[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein höhenverstellbares Topflager zum Übertragen und
Anheben bzw. Absenken schwerer Lasten von Bauwerken, insbesondere Brückenbauwerken.
Höhenverstellbare Lager dieser Art bestehen aus einem aus Stahl hergestellten Topf
von kreisrundem oder auch rechteckigem Grundriß. In den Topf teilweise eingelassen
ist eine ebenfalls aus Stahl bestehende Deckplatte, durch welche zusammen mit den
Wandungen des Topfes und dessen Boden ein allseitig umschlossener Druckraum gebildet
ist. In diesem Druckraum befindet sich eine diesen vollständig ausfüllende Platte
aus einem gimmiartig verformbare, praktisch inkompressiblen Werkstoff, vorzugsweise
einem Elastomere-Werkstoff. Damit sich in den Spalt zwischen der Umrißfläche der Deckplatte
und der Wandung des Topfes der unter hohem Druck stehende verformbare Werkstoff nicht
hineinzwängen oder sogar nach oben austreten kann, sind besondere Dichtungs-Elemente
angeordnet, die in einer umlaufenden Vertiefung am oberen Rand der Platte eingelassen
sind.
[0002] Diese Bauart von Lagern hat die Eigenschaft, daß die Deckplatte, auf welcher das
Bauwerk bzw. das Brückenteil aufliegt Kippbewegungen und beliebige horizontale Achsen
ausführen kann, weil die Platte aus dem verformbaren Werkstoff sich unter hohem Druck
wie eine hydraulische Flüssigkeit verhält.
[0003] Das Lager kann auch um eine horizontale Achse um 180° gedreht werden, so daß der
Topf oben und die Deckplatte unten liegt.
[0004] Diese bekannten Lager können auch zum Anheben bzw. nachfolgenden Absenken einer schweren
Last eines Bauwerkes oder einer Brücke verwendet werden. Zu diesem Zweck sind sie
mit einer Vorrichtung zum Einpressen einer mit dem plastischen Werkstoff verträglichen,
niedrig viskosen Druckflüssigkeit mittels einer in den allseitig umschlossenen Druckraum
mündenden Bohrung eingerichtet. Durch das Einpressen der Druckflüssigkeit wird die
verformbare Platte örtlich verdrängt und das Volumen des allseitig umschlossenen Druckraumes
vergrößert, so daß sich die Deckplatte mit dem auf ihr lagernden Bauwerk anhebt. Durch
Ablassen der Druckflüssigkeit kann das eingeschlossene Volumen wieder verkleinert
und damit auch die Deckplatte mit dem Bauwerk wieder abgesenkt werden.
[0005] Beim Anheben oder Absenken der Last gleitet die verformbare Platte mit ihrer lotrechten
Mantelfläche ihrer Außenwandung an der Topfinnenwand entlang. Es ergibt sich dadurch
das Problem, daß zwischen Topfinnenwandung und verformbarer Platte bei den Hub- und
Senkbewegungen und bei Kippbewegungen der Deckplatte und den dadurch hervorgerufenen
Relativbewegungen Undichtigkeiten auftreten können, durch welche die niedrig viskose
Druckflüssigkeit nach außen treten kann.
[0006] Dieser nachteiligen Erscheinung wurde bisher dadurch zu begegnen versucht, daß zwischen
der Topfinnenwandung und der verformbaren Platte ringförmige Dichtungen aus Metall
oder Kunststoff eingesetzt wurden, die in Einschnitten in der Außenmantelfläche der
verformbaren Platte liegen und in Kontakt mit der Topfinnenwandung auf- und abgleiten.
Damit läßt sich jedoch eine befriedigende, insbesondere dauerhafte Abdichtung, vor
allem bei niedrig viskosen Druckflüssigkeiten und den auftretenden sehr hohen Drücken
nicht erreichen, wenn häufiger Hub-und Senkbewegungen auftreten.
[0007] Man hat daher nach anderen Lösungen gesucht, und es wurde eine elastisch verformbare
Umschließung des Druckraumes vorgeschlagen, um bewegliche Dichtungs-Elemente zu vermeiden,
wie beispielsweise aus der DE-AS 25 27 128 und der unveröffentlichten, jedoch zum
Stand der Technik gehörenden Patentanmeldung P 33 26 068.0-25 hervorgeht.
[0008] Demgegenüber geht die Erfindung von der Überlegung aus, anstelle der zwischen Topfinnenwandung
und der AußenmantelfJäche der verformbaren Platte eingesetzten ringförmigen Dichtungen
diese Platte selbst in einer Weise auszubilden, daß sie zugleich eine zuverlässige
Abdichtungsfunktion auszuüben in der Lage ist.
[0009] Ausgehend von dem bekannten höhenverstellbaren Topflager besteht die erfindungsgemäße
Ausbildung darin, daß die verformbare Platte einen in geringem Abstand von der Umfangslinie
der Topfinnenwand und konzentrisch zu dieser verlaufenden schmalen, unten offenen,
bis zu etwa 3/4 der Dicke der verformbaren Platte tief eingeschnittenen umlaufenden
Schlitz aufweist.
[0010] Der durch den umlaufenden Schlitz abgetrennte untere Randbereich der verformbaren
Platte übt nun die Wirkung einer Lippendichtung aus. Durch das beim Einpressen der
Druckflüssigkeit in den umlaufenden Schlitz eindringende und hochsteigende Druckmedium
wird die umlaufende Dichtungslippe gegen die Topfinnenwandung gepreßt und verhindert
somit ein Entweichen der Druckflüssigkeit entlang dieser Trennfläche. Eine besonders
vorteilhafte Ausbildungsweise besteht dabei darin, die in den Druckraum mündende Austrittsöffnung
für die Druckflüssigkeit unmittelbar unterhalb dem umlaufenden, unten offenen Schlitz
in der verformbaren Platte anzuordnen. Dadurch kann die Druckflüssigkeit auf dem kürzesten
Wege in den Schlitz eindringen und die Dichtungslippe zum Anliegen an der Topfinnenwand
bringen. Es besteht auch die Möglichkeit, die durch den Schlitz von der Platte abgetrennte
umlaufende Dichtungslippe außer durch den Flüssigkeitsdruck, auch noch durch zusätzliche
Mittel an die Topfinnenwandung anzupressen.
[0011] Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die verformbare Platte vor dem
Einbau in den Topf im unteren Bereich der Plattendicke einen um ein bestimmtes Maß
größeren Radius als der Topfinnen- bzw. Plattenoberflächen-Radius und daß die radiale
Breite des unten offenen Schlitzes um etwa dasselbe Maß vergrößerten Radius aufweist.
Dabei wird die verformbare Platte vor dem Einbau mittels einer Zwinge auf den Topfinnenradius
zusammengedrückt und in den Topf eingeschoben. Nach dem Einschieben der mittels der
Zwinge auf den Topfinnenradius zusammengedrückten Platte entsteht aus der Rückfederung
der verformten Dichtungslippe der gewünschte und sofort wirksame "primäre" Anpreßdruck
an der Topfinnenwandung, so daß bereits vor Beginn des Einpressens der Druckflüssigkeit
die volle Dichtwirkung erreicht ist.
[0012] Eine gleichartige Wirkungsweise kann durch eine andere Abwandlung der Erfindung erzielt
werden. Der "primäre" Anpreßdruck zwischen Dichtungslippe und Topfinnenwandung kann
auch dadurch erreicht werden, daß in den unten offenen, umlaufenden Schlitz der verformbaren
Platte eine an einer oder an beiden Schlitzseitenwandflächen anliegende Einlage mit
rundem oder eckigem Querschnitt eingesetzt sind, die di
f Schlitzseitenwandflächen auseinanderspreizt. Dadurch ist im unteren Bereich ihrer
Dicke der Außenradius der verformbaren Platte vor dem Einbau um das Spreizmaß größer
als der Topfinnenradius, und mittels einer Zwinge kann die Platte auf den Topfinnenradius
zusammengedrückt und in den Topf eingeschoben werden.
[0013] Auch bei dieser Ausgestaltung der Erfindung wird nach dem Einschieben der zusammengedrückten
Platte infolge der Rückfederung der "primäre" Anpreßdruck und damit eine volle Dichtwirkung
bereits vor Beginn des Einpressens der Druckflüssigkeit erzielt.
[0014] Eine derartige Einlage kann in radialer Richtung starr oder elastisch nachgiebig
sein.
[0015] Eine in Richtung der Schlitzbreite starre Einlage kann z.B. ein ein- oder mehrteiliger
Ring aus Metall oder Kunststoff sein, welcher vor dem Einbau der verformbaren Platte
in den Topf in den Schlitz eingedrückt wird und diesen dabei um das erforderliche
Maß verbreitert.
[0016] Erfindungsgemäß wird bei einer beidseitig an den Schlitzwänden anliegenden ringförmigen
Einlage diese so ausgebildet, daß sich der Flüssigkeitsdruck über die ganze Höhe des
Schlitzes ausbreiten kann. Besteht z.B. die Einlage aus einem Ring aus Metall oder
Kunststoff mit dreieckförmigem Querschnitt, der beidseitig an den Schlitzwänden anliegt
und diese keilförmig auseinanderdrückt, so kann die Einlage im Querschnitt mit radialen
Schlitzen versehen werden, in denen die Druckflüssigkeit bis zur Keilspitze nach oben
steigen kann. Der horizontale Flüssigkeitsdruck kann sich damit auf die ganze Schlitzhöhe
gleichmäßig auswirken bzw. die Dichtungslippe auf ganze Höhe an die Topfinnenwandung
drücken.
[0017] Eine in radialer Richtung elastische Einlage kann z.B. aus einem im Grundriß gewellten
Federstahlband bestehen, welches in den Schlitz eingelegt wird und diesen um ein bestimmtes
Maß spreizt. Beim Einbau der verformbaren Platte in den Topf durch eine Zwinge wird
die Spreizung durch die in Richtung der Schlitzbreite elastisch verformbare Einlage
rückgängig gemacht.
[0018] Weitere Merkmale der in den umlaufenden Schlitz einsetzbaren Einlage ergeben sich
aus den Ansprüchen.
[0019] Wenn ein bereits mit einer gewissen Druckflüssigkeitsmenge gefülltes Topflager belastet
wird, so kann sich ein negativer Hubweg ergeben, weil die im Schlitzbereich eingeschlossene
Luft mit wachsendem Flüssigkeitsdruck zusammengepreßt wird. Im allgemeinen ist diese
negative Hubbewegung baupraktisch nicht von Bedeutung. Wenn sie aus bestimmten Gründen
ausgeschaltet werden soll, besteht erfindungsgemäß die Möglichkeit, daß der in die
verformbare Platte eingeschnittene umlaufende Schlitz vor dem Einsetzen dieser Platte
in den Topf ganz oder teilweise mit einer niedrig viskosen sich flüssigkeitsähnlich
verhaltenden Masse, z.B. Fett oder dergleichen, gefüllt ist.
[0020] Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und
im folgenden näher erläutert.
[0021] Es zeigen
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch den Randbereich eines erfindungsgemäßen Topflagers
in einer ersten Ausführungsform, mit parallelen Schlitzwänden;
Fig. 2 einen weiteren derartigen Vertikalschnitt in einer Ausführungsform mit im Durchmesser
vergrößerter verformbaren Platte und entsprechend verbreitertem Schlitz;
Fig. 3 einen weiteren derartigen Vertikalschnitt in einer Ausführungsform mit einer
radial elastischen bandförmigen Einlage im umlaufenden Schlitz;
Fig. 4 einen weiteren derartigen Vertikalschnitt in einer Ausführungsform mit einer
radial starren Einlage von kreisförmigem Querschnitt im umlaufenden Schlitz;
Fig. 5 einen weiteren Vertikalschnitt mit einer keilförmigen, radial geschlitzten
Einlage;
Fig. 6 eine Ansicht einer radial geschlitzten keilförmigen Einlage gem. Fig. 5 in
Blickrichtung "A".
[0022] Das Topflager nach Fig. 1 besteht in bekannter Weise aus dem Topf 2 und 3, in den
die verformbare Platte 1 eingesetzt und der nach oben durch die Deckplatte 4 mit der
Dichtung 5 abgeschlossen ist.
[0023] Durch die Öffnung 6 wird die Druckflüssigkeit in den Spalt 7 zwischen der Oberfläche
des Topfbodens 3 und der Unterfläche der verformbaren Platte 1 eingepreßt, wodurch
sich dieser von dem Maß 7 auf das Maß 8 vergrößert bzw. die Platte 1 und damit die
Deckplatte 4 sich entgegen der (nicht dargestellten) Last um dieses Maß heben. Dabei
gleitet sie mit ihrer Außenmantelfläche 9 der Platte 1 an der Topfinnenwandung 10
in vertikaler Richtung entlang.
[0024] Die verformbare Platte 1 weist in geringem Abstand von der Topfinnenwandung und konzentrisch
zu dieser einen schmalen, unten offenen, umlaufenden Schlitz 11 auf, der etwa auf
3/4 der Dicke der Platte 1 eingeschnitten ist. Die Schlitzbreite ist mit 12 und die
Schlitzseitenwandflächen sind mit 13 bezeichnet.
[0025] Durch die in den Schlitz 11 eindringende Druckflüssigkeit wird der durch den Schlitz
11 abgetrennte und in radialer Richtung leicht verformbare lippenförmige Rand der
Platte 1 gegen die Topfinnenwandung 10 gepreßt, wodurch die Kontaktfläche 9/10 auch
bei Relativbewegungen zwischen der verformbaren Platte 1 und Topfinnenwandung 9 abgedichtet
ist.
[0026] In Figur 2 ist der Radius der verformbaren Platte 1 im unteren Bereich ihrer Dicke
entsprechend der gestrichelten Linie um das Maß 14 größer als der Radius R des Topfes
2. Entsprechend ist auch die Schlitzbreite im unteren Bereich auf das Maß 15 = 12
+ 14 vergrößert. Beim Einbau der Platte 1 in den Topf 2 und 3 wird die Platte durch
eine Zwinge in radialer Richtung auf das Maß 2 R zusammengedrückt, wobei sich die
Spaltbreite auf das Maß 12 verringert. Die Dichtungslippe ist nunmehr entsprechend
ihrem radialen Verformungswiderstand in ihrem unteren Bereich an die Topfinnenwandung
9 angepreßt. Die dichtende Wirkung wird zunächst also durch eine Art Vorspannung auch
ohne den hydraulischen Anpreßdruck erzeugt, d.h. durch einen "primären" Anpreßdruck.
[0027] In Figur 3 ist der Radius r der verformbaren Platte 1 im unteren Bereich vor ihrem
Einbau um das Maß 14 größer als der Radius R des Topfes. Diese Vergrößerung wird erreicht
durch das Einsetzen einer in radialer Richtung verformbaren Einlage 16 in den Spalt
11, wodurch dieser von der Ausgangsbreite 12 auf die Breite 17 gespreizt wird. Die
Einlage besteht hier aus im Grundriß gewellten, ringförmig gebogenen Federstahlbandstücken,
die mit ihren Wellenbergen bzw. -tälern örtlich an den beiden Schlitzseitenflächen
anliegen. Beim Einbau der verformbaren Platte 1 in den Topf 2 mittels einer Zwinge
wird das den Schlitz 11 spreizende, gewellte Stahlband 16 verformt und geht in die
Form 18 mit entsprechend flacheren Wellen über. Die durch den Schlitz abgetrennte
Dichtungslippe wird nun entsprechend dem Verformungswiderstand des gewellten Federbandstahles
gegen die Topfwandung 10 gepreßt.
[0028] In Figur 4 ist eine ähnliche erfindungsgemäße Ausbildung einer vorgespannten Lippendichtung
dargestellt. Hier wird vor dem Einbau der verformbaren Platte 1 in den Topf 2 und
3 der Ausgangsschlitz 11 durch eine Stahl-oder Kunststoffeinlage 19 mit kreisrundem
Querschnitt im unteren Bereich auf die Schlitzbreite 20 gespreizt. Der Radius r der
verformbaren Platte 1 vergrößert sich hierdurch gegenüber dem Topfradius R um den
Betrag 21. Beim Einbau der Platte 1 in den Topf 2 mit Hilfe einer Zwinge wird die
Radiusvergrößerung 21 der verformbaren Platte 1 rückgängig gemacht. Hierbei muß sich
diese im Bereich der Anliegeflächen an die Einlage verformen. Die hierzu erforderliche
radial gerichtete Verformungskraft entspricht dem Anpreßdruck der Dichtungslippe an
die Topfinnenwandung 10.
[0029] Die Fig. 5 zeigt ähnliche erfindungsgemäße Ausbildungsweise einer vorgespannten Lippendichtung.
Dabei ist der Schlitz 23 ein Trennschnitt. Vor dem Einbau in den Topf 2 wird der Schlitz
23 der verformbaren Platte 1 durch eine ringförmige Spreizeinlage 24 von dreieck-oder
trepezförmigem Querschnitt im unteren Bereich gespreizt. Die ringförmige Spreizeinlage
24 ist mit vertikal verlaufenden Schlitzen 25 versehen, welche Hohlräume bilden, in
denen die anschließend eingepreßte Druckflüssigkeit hochsteigen kann. Durch die Spreizeinlage
wird die Elastomere-Platte vor allem im unteren Bereich gespreizt, so daß sich der
Radius r der Elastomere-Platte 1 um den Betrag 22 vergrößert; zum Einbau wird deren
Radius mittels einer Zwinge in beschriebener Weise auf den Behälterinnenradius R zusammengedrückt.
[0030] Die Ansicht gem. Fig. 6 zeigt einen Blick in Richtung "A" gem. Fig. 5 auf die Abwicklung
der Spreizeinlage 24, aus der die vertikal verlaufenden Schlitze 25 ersichtlich sind.
[0031] In den Figuren im einzelnen nicht angegeben ist die Möglichkeit, vor dem Einbau der
verformbaren Platte in den Behälter den umlaufenden, die Dichtungslippe bildenden
Schlitz ganz oder teilweise mit einem sich flüssigkeitsähnlich verhaltenden Medium
zu füllen, wodurch die im Schlitz vorhandene Luft von vornherein verdrängt ist.
1. Höhenverstellbares Topflager zum Übertragen und Anheben bzw. Absenken schwerer
Lasten von Bauwerken, insbesondere Brückenbauwerken, bei dem in einem durch einen
stählernen Topf durch eine stählerne Deckplatte mit einer Dichtung allseitig umschlossenen
Druckraum eine diesen vollständig ausfüllende Platte aus einem gummiartig verformbaren
und praktisch inkompressiblen Werkstoff, vorzugsweise einem Elastomere-Werkstoff zur
gelenkigen Übertragung der Lasten von der Deckplatte auf den Topfboden eingelegt ist
und bei dem zum Anheben unter Last über eine Druckleitung von außen her zwischen dem
Topfboden bzw. der Deckplatte und der verformbaren Platte eine deren Werkstoff örtlich
verdrängende und damit die Höhe des allseitig umschlossenen Druckraumes vergrößernde
Druckflüssigkeitsmenge eingepreßt wird bzw. zum Absenken eine die Höhe des allseitig
umschlossenen Druckraumes verringernde Druckflüssigkeitsmenge abgelassen wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die verformbare Platte (1) einen in geringem Abstand von der Umfangslinie der
Topfinnenwand (10) und konzentrisch zu dieser verlaufenden schmalen, unten offenen,
bis zu etwa 3/4 der Dicke der Platte (1) tief eingeschnittenen umlaufenden Schlitz
(11) aufweist.
2. Topflager nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die verformbare Platte (1) vor dem Einbau in den Topf (2) im unteren Bereich der
Plattendicke einen um ein bestimmtes Maß größeren Radius als der Topfinnen- bzw. Plattenoberflächen-Radius
(R) und daß die radiale Breite des unten offenen Schlitzes (11) um dasselbe Maß vergrößerten
Radius aufweist, und daß die verformbare Platte (1) vor dem Einbau in den Topf mittels
einer Zwinge auf den Topfinnenradius (R) zusammendrückbar und in den Topf (2) einschiebbar
ist.
3. Topflager nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die verformbare Platte (1) in ihrem unten offenen, umlaufenden Schlitz (11) mit
einer in diesen eingesetzten, an einer oder an beiden Schlitzseitenwandflächen (13)
anliegenden Einlage und diese auseinanderspreizenden (16) versehen, und daß im unteren
Bereich ihrer Dicke der Außenradius (r) der verformbaren Platte (1) vor dem Einbau
in den Topf (2) um das Spreizmaß größer ist als der Behälterinnenradius (R) und mittels
einer Zwinge auf diesen Radius (R) zusammendrückbar und in den Topf (2) einschiebbar
ist.
4. Topflager nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einlage (16) aus einem Stahl- oder Kunststoff-Werkstoff besteht.
5. Topflager nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einlage (16) aus einem ringförmigen, gewellten Flachstahlband besteht.
6. Topflager nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einlage (16) aus einem ein- oder mehrteiligen Metall- und Kunststoffring besteht.
7. Topflager nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die verformbare Platte (1) in ihrem unten offenen umlaufenden Schlitz (11) vor
dem Einbau in den Topf (2) mit einer in einem gewissen Abstand von dem Plattenboden
eingesetzten ringförmigen Spreizeinlage (19) von kreisförmigem oder ovalem Querschnitt
versehen ist und dadurch im unteren Bereich ihrer Dicke der Außenradius (r) der Platte
(1) um das Spreizmaß größer ist als der Topfinnenradius (R) und mittels einer Zwinge
auf dessen Innenradius (R) zusammendrückbar und in den Topf (2) einschiebbar ist.
8. Topflager nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß in den unten offenen, umlaufenden Schlitz (11) eine ringförmige Einlage (24) von
keil- oder trapezförmigem Querschnitt eingesetzt und dadurch der Außenradius. (r)
der verformbaren Platte (1) vor deren Einbau in den Topf (2) gespreizt und um das
Spreizmaß größer ist als der Topfinnenradius (R), und daß mittels einer Zwinge die
Platte (1) auf den Topfinnenradius (R) zusammendrückbar und in den Topf (2) einschiebbar
ist.
9. Topflager nach den Ansprüchen 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die ringförmige Einlage (24) von kreisförmigem oder ovalem bzw. keil- oder trapezförmigen
Querschnitt mit radial gerichteten, vertikal verlaufenden, eine Tiefe von etwa 1/3
bis 2/3 der Gesamtdicke der ringförmigen Einlage (24) aufweisenden Schlitzen (25)
versehen ist.
10. Topflager nach den Ansprüchen 8 und 9
dadurch gekennzeichnet,
daß bei Einlagen mit trapez- oder keilförmigem Querschnitt (24) die dem Topfboden
zugewandte Seitenfläche der Einlage mit einer umlaufenden flachen Nut (26) versehen
ist und daß die in den Druckraum (7) mündende Bohrung (6) unmittelbar unter dieser
Nut (26) angeordnet ist.
11. Lager nach Anspruch 1 und/oder einem oder
mehreren der folgenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der in die verformbare Platte (1) eingeschnittene umlaufende
Schlitz (11) vor dem Einsetzen der verformbaren Platte (1) in den Topf (2) ganz oder
teilweise mit einer flüssigkeitsähnlichen, niedrigviskosen Masse, z.B. mit Fett oder
dergleichen, gefüllt ist.
12. Lager nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Austrittsöffnung(en) der im Druckraum mündenden Bohrung(en) unmittelbar unter
dem umlaufenden, unten offenen Schlitz bzw. unter der Spreizeinlage (14, 16, 17) angeordnet
ist (sind).