DE2442653A1 - Elastomeres auflager - Google Patents

Description

Dr. !ng. Walter Abitz
Dr. Dieter F. M ο rf
Dr. Hans-A. Brauns ö

8 Muf>ch3n ου, r.onz'3r.auerfitr. 28. <*1

THE GENERAL TIRE & RUBBER COMPANY

One General Street, Akron, Ohio 44329, V.St .A.

Elastomeres Auflager

Die vorliegende Erfindung betrifft Lagerelemente zum Abstützens eines Trägers oder Tragdecks an Pfeilern, Fundamenten, Türschwellen und dgl. und insbesondere ein verbessertes elastomeres Auflager, welches ausschliesslich durch Druck- und Scherbeanspruchung oder Verformung die auftretenden statischen und dynamischen Belastungen sowie eine thermische Bewegung und nicht-parallele Lasten und dgl. aufnimmt.

Beim Bau von grossen Anlagen, wie beispielsweise einer Brücke oder eines Gebäudes stellt die Bewegung der einzelnen Bauteile relativ zueinander einen wichtigen Paktor dar, welcher berücksichtigt werden muss. Eine derartige Bewegung kann verschiedene Ursachen haben, beispielsweise die thermische Ausdehnung und Verkleinerung der verwendeten Baustoffe, wie auch äussere Kräfte, Z". B. Wind, Erdbewegungen

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und dgl., am Bauwerk sowie statische und dynamische Kräfte, die an den Bauelementen selbst wirksam werden. In einer Brückenanordnung sind horizontale Träger zwischen im Abstand angeordneten vertikalen Stützen angeordnet, wobei die Enden der Träger an den Stützen enden. In einer derartigen Anordnung ist es notwendig, dass die thermische Ausdehnung und Verkleinerung eines jeden Trägers berücksichtigt wird,sowie eine Winkel- oder Drehbewegung, welche durch ein Durchbiegen des Trägers unter den Verkehrslasten der Brücke hervorgerufen wird. Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes elastomeres Auflager für derartige Anwend ungsgebiete.

Der Grundgedanke einer Abstützung von Brückenträgern oder dgl. mittels eines lasttragenden elastomeren Materials besteht in einer ständigen Anwendung des Elastomeren als Baumaterial. Die auftretenden Flächenbelastungen und die verschiedenen Momente sind auf die Belastungsfähigkeit und elastischen Daten des Materials "abgestellt, während der Entwurf und die Formgebung anerkannten Verfahren der Kautschukindustrie entsprechen. Bewegungen der Träger werden durch Verformung des Kautschuks und nicht durch eine relative Bewegung aufgenommen. Es hat sich gezeigt, dass elastomere Auflager in wirksamer Weise die verschiedenen Reaktionen aufnehmen und die erforderlichen Bewegungen der Bauelemente innerhalb der Belastungsgrenzen und elastischen Daten des Materials anlassen. Dabei werden beträchtliche Kostenvorteile erhalten und die Notwendigkeit entfällt, teure, sich bewegende Teile zu konstruieren und zu warten.

Der Entwurf eines elastomeren Auflagers beginnt mit der Erkenntnis, dass eine Gummidruckfeder aus einer Vorrichtung besteht, mittels welcher die Schwerkräfte einer Anordnung durch das "Gedächtnis" eines jeweiligen elastomeren Bauteils oder dessen Fähigkeit, seine ursprüngliche Gestalt wieder anzunehmen, ausgeglichen werden. Kautschuk hat die Fähigkeit, sich zu verformen und sich an extreme Belastungszustände an-

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zupassen, wobei er in voraussagbarer Weise den resultierenden Beanspruchungen widersteht und bei Verschwinden der Belastung in seine Normallage zurückkehrt.

Zu diesem Zweck wurde eine umfangreiche Forschung bezüglich der Verformungsdaten eines lastaufnehmenden Kautschuks oder Gummis unter Belastung betrieben. Infolge der komplexen Natur des Materials ist ein Entwurf auf Grenzwerte kompliziert. Unter Berücksichtigung des Federprinzips basiert der Entwurf auf der einfachen Voraussetzung, dass der Bauteil besser und langer in richtiger Weise funktionieren wird, je weniger er verformt wird. Das Hauptentwurfsprinzip besteht darin, die anfängliche Durchbiegung unter Druck und die Verformung innerhalb von Grenzen zu halten, welche ausreichend niedrig sind, um eine weitere Verformung oder ein Setzen während der Lebensdauer der Anordnung zu verhindern.

Das wichtigste Merkmal von Kautschuk für die Verwendung in Brückenauflagern ist wahrscheinlich die Einfachheit, mit welchem der Druckmodul des Materials auf die Erfordernisse des Konstrukteurs abgestimmt werden kann. Der Druckmodul ist in hohem Masse von den geometrischen Begrenzungen des Kautschuks abhängig, was durch den "Formfaktor" ausgedrückt worden ist, welcher als das Verhältnis der wirksamen,unter Belastung stehenden Lagerfläche zur freiliegenden Fläche definiert ist, die sich als Folge der Kautschukbewegung ausbauchen kann.

Weist z. B. ein Auflager eine statische Belastung von 35 kp/cm (500 p.s.i.) auf und ist die Gummistärke derart, dass die zu einem Ausbauchen verfügbare freie Umfangsfläche ebenso gross wie die Belastungsfläche ist (Formfaktor 1), dann, wird das Auflager-etwa um 30 % seiner Dicke bei Einbau des Trägers zusammengedrückt und baucht mit der Zeit seitlich aus. Wird jedoch die Kautschukdicke verringert, bis der Ausbauchbereich nur mehr Ί/6 der Belastungsfläche betragt (Formfaktor 6), so ist die Verformung kleiner als 5 % der Dicke

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und ein nachfolgendes Kriechen oder eine allmähliche Verformung ist ohne Einfluss oder nicht vorhanden.

Es wird darauf hingewiesen, dass bei Formfaktoren über 6 eine Änderung der Härte keinen wesentlichen Einfluss auf die Auslenkung unter Druckbeanspruchung hat; dies ist ein gültiges Anzeichen dafür, dass ein Ausmass der Begrenzung' des Kautschuks erreicht wurde, bei welchem die Druckstabilität bleibend ist. Der Formfaktor im Verhältnis zur Druckbeanspruchung gibt daher eine genaue Aussage über das richtige Ausmass der Ggammibegrenzung, welche für die fraglichen Belastungsbereiche notwendig ist.

Zusammenfassend ergibt sich, dass für den'Entwurf des Lagers im Hinblick auf die Belastung zwei hauptsächliche Kontrollen verwendet werden: (1) auf richtige Anzahl von Flächeneinheiten zur Abstützung einer gegebenen Last und (2) auf eine zum Ausbauchen zur Verfügung stehende effektive Dicke, welche richtig auf die Grundfläche abgestimmt ist, um ein Versagen der Anordnung auf Grund einer ständigen Verformung bzw. eines Setzens auszuschliessen.

Es wird darauf hingewiesen, dass bei der Auswirkung des Formfaktors angenommen wird, dass die Auflager gegen jegliche seitliche Bewegung zwischen den belasteten Flächen geschützt sind, und zwar mittels chemischer Bindung des Elastomer.en an Sohleplatten oder durch die Anlage des Elastomeren an einer rauhen Auflagerfläche, welche einen hohen Reibungskoeffizienten aufweist, wie etwa Beton und dgl. Ein einfaches, nicht haftend verbundenes Auflager arbeitet nur dann zufriedenstellend, wenn die Belastungsflächen ständig sauber und trocken sind und kein nach aussen gerichtetes Oberflächenkriechen zwischen der Belastungsfläche und den Oberflächen des Auflagers möglich ist. Bezüglich der Dauer der Betriebsfähigkeit gilt, dass diese bei einem nicht haftend verbundenen Auflager im wesentlichen davon abhängt, dass der fiei-

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bungskoeffizient zwischen dem Auflager und dem Träger ausreichend hoch ist, um eine Verbreiterung auszuschliessen. Beim Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung ist im'wesentlichen kein Gleiten oder Kriechen zwischen Oberflächen des elastomeren Körpers und den Lastflächen vorhanden, wenn lediglich eine Haftung durch Reibung vorgesehen ist.

Der Entwurf des Lagers im Hinblick auf die verschiedenen Bewegungen des Trägers besteht in der Auswahl der Lagerdicke als Funktion der erwarteten seitlichen Bewegung. Ein derartiger Vergleich ist notwendig, um die im Kautschuk auftretenden Scherbeanspruchungen zu bestimmen. Um die auf einen Pfeiler oder ein Fundament übertragenen hohen Scherbelastungen so gering wie möglich zu halten, sollte sich die elastomere Masse unter Belastung seitlich nicht um mehr als 25 % der Dicke erstrecken, was als eine empirische vernünftige Bemessungsregel gilt. ·

Wie allgemein bekannt ist, bewegt sich die Kautschukmasse in jeder Richtung in gleicher Weise. Da eine zulässige Scherbewegung beispielsweise zwischen 0 bis 25 % liegt, beträgt die gesamte zulässige Bewegung die Hälfte, der Dicke des Auflagers. Umgekehrt muss die Lagerdicke doppelt so gross wie die erwartete Gesamtbewegung sein. Es ist unwahrscheinlich,' dass die Träger bei Temperaturen eingebaut werden, welche den genauen Mittelpunkt ihrer Ausdehnung entsprechen und jegliche zusätzliche Belastung oder Verformung sollte gut unterhalb der insgesamt zulässigen Scherbeanspruchungen liegen.

Es sei angenommen, dass ein Träger oder ein Tragdeck eine horizontale Bewegungsmöglichkeit aufweist, welche der Dicke des Kautschuks entspricht, hin Auflager mit einem bestimmten Formfaktor ergibt dann infolge seiner Dicke nur die Hälfte des erforderlichen Bewegungsvermögens. Beim Stand der Technik wurde ein weiteres identisches Auflager an der Oberseite an-

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geordnet, um die erforderliche Dicke zu erhalten, wobei beide Auflager an ihren gemeinsamen Belastungsflächen mit einer gemeinsamen Stahlplatte verbunden wurden. Dieses Doppellager hat zwar die gleiche Belastungsfähigkeit wie das einfache Grundlager, jedoch entspricht das gesamte seitliche Bewegungsvermögen der beiden Lager nunmehr der erwarteten Trägerbewegung. Jedoch erhöht die Stahlplatte die Dicke der zusammengesetzten Lageranordnung, wodurch keine so grosse seitliche Bewegungsmöglichkeit erhalten wird, wie dies durch die vorliegende Erfindung erreicht wird.

Das Durchbiegen der Träger unter Last verursacht eine Verdrehung der oberen Fläche des Auflagers. Die Verdrehungswirkung der Last am Gummi unterscheidet sich von der Einwirkung einer vertikalen statischen Trägerbelastung aus mehreren Gründen. Eine gleichmässig wirksame statische Druckbelastung verursacht eine Verschiebung der Kautschukmasse in das seitliche Ausbuchtungsvolumen. Eine dynamische Drehbeanspruchung verursacht eine Erhöhung der Ausbauchung an jener Seite des Auflagers, welche der Trägerlänge zugewandt ist, während an der gegenüberliegenden Auflagerseite eine entsprechende Verringerung eintritt. Der Unterschied in der Einwirkung auf den Kautschuk besteht in einer gleichmässigen Massenbewegung nach aussen im Falle einer statischen Belastung und einer nicht-gleichmässigen Massenverschiebung während einer Lager-•drehung.

Eine weitere Belastungswirkung beruht auf einer dauernden Nicht-Parallelität der Belastungsflächen. In diesem Falle ist eine seitliche Verschiebung ständig vorhanden und beeinträchtigt in einem ziemlich weiten Bereich das LastaufnahmevermÖgen des Auflagers nicht wesentlich. Kautschuk hat zwar die Fähigkeit, sich auf eine neue permanente Arbeitslage einzustellen, jedoch muss dafür gesorgt werden, dass das Rückstellvermögen des Lagerelements nicht überschritten wird.

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Die vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung von Anordnungen dar, wie sie aus der DT-PS 1 179 978 bekannt sind. Ferner sind aus den US-PSen 3 504 905, 3 514 165 und 3 544 laminierte Anordnungen von miteinander verbundenen Elastomer und Metall bekannt, welche bei Druckbelastungen einen hohen Formfaktor ergeben und die akkumulierte seitliche bzw. Scherverformbarkeit aufeinanderfolgender Kautschukschichten ausnützen. .

Weitere Angaben bezüglich der Anwendung von Elastomeren sind in den Veröffentlichungen "Natural Rubber in Bridge Bearings" (Bulletin Nr. 7) und "Engineering Design with natural Rubber" (3· Ausgabe 1970) gemacht, die beide von der Natural Rubber Producers Research Association, 19 Buckingham Street, London W.C. 2, Grossbritannien, herausgegeben wurden. Die vorliegende Erfindung stellt eine verbesserte elastomere Auflageranordnung zur Verfügung, welche einen hohen Formfaktor aufweist, jedoch im Verhältnis zur Dicke der Anordnung eine hohe Scherverschiebung zulässt.

Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein verbessertes elastomeres Auflager zur Verfügung, in welchem im wesentlichen die gesamte wirksame Höhe und im wesentlichen das gesamte Volumen des Auflagers aus Kautschuk besteht, welcher eine maximale seitliche Verformung bei- optimaler Druckverteilung der vertikalen und horizontalen Belastung erfahren kann.

Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein verbessertes elastomeres Auflager zur Verfügung, welches einfacher und kostengünstiger als bekannte Anordnungen hergestellt werden kann.

Schliesslich wird durch die vorliegende Erfindung ein verbessertes elastomeres Auflager einer einfachen Bauart geschaffen, welches für eine gegebene Belastung und einen gegebenen Installationsraumbedarf ein geringeres Gewicht als bekannte Anordnungen aufweist.

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Die genannten Merkmale und Vorteile werden mittels eines elastomeren Auflagers erhalten, welches einen monolithischen elastomeren Trägerkörper aufweist, der eine untere und eine obere Aussenflache besitzt, um eine Belastung aufzunehmen, und welcher an den Begrenzungen der oberen und unteren Aussenflachen eine umfangsseitige Kante aufweist. Eine Anzahl von zugbeanspruchten Haiteelementen, wie beispielsweise Stäben oder Eingen, ist umfangsseitig als kontinuierliche Begrenzung vorgesehen und in der umfangsseitigen Kante eingebettet. Nebeneinanderliegende zugbelastete Halteelemente weisen unterschiedliche umfangsseitige Abmessungen bzw. Durchmesser auf und sind daher vertikal gegeneinander versetzt im Trägerkörper angeordnet. Eine elastomere Abschirmung kann wasserdicht mit der umfangsseitigen Kantenfläche und den zugbeanspruchten Halteelementen verbunden sein. Die zugbeanspruchten Halteelemente teilen die Umfangsflache in ausgewählte kleinere Bereiche ein, welche sich ausbauchen, wenn eine Druckbeanspruchung an der unteren und oberen Aussenf lache des Trägerkörpers ausgeübt wird. Die gesamte vertikale Abmessung der zugbeanspruchten Halteelemente sollte eine Grössenordnung von etwa 40 % der Gesamtdicke des Trägerkörpers nicht überschreiten. Der Trägerkörper kann aus einem Zentralkörper bestehen, welcher durch einen elastomeren Haltekörper begrenzt wird, der mit dem Umfang des Zentralkörpers verbunden ist und zwischen dem Zentralkörper und den zugbeanspruchten Halteelementen liegt. In diesem Falle sind die zugbeanspruchten Halteelemente in den äusseren Bereich des Haltekörpers eingebettet. Der Haltekörper beschränkt den Trägerkörper auf die Übermittlung von Kräften, die durch eine Druckbeanspruchung am Zentralkörper erzeugt werden, durch den Zentralkörper zum Haltekörper.. Der Haltekörper wird seinerseits in seiner Bewegung durch die zug-beanspruchten Halteelemente beschränkt. Das Auflager kann eine Anzahl der vorausgehend beschriebenen Trägerkörper aufweisen, welche durch Verbindung mit einem Überbrückungselement miteinander zusammenwirken. Gegebenenfalls können die oberen und unteren Flächen des Auflagers mit Sohleplatten verbunden sein.

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Die Erfindung wird anschliessend anhand der Zeichnungen be- ■ schrieben. Es zeigen:

Pig. 1 eine Draufsicht des erfindungsgemassen Auflagers mit teilweise weggebrochenen Teilen gemäss einer Ansicht längs der Linie 1-1 der Fig. 2, .

Fig. 2 einen seitlichen Schnitt eines erfindungsgemassen Auflagers gemäss der Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemassen Auflagers mit teilweise weggebrochenen Teilen, . ■

Fig. 4- eine Schnitt längs der Linie 4-4 der Fig. ~5,

Fig. 5 einen Teilschnitt einer erfindungsgemassen Ausführungsform längs der Linie 5-5 der Fig..1 und 3»

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform der in Fig. 5 dargestellten Anordnung,

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform der in Fig..6 dargestellten Anordnung und

Fig. 8 eine weitere Ausführungsform der in Fig. 6 gezeigten Anordnung.

Die zugbelasteten Halteelemente können auch als Ringe und Stäbe oder dgl. bezeichnet werden. Die Begriffe "Elastomeres" und "Kautschuk" werden in der Beschreibung austauschbar zur Bezeichnung von natürlichem oder synthetischem Gummi verwendet.

In den Fig. 1 und 2 ist ein elastomeres Auflager 10 im eingebauten Zustand dargestellt, welches einen Träger 12 bzw. ein Tragdeck an einem Pfeiler oder einem Fundament 14 abstützt. Das

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Auflager 10 besteht im wesentlichen aus einem elastomeren Trägerkörper 16, welcher durch eine Anzahl von zugbeanspruchten Halteelementen 18 begrenzt wird.

Das Auflager 10 besteht aus einem umgekehrt angeordneten Kegelstumpf. Der Trägerkörper 16 weist eine Unterseite 20 und eine Oberseite 22 auf, die an ihren Kanten durch eine Umfangsfläche 24 begrenzt werden. Die Halteelemente 18 sind als Ringe ausgebildet, die vollständig im Kautschukkörper längs der Umfangsfläche desselben eingebettet sind. Die Halteelemente 18 sind innerhalb des Trägerkörpers 16 angeordnet, damit einerseits ein weitgehend monolithischer Aufbau erhalten wird und damit ferner die Halteelemente in vertikal versetzter Anordnung vorliegen.

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt, des Auflagers 10 gemäss der Linie 5-5 der Fig. 1 und 3· Die Halteelemente 18, welche als Ringe ausgebildet sind, sind in der Umfangsfläche 24 derart angeordnet, dass ausgewählte Kautschukbereiche zwischen den Halteelementen 18 verbleiben, die sich ausbauchen können, sowie ein schmälerer Bereich zwischen jeweils einem Halteelement und der Oberseite bzw. Unterseite des Trägerkörpers 16. Die Fig. 5 bis 8 veranschaulichen beispielsweise vertikale Abstandsanordnungen für die Halteelemente 18.

Das grundlegende Konzept besteht dabei darin, die radiale Verschiebung im wesentlichen auf einen grossen Bereich der Dicke des Kautschuks (40 % oder mehr) zu verteilen, ohne dass unter der Einwirkung einer Druckbeanspruchung die Scherbewegungen wesentlich heeinflusst werden. Beispielsweise zeigen die Fig. 1, 2 und 5 bis 8 den grundsätzlichen Aufbau, welcher eine Anzahl von zugbeanspruchten Haltelementen 18 aufweist, die im wesentlichen den elastomeren Körper ringförmig umgeben. Die Summe der Durchmesser aller Querschnitte 18 sollte gleich gross wie oder grosser als das 0,4fache der Stärke des Trägerkörpers 16 sein.

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Wirkt auf das Auflager 10 eine Druckbeanspruellung, so hat das Elastomere das Bestreben, als inkompressibles Fluid zu wirken und Kräfte in allen . Richtungen zu übertragen. Beim Vorliegen einer. Drucklast ergibt sich eine Verringerung der Höhe des Auflagers. Da Elastomere im wesentlichen inkompressibel sind, bewirkt die Verringerung der Höhe des Auflagers ein radiales Ausweichen des Kautschukkörpers. Das im Bereich der Halteelemente befindliche Elastomere kann sich nicht in radialer Richtung verschieben, da die Halteelemente 18 eine Bewegung in dieser Richtung verhindern und ist somit gezwungen, sich in den nicht beschränkten Bereichen zwischen den Haiteelementen zu verschieben.

Durch die Änderung der Form werden jedoch auch Kräfte ausgeübt, welche das Bestreben haben, das Elastomere radial zu verschieben, was der Neigung des Elastomeren entgegensteht, frei in die nicht-beschränkten Zonen einzutreten. AlsFolge dieses Aufbaus wird das Ausmass der Verkleinerung der Höhe des Trägerkörpers 16 bei einer gegebenen Druckbeanspruchung erheblich verringert. Dagegen entspricht die kürzeste Faserlänge jener Dicke des Auflagers, welche die längstmögliche für eine bestimmte Lagergrösse ist. Es ist bekannt, dass die Faserlänge umgekehrt proportional zu jener Scherlast ist, welche zur Erzielung einer Scherbewegurig als Prozent der Dicke erforderlich ist, d. h. je langer die Faser, desto geringer ist die für eine bestimmte Scherbewegung erforderliche Scherkraft.

Der Körper des Auflagers wird aus einem monolithischem Elastomeren hergestellt, welches bei niedrigen Temperaturen ein gutes Scherverhalten aufweist, vrie beispielsweise Naturkautschuk.

Die freiliegende Fläche der Lagers besteht aus einem Elastomeren mit guter Vitterungsbeständigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Ozon und Öl, wie beispielsweise Neopren.

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Die nicht begrenzte Kautschukschicht zwischen der Unterseite 20 und der Oberseite 22 und dem jeweils nächstliegenden Halteelement 18 weist eine merklich geringere Dicke auf, als die inneren nicht begrenzten Schichten zwischen angrenzenden Halteelementen 18, um ein " Scheuern" als Folge einer radialen Verschiebung zu verhindern.

Gemäss den Fig. 6 bis 8 kann das Auflager als kurze zylindrische Säule anstelle eines Kegelstumpfs gemäss den Fig. 2 und 5 ausgebildet sein. Bei dieser Ausführungsform sind Halteelemente mit ungleichen Aussendurchmessern vorgesehen, wobei ein Auflager erhalten wird, welches bei Auslenkung unter Einwirkung von Scherkräften (S_) gemäss den gestrichelt angegebenen Linien keine Verringerung der projizierten lasttragenden Fläche aufweist.

Das Auflager kann als Anordnung ausgebildet sein, welche mehrere der Grundlager in Kombination gemäss beispielsweise Fig. 3 vereinigt, wodurch es möglich ist, das Auflager in einem rechteckförmigen Auflagersitz anzuordnen, welcher üblicherweise verwendet wird und wobei die Grosse der Zugspannung im jeweiligen Haltelement für eine gegebene Druckkraft im Vergleich mit einem grösseren ringförmigen Haltelelement verringert wird.

Bei einer Ausführungsform der Lagers weisen einige der ringförmigen Halteelemente 18 einen unterschiedlichen Aussendurchmesser auf, wodurch die versetzt angeordnete Ringanordnung gemäss den Fig. 5 bis 8 erhalten wird, welche eine zusätzliche Drehung des Auflagers zulässt, ohne dass zu grosse lokalisierte Druckbeanspruchungen zwischen den Eingen entstehen. Die versetzte Anordnung der Ringe 18 gestattet es ferner, Ringe mit einem grösseren Querschnitt zu verwenden, wodurch eine grössere Gesamthöhe des Ringbereiches im Vergleich zur Gesamtdicke des Körpers 16 erhalten wird und damit eine merklich grössere Haltewirkung und entsprechende BeIa-

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GT-760-F

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stungsfahi gkeit pro Flächeneinheit l>ei im weseaoitMelienL mindert er Beweglichkeit bei seitlichen Scherkräften«.

Die verschiedenen beschriebenen AäsfunrungsforMeii können unter ¥erbindung einer oder beider Flac&em 2B Baw« 22 m£"fe einer Sohleplatte hergestellt werden imä. die Anzahl und clear Durcnmesser der vorliandenen rin^l0fnndLgea Halfeeleleaeste IS kann in ÄnpassiiQg an die notwendigen Se&eif&!eiHregpngen_K die Fläclienbelastiffig, das Dreöt\rermog;eB tuad dea FQiEffifafcfcar¹ ausgewäitlt werden.

Die Aufgabe der ringförmigen Halteelementie IS bestefefe daran,, in wirksamer Weise den Formfaktor¹ S der J-ucElageranoEdnuing i€l zu ernönen,. indem der Eandbereich. 2% in kleinere diskrete Bereicne aufgeteilt wird, weiche; sick auisib-aüicJien können,-während die einer vertikalen liasrfr ausgesetzte ilussenfläeiie konstant bleibt. G-leicJizeitig bleibt die Oesamtdicke des Trägerkörpers i:6 in wirksamer Weise für eine j/LtEslenkung als Folge seitlicner Schierwirkungeii zur ¥erfigiang., Werden Elat— tenlaminate bekannter Art mit der gleidien Sicke bzw. Gesamt— nöhe der Halteelemente iS anstelle dieser* Halteelemente verwendet,_: so wäre die Erhökung des. Formfaktor© im wesentlichen die gleicke,, jedoch würde die Dicke und das Eautsdnokwolumen verloren,, welches for eine seitliehe Seherfeeciegpoig, die so gross, wie die Plattendicke ist, seer¹ Yerfrägoug. steht,«

Gemäss den Fig. 1 * 2 und 5· besteht das Auflager 10 aus einem Kegelstumpf mit parallelen Flachen 20 und 22 \m& einer sich verjüngenden ümfangsfläche 24. wie in Terbindung mit (Leu Fig. 6 bis 8 ausgeführt wurde, kann das Auflager¹ iO auch ■ aus einem kurzen Zylinder bestehen, dessen Fmfang 2% senkrecht zu den Flächen 20 und 22 liegt., Bie Anordnung gemäss den Fig. 1, 2 und 5^; zeigt einen Aufbau,, welcher eine konstante Belastungsfläche des Elastomeren aufweist j "diese entspricht :■ der Fläche 20 im zulässigen Bereich'seitliches? Ämslenkung des Auflagers 10 als Fol^von Seherkraften^die durch seitliche Be-

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wegung des Trägers 12 verursacht werden. Die Pig. I und 5 zeigen gest-rf.ch.elfc die Eage und Form des Auflagers 10 bei einer Ausscherung um den Betrag S, Der Betrag S ergibt die Scherbewegung^ welcfie durch, den Helgüngswlnkel der Umfangsflache 24" auftritt, um einen Teil der Fläche 24 in. eine Lage zu. bringen, in. welcher die Fläche 24 senkrecht auf den Flächen 20 und 22 steht* wenn cEle maximal zulässige seitliehe Bewegung erreicht wlrdL.

Gemäss den Fig. 2 und! 5 ist jedes ringförmige Halteelement in der Umfangsf lache 24 im vertikalen Abstand voneinander und seitlich; gegeneinander versetzt angeordnet., Bei dieser Ausführung entspricht die gegenseitige Versetzung; der ringförmigen Halteelemente zwec km äss Ig dem ver-jüngten Verlauf der Umfangsf lache Insbesondere kann der effektive seitliche, unbeschränkte,zum Ausbauchen zur Verfugung stehende Bereich zwischen benachbarten Ringen verringert werden, während der wirksame Abstand zwischen den Halte elementen so gross wie möglich "bleibt, um eine maximale drehende Auslenkung Innerhalb des Lagers, wie sie beispielsweise durch Biegung eines abgestützten Trägers verursacht wird.,, zu gestatten und darüberhlnaus eine im wesentlichen unbeschränkte seitliche Scherbewegung des Körpers 16 entsprechend, der vollen Dicke der Kautschukmasse.

Obwohl mehrere Arten, eines natürlichen oder synthetischen Kautschuks für den Tragerkörper 16 verwendet werden können* wird ein Katurkautschuk mit einer Härte zwischen 40 bis 50 empfohlen. Der Grund, warum Naturkautschuk bevorzugt wird, liegt darin _t dass dieser bei verschiedenen Temperaturänderunges. den gleichförmigsten Schermodul aufweist _r während einige synthetische Kautschukarten einen deutlichen Anstieg des Schermoduls "bei vergleichbaren Temperaturverringerungen zeigen.

Da 3faturkautschük weniger beständig gegen Ozon und WItterungseinflüsse Ist, kann eine Abschirmung 28 (Figuren 1 bis 8) vorgesehen werden, welche mit der Umfangs-

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fläche 24 verbunden ist. Das bevorzugte Material für die Abschirmung 28 ist Neopren wegen seiner überlegenen Beständigkeit gegen Ozon und Witterungseinflüsse. Jedoch können auch andere Materialien verwendet werden, wie beispielsweise gewisse Arten von Butylkautschuk, Äthylenpolypropylen-Kautschuk, Polysulfid-Kautschuk, Siliconkautschuk und dgl., wobei Erwägungen bezüglich Beständigkeit und Preis massgebend sind.

Die Ausführungsform nach Fig. 5 ist mit drei ringförmigen Halteelementen 18 ausgestattet, welche im vertikalen und seitlichen Abstand voneinander angeordnet sind. Es ist jedoch offensichtlich, dass die Vorteile der vorliegenden Erfindung auch durch zwei oder mehrere Ringe erhalten werden, die vertikal im Abstand und seitlich versetzt angeordnet sind, wobei die Anzahl der Ringe vom Querschnitt eines jeden Rings, von den erwarteten seitlichen Bewegungen und Drehbewegungen am Körper 16, vom gewünschten Formfaktor und den auftretenden Belastungen abhängt.

Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsform der in den Fig. 2 und 5 dargestellten Anordnung. Bei dieser Ausführungsform ist die Umfangsflache 24 senkrecht zu den Flächen 20 und 22 angeordnet. Drei ringförmige Halteelemente 18 sind am Umfangsbereich 24 eingebettet, wobei jedes Halteelement in vertikalen Abstand zum und seitlich versetzt gegenüber dem benachbarten Halteelement angeordnet ist. Das obere und untere Halteelement besitzen einen grösseren Durchmesser als das mittlere Halteelement und sind daher näher am Umfangsbereich 24 angeordnet als das mittlere Halteelement. Das obere- und untere Halteelement 18 liegt ferner jeweils näher zur Fläche 20 bzw. 22, um ein "Scheuern" zu verhindern, wenn keine Sohleplatten vorhanden sind, worauf bereits hingewiesen wurde. Die gesamte Höhe der Halteelemente 18 ist nicht kleiner als etwa 40 % der Gesamtdicke des Körpers 16. Wie ersichtlich, gestattet der seitliche Abstand zwischen benachbarten Halteelementen eine vertikale Druckbeanspruchung des Körpers 16

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ohne direkte Verkleinerung in der wirksamen Entfernung zwischen benachbarten. Halt el em ent en, obwohl die Verringerung des Abstands zwischen benachbarten Eingen linear zur Druckbeanspruchung verläuft.

Wie in der Ausführungsform der Fig. 5 kann der Körper 16 gemäss Fig. 6 mit einer Abschirmung 28 versehen sein, die den Umfangsbereich 24 in der dargestellten Weise umgibt.

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform ähnlich jener der Fig. 6 mit der Abänderung, dass das mittlere ringförmige Halteelement 18 einen grösseren umfangsseitigen Durchmesser als die benachbarten Ringe aufweisen und daher näher am Umfangsbereich 24 liegt. Diese Ausführungsform arbeitet im wesentlichen in gleicher Weise wie die Ausführungen nach den Fig. 5 und 6, wenn am Träger 12 eine vertikale Belastung, horizontale oder seitliche Auslenkungen und/oder eine Auslenkung unter Drehung des Trägers in der bereits beschriebenen Weise auftreten. Wird ein Träger 12 von einem Fundament 14 durch irgendeine der Ausführungsformen eines Auflagers 10 gemäss den Fig.,, 5 bis 7 abgestützt, so liefert das Auflager 10 ein "schwimmendes" Auflager für den Träger 12, welches die vertikale Belastung durch den Träger aufnimmt und ferner horizontale oder Drehbewegungen desselben.

Fig. 8 unterscheidet sich gegenüber der Ausfuhrungsform nach Fig. 6 durch die Anordnung eines Trägerkörpers 16 mit einem mittleren Körper,der von einem umfangsseitigen elastomeren HaI-.tekörper 26 umgeben wird. In der dargestellten Anordnung ersetzt die Ausbauchwirkung des Haltekörpers 26 die Ausbauchung des mittigen, aus Kautschuk bestehenden Trägerkörpers 16. Vorzugsweise weist der Haltekörper 26 eine Härte zwischen 50 bis auf oder einen Härtebereich, welcher gegenüber einer Verformung widerstandsfähiger ist als der mittige Trägerkörper Bei der Anordnung eines Haltekörpers 26 in der dargestellten Weise ist das Auflager 10 zur Aufnahme grösserer Lasten ge-

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eignet, da der härtere Kautschuk eine grössere Kraft zu seiner Ausbauchung zwischen den Haiteelementen 18 erfordert.

Befindet sich das Auflager 10 unter einer Belastung gemäss Fig. 2, so verhält sich der elastomere Körper 16 nahezu als Flüssigkeit, welche vertikale Belastungen in seitliche Belastungen umwandelt, die den Umfang des Körpers in der beschriebenen Weise ausbauchen. Wie aus Fig. 8 ersichtlich, wirkt der umfangsseitige Haltekörper 26 als "Damm", welcher den elastomeren Körper 16 begrenzt und dessen Kraft in eine Ausbauchung des härteren Materials zwischen den ringförmigen Haiteelementen 18 umwandelt. Diese Anordnung liefert eine vergrösserte vertikale Belastbarkeit. Jedoch ist der Widerstand des Haltekörpers 26 gegenüber seitlichen Kräften, welche Scherbeanspruchungen im Auflager 10 als Ganzes erzeugen, nicht so gross, um nennenswert oder unerwünscht zu sein.'

In den Fig. 3, 4-, 5 und 8 ist strichpunktiert die wahlweise vorgesehene obere Sohleplatte 32 und/oder die untere Sohleplatte 30 eingetragen. Sind derartige Sohleplatten vorgesehen, so sind sie fest mit dem Kautschuk verbunden und eine nicht dargestellte Hohlkehle ist am äusseren Schnittpunkt des Kautschuks mit der Platte vorgesehen, um einen Spannungsanstieg so klein wie möglich zu halten, wenn von den Platten auf den Kautschuk eine Scher-, Druck- oder Drehbeanspruchung übertragen wird. Der Zweck der Platten besteht darin, die obere Platte mit dem Träger 12 durch Schweissen, durch Bolzen oder in anderer VJeise zu verbinden; wenn der Träger 12 aus Metall und nicht wie dargestellt aus Beton besteht. Die untere Platte 30 ist ebenfalls zur starren Verbindung mit dem Fundament vorgesehen, wenn dieses aus Stahl besteht oder einen geringen Reibungskoeffizienten gegenüber dem Auflager besitzt.

Es wird darauf hingewiesen, dass Abänderungen der in den Fig. A- bis 8 dargestellten Bauelemente möglich sind, bei-

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spielsweise der Sohleplatten JO und 32, der Abschirmung 28, der Haltekörpers 26 und der Anzahl der ringförmigen Halteelemente 18, wie auch Kombinationen, die für einen bestimmten Entwurf und bestimmte Arbeitsbedingungen wünschenswert sind, um die erfindungsgemässe Aufgabe zu lösen. Ferner wird darauf hingewiesen, dass der Haltekörper 26 und die Abschirmung 28 zu einem gemeinsamen Körper aus Neopren oder dgl. kombiniert werden können.

Die Fig. 3 und 4 stellen eine weitere Ausführungsform der Erfindung dar, bei welcher die Auflageranordnungen 10 mit einem verbindenden elastomeren Überbrückungselement 34- verbunden sind. Die Anordnung der Fig. 3 verhält sich im wesentlichen wie die Anordnung der Fig. 1 und 2, dient jedoch zur Veranschaulichung des Umstands, dass mehr als eine Auflageranordnung 10 in einer Kombinationsanordnung verwendet werden kann. Weitere Auflageranordnungen 10 können in jeder gewünschten geometrischen Anordnung abhängig von der Grosse und der Form des abzustützenden Träger 12 und der verfügbaren Stützflächen an den Fundamenten 14 vorgesehen sein. Beispielsweise können drei der Körper 16 unter Ausbildung einer dreieckförmigen Anordnung verwendet werden. Vier Körper 10 können zur Herstellung eines Lagers in Rechteckanordnung verwendet werden, und sechs Körper 10 können für eine grössere dreieckförmige oder rechteckförmige Anordnung dienen, wobei der Anzahl der Körper nach oben keine Begrenzung gesetzt ist.

Das Auflager 10 wurde als kegelstumpfförmig oder scheibenartig beschrieben, wobei die ringförmigen Halteelemente 10 kreisförmig ausgebildet sind. Es ist offensichtlich, dass die Halteelemente 10 bei Belastung des Lagers 10 eine ringförmige Gestalt einnehmen, wenn die Belastung die ringförmigen Halteelemente 18 einer Zugspannung aussetzt, während sich der Elastomerkörper 16 unter Druckwirkung verformt. Jedoch können die ringförmigen Halteelemente eine anfängliche Formgebung

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aufweisen, die von einer exakten Kreisform abweicht. Beispielsweise können die ringförmigen Halteelemente eine elliptische Formgebung besitzen. Bei einer derartigen Ausbildung kann . der kleinere Durchmesser der Ellipse mittels eines Verbindungsstabes in seiner Bewegung beschränkt werden^, wobei der Verbindungsstab an jedem Halteelement 18 zur Überbrückung des kleineren Durchmessers angeordnet ist.

Es wird ferner darauf hingewiesen, dass entsprechende ringförmige Halteelemente 18 benachbarter Körper 16 gemäss etwa Fig. 3 aus einem einzigen Ring oder einer Schleife in Form einer "8" bestehen können, näherungsweise etwa in der dargestellten Ausbildung, die an ihrer schmälsten Stelle jeweils mit einem Verbindungsstab oder dgl. versehen ist.

Weitere Abänderungen der Erfindung sind möglich und werden von dieser im Rahmen der anliegenden Ansprüche mitumfasst.

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Claims (32)

1. Patentansprüche

   ( 1. ' Elastomere Auflageranordnung zur Aufnahme einer bewegli- . chen Last, gekennzeichnet durch

   A. einen monolithischen elastomeren Trägerkörper, welcher 'eine obere Fläche, eine untere Fläche und eine Umfangsflache aufweist, welche den Umfang der genannten' Flächen begrenzt, und

   B. eine Anzahl von zugbeanspruchten Halteelementen, welche im genannten Umfangsbereich eingebettet sind und sich über den Umfang des Trägerkörpers erstrecken, wobei jedes Halteelement im vertikalen Abstand und seitlich versetzt gegenüber einem benachbarten Halteelement angeordnet ist.
2. 2. Auflageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zugbeanspruchten Halteelemente in Anpassung an die Kegelstumpfform des Umfangsbereichs seitlich gegeneinander versetzt angeordnet liegen.
3. 3· Auflageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zugbeanspruchten Halteelemente in vertikaler Erstreckung des genannten Umfangsbereichs und seitlich versetzt gegeneinander angeordnet sind.
4. 4. Auflageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper aus einem mittigen elastomeren Körper mit einer ersten Härte besteht, welcher in horizontaler Richtung von einem Haltekörper mit einer bestimmten zweiten Härte umgeben ist.
5. 5. Auflageranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mittige Körper eine Härte zwischen 40 bis 50 und der Haltekörpers eine Härte zwischen 50 bis 60 aufweist.

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6. 6. Auflageranordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Kautschukabschirmung, die mit der Oberfläche des Umfangsbereichs verbunden ist.
7. 7· Auflageranordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Sohleplatte, welche mindestens mit der oberen oder unteren Fläche verbunden ist.
8. 8. Auflageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamthöhe der zugbeanspruchten Halteelemente nicht geringer als etwa 40 % der Gesamtdicke des Trägerkörpers ist.
9. 9· Auflageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente aus Ringen bestehen.
10. 10. Auflageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper scheibenförmig ausgebildet ist.
11. 11. Auflageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper kegelstumpfförmig ausgebildet ist.
12. 12. · Auflageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

    dass der Umfangsbereich eine elliptische Formgebung besitzt.
13. 13· Auflager mit einer Anzahl von schwimmenden Auflageranordnungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageranordnungen miteinander verbunden sind, um einen bestimmten lastaufnehmenden Lageraufbau zu ergeben, welcher unter Zusammenwirken der Einzellager arbeitet.
14. 14·. Auflag er anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper aus Naturkautschuk besteht.
15. 15· Auflageranordnung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper einen mittigen elastomeren Körper

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    mit einer ersten Harte aufweist, welcher in horizontaler Richtung" von einem elastomeren Haltekorper mit einer zweiten Härte umgeben ist-
16. 16. Auf lageranordnung nach Anspruch 15> dadurch gekennzeichnet, dass der mittige Körper eine Härte zwischen 40 bis 50 und der Haltekorper eine Härte zwischen 50 bis 60 aufweist.
17. 17· Elastomere, schwimmende Auflageranordnung zur Aufnahme einer beweglichen Last, gekennzeichnet durch

    A. eine Anzahl monolithischer elastomerer Trägerkörper, die horizontal miteinander verbunden sind, um eine vorgegebene Lastaufnahmeanordnung zu schaffen, welche in Kombination zusammenwirkt, wobei jeder Trägerkörper eine obere Fläche, eine untere Fläche und eine Umfangsfläche aufweist, welche jeweils den Umfang der genannten oberen und unteren Fläche begrenzt, und

    B. eine Anzahl von zugbeanspruchten Halteelementen, welche im genannten Umfangsbereich eingebettet, und um den Umfang eines jeden Trägerkörpers angeordnet sind, wobei jedes Halteelement eines jeden Trägerkörpers in vertikalem Abstand gegenüber einem benachbarten Halteelement des Trägerkörpers angeordnet ist.
18. 18. Auflageranordnung nach Anspruch 17 > dadurch gekennzeichnet, dass die zugbeanspruchten Halteelemente in Anpassung an die kegelstumpfförmige Ausbildung des Umfangsbereichs seitlich versetzt gegeneinander angeordnet sind.
19. 19. Auflag er anordnung nach Anspruch 17* dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente in senkrechter Erstreckung des Umfangsbereichs eingebettet und seitlich gegeneinander versetzt sind.
20. 20. Auflag er anordnung nach Anspruch I7, dadurch gekennzeichnet,

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    dass Jeder Trägerkörper einen elastomeren mittigen Körper mit einer ersten Härte aufweist, welcher in horizontaler Richtung von einem elastomeren Haltekörper mit einer zweiten Härte umgeben ist.
21. 21. Auflageranordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der mittige Körper eine Härte zwischen 40 bis 50 und der Haltekörper eine Härte zwischen 50 bis 60 aufweist.
22. 22. Auflageranordnung nach Anspruch 17j gekennzeichnet durch eine Sohleplatte, die mit mindestens der oberen oder unteren Fläche verbunden ist.
23. 2J. Auflageranordnung nach Anspruch I7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamthöhe der zugbeanspruchten Halteelemente nicht kleiner als etwa 40 % der Gesamtdicke des Trägerkörpers ist.
24. 24. Auflageranordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zugbeanspruchten Halteelemente aus Ringen bestehen.
25. 25. Auflageranordnung nach Anspruch 17? dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper kegelstumfförmig ausgebildet ist.
26. 26. Elastomere, schwimmende Auflageranordnung zur Aufnahme einer beweglichen Last, gekennzeichnet durch:

    A. einen monolithischen elastomeren Trägerkörper mit einer oberen Fläche, einer unteren Fläche und einen Umfangsbereich, welcher den Umfang der genannten Flächen begrenzt und durch einen elastomeren mittigen Körper mit einer ersten Härte, welcher in horizontaler Richtung von einem elastomeren Haltekörper mit einer zweiten Härte umgeben ist, und durch .

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    B. eine Anzahl von zugbeanspruchten Halteelementen, welche in der Umfangsfläche eingebettet sind und um den Umfang des Trägerkörpers verteilt sind, wobei jedes Halteelement im vertikalen Abstand gegenüber einem benachbarten Halteelement liegt.
27. 27· Auflageranordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der mittige Körper eine Härte zwischen 40 bis 50 und der Haltekörpter eine Härte zwischen 50 bis 60 aufweist.
28. 28. Auflageranordnung nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch eine Sohleplatte, welche mindestens mit der oberen oder der unteren Fläche verbunden ist.
29. 29· Auflageranordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamthöhe der zugbeanspruchten Halteelemente nicht kleiner als etwa 40 % der Gesamtdicke des Trägerkörpers ist.
30. 30. Auflageranordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die zugbeanspruchten Halteelemente in Anpassung an die Kegelstumpfform des Umfangsbereichs seitlich gegeneinander versetzt angeordnet sind.
31. 31. Auflageranordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die zugbeanspruchten Halteelemente in einem senkrecht verlaufenden Teil des Umfangsbereichs eingebettet und seitlich versetzt gegeneinander angeordnet sind.
32. 32. Auflageranordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der mittige Körper eine Härte zwischen 40 bis 50 und· der Haltekörper eine Härte zwischen 50 bis 60 aufweist.

    33· Auflageranordnung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamthöhe der zugbeanspruchten Halteelemente

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    nicht kleiner als etwa 40 % der Gesamtdicke des Trägerkörpers ist.

    34-. Auf lage anordnung nach Anspruch J>J>₃ dadurch gekennzeichnet, dass die zugbeanspruchten Halteelemente aus Ringen "bestehen.

    35· Auflageranordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der mittige Körper aus Naturkautschuk besteht. .

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