带有扭转止挡的弹性铰接部及其在减振器中的应用的制作方法

本发明涉及一种新型的扭转止挡构件(torsions-anschlagbauteil)，其基于以柱形、锥形或球形的多层弹性体金属元件，其特别适合于作为带有较大角度张开(winkelspreizung)的无需维护的且少磨损的铰接部例如可被应用在用于减振器(schwingungstilger)的导向杆(lenkerstange)中。根据本发明，这样的还可构造为万向铰接部(kardangelenk)的铰接部可应用在不同的装置中，例如在待减振的机器(例如风力设备)中的减振器、尤其摆式缓冲器(pendeltilger)中。

背景技术：

对于带有较高固有频率的减振器来说需要特别短的摆式铰接杆。为了实现必要的足够的缓冲器幅度，铰接部须执行较大的行程。这利用原则上根据现有技术的滑动轴承或滚动轴承中的十字接头(kreuzgelenk)是可能的。然而这些轴承易受磨损并且具有更大的空间需求，这在用于细长的建筑物(例如风力设备)的减振器中常常是附加的问题。

一可能的解决方案是无需维护的纯弹性的套筒轴承(buchsenlager)。但是根据现有技术的无需维护的弹性体套筒轴承通常不能实现50°及以上的必需的较大的偏转角。其与此相关联，即对于较大的角度需要非常厚的弹性体层，弹性体层因此在内径处须比在外径处明显更小并且因此更软。这可由此稍微补偿，即套筒设计成使得其在内径处比在外径处长得多得多。然而这导致须不成比例地长地来制造这样的套筒。

原则上也可实现弹性体的向外减少的刚度，如这例如在文件de374504462中所说明的那样。然而除了生产技术和难度之外这具有该缺点，即机械特性由于外部的更软的弹性体将更低。

技术实现要素：

因此本发明的目的是开发一种弹性铰接部，其不具有所说明的缺点，并且尽管如此实现超过50°的偏转角。

这里示出的本发明构思在于将相应的纯弹性的多层铰接部设计成使得根据对于相应的层厚可承受的旋转角在运动中锁止内部的、较软的层。在此通过根据本发明的弹性铰接部的多层实施方案来提高层元件的径向刚度。

该目的如下和在权利要求中来实现。

本发明的内容因此是一种弹性扭转铰接部，其能以多个待确定的级来提供>25°、尤其>50°、优选地>75°至优选地90°的偏转角，其包括围绕内部的固定的铰接部-轴或围绕内部的固定的铰接部-球(gelenk-kugel)可运动的弹性层元件(1)(2)，层元件由多个通过板彼此分开的弹性同心层(通常两个、三个或四个层)来构建，其特征在于，铰接部-轴(1.14)或铰接部-球(2.7)与相关的层元件的最内部的弹性层固定地相连接，从而在层元件相对于内部的固定的铰接部-轴或相对于内部的固定的铰接部-球相对运动时使所有层中的所提及的最内部的弹性层变形最严重，并且铰接部-轴或铰接部-球在层元件的至少一个位置处与扭转止挡(1.4)(2.4)相连接，其中，扭转止挡和层元件设计成使得扭转止挡在层元件和铰接部-轴彼此相对旋转运动或在层元件和铰接部-球彼此相对万向运动了限定的偏转角(1.5)(2.20)的情况下止挡在层元件(1)(2)的最靠近铰接部-轴或铰接部-球的最内部的板处，使得在碰撞到板处之后邻接的内部的弹性层不进一步变形。

在本发明的第一实施形式中，弹性的层元件是柱状的套筒(1)，其由同心的环形的弹性模制体(elastomerformkoerper)的层来构建，层通过相应的中间板彼此分开。套筒具有固定的轴线或轴(1.14)，其与套筒主体的几何纵轴线相同。层围绕该固定的轴环形地来布置。固定的轴在套筒的一个或两个平坦的侧端处设有扭转止挡(1.4)。

重要的是中心的轴线/轴与套筒形的层元件的最内部的弹性层固定地相连接。在轴以一定的偏转角扭转地旋转运动时如此使最内部的层首先变形、亦即直到扭转止挡(1.4)撞击到最内部的板或内部的板中的一个处。从那以后，不再发生进一步变形，从而不会发生内部的层的弹性材料的过度受应力。如果现在通过力作用继续旋转，则弹性套筒主体的处于更外部的下一弹性层现在变形直到扭转止挡碰撞到相应的处于更外部的中间板处。这现在原则上可相应于层或板的数量任意地继续。因此可针对性地且分级地实现直到和超过90°的较大的总偏转，而弹性体元件不遭受损坏。

为了使扭转止挡(1.4)在层元件相对于中心轴扭转运动时此外可碰撞到层元件的同心的环形的中间板处，设置成弹性套筒主体在其平侧中的一个或两个处具有突出的内部的中间板(1.2.1和1.2.2)，从其中留出有角部段(winkelsegment)，中心在套筒-层元件的假想的几何轴线上，在该角部段中扭转止挡可围绕固定的轴运动，并且如此能够在该运动空间内逐级地碰撞到相应的中间板的由该留空(aussparung)产生的侧棱处。中间板相对于止挡元件的几何布置和/或长度在此确定根据本发明的铰接部的相应的偏转角。

根据本发明，扭转止挡(1.4)的止挡在此能够以至少两种方式实现。

一方面可设置成，突出的中间板(1.2.1和1.2.2)不一样长或不一样长地伸入用于扭转止挡的运动空间中，其中，须确保内部的板的长度相应大于外部的板的长度，由此可确定相应的偏转角(1.5)(1.6)。严格地讲，相对内部的板须比相对外部的板更长地伸入留出的角部段中。在该情况中，扭转止挡可简单地是不带自身轮廓的销杆(riegel)并且通过板相对于旋转的止挡元件(1.4)的几何布置来确定相应的偏转角。

另一方面可设置成，突出的板(1.2.1)(1.2.2)一样长或者一样长地伸入留出的角部段或由此产生的运动空间中。在该情况中，可在扭转止挡(1.4)处通过相应设置的轮廓来实现期望的逐级的偏转角(1.5)(1.6)。

根据本发明的套筒形的层元件(1)沿着轴线优选地具有至少一个分隔缝(trennschlitz)或预紧窗(vorspannfenster)(1.7)，从而可在铰接部运行时可将多余的弹性体材料从层中挤到预紧窗的自由体积中。此外，套筒由于弹性体的损耗在硫化隔离(vulkanisolation)之后受到收缩应力并且因此通常须被压缩。因为不能或不能简单地在板之间压缩弹性体层，在周缘处装设至少一个预紧窗(1.7)是适宜的。备选地，例如可在更大的耗费的情况下将带有内板和外板的多个套筒在校准(压缩)之后推到彼此中。

在改型的第二实施形式中，弹性层元件是锥状成形的套筒(1)，其中，锥轴线相应于上面所说明的柱状套筒的轴线。此外，锥体同样由同心的锥形的弹性模制体的层来构建，其通过相应成形的中间板彼此分开。与扭转止挡及其必要功能合作的上面对于柱状套筒所说明的构造以及工作原理还可运用于锥形的套筒并且完全类似于柱状套筒。

锥形的套筒具有附加的优点，即其也还可接收垂直于扭转平面的力并且如此有助于摆式缓冲器的减震，这不单单由扭转力引起。

在本发明的第三实施形式中，弹性的层元件是球状体，其大致具有球状半壳(2)的形状。在半壳的其平侧上在中间装设有内部的固定的铰接部-球(2.7)连同扭转止挡(2.4)。铰接部-球这里还直接与球状壳的最内部的弹性层相连接。中间板还如弹性层那样具有球形。

与上面所说明的第一和第二实施形式相对，扭转止挡(2.4)到相关的中间板处的止挡不是通过层元件和扭转止挡/轴的相反的旋转运动实现，而是通过由于根据本发明的球铰接部的针对性的万向运动将止挡挤压到相应的中间板处实现。

在该实施形式中，带有突出的中间板的相应的角部段的留空以及额外突出的中间板是不必要的。此外，与扭转止挡的接触在相应的中间板(其从球状半壳出来)的面向止挡的环形的长棱边处实现。

在这些球状元件的优选的实施形式中，能够以环绕的止挡元件(2.22)来强化在中间板上的相关的接触面，由此还可增大接触面。

在这里所说明的实施形式中，环形的中间板以相同的距离从周围的弹性体层伸出。根据本发明，逐级的偏转角(2.21)(2.22)的调节这里即经由扭转止挡(2.4)实现，其在面向板的侧面上具有相应于期望的偏转角的轮廓结构，轮廓结构设计成使得在止挡按压的情况下首先很大程度上仅使最内部的弹性层变形、亦即如此久且如此远，直到球状层元件的最内部的板被止挡(2.4)的相关的第一轮廓结构碰到。在铰接部球(2.7)向相同的方向进一步偏转的情况下，现在使第二最内部的弹性体层变形直到第二最内部的中间板现在被止挡的相关的第二轮廓结构碰到。现在从内部向外部相应于在铰接部中所进行的偏转以相关的弹性层逐级地来压缩铰接部直至合理的程度。偏转的原则即完全相应于柱状和锥形层元件(1)的工作原理，上面已更详细地进一步说明了其。这里还可根据层和中间板的数量和特性来实现一级、两级、三级、四级或任意级的偏转角，其最后合计达至少90°的较大的总偏转角而弹性铰接部不受损坏或未显著磨损。

根据本发明所说明的带有级-角度功能的层元件(1)(2)即具有带有中间板的至少两个弹性层，从而因此在唯一的中间板处实现一级偏转。然而根据本发明的层元件(1)(2)优选地具有带有两个中间板的至少三个弹性层，由此可实现根据本发明的铰接部的两级偏转。当然还可设置带有相应的中间板的更多(四个、五个、六个等)层。根据本发明的扭转铰接部的弹性层一样厚或不一样厚。优选地，其不一样厚，其中，由于作用的力，内部的弹性层设置得比外部的层更薄，只要在层中弹性体材料的刚度相同或相似。当然还可应用带有不同刚度的层，由此可改变层厚。

如果根据径向负载来设计各个层的厚度，是有利的。在相同的弹性体硬度和套筒的长度的情况下得出对于相同的可承受的负载内部的层须比带有更大直径的层明显更薄。在相同的层厚的情况下，较小的直径由于旋转运动的较小的周向行程可承受较大的角度，从而对于扭转元件愿意应用尽可能小的直径。

当然较小的直径也具有较小的扭转刚度，因此根据所说明的方法来支撑其是适宜的，从而不能有过大的旋转角，其将损坏材料。

根据本发明所说明的带有级-角度功能的层元件(1)(2)与现有技术的滑动-或滚动轴承相比是无需维护的并且通常还更加成本有利。其可在机械-和设备制造中应用在需要10°与20°直到大约90°之间的摆动角或偏转角的各处(对于小于10°的偏转通常唯一的不带止挡功能的弹性体层就足够)。

具体实施方式

图1说明了根据本发明的带有柱状层元件和止挡功能的套筒。套筒在一侧上具有突出的中间板。从这些突出的中间板留出有以角部段的形式的用于扭转止挡的运动空间。中间板不一样长地伸到运动空间中，其中，最内部的板更远地伸入、即比第二最内部的板相对更长，等等。由此形成的用于扭转止挡的偏转角以(1.5)(最内部的且最小的角)和(1.6)(第二最内部的且更大的角)来说明。套筒在所有层中具有预紧窗(1.7)。

图2示出了用于较大角度偏转的导向杆(lenkerhebel)(1.8)，其在其孔眼中具有根据图1的相应的构件。

图3如图1那样示出了相应的柱状层元件，然而这里所有伸出的中间板在止挡的运动空间中大致一样长或一样远地伸入所提及的留空中。止挡元件(1.4)与此相应地具有不同的倾斜的面用于碰撞到相关的中间板处，相应于期望的偏转角(1.5)(1.6)。

该图详细示出了用于悬挂横向缓冲器的双重的万向铰接部。

图4示出了相应于图1的套筒形的层元件(1)，然而其在套筒的两个平侧上具有带有相应用于扭转止挡(1.4)的留空的突出的中间板。

在图1至图4的实施形式中，中间板1.1即至少在一侧上比弹性体层1.3伸出更长，原则上该延长也可在套筒的两端处实现。中间板1.1获得留空1.2.1和1.2.2，其开启一定的角度。同时扭转止挡1.4与轴相连接。在一定的角度1.5之后其在止挡1.2.1处带动内部的板，使得内层不进一步变形。对于还更大的角度1.6，第二板1.2.2由扭转止挡1.4来带动。图一示出了带有三个层的构件，在其中两个板由扭转止挡1.4来移动。原则上可布置带有相应的止挡功能的任意多的层。

图5示出了弹性体万向铰接部和双重万向铰接部的不同视图，其装备有图1-图4的根据本发明的套筒，并且因此非常适合于较大偏转。

图6示出了本发明的原理上的第二实施形式，即带有球状铰接体的球铰接部，铰接体在中间具有用于固定的铰接球(2.7)的留空，铰接球与最内部的弹性层固定地相连接并且在运动(偏转)时一起运动或变形。可能的总偏转角由角度(2.20)和(2.21)组成并且在具体情况中通过在止挡(2.4)的轮廓中的两个级来实现。环绕的止挡元件(2.22)(其装设在相应的环形的中间板的末端部分处)提高了在止挡元件(2.4)与球状层元件的中间板之间止挡的精确性。根据本发明的球铰接部由多个半球形的弹性体层(2.3)构成。其彼此上下堆叠并且通过所连结的半球板(2.1)相互连接。外罩(aussenglocke)(2.5)围绕内球(2.7)旋转。因为内球的周长明显小于外罩的周长，弹性体将几乎仅在内部的区域中旋转。在外部的区域中将仅是不参与变形的弹性材料。这由此来防止，即球形的中间板(2.1)相应逐级地在一定的角度之后一起旋转并且因此仅经历受限的扭转运动。在此，止挡环(2.4)随内部的球(2.7)转动且在一定的角度之后贴靠在板棱边(2.2.1)处，并且与其继续转动。然后在另外的角度之后止挡(2.2.2)接合，从而最后仅还最外部的层可变形。根据本发明的球铰接部可被应用在须在空间中进行较大的角运动的各处。与带有万向铰接部的套筒相对，球铰接部不需要万向布置以实现空间运动。

图7示出了根据图6的两个球状铰接部结合在一起成在平面中起作用的万向铰接部的应用。

图8示出了根据图6和图7的根据本发明的万向铰接部与摆式缓冲器的可能的应用，如这可典型地应用在风力设备中那样。铰接部集成到摆杆(3)中，其在其上端处与设备的承载结构(例如风力设备的塔)并且以另一端与摆动质量(5)相连接。质量(5)因此能够以较大的偏转角在水平面上横向地自由摆动。

图9示出了根据本发明的带有扭转止挡的弹性支承件，其由带有相应成形的、围绕锥轴线交替布置的、旋转对称的、锥形的弹性体层(1.3)和金属板(1.1)的锥状的基体来构建，其中，锥角(1.15)由纵轴和倾斜于此的锥面形成。除了本来的止挡元件(1.4)之外这里还可看见内部的和外部的止挡角(1.5)(1.6)。

图10：(a)示出了固定在承载结构(6.5)处的摆式悬挂部(pendelaufhaengung)(6)的透视图。摆式悬挂部包括两轴的万向-或十字铰接部(6.1)以及相应在铰接部的两个轴的端部处的变速传动机构(6.2)和阻尼元件(6.6)。在悬挂部的下端(6.7)处的摆杆(6.8)仅部分地绘出。在轴上的这两个阻尼元件(6.6)可设有这里未单独示出的旋转质量(6.6.1)，但是其是可选的并且必要时如果不期望或不需要附加的频率调节可被省略。未绘出或不可见根据本发明的弹性支承件，其带有弹性扭转止挡(6.4)，以所说明的柱状的弹性体套筒、球状的半壳或锥状的弹性体套筒的形式。阻尼单元(6.6)优选地以涡流来运行并且包括优选地旋转对称的导体盘(leiterscheibe)以及由例如钢、陶瓷或塑料构成的设有永磁体或电磁体的同样优选地旋转对称的盘。两个盘在此相对布置并且通过气隙彼此分开并且由摆动引起围绕轴相对彼此运动，由此产生涡流，其产生与使摆运动的力相反的力，从而阻尼或抑制摆动运动。此外，涡流-阻尼单元(6.6)附加地可具有必要时可变的可调节的旋转质量，如这在文件wo2019/029839中详细说明的那样。由此并且附加地通过应用带有不同直径的盘以提高带有磁体的盘的区域的旋转速度可影响振动系统的固有频率，或使振动系统适应于振动技术上的条件(gegebenheit)。

(b)从其它的透视图示出了(a)的万向铰接部作为摆式悬挂部的组成部分，带有弹性体套筒(19)(19.1)和转矩支承(drehmomentstuetzen)(23)、内杆(23.1)、外杆(23.2)、弹性止挡(23.3)和转矩支承(24)，带有空转角度、(内杆24.1)、(外杆24.2)、(弹性止挡24.3)和自由的运动角度(24.4)。

图11然而以俯视图示出了图10的万向摆式悬挂部，在其中现在示出在万向铰接部的两个轴的优选地两端处带有弹性扭转止挡(1.4)(6.4)的这里所说明的根据本发明的弹性支承件的位置和装设，其中，安装到相应的保持部(6.9)中的所提及的支承件仅示意性地来说明。在传动侧同样地通过保持部(6.7)来引导轴。

图12示出了图11的万向摆式悬挂部，其装备有根据本发明的锥形地成形的弹性体套筒(6.4.1)，带有弹性扭转止挡(6.4)，如例如在图9中所示。