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Hydraulische Presse als Kriechkopplung
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für den Brückenbau
Hydraulische Presse als Kriechkopplung
für den Brückenbau Die Erfindung betrifft eine hydraulische Presse als Kriechkopplung
für den Brückenbau, wie diese im Oberbegriff von Anspruch 1 beschrieben ist (allgemein
bekannter Stand der Technik).
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Kriechkopplungen sind Horizontallager, die im Brückenbau, insbesondere
im Eisenbahnbrückenbau, zwischen den Einzelüberbauten und zu den Widerlagern hin
angebracht werden.
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Sie sollen den langsam vor sich gehenden Längenänderungen höchstens
einen unbedeutend kleinen Widerstand entgegensetzen.
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Für kurzzeitig wirkende Brems- und Anfahrkräfte sollen die Kriechkopplungen
als starre Verbindungen zwischen den einzelnen Überbauten wirken, so daß die in
Brückenlängsrichtung wirkenden Kräfte von dem überbau aus, auf welchem sie entstehen,
zu dem anderen Überbau und zum Widerlager hin geleitet werden. Im Falle einer nur
Druckkräfte übertragenden Kriechkopplung (Druckpuffer) läuft die Weiterleitung der
Kräfte nur nach einer Seite zu einem Widerlager hin. Im Falle einer Druck- und Zugkräfte
übertragenden Kriechkopplung werden beide Widerlager und alle Brückenpfeiler an
der Aufnahme und der Abtragung der Längskräfte in den Baugrund beteiligt.
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Aus Gründen zulässiger Schienenspannungensollen Kriechkopplungen bei
diesem Vorgang keine größeren Längenänderungen als etwa 2 mm je Kopplung erleiden.
Dieses Maß beinhaltet die gesamte Deformation aus elastischen und plastischen Anteilen
sowie Anteilen aus eventuellem Schlupfjder mechanischen Teile dieser Kopplungen.
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Bekannte Kriechkopplungen werden als olhydraulisch betriebene Druck-
sowie Druck- und Zugpuffer hergestellt.
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Nachteilig hierbei ist, daß lange Ölleitungen benötigt werden und
eine ständige Wartung der sich bewegenden Stahlteile notwendig ist. Außerdem ist
die Funktionstüchtigkeit der Kriechkopplungen bei niedrigen Außentemperaturen nicht
sichergestellt, weil das Öl in diesen Fällen seine Viskosität stark ändert.
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Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, eine hydraulische
Presse als Kriechkopplung für den Brückenbau, insbesondere für den Eisenbahnbrückenbau,als
Druck- und als Druck- und Zugpuffer zu schaffen, die keine langen Ölleitungen und
kein ständiges Warten der sich bewegenden Teile erforderlich macht, die bei jeder
Temperatur, also auch bei sehr niedrigen Temperaturen, gleichwirkend zuverlässig
arbeitet, die ihre Festigkeits- und Verformungseigenschaften stets beibehält und
die aus verrottungs- und wartungsfreien Baustoffen besteht.
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Diese Aufgabe wird durch kennzeichnende Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
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Gegenüber den bekannten stählernen Ausführungen von pressenartigen
mit Öl betriebenen Kriechkopplungen ergeben sich bei der Erfindung grundlegende
Vorteile, wie höhere Lebensdauer des Materials, geringere Wartung, geringere Herstellungskosten,
ein leichter Ein- und Ausbau bei einfacher Konstruktion. Außerdem ist keine Schmierung
erforderlich.
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Neben den axialen Verformbarkeiten, kann die erfindungsgemäße Kriechkopplung
auch Verformungen aufnehmen, die sich aus nicht parallelem Verlauf der Einbauufer
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Zweckmäßig wird ein Pressenkörper als rotationssymmetrischer
Hohlkörper aus Elastomer hergestellt, wobei eine vielfältige Formgebung, also auch
eine nichtrotationssymmetrische Formgebung denkbar ist. Durch die dem Pressenkörper
zugeordneten Ventile kann die hydraulische Flüssigkeit druckhaft - oder drucklos-in
beide Richtungen - nach außen zu einem Ausgleichgefäß oder nach innen - geleitet
werden. Die Austrittsoeffnungen können den Fressenhohlkörper nicht nur mit einem
Druckausgleichgefäß, sondern auch mit Druckmeßgeräten, einer Pumpe, einem angekoppelten,
gleichartigen Pressenhohlkörperusw.
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verbinden.
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Bei langsam vor sich gehenden Bewegungen, die eine Druckbeanspruchung
des Hohlkörpers zur Folge haben, v e r f-o r m t sich der Elastomer-Hohlkörper entsprechend
seinen Verformungseigenschaften und seiner Formgebung. Die hydraulische Flüssigkeit
wird beim Druckpuffer während dieses Vorganges zum Druckausgleichgefaß geleitet.
Bei Druck- und Zugpuffer entweicht die hydraulische Flüssigkeit in den hintereinandergeschalteten
zweiten Hohlkörper, dessen Volumen sich im gleichen Maße vergrößert, wie sich das
Volumen des zusammengedrückten Hohlkörpers verringert hat. Die auStretenden Druck-,
Zug- und Schubkräfte werden vom Elastomer entsprechend dessen Festigkeits-Eigenschaften
. auf das feste Bauteil übertragen.
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Die Verformungseigenschaft des Elastomers reicht beispielsweise ausj
um die in einer Längsfuge zwischen zwei Brückenüberbauten bis zu 50 m Länge auftretenden
Dilatationen in einer Größenordnung von 6 cm bis 8 cm mitzumachen.
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Bei langsam vor sich gehenden Bewegungen, die eine Volumenvergrößerung
des Hohlkörpers zur Folge haben, wird der zusätzlich entstehende Hohlraum mit der
hydraulischen Flüssig keit aufgefüllt. Dies geschieht durch die Schwerkraft der
Flüssigkeit, durch die entsprechende Vakuumwirkung oder durch einen Pumpvorgang.
Beim Druck- und Zugpuffer wird die hy-
Hydraulische Flüssigkeit
durch das Zusammendrücken des druckbeanspruchten Hohlkörpers in den sich ausdehnenden
Hohlkörper gefördert bzw. von diesem angesaugt. Kraftübertragung und Verformung
laufen wie bei der Druckbeanspruchung ab.
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Bei einem plötzlich und schnell einsetzenden Bewegungsablauf läßt
die Verbindung zum Druckausgleichgefäß beim Druckpuffer bzw. die Verbindung zum
nachgeschalteten Hohlkörper beim Druck- und Zugpuffer keine hydraulische Flüssigkeit
passieren, so daß der jeweils druckbeanspruchte Elastomerkörper inkompressibel wird.
Die sich hier aus dem hydraulischen Druck ergebenden hohen Ringzugkräfte werden
durch eine im Elastomer des rotationssymmetrischen Hohlkörpers eingelegte flexible
oder starre Stahlbewehrung auf genommen. Statt Stahl können auch andere zugfeste
Materialien, beim Innenzylinder muß eine druckfeste Bewehrung verwendet werden.
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Das Schließen der Öffnung im Pressenkörper wird von einem gesteuerten
oder selbsttätigen Ventil besorgt. Es ist vorgesehen, die Viskosität der Flüssigkeit
und die Ausbildung der Öffnung so aufeinander abzustimmen, daß der Flüssigkeitstransport
durch die Öffnung nur bei langsamer Volumenänderung des Hohlkörpers, nicht aber
bei plötzlicher Druckbeanspruchung des Flüssigkeitskörpers auch ohne Ventil möglich
ist.
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Die Erfindung läßt sich auch in anderen Bereichen der Technik verwenden,
und zwar dort, wo zur Hebung und Verschiebung schwerer Teile nur geringe Hubbewegungen
nötig sind. Die Erfindung eignet sich aber auch zur Aufnahme und zur Dämpfung von
Erdbebenkräften und dgl.
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Die Erfindung ist an Beispielen dargestellt und beschrieben, und zwar
zeigt: Fig. 1 im Längsschnitt einen als Druckpuffer ausgebildeten Pressenkörper,
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie B-B der Fig. 1, Fig. 3 schematisch in Ansicht
einen als Druckkissen ausgebildeten Pressenkörper mit Seilbewehrung, Fig. 4 eine
Aufsicht auf das Druckkissen nach Fig. 3, Fig. 5 im Teilschnitt schematisch eine
Anordnung einer Seilbewehrung in einem Druckkissen, Fig. 6 ~ im Schnitt eine andere
Ausführungsform eines Druckkissens, Fig. 7 im Schnitt ein asymmetrisch verformtes
Druckkissen, Fig. 8 ein zweiteiliges Druckkissen im Schnitt, Fig, 9 schematisch
die Anordnung eines Pressenkörpers mit Zuleitung zu einem Ausgleichgefäß, Fig. 10
einen Längsschnitt eines zweiteiligen Pressenkörpers, ausgebildet zu einem Druck-
und Zugpuff er, Fig. 11 einenSchnitt nach der Linie B-B gem. Fig. 10 und Fig. 12
einen Schnitt C-C gem. Fig. 10.
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Der Pressenkörper 1 - s. den Längsschnitt gern. Fig. 1 -ist aus einem
zylindrischen Körper 2 gebildet; dieser Körper 2 ist aus einem geeigneten elastischen
Material (Elastomer) gefertigt. Im gezeigten Beispiel finden Stahlringe 4, 4a als
Armierung Verwendung, die zweckmäßig aus einem nahtlosen Stahlrohr gefertigt sind.
Der:in sich geschlossene hohle Körper 2 ist an seinen freien Enden mit je einer
Druckplatte 3 abgedeckt. Alle Teile sind zu einer Einheit vereinigt.
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Die Druckplatten 3 sind mit Bohrungen versehen, um sie in der
vorgesehenen
Position befestigen zu können.
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Die durch die Mantelfläche 3 und Innenfläche 6 gebildete Wandstärke
des Zylinders 2 ist entsprechend den Druckbeanspruchungen zu wählen. Dieser Druckpuffer
kann mit wenigstens einem Ventil ausgerüstet sein, das in die Bohrung 9 eingesetzt
wird.
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Eine andere Form eines Druckpuffers ist in den Figuren 3 und 4 als
Druckkissen 10 dargestellt. Dieses Druckkissen 10 ist mit Seilbewehrungen 11 versehen
und ebenfalls mit zwei Druckplatten 3 abgedeckt. Es findet vor allem dann Verwendung,
wenn eine geringere Bauhöhe zur Verfügung steht.
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Der Teilschnitt eines Druckkissens-nach Fig. 5 läßt die Anordnung
der Seilbewehrung 11 erkennen. In diesem Druckkissen 10 können die einzelnen Seile
parallel zueinander im Abstand oder sich unmittelbar berührend vorgesehen sein.
Diese Art der Armierung kann beispielsweise auch schraubenförmig verlaufend angeordnet
werden. Dabei können die verschiedenen Varianten der Anordnung bei einem Pressenkörper
Verwendung finden. Beispielsweise können die Armierungen im Abstand zueinander dort
vorgesehen werden, wo keine hohe Beanspruchung zu erwarten ist. Dort, wo die Beanspruchung
höher liegt, wird die Armierung dichter gewählt, d.h. beispielsweise werden die
Seile 11, sich unmittelbar berührend vorgesehen. Sie können auch gestaffe) angeordnet
sein usw.
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Ein balgähnlich ausgebildetes Druckkissen 12 ist im Schnitt in Fig.
6 erkennbar. Die Druckplatten 3 sind hier nicht dargestellt. Die Deckflächen 30
können aus schwächerem Material -gefertigt werden, während die Wandung 31 des balgähnlichen
Teils stärker ausgeführt ist. Auch hier ist wieder entscheidend, wie die Druckbeanspruchungen
liegen. Statt der Seilbewehrung
11 können auch andere Bewehrungen,
beispielsweise aus Draht, Drahtgitter, Textilgewebe usw. gewählt werden.
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Ein asymmetrisch verformtes Druckkissen 13 ist im Schnitt in Fig.
7 wiedergegeben. Diese und andere Ausführungsformen der Asymmetrie können bei allen
Pressenkörpern Anwendung finden.
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Das Druckkissen 14 gemäß Fig, 8 ist zweiteilig gefertigt.
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Beide Teile 31, 32 weisen Zylinderform auf. Das Teil 31 besteht aus
einer Deckfläche, an die sich die ringförmige Seitenwand 16 anschließt; sie ist
stärker ausgeführt als die Deckfläche und ist beispielsweise mit Seilen 1-1 armiert.
Am freien Ende der Seitenwand 16 ist ein seitlich überstehender Ring 17 als Begrenzungsanschlag
vorgesehen. Das zugeordnete Teil 32 ist gleichartig dem Teil 1 geformt. Die Deckfläche
weist einen größeren Durchmesser auf, so daß Teil 32 Teil 31 seitlich, eng anliegend,
umfaßt. Entsprechend der Axialbewegung (s. Pfeil 33) wenigstens eines der Teile
31, 32 ändert sich das Volumen des Druckkissens 14 im einleitend beschriebenen Sinne,
d.h. es vergrößert oder verringert sich.
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Ein dem Pressenkörper 2 zugeordneter Ausgleichbehälter 18 ist schematisch
in Fig. 9 (Schnittfigur) wiedergegeben. An der Stelle, wo das Ausgleichgefäß 18
vorgesehen ist, könnte auch eine Pumpe allein oder zusätzlich vorgesehen werden,
so daß die Druckflüssigkeit 20 über die Zuleitung 21 steuerbar durch das Ventil
9, je nach Erfordernissen, in den Pressenkörper 2 oder in das Ausgleichgefäß 18
fließt. Dieses Ausgleichgefäß 18 kann zweckmäßig luftdicht mit einem Balgdeckel
19 abgeschlossen sein. Durch den Balgdeckel 19 ist das Volumen des Ausgleichgefäßtes
18 veränderbar.
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Ein Elastomer-Hohlkörper, bestehend aus zwei Teilen, ist in Fig. 10
im Längsschnitt dargestellt. Dieser Druck- und Zugpuffer
besteht
im wesentlichen aus dem Bauteil 23, das das Bauteil 24 umfaßt. Das Bauteil 23 ist
beispielsweise zylindrisch ausgeführt und mit einer Druckplatte 3 versehen. Durch
die Öffnung 34 ist der Stempel 25 des Bauteils 24 geführt. An den freien Enden des
Stempels 25 sind die Druckplatten 26, 27 angebracht; deren Größe entspricht etwa
der lichten Weite des Bauteiles 23. Zweckmäßig zentrisch um den Stempel 25 sind
ein Innenzylinder 28 und ein Außenzylinder 29 im Abstand zueinander angeordnet.
zwischen dem Innenzylinder 28 und dem Außenzylinder 29 sind zylindrische Hohlräume
35 und 36 gebildet. Verbunden sind die beiden Hohlräume 35, 36 durch Ventile 9b.
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Der Abstand der Außenwände 5 und der Innenwände 6 ist entsprechend
den Beanspruchungen zu wählen. Auch hier ist eine Bewehrung, z.B. eine Ringbewehrung
4, vorgesehen.
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An dem Pressenkörper sind ferner die Ventile 9a und 9c vorgesehen.
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Je nach Stellung (in Bezug auf Fig. 10 höher oder tiefer) des Bauteiles
23 zum Bauteil 24 erfolgt die Druckübertragung bzw. der jeweilige Druckausgleich.
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Fig. 11 ist ein Schnitt gemäß der Linie B-B nach Fig. 10.
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Der Schnitt O-C nach Fig. 10 ist aus Fig. 12 entnehmbar.