komprimierungszustand ändern können. Außer in dem bereits genannten Bereich um den Anschlussstutzen herum ist die Elastomerschicht mit den beteiligten Rand- und Zwischenplatten beispielsweise durch Verklebung oder Vulkanisierung fest verbunden. Neuartig im Vergleich zu dem Federelement der EP 1 566 543 ist die Druckeinheit (16), welche fest verbunden ist mit dem elastomeren Federelement (15) und mit diesem eine geschlossene Baueinheit bildet. Diese Druckeinheit, die gegenüber der Abschlussplatte (13) angeordnet ist und das gesamte Federlelement (9) nach oben abschließt, umfasst im wesentlichen eine druckfeste Schale, vorzugsweise aus Metall, die einen Durchmesser aufweist, welcher mindestens so groß wir der
Durchmesser der zylindrischen Bohrung der Zwischenplatten, bzw. des
Elastomervolumens (1). Der Boden der Schale (4) weist ebenfalls eine Öffnung aus, deren Durchmesser vorzugsweise dem Durchmesser der besagten zylindrischen Bohrung der Zwischenplatten (14) entspricht. Das Innere der Schale ist mit dem elastomeren Kompressionsvolumen (5) ausgefüllt. Dieses Elastomer ist in Bezug auf seine Steifigkeit weicher oder mindestens genau so hart wie das Elastomervoulmen (1) (2) des eigentlichen Federelementes, das unmittelbar mit ihm in Kontakt ist.
Das Kompressionsvolumen (5) umfasst mittig am oberen nach außen weisenden Rand des Federlementes (9) ein Druckstück (6) auf, welches, in einfachsten Fall eine massive druckstabile runde, eckige oder anders geformte Scheibe oder Platte ist. Dieses Druckstück liegt entweder auf dem Kompressionselastomer (5) auf bzw. ist mit diesem verbunden, oder aber ist vorzugsweise in dieses eingebettet, so dass seine Unterseite und Seitenflächen vom Elastomer (5) umgeben sind, während die Oberseite einen bündigen Abschluss mit der oberen Kontur des Federelementes (9) bildet.
Auf diese nach außen weisende Fläche des Druckstücks wird erfindungsgemäß mittels einer Verspannungsvorrichtung (18) gezielt und einstellbar Druck ausgeübt, so dass das Druckstück(6) in das Kompressionsvolumen gepresst wird. Das verdrängte Material des Elastomers (5) in der Druckschale (4) verpresst entsprechend des ausgeübten Druckes somit die Elastomer / Zwischenplatten Konstruktion des eigentlichen Dämpfungselementes (15), wodurch die Steifigkeit dieses Bauteils gezielt und einfach reguliert werden kann. Die Verspannungseinrichtung kann mechanischer oder hydraulischer Natur sein.
Damit der durch das Druckstück (6) ausgeübte Druck nicht Elastomermaterial (5) aus der Druckschale (4) nach oben, bzw. außen aus dem Bauteil herausdrückt, und somit an die eigentliche Dämpfungseinheit (15) weitergeben kann, ist das
erfindungsgemäße Bauteil entweder entsprechend in die zu dämpfende Vorrichtung so eingebaut, dass ein Herausquetschen verhindert wird, oder aber das
Federelement umfasst zusätzlich eine obere Abschlussplatte, welche eine gemäß dem Druckstück (6) entsprechend geformte und angeordnete Öffnung aufweist, so dass kein Elastomermaterial nach oben aus der Druckschale bei Verpressung über das Druckstück (6) herausgedrückt werden kann. Ein solche Abschlussplatte bildet entweder mit dem Federelement eine feste Einheit oder ist lösbar, beispielsweise durch Verschraubung, mit diesem verbunden. Das Druckstück (6) sollte so dimensioniert sein, dass es zwar ausreichend groß zur Aufnahme der Verspannungsvorrichtung (18) ist, jedoch sollte es noch ausreichend Platz in der Druckschale (4) für das umgebende Kompressionselastomer (5) lassen, so dass dieses ausreichend zusammengepresst werden kann, ohne dass dabei das Druckstück den Boden der Druckschale (4) berührt.
Das Druckstück (6) selbst kann eine Auflagefläche oder eine Halteeinrichtung für die Verspannungsvorrichtung (18) besitzen. Diese umfasst im einfachsten Fall eine Schraube oder einen Schraubbolzen die/der in einem Gewinde außerhalb des
Federelementes (9) in Richtung des Druckstücks bewegt wird und letzteres in das Kompressionsvolumen (5) presst.
Die erfindungsgemäß für die Bauteile (15) und (16) verwendeten
Elastomermaterialien bestehen im wesentlichen aus einem Naturkautschuk, einem Naturkautschukderivat oder aus einem geeigneten elastischen polymeren Kunststoff oder Kunststoffgemisch. Die Elastomerschicht kann erfindungsgemäß
unterschiedliche Härte ("Shore-Härte") und unterschiedliche
Dämpfungseigenschaften aufweisen, entsprechend den gewünschten Anforderungen. Vorzugsweise werden Elastomere mit einer Härte von 20 bis 100 Shore A,
insbesondere 30 bis 80 Shore A verwendet. Die Herstellung derartiger Elastomere unterschiedlicher Härte ist im Stand der Technik bekannt und in der einschlägigen Literatur hinreichend beschrieben. Vorzugsweise werden handelsübliche
Naturkautschuke oder Kunststoffe eingesetzt. Vorzugsweise besitzt das Elastomermaterial in der Druckschale (4) bzw. des
Druckelementes (16) eine geringere Steifigkeit aus als das elastomere Material des Dämpfungselementes (15).
Die nicht-elastomeren Zwischenplatten (2) sind erfindungsgemäß aus weitestgehend unelastischen Werkstoffen mit geringer Kompressibilität gefertigt. Vorzugsweise sind dies Metallbleche, aber auch andere Materialien, wie harte Kunststoffe,
Verbundwerkstoffe oder karbonfaserhaltige Werkstoffe sind einsetzbar. Die
Zwischenbleche und die Elastomermaterialien (4) werden in der Regel durch
Vulkanisierung miteinander verbunden. Wie bereits erwähnt, sind die beschriebenen erfindungsgemäßen Federelemente besonders geeignet für einen Einsatz als Lagerpunkte in Maschinen, Fahrzeugen, vorzugsweise aber in Windkraftanlagen.
Die erfindungsgemäßen Federelemente sind ferner auch als Dämpfungselemente in Paketkupplungen hervorragend geeignet (Figuren 5, 6).

Claims

Patentansprüche:
1. In seiner Steifigkeit einstellbares elastisches Federelement (9) umfassend ein
(a) elastomeres Dämpfungselement (15) und
(b) ein elastomeres Druckelement (16), wobei
(ü das Dämpfungselement im Wesentlichen ein Elastomerteil (1) (2) umfasst, welches nach unten durch eine untere Abschlussplatte (13) und nach oben durch das Druckelement (16) begrenzt wird, und im Inneren ein oder mehrere parallel zur unteren Abschlussplatte angeordnete unelastische, voneinander durch Elastomerschichten (2) getrennte Zwischenplatten (14) aufweist, welche eine entsprechend der vertikalen Achse des Federelementes angeordnete zylindrische Bohrung (3) besitzen, die von dem Elastomerkern (1) ausgefüllt ist, und
iii) das Druckelement (16) die Form einer druckstabilen Schale (4) aufweist, welche in ihrem Boden eine zylindrische Bohrung besitzt, die deckungsgleich mit der angrenzenden Bohrung (3) des Dämpfungselementes ist, und von
komprimierbarem Elastomermaterial (5) und einem Druckstück (6) ausgefüllt ist, wobei das Druckstück (6) im nicht-vorgespannten Zustand des Federelementes einen Teil dessen oberer horizontaler Begrenzung (12) bildet und seitlich und unterhalb von elastomerem Kompressionsmaterial (5) umgeben, bzw. in diese eingebettet ist, das in direktem Kontakt mit dem Elastomervolumen (1) des Dämpfungselementes (15) steht,
so dass der über das Druckstück (6) vermittelte Druck an die eigentliche
Dämpfungseinheit (15) weitergegeben und somit je nach ausgeübten Druck eine Veränderung der Federlänge des Dämpfungselementes (15) durch Kompression des Elastomervolumens (1) erzielt wird.
2. Elastisches Federelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
Druckschale (4) und Druckstück (6) im Bereich der oberen Begrenzung (12) von einem umlaufenden Trennspalt (19) getrennt sind, welcher mit Elastomermaterial (5) ausgefüllt ist.
3. Elastisches Federelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennspalt (19) 2 - 5 mm dick ist.
4. Elastisches Federelement nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerschicht (5) im Bereich des Trennspaltes (19) und des oberen Teil der Druckschale (4) nicht fest mit der inneren Wandung der Druckschale (4) verbunden ist.
5. Elastisches Federelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerschicht (5) im unteren Teil der Druckschale (4) fest mit der inneren Wandung der Druckschale (4) in diesem Bereich verbunden ist.
6. Elastisches Federelement nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch
gekennzeichnet, dass die Elastomerschicht (5) mit dem Druckstück (6) fest verbunden ist.
7. Elastisches Federelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (6) eine Auflagefläche oder eine Befestigungseinheit (17) aufweist für eine außerhalb des Federelementes befindliche Verspannungsvorrichtung (18).
8. Elastisches Federelement nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch
gekennzeichnet, dass die Dicke des Elastomervolumens (5) des Druckelementes (16) mindestens doppelt so groß ist, wie der maximale Kompressionsweg, den das Druckstück (6) in Richtung des Dämpfungselementes (15) mittels der Verspannungsvorrichtung (18) gedrückt wird.
9. Elastisches Federelement nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch
gekennzeichnet, dass das Druckstück (6) in seiner äußeren Kontur und Form der inneren Kontur und Form der Druckschale (4) des Druckelementes (16) nachgebildet ist.
10. Elastisches Federelement nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch
gekennzeichnet, dass Dämpfungselement (15) und Druckelement (16) eine äußere im wesentlichen runde oder rechteckige Form besitzen.
11. Elastisches Federelement nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch
gekennzeichnet, dass das Druckstück (6) eine äußere im wesentlichen runde oder rechteckige Form besitzt.
12. Elastisches Federelement nach einem der Ansprüche 1 - 11 , dadurch
gekennzeichnet, dass das Elastomervolumen (1) und (5) und das Druckstück (6) zentral mittig im Federelement (9) angeordnet sind.
13. Elastisches Federelement nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch
gekennzeichnet, dass Dämpfungselement (15) und Druckelement (16) in einer geschlossenen integralen Bauform vorliegen.
14. Elastisches Federelement nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch
gekennzeichnet, dass das Elastomermaterial im Dämpfungselement (15) eine geringerer Steifigkeit aufweist als das Elastomermaterial im Druckelement (16) 15. Verwendung eines Federelementes nach einem der Ansprüche 1 - 14 in
Lagerungen von Rotor- und oder Getriebebauteilen von Windkraftanlagen oder für Paketkupplungen in Fahrzeugen und Maschinen.
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