(57)【要約】  支持装置（１，１’，１”，１”’）であって、第１のカバープレート（２）と第２のカバープレート（３）とを有しており、前記第１のカバープレート（２）と第２のカバープレート（３）との間にはエラストマ層（４）が配置されている支持装置において、冒頭で述べた形式の支持装置を、安価に製造され、かつ長い耐用期間を有しているように構成するという課題に関して、前記エラストマ層（４）には補強糸（５）が配設されていることを特徴とする。
2016505416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持装置（１，１’，１”，１”’）であって、第１のカバープレート（２）と第２のカバープレート（３）とを有しており、前記第１のカバープレート（２）と第２のカバープレート（３）との間にはエラストマ層（４）が配置されている支持装置において、
前記エラストマ層（４）には補強糸（５）が配設されていることを特徴とする、支持装置。
【請求項２】
互いに直交する２つの方向で２つの剛性値を有しており、該２つの剛性値は、１５０００までの倍率で異なっている、請求項１記載の支持装置。
【請求項３】
前記補強糸（５）は、前記エラストマ層（４）を取り囲んでいる、又は包囲している、又は前記エラストマ層（４）の半径方向外側の領域に埋め込まれている、請求項１又は２記載の支持装置。
【請求項４】
前記補強糸（５）は少なくとも部分的に、前記支持装置（１，１’，１”）の長手方向軸線に対して、９０°異なる角度をなして傾けられている複数の平面で延在している、請求項１から３までのいずれか１項記載の支持装置。
【請求項５】
前記補強糸（５）はノンクリンプファブリックを形成している、又はノンクリンプファブリック内に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の支持装置。
【請求項６】
前記補強糸（５）は無端糸又はエンドレスファイバとして形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の支持装置。
【請求項７】
前記エラストマ層（４）はその内部にくり抜き部（６）を有しており、このくり抜き部（６）にはガス（７）及び／又は液体（８）が充填されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の支持装置。
【請求項８】
前記くり抜き部（６）内にはガス室（７ａ）と液体室（８ａ）とが形成されていて、これらの室はノズル（９）及び／又は絞りによって互いに流体接続可能である、請求項１から７までのいずれか１項記載の支持装置。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項記載の支持装置（１，１’，１”，１”’）のばねとしての使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の支持装置に関する。
【０００２】
背景技術
ノンクリンプファブリックの状態のエンドレスファイバをエラストマ内の補強材として使用することが先行技術により既に公知である。エンドレスファイバは例えば、Ｖベルトにおける強度支持体として、又はホース、タイヤ、空気ばねベローズ内の織物として使用される。
【０００３】
さらに先行技術により、多層ばねとして形成された支持装置が公知である。この多層ばねは、ゴム・金属構造を有している。このような形式の多層ばねは、欧州特許出願公開第２３６０３８８号明細書に開示されている。
【０００４】
文献「FASERVERSTAERKTE ELASTOMERLAGER - Konzeption und Bemessung」（Ulrich Gerhaher著、ウィーン、２０１０年８月）により、構造物支持装置が公知である。
【０００５】
これまで公知の支持装置の多層構造は、多数の金属薄板を製造しなければならないのでコストがかかる。さらに、金属薄板のクリーニングとコーティングが必要であるので、このような支持装置は加工にコストがかかる。さらに、金属薄板を型内に挿入しなければならない。
【０００６】
金属薄板とエラストマ層とを有するこのような支持装置の製造は、プロセス技術的に簡単に管理できるものではない。エラストマを噴射する際に型内で金属薄板が曲がってしまうことがある。
【０００７】
特に、支持装置の離型のためには、比較的高価な型を分割しなければならない。さらに、場合によっては、真ん中の孔の離型のためにいわゆる折り畳みコア（collapsing core）も設けなければならない。
【０００８】
公知の支持装置におけるエラストマへの荷重は極めて不均一であり得る。エラストマの外縁において延伸が著しく集中することがあり得る。負荷下でのばね定数の上昇、即ち、支持装置の累進性は、エラストマにおける許容延伸により制限されている。減衰は、典型的に使用されるエラストマで達成される損失角により制限されている。
【０００９】
発明の開示
従って本発明の課題は、冒頭で述べた形式の支持装置を改良して、この支持装置が、安価に製造され、かつ長い耐用期間を有しているように構成することである。
【００１０】
本発明によれば、上記課題は、請求項１の特徴部に記載の構成により解決される。
【００１１】
本発明によればまず、公知の支持装置は製造に比較的コストがかかると認識されている。さらには、エラストマ層の変形障害は、金属薄板の個別個所に集中的に生じるのではなく、表面全体における補強糸に「広がる形」で生じていることが認識されている。
【００１２】
エラストマ層の変形はずっと僅かであるので、金属薄板端部におけるエラストマ内での局所的な延伸ピークは生じない。中間金属薄板の調達及び加工は完全に省かれる。両カバープレート間の全構造高さは、僅かなせん断剛性のために利用することができる。公知の支持装置では、中間薄板の厚さにより、このような利用可能な高さが減じられている。
【００１３】
補強糸の使用により、製造するための型のジオメトリを著しく簡単かつより安価に選択することができる。例えば円筒状であって良く、分割は必要ない。
【００１４】
従って支持装置は、安価に製造され、かつ長い耐用期間を有しているように構成される。
【００１５】
従って、冒頭で述べた課題は解決される。
【００１６】
この支持装置は、互いに直交する２つの方向で２つの剛性値を有することができる。これら２つの剛性値は、１５０００までの倍率で異なっている。この数値範囲の下限は倍率０．２であって、これは相違とはみなされない。２つの直交する方向で好適には大きく異なる剛性は、金属薄板の代わりに補強糸を使用することによって得られ、ゴムばねおよびゴム支持装置における剛性比の調節のための「フォームファクタ」という伝統的な思考に基づいている先行技術から離れることにより得られる。
【００１７】
補強糸は、エラストマ層を取り囲んでいる、又は包囲している、又は前記エラストマ層の半径方向外側の領域に埋め込まれていて良い。支持装置の圧縮剛性は主として、エラストマ層の周囲における補強糸の弾性率と量により規定される。補強糸の材料と量の選択により、所定のジオメトリを有した極めて様々な剛性と、補強糸の強度の様々な利用も設定することができる。
【００１８】
例えば材料として、Ｅ＝１．５００−３．０００Ｎ／ｍｍ2のナイロン、Ｅ＝５３．０００Ｎ／ｍｍ2のアラミド、又はＥ＝８５．０００Ｎ／ｍｍ2のポリエチレンを選択することができる。さらに材料として金属、特に鋼を使用することができる。何故ならば金属は高いＥモジュール（弾性率）を有しているからである。
【００１９】
補強糸は少なくとも部分的に、支持装置の長手方向軸線に対して、９０°異なる角度をなして傾けられている複数の平面で延在していて良い。傾けられた補強糸により、支持装置のせん断剛性を高めることができる。これにより支持装置の規定された剪断剛性を必要とする新しい使用範囲を開拓することができる。この支持装置は例えば、レール車両における１次ばねとして使用することができる。
【００２０】
補強糸は、ノンクリンプファブリックを形成することができ、またはノンクリンプファブリック内に配置されていて良い。ノンクリンプファブリックの方向付けにより、支持装置の所望のような横方向の剛性を調節することができる。好適には正確には周方向に方向付けられていないノンクリンプファブリックによって、横方向の剛性を調節することができ、この支持装置をレール車両における１次ばね用に使用することができる。ノンクリンプファブリックは例えば、隣接して位置する補強糸をゴムと一緒に圧延することにより製造することができる。
【００２１】
さらに、仕立てられたノンクリンプファブリックを使用することが考えられる。この場合、ゴム内に補強糸が挿入されている。補強糸は、エラストマ層の外周面を２回以上、オーバーラップしつつまたはオーバーラップせずに取り囲む。これにより、補強糸が互いに隣接したり、エラストマ層のエラストマが補強糸の間で膨出したりすることが阻止される。
【００２２】
ノンクリンプファブリックは、平行に配置されたいわゆる補強糸粗糸の複数の層から成っていて良い。個々の層は、補強繊維方向において異なっていて良い。補強糸方向の方向付けは、製品方向に対して所定の角度をもって規定される。この場合、製品方向は０°位置である。
【００２３】
二層の、いわゆる二軸のノンクリンプファブリックがあり、このノンクリンプファブリック内では、補強糸の方向付けは例えば０°と９０°である。＋４５°／−４５°の方向付けもある。
【００２４】
さらに多層の、いわゆる多軸のノンクリンプファブリックがあり、このノンクリンプファブリックは、９０°、−４５°、０°、＋４５°の層方向付けを有している。この場合は４層である。
【００２５】
通常、これらの層はまずは互いに結合されていない。良好な加工性のために、これらの層は互いに編み合わせることができる。捲縮されていないまっすぐに置かれた繊維は極めて高い負荷を吸収することができる。しかしながら織物においては、繊維はノンクリンプファブリックとは異なり捲縮されている。
【００２６】
既にエラストマが含浸されたノンクリンプファブリックは迅速に加工可能であるが、補強糸又は補強糸粗糸が有限の長さしか有していないという欠点がある。従って、このようなノンクリンプファブリックでは、エラストマ層を少なくとも２回取り囲む必要がある。
【００２７】
補強糸は無端糸又はエンドレスファイバとして形成することができる。これにより補強糸を問題なくエラストマ層に巻き付けることができる。無端糸又はエンドレスファイバは、エラストマ層の外周面に例えば１００回巻き付けることができる。補強糸は好適には互いに密に、特に傾けられた配置で位置することができる。しかしながら、補強糸間に補強糸間隔を設けることも考えられる。しかしながらいずれにせよ、補強糸の間からエラストマが膨出することがないように注意しなければならない。このような理由から、フリース、好適には薄いフリースを、補強糸とエラストマとの間に置くことが考えられる。
【００２８】
エラストマ層はその内部にくり抜き部を有していて良く、このくり抜き部にはガス及び／又は液体が充填されている。好適には支持装置の中央に、流体を充填することにより、高価なエラストマが節約される。ブロック状のエラストマ層は内側からも加熱することができるので、加硫時間は著しく短縮される。液体に対して選択的に、又は付加的にガスを充填することにより、広範囲で極めて累進的な特性線が形成され得る。
【００２９】
くり抜き部内にはガス室と液体室とを形成することができ、これらの室はノズル及び／又は絞りによって互いに流体接続可能である。１つ又は複数のガス室と液体室とをノズル及び／又は絞り個所によって分離することにより、支持装置は垂直方向で付加的に緩衝効果を発揮することができる。
【００３０】
ここに記載した支持装置は基本的に、２つの方向で大きな剛性差を有する、全てのゴム・金属構成部分の代わりに使用することができる。
【００３１】
これは特に、例えばレール車両の２次ばね系において使用されるような多数の金属薄板層を有した多層ばねである。この支持装置は、建築物や橋の支持のための構造物支持装置としても使用することができる。この支持装置は、レール車両用の１次ばね又は２次ばねとして、又は構造物支持装置として、又は橋支持装置として使用することができる。
【００３２】
分析した単純な考察によれば、内実ばねとして形成された支持装置には以下の式が当てはまる。
【００３３】
【数１】
2016505416.tif 000003
【００３４】
この式において、ＣＤは圧縮剛性、ＣＳはせん断剛性、ｄは補強糸周面の平均厚さ、Ｄはばねの直径、ＥＦは補強糸の引張弾性率、Ｇはエラストマのせん断弾性率である。
【００３５】
分析した単純な考察によれば、液体が充填された中空ばねとして形成された支持装置には以下の式が当てはまる。
【００３６】
【数２】
2016505416.tif 000004
【００３７】
この式において、Ｄｉは、中空ばねの内径（孔）である。
【００３８】
実際の剛性比
【数３】
2016505416.tif 000005
は、孔を有さない内実ばねにおいて、ｄ／Ｄ＝０．０００２５、ＥＦ＝１．０００Ｎ／ｍｍ2、Ｇ＝１．５Ｎ／ｍｍ2を有する薄い個別の補強糸層の場合の
【数４】
2016505416.tif 000006
から、液体が充填されたばねにおいて、ｄ／Ｄ＝０．０３３、Ｄｉ／Ｄ＝０．７５，ＥＦ＝２１０．０００Ｎ／ｍｍ2、Ｇ＝１Ｎ／ｍｍ2を有する厚い補強糸層の場合の
【数５】
2016505416.tif 000007
までである。
【００３９】
最小のせん断剛性は、補強糸角度が０°のとき得られ、この角度は、単に接線方向の巻き付けに相当する。
【００４０】
４５°までの補強糸の傾きを介して、支持装置の横方向の剛性を所望のように調節することができる。好適には、０°〜１５°の範囲で圧縮剛性の僅かな変更を伴う別の横方向の剛性が得られる。
【００４１】
典型的には、小さな補強糸間隔を有した補強糸が密に巻き付けられ、又は小さな補強糸間隔を備えたノンクリンプファブリックが使用される。
【００４２】
好適には、補強糸間隔は、補強糸直径よりも小さいものから、補強糸直径の４倍までの範囲にある値を有している。
【００４３】
補強糸直径の４倍よりも大きい補強糸間隔の場合、支持装置の垂直方向の最大負荷に応じて、補強糸間のエラストマが場合によっては不安定に膨出する危険が高まる。
【００４４】
十字形に傾けられた補強糸を有する支持装置では、補強糸間隔はより大きく選択することができ、好適には１５°の傾きの場合に補強糸直径の６倍まで、４５°の傾きの場合に補強糸直径の１０倍まで選択することができる。
【００４５】
設計上比較的大きな補強糸間隔の場合に、即ち特に軟らかいばねの場合に、エラストマが膨出することに抗して、補強糸層の下に、好適には同じ材料、又はより小さい弾性率を有する材料から成るフリースを配置することができる。このフリースにより、補強糸間隔が比較的大きい場合でも膨出は阻止される。典型的には、０．１〜０．５ｍｍの厚さを有する、不織フリースが使用される。
【００４６】
補強糸として好適にはプラスチックファイバが使用される。防火性使用のために好適にはアラミド繊維又は金属繊維が使用される。
【００４７】
極めて高い剛性比を形成するために、炭素繊維、金属繊維、好適にはスチールファイバを使用することもできる。
【００４８】
僅かな沈降を実現するために、好適にはスチールファイバが使用される。
【００４９】
ここに記載した支持装置は、土木機械及び農機具で使用することができる。この支持装置は、重量が僅かであり、耐腐食性に形成することができるので、エンジンマウントとして使用することができる。
【００５０】
この支持装置は、簡単な構造を有しており、安価に製造することができるので、構造物支持装置として使用することができる。好適には、僅かな沈降を実現するためにスチールファイバを使用することができる。
【００５１】
この支持装置は、高い剛性比を設定することができ、安価に製造することができるので、振動ローラを支承するために使用することができる。
【００５２】
風力設備において、この支持装置を、モータ・ギアマウントとして使用することが考えられる。何故ならば、防火性カバーとして特にアラミド繊維又はスチールファイバを使用することにより、トルク支持と、高い剛性のもとでの軽量化と耐腐食構造が可能であるからである。
【００５３】
この支持装置は、洋上使用又はブロック熱発電設備における大型エンジン用のエンジンマウントとして使用することができる。好適には、トルク支持、軽量化、耐腐食構造は、特に耐火性カバーとしてアラミド繊維又はスチールファイバにより実現される。
【００５４】
工業においては、この支持装置は、コンプレッサのマウント、遊びを補償するパイプのマウント、熱膨張の補正のために使用することができる。この支持装置は、高い剛性比を有しており、かつ安価である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】ガスと液体とが充填された支持装置を示す図である。
【図２】ガス室と液体室との間にノズルが配置されている、ガスと液体とが充填された支持装置を示す図である。
【図３】外部の液体貯蔵部に接続された液体室を備えた支持装置を有する装置を示す図である。
【図４】ガスと液体とが圧力下で充填された別の支持装置を示す図である。
【００５６】
図１には、支持装置１が示されている。この支持装置１は、第１のカバープレート２と第２のカバープレート３とを有しており、第１のカバープレート２と第２のカバープレート３との間にはエラストマ層４が配置されている。このエラストマ層４には補強糸５が配設されている。この支持装置１は、互いに直交する２つの方向で２つの剛性値を有している。これら２つの剛性値は、１５０００までの倍率で異なっている。
【００５７】
補強糸５は、エラストマ層４を取り囲み、包囲している。補強糸５は、カバープレート２，３の間にサンドイッチ状に収容されているエラストマ層４の外周面に延在している。従って、補強糸５はエラストマ層４の一部ではなく、エラストマ層４とは別の材料から製造されている。
【００５８】
エラストマ層４はその内部にくり抜き部６を有しており、このくり抜き部６にはガス７及び液体８が充填されている。
【００５９】
図２には支持装置１’が示されている。この支持装置１’ではくり抜き部６内にガス室７ａと液体室８ａとが形成されていて、これらの室はノズル９によって互いに流体接続可能である。
【００６０】
図３には、外部の液体貯蔵部１０と支持装置１”とを備えた装置が示されている。この支持装置１”のくり抜き部６内には液体が充填されており、くり抜き部６は外部の液体貯蔵部１０に流体接続されている。
【００６１】
図４には、内圧がかけられている支持装置１”’が示されている。この内圧は製造時に設定された。内圧により、支持装置１”’の特性線を変更する別の可能性が得られる。
【００６２】
図１〜図４に示した支持装置１，１’，１”，１”’は、多層ばねに置き換えることができる。このような多層ばねでは通常、２つのカバープレートの間に複数の金属薄板とエラストマ層とが配置されている。
【図１】
2016505416.tif 000008
【図２】
2016505416.tif 000009
【図３】
2016505416.tif 000010
【図４】
2016505416.tif 000011
【国際調査報告】
2016505416.tif 000012
2016505416.tif 000013
2016505416.tif 000014
2016505416.tif 000015
2016505416.tif 000016
2016505416.tif 000017