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:

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).