AT396813B

AT396813B - Verfahren zum herstellen von elastomeren hohlkörpern und deren verwendung für druckfedern, stoss- und schwingungsdämpfer, puffer u. dgl.

Info

Publication number: AT396813B
Application number: AT0275685A
Authority: AT
Original assignee: Miner Enterprises
Priority date: 1982-08-27
Filing date: 1985-09-20
Publication date: 1993-12-27
Also published as: CA1238459A; ATA275685A; SE8504105L; SE452576B; JPS6260616A; US4566678A; AU573900B2; CH669148A5; DE3533435A1; SE8504105D0; FR2587071B1; FR2587071A1; BE903222A; AU4780585A; JPH0229485B2

Description

AT396813B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines für die Verwendung als Drackfeder, Stoß- und Schwingungsdämpfer, Puffer u. dgl. geeigneten Bauelementes, bestehend aus wenigstens einem Körper aus thermoplastischem elastomeren Material, wobei die axiale Länge des Körpers durch Stauchen mit Verkürzung um wenigstens 30 % der ursprünglichen freien Länge nach Aufhebung der Stauchkraft bleibend verringert wird.

Wie in der US-PS 4 198 037 erörtert, wurden Elastomere auch schon früher viel für die Herstellung der unterschiedlichsten Produkte, darunter auch Federn, benutzt Bei einem der neueren nutzbringenden thermoplastischen Elastomere handelt es sich um ein Copolyester-Polymer-Elastomer, wie es von der Firma E.I. duPont de Nemours & Co. in Wilmington, Delaware, unter dem Markennamen HYTREL verkauft wird. Wie im vorgenannten Patent erläutert, besteht HYTREL aus drei Bestandteilen, nämlich aus Dimethyl-Terephthalat, Polyglykolen wie beispielsweise Polytetramethylenätherglykol, Polyäthylenätherglykol oder Polypropylenätherglykol, und kurzketdgen Diolen, wie Butandiol und Äthylenglykol. Dieses Erzeugnis kann für die Formung von Produkten ans thermoplastischen Elastomeren verwendet werden.

Im allgemeinen besitzt diese Art Polymer-Elastomer-Kunststoff von Natur aus physikalische Eigenschaften, die es für die Herstellung von Druckfedem ungeeignet erscheinen lassen. In der US-PS 4198 037 wird jedoch ein Verfahren zur Behandlung des Copolyester-Polymer-Elastomerwerkstoffes beschrieben, die das Material auch für die Herstellung von Druckfedern geeignet macht Ganz allgemein gehört zu der Behandlung, mit der das Elastomer in einen für die Druckfederherstellung geeigneten Werkstoff umgewandelt wird, die Anwendung einer Druckkraft auf einen Werkstoffköiper, durch die dieser Körper in axialer Richtung um mehr als 30 % seiner vorherigen axialen Länge, gemessen in Drackrichtung, zusammengedrückt wird.

Nach der US-T100 801 ist es wesentlich, daß zum Herstellen einer Energie absorbierenden Vorrichtung ein länglicher Körper aus einem orientierbaren thermoplastischen Elastomermaterial wenigstens auf einem Bereich seines Umfanges von starren Haltemitteln umringt wird und dann in axialer Richtung derart gestaiucht wird, daß seine Länge bleibend um wenigstens 10 % verringert wird. Auf diese Weise entsteht ein bleibend verkürzter Körper aus einem thermoplastischen Elastomermaterial, der neben den eingeschlossenen Umfangsbereichen in Umfangsrichtung erweiterte Abschnitte aufweist, welche durch die Reckung des thermoplastischen Elastomermaterials unter dem Einfluß der ausgeübten Kraft wenigstens teilweise orientiert sind, während die nicht erweiterten Abschnitte eingeschlossen bleiben.

Die GB-PS 1 381 749 betrifft ein elastisches Abstützelement mit einem Kern aus einem elastischen Zellmaterial, dessen Querschnittfläche in der Mitte größer ist als an den beiden axialen Enden. Dieses Kemmaterial ist an seiner Mantelfläche von einer aus Gummi bestehenden Hülle von im wesentlichen konstanter Dicke umgeben.

Gegenstand der DD-PS 132 367 ist ein Druckfederelement aus elastomerem Material mit zylindrischer oder tonnenförmiger Hüllfläche, einem mittigen Durchbruch und an den Stirnflächen des Federelementes beigelegten Scheiben, insbesondere für in Pressen zum Einsatz kommende Schneid- und Umformwerkzeuge, bei welchem der Durchbruch eine zur Achse tonnenförmige Ausbildung aufweist, die jeweils zu der Stirnfläche hin durch eine Zentrierfläche begrenzt ist und das Profil eines Zentrieibundes der Scheibe besitzt

Aus der GB-OS 2 156 947 ist eine von einem elastischen Körper gebildete Feder für Fahrgestelle von Fahrzeugen bekannt, deren Körper aus elastomerem Material ausgehend γοη einer ersten Stirnfläche über einen Teil der Höhe einen vollen Querschnitt und ausgehend von der anderen Stirnfläche einen hohlen Querschnitt aufweist Die äußeren Querschnittdimensionen des Körpers nehmen über einen ersten Teil der Höhe von der ersten Stirnfläche weg zu und nehmen dann zur zweiten Stirnfläche hin wieder ab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Druckfedem, Stoß- und Schwingungsdämpfer, Puffer u. dgl. der vorstehend genannten Art in ihrem Aufbau so zu verbessern, daß weitgefächerte Anwendungsmöglichkeiten eröffnet werden. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, welches im wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist daß ein Körper mit einem sich wenigstens über einen wesentlichen Teil seiner axialen Länge erstreckenden Loch eingesetzt wird, wobei das Material und das Loch entlang der Längsachse gleichförmige Querschnitte aufweisen, und daß das Loch beim Stauchen aufgeweitet wird und aufgeweitet bleibt

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei der Fortsetzung der Versuche und der Weiterentwicklung des in der US-PS 4 198 037 offenbarten Werkstoffs für Druckfedem wurde im Rahmen der Erfindung festgestellt, daß eine körperliche Veränderung des Elastomerkörpers bzw. Bauelementes vor Anwendung der Druckkraft eine spürbare und unerwartete Auswirkung auf die physikalischen Merkmale, die Funktion und die Verwendung des aus diesem Elastomer gefertigten Endprodukts hat. Ganz allgemein wurde im Rahmen der Erfindung festgestellt, daß das Anordnen eines zentralen Loches in dem Copolyester-Polymer-Elastomerkörper vor der Anwendung einer axialen Druckkraft auf diesen Körper erhebliche positive Auswirkungen auf das daraus hergestellte Produkt hat Die Nutzbarkeit des so entstehenden Elastomerhohlkörpers als Druckfeder wird noch verbessert durch die Änderung der Federkennlinien des Körpers und die Erweiterung der Einsatzgebiete für solche Federn. Dank der Erfindung lassen sich die physikalischen Eigenschaften des Hohlkörpers leicht variieren, um die bei der jeweiligen Verwendung auftretenden Belastungen aufnehmen zu können und die geforderten Federwege verwirklichen zu können. Mit Hilfe dieser Erfindung können ohne große Schwierigkeiten Elastomerfedem mit verschiedenen Federkonstanten hergestellt werden. Erfindungsgemäße Elastomerhohlkörper besitzen -2-

AT396813B außerdem Eigenschaften, die sie - abgesehen von der Druckfedeiherstellung - auch für andere Verwendungszwecke brauchbar werden lassen.

Es wurde festgestellt, daß die Anordnung eines den Elastomerkörper schon vor der Anwendung der Druckkraft mindestens teilweise durchziehenden Loches nicht, wie vielleicht erwartet, zum Einbrechen der Seitenwände dieses Körpers führt, sondern die Seitenwände dieses Körpers und das Loch dehnen sich als Ergebnis der Beaufschlagung des Körpers mit der Druckkraft vielmehr nach außen in einer Querrichtung aus. Die Seitenwände weisen nach der Stauchung i. w. eine gleichförmige Dicke auf und sind symmetrisch um die axiale Mittellinie die Loches angeordnet. Das Loch wird durch die Stauchung erheblich erweitert und verleiht dem Körper ausgeprägter die Gestalt eines Hohlkörpers. Das Vorhandensein des Loches ändert die physikalischen Eigenschaften des Elastomerkörpers.

Die Funktionsmerkmale des Elastomerkörpers werden durch das Stauchen des Werkstoffs, der mindestens teilweise von dem Loch durchzogen wird, ebenfalls verändert. Wird der Körper als Druckfeder verwendet, so haben sich die Federkennlinien des Hohlkörpers im Vergleich zu einem Massivkörper aus dem gleichen Werkstoff verändert Die Federkonstante wird ebenso verändert wie der Wert der dynamischen und statischen Energie, den die Feder speichern kann. Die Funktionsmerkmale der erfindungsgemäß hergestellten Elastomerhohlkörper erweitern die Konstruktionsmöglichkeiten, die Anpassungsfähigkeit und den Einsatzbereich als Federn und als Federbaugruppen aus Copolyester-Polymer-Elastomerwerkstoffen.

Außerdem können die Eigenschaften des erfmdungsgemäß hergestellten Elastomerhohlkörpers auf einfache Art variiert werden, indem man die Form und die Größe des Loches, das im Elastomerköiper vor der Druckbeaufschlagung vorzusehen ist, abwandelt Wird beispielsweise eine leichtere Feder mit einem größeren Federweg pro Belastungseinheit gewünscht, so vergrößert man das Loch, um die Stärke der Seitenwände des Hohlkörpers entsprechend zu verringern. Desgleichen kann eine steifere Feder durch das Vorsehen eines eines kleineren Loches hergestellt werden, wobei die größere Steifigkeit durch die stärkeren Seitenwände entsteht Die Form des Elastomerkörpers, sowie die des zentralen Loches können ebenfalls entsprechend den Erfordernissen des jeweiligen Verwendungszwecks variiert werden. So kann der Körper beispielsweise zylindrisch, oval, rechteckig oder quadratisch sein. Auch der Querschnitt des Lochs kann kreisförmig, oval, rechteckig oder quadratisch sein. In der bevorzugten Ausführungsform sind die Querschnittsformen des Loches und des Körpers einander gleich oder ähnlich und koaxial zueinander angeordnet, so daß die Symmetrie des Körpers erhalten bleibt

Ferner sind die erfindungsgemäßen Hohlkörper im Vergleich zu älteren Herstellverfahren einfacher und kostengünstiger herzustellen. Man braucht keine teuren und schwer zu handhabenden Kerne und keine aufwendige spanabhebende Innenbearbeitung, um ein Loch in einem Federkörper zu erzeugen; erfindungsgemäß ist lediglich die Anordnung eines einfachen Loches im Elastomerkörper vor dessen Stauchung erforderlich und dieses Loch kann man einfach durch vollständiges oder teilweises Durchbohren des Körpers mit einer herkömmlichen Bohrausrüstung erzeugen. Wird der Elastomerkörper in einer Form (z. B. durch Spritzgießen) hergestellt, kann das zentrale Loch in ihm bereits durch das Formverfahren selbst gebildet werden, wie dies einer bevorzugten Ausführungsform entspricht. Soll der Elastomerkörper vor dem Stauchen eine zylindrische Form haben, so kann ein einfaches Rohrprofil als Form sowohl für den Körper als auch für das Loch darin benutzt werden.

Durch verhältnismäßig geringförmige Veränderungen an den für die Herstellung des Hohlkörpers benutzten Vorrichtungen kann man deren Gestalt abwandeln. Die für ihre Formgebung eingesetzten Vorrichtungen können beispielsweise dazu benutzt werden, eines oder beide axialen Enden des Hohlkörpers mit einem engeren Bund oder Hals zu versehen, um ihn in gewissen Anwendungen leichter zu monderen und posidonieren zu können. Desgleichen können die Vorrichtungen so ausgebildet und angeordnet werden, daß das Loch den Körper nur teilweise durchzieht, so daß bevorzugt ein Körper mit einem Sacldoch eingesetzt wird. An einem axialen Ende des Körpers hat man dann eine für manche Anwendungen wünschenswerte geschlossene Endwand.

Die erfindungsgemäß hergestellten Elastomerhohlkörper können auch für andere Zwecke als für Druckfedern konstruiert und verwendet werden. Sie können beispielsweise als Isolier- und Schwingungsdämpfer, wie man sie für Motorlager benötigt, sinnvoll eingesetzt werden, sowie als Puffer oder Polster zur Energieaufnahme. Die erfindungsgemäßen Elastomerhohlkörper lassen sich auch hinreichend axialsymmetrisch herstellen, um als Rollen oder Räder verwendet werden zu können.

Weitere Vorteile und Kennzeichen der Erfindung werden durch eine Beschreibung verschiedener Ausführungsformen besser verständlich, welche in den beigefügten schematischen Zeichnungen daigestellt sind, in denen

Fig. 1 einen Aufriß eines hohlzylindrischen Körpers aus einem Copolymer-Polyester-Elastomerkunststoff darstellt, der zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Elastomerhohlköipers bzw. Bauelementes verwendet werden kann

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den in Fig. 1 gezeigten Elastomerköiper mit einem zentralen, axialen Loch im Zustand vor der Beaufschlagung mit einer axialen Druckkraft dargestellt;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Elastomerkörper darstellt, der erfmdungsgemäß mit einer axialen Druckkraft beaufschlagt ist; -3-

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Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Güterzug- und Lokomotivpuffer zeigt, in den eine aus einem Stapel erfindungsgemäß hergestellter Elastomerhohlkörper bestehende Druckfederbaugruppe eingebaut ist;

Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen gegenüber der Fig. 2 abgewandelten hohlzylindrischen Körper zeigt, der an beiden axialen Enden mit einer Yeijüngten Halspartie versehen ist, wobei der Zustand vor der Beaufschlagung des Körpers mit der Druckkraft gezeigt und der Körper zwischen den Druckelementen positioniert ist;

Fig. 6 einen Längsschnitt durch den in Fig. 5 dargestellten Hohlkörper nach seiner Beaufschlagung mit der Druckkraft zeigt;

Fig. 7 eine Motorlagerbaugruppe teils in Ansicht und teils im Schnitt zeigt, bei der ein Paar fluchtender hohler Federkörper verwendet werden, wie sie in den Fig. 5 und 6 dargestellt sind,

Fig. 8 eine Teilansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung darstellt, in der die Verwendung eines Elastomerkörpers als Rad gezeigt wird;

Fig. 9 die Draufsicht auf einen im Querschnitt ovalen Elastomerhohlkörper mit ovalem Loch zeigt;

Fig. 10 den entlang der in Fig. 9 durch die Linie (10-10) repräsentierten Hauptachse gelegten Längsschnitt durch den in Fig. 6 gezeigten ovalen Elastomerkörper darstellt, nachdem er erfindungsgemäß der Druckkraft ausgesetzt wurde;

Fig. 11 einen Längsschnitt entsprechend Fig. 10 durch einen druckbeaufschlagten ovalen Körper in einer veränderten Ausführung, bei der die Kemöffnung den Körper nur teilweise durchzieht und an einem axialen Ende eine massive Wand gebildet ist, zeigt;

Fig. 12 ist ein Kraft-Hub-Diagramm, in dem die Ergebnisse statischer und dynamischer Versuche mit einer Gummifeder dargestellt sind, die im großen und ganzen die gleiche Gestalt wie der in Fig. 1 dargestellte Hohlkörper aufweist;

Fig. 13 ist ein Kraft-Hub-Diagramm, in dem die Ergebnisse statischer und dynamischer Versuche mit einer erfindungsgemäßen Copolyester-Elastomer-Feder dargestellt sind, die im großen und ganzen die gleiche Gestalt wie der in Fig. 1 dargestellte Hohlkörper besitzt; und

Fig. 14 ist ein Kraft-Hub-Diagramm, in dem die Ergebnisse der Anwendung einer bestimmten Druckkraft auf hohl-zylindrische Körper aus Copolyester-Polymer-Elastomer verglichen werden, die alle die gleiche anfängliche Größe und Form hatten, jedoch ein zentrales Loch unterschiedlicher Größe.

Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen verbesserten Elastomerkörper wird zunächst unter Bezugnahme auf die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte zylindrische Gestalt des Hohlkörpers beschrieben. Wie dort gezeigt, hat ein zylindrischer Körper (20) aus Copolyester-Polymer-Elastomerwerkstoff eine bestimmte ursprüngliche axiale Höhe ('h') und eine kreisförmige Querschnittsfläche ('a'). Wie in Fig. 2 gezeigt, ist der Körper (20) auch mit einem zentralen Loch (22) versehen. Dabei kann es sich um eine kreisförmige Bohrung handeln, die sich axial durch den Körper (20) von seinem oberen Ende (24) bis zu seinem unteren Ende (26) erstreckt Erfindungsgemäß wird der mit dem Loch (22) versehene Körper (20) in eine passende Stauchvorrichtung eingesetzt wie sie durch die Platten (P) in Fig. 3 dargestellt wird.

Wie in der bereits erwähnten US-PS 4 198 037 erläutert, wird der Polymerkörper dann vorzugsweise einer Wärmebehandlung unterworfen. Für besondere Verwendungszwecke könnte die Wärmebehandlung bis 180 Stunden dauern. Sodann wird der Körper (20) mit einer axial wirkenden Kraft ('F') beaufschlagt um ihn axial auf ein bestimmtes Maß zusammenzudrücken. Die Kraft ('F') sollte ausreichen, um den Elastomerkörper um mindestens 30 % seiner ursprünglichen axialen Höhe ('h') zusammenzudrücken. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn die Kraft (Τ’) den Körper (20) um etwa 50 % seiner ursprünglichen Höhe (’h’) zusammendrückt Druckkräfte, die zu einem Zusammendrücken um 30 % bis etwa 80 % der anfänglichen axialen Höhe Oh’) des Körpers (20) führen, sind brauchbar. Wie in der US-PS 4 198 037 weiter erläutert ändert die Druckkraft (Τ') die Federeigenschaften des Elastomers, so daß der Körper (20) nach diesem Arbeitsgang als eine Druckfeder mit elastischem Gedächtnis verwendet werden kann.

Das Ergebnis der vorbeschriebenen Anwendung der Kraft (Τ') zur Herstellung eines Hohlkörpers (20A) mit den erfindungsmäßen Vorteilen und Merkmalen ist in Fig. 3 dargestellt Das Zusammendrücken des Körpers (20) verändert nicht nur die physikalischen Eigenschaften des Polymers, sondern führt auch zur quer-und nach außen gerichteten Ausdehnung des Lochs (22) und erzeugt damit einen toroidförmigen Hohlkörper (20A) mit einem erweiterten symmetrischen Loch (22A) gemäß Fig. 3. Im Vergleich zu einem der gleichen Druckkraft ausgesetzten Massivköxper aus dem gleichen elastomeren Material weist dieser Hohlkörper (20A) andere physikalische Eigenschaften auf. Wie ebenfalls aus Fig. 3 ersichtlich, hat der bei diesem Verfahren entstehende Hohlkörper (20A) gleichmäßige Seitenwände und ist um seine axiale Mittellinie symmetrisch. Der Körper (20A) kann damit als Druckfeder, Schwingungsdämpfer, Puffer zur Energieäbsorption oder als drehbares Hohlbaudement, beispielsweise als Rad o. ä. eingesetzt werden.

Figur 4 zeigt, daß die entstehenden Elastomerhohlkörper, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind, dazu verwendet werden können, eine Druckfederbaugruppe in einem Güterzug- und Lokomotivpuffer (30) zu bilden. Die typische Verwendung dies»' Puffer (30) liegt in ihrem Einsatz zwischen Eisenbahnwaggons, um den Aufprall hintereinander stehender oder laufender Wagen zu dämpfen und die während des Rangierens der Güterwagen auf die Wagenkupplungen einwirkenden Stoßbelastungen auszugleichen. Um diesen Zweck zu erreichen, gehört zum Puffer (30) eine Gehäuse (40) mit einer flachen Befestigungsrückwand (42). Die Wand (42) ist so -4-

AT396813B ausgebildet, daß sie an der gewünschten Stelle an einem Güterwagen befestigt werden kann, wo die Schlag- oder Stoßkraft vom Puffer (30) aufgenommen werden muß.

Von der Rückwand (42) erstreckt sich nach innen ein zentraler Block (44), auf dem eine Federbaugruppe (50) sitzt. Wie nachstehend beschrieben, ist das Gehäuse (40) in seiner typischen Ausführungsform zylindrisch und besitzt vorzugsweise einen verbreiterten äußeren Rand (46).

Zum Puffer (30) gehört auch ein innerer Schiebezylinder (60). Dieser Zylinder (60) ist, wie in Fig. 4 gezeigt, im Gehäuse (40) teleskopierbar angeordnet und an seinem äußeren Ende mit einem Aufschlagkopf (62) versehen. Der Zylinder (60) ist so konstruiert, daß er sich bei einer Belastung des Kopfes (62) durch den Aufprall des nächstfolgenden Güterwagens o. ä. in das Gehäuse (40) hineinschiebt. Die durch den Stoß freigesetzte Energie wird durch die Federbaugruppe (50) aufgenommen, die innerhalb des zusammenschiebbaren Zylinders (60) zwischen dem Block (44) und dem Kopf (62) angeordnet ist. An jedem Ende der Federbaugruppe (50) ist weiter eine Federleitplatte (52) angeordnet, die die Aufprallkraft in die Federbaugruppe einleiten.

Außerdem gehört zu der Druckfederbaugruppe (50) eine Anzahl gestapelter, hohler, elastomer Federn (54). Diese Federn (54) (im abgebildeten Puffer (30) sind es acht), sind solche wie in Figur 3 dargestellt. Jede Feder (54) besitzt ein durch die erfindungsgemäße Anwendung einer Axialkraft auf die Feder aufgeweitete zentrales Loch (56). Ebenso ist eine Anzahl Druckplatten (58) in der Federbaugruppe (50) vorgesehen, so daß je eine Platte (58) zwischen benachbarten Federn (54) angeordnet ist. Diese Platten (58) tragen dazu bei, die Federn (54) während der Betätigung des Puffers (30) in der ordnungsgemäßen Ausrichtung zu halten. Wie in der US-PS 4 198 037 weiter erläutert, können die Platten (58) mit Oberflächenunregelmäßigkeiten versehen werden, die zu einer mechanischen Verzahnung mit den anliegenden Federn (54) führen.

Die Funktion des Puffers (30) geht aus der vorstehenden Beschreibung seiner Bestandteile hervor. Wird auf den Kopf (62) eine Kraft aufgebracht, beispielsweise durch die Stöße zwischen aneinanderhängenden Waggons eines Güterzugs, so wird die Stoßkraft durch die Federbaugruppe (50) aufgenommen und gedämpft. Die Energieaufnahme beruht auf der Tatsache, daß die Kraft den Zylinder (60) in das Gehäuse (40) hineinschiebt und dadurch die Federbaugruppe (50) axial zusammendrückt. Läßt die Kraft nach, dehnt sich die Federbaugruppe (50) wieder aus und der Kopf (62) kehrt in seine Anfangsstellung zurück.

Figur 5 zeigt einen abgewandelten zylindrischen Hohlkörper (70) mit einer zentralen Bohrung (72). An seinem oberen Ende (74) und an seinem unteren Ende (76) hat der Zylinder (70) einen vorspringenden Hals (74A) bzw. (76A). Wie aus Fig. 5 ersichtlich, ragen die Hälse (74A) und (76A) über die dazugehörigen Enden (74) bzw. (76) hinaus und fluchten in axialer Richtung mit der zentral angeordneten Bohrung (72). Diese Hälse (74A) und (76A) können an dem zylindrischen Hohlkörper (70) durch spanende Bearbeitung, oder wenn der Zylinder (70) durch ein Formverfahren erzeugt wird, durch denselben Formvorgang gebildet werden. In der abgebildeten Ausführungsform ist der obere Hals (74A) länger als der untere Hals (76A). Selbstverständlich können die Abmessungen der Hälse nach den Erfordernissen des jeweiligen Verwendungszwecks geändert werden.

In Figur 5 befindet sich der zylindrische Hohlkörper (70) zwischen einem Paar Druckbacken ('J') einer Druckvorrichtung. Die Druckbacken ('J') haben Aussparungen zum Aufhehmen und Umschließen der Hälse (74A) und (76 A) und sind so angeordnet, daß der Hohlkörper (70) ohne Verformung der Hälse (74A) und (76A) mit einer axialen Druckkraft beaufschlagt werden kann.

Erfindungsgemäß wird der Hohlkörper (70) in Fig. 5 einer Axialdruckkraft ausgesetzt, die seine Höhe um mindestens 30 % seiner ursprünglichen Höhe vermindert, und erhält dann die in Fig. 6 dargestellte Gestalt. Da die Druckbacken ('J') mit Aussparungen für Hälse (74A) und (76A) versehen sind, bleiben diese im entstehenden komprimierten Hohlkörper (70A) unverändert. Wie aus Fig. 6 ersichtlich, ist die Höhe des komprimierten Hohlkörpers (70A) im Vergleich zu dem in Fig. 5 dargestellten Hohlkörper (70) dauerhaft verringert. Außerdem wurde die im Hohlkörper (70) vorhandene Axialbohrung (72) um die Längsachse axialsymmetrisch ausgedehnt und bildet ein erweitertes symmetrisches Loch (72A). Der zusammengedrückte Hohlkörper (70A) besitzt die Merkmale und Vorteile der Erfindung und ist ferner mit den Hälsen (74A) und (76A) versehen, die bei bestimmten Verwendungen seine Positionierung und seine Beaufschlagung erleichtern.

Figur 7 zeigt die Verwendung des in Fig. 6 dargestellten komprimierten Hohlkörpers (70A) in einem Motorlager. Bei dieser typischen Verwendung wird eine Druckfederbaugruppe so angeordnet, daß sie die Schwingungsenergie zwischen einem verhältnismäßig steifen Rahmenelement (80) und einem Paar beweglicher Motorbefestigungsteile (82A) bzw. (82B) in Gestalt von Platten dämpft. Die Motorlagerbaugruppe muß die Schwingungsenergie in vielen Richtungen aufhehmen und dämpfen können im Beispiel der Fig. 7 können die Motorbefestigungsteile (82a) und (82b) relativ zu dem starren Rahmenelement (80) sowohl nach oben wie nach unten schwingen. Die Motorlagerbaugruppe muß auch fähig sein, mindestens ein Minimum an horizontaler Schwingungsenergie aufzunehmen.

Diese Anforderungen kann ein Paar elastomerer Hohlkörper (70A) gemäß Fig. 6 in koaxialer Ausrichtung übereinander angeordnet in der in Fig. 7 gezeigten Motorlagerbaugruppe erfüllen. Die Hohlform der Körper (70A) erlaubt es, durch Änderung der Konstruktionsparameter Federkonstanten einzustellen, die so niedrig sind, daß der Copolyester-Polymer-Elastomerwerkstoff für viele typische Motorlager- oder Schwingdämpfungsaufgaben verwendet werden kann. Einer der Hohlkörper (70A) ist zwischen dem starren Rahmen (80) und dem oberen Motorbefestigungsteil (82A) angeordnet, der andere Hohlkörper (70A) zwischen -5-

AT 396 813 B dem Rahmen (80) und dem unteren Motorbefestigungsteil (82B). Durch einen Gewindebolzen (84), welcher durch die erweiterten Axialbohrungen (72A) der Hohlkörper (70A) gesteckt ist und die Hohlkörper (70A) in ihrer axialen Flucht hält, und eine Mutter sind die Hohlkörper (70A) mit dem Rahmen (80) und den Motorbefestigungsteilen (82A) und (82B) verbunden.

Der starre Rahmen (80) enthält eine Öffnung (81) und die Motorbefestigungsteile (82A) und (82B) enthalten Öffnungen (83) zum Durchstecken des Gewindebolzens (84). Wie aus Fig. 7 ersichtlich, sind die Öffnungen (81) und (73) so bemessen, daß die Hälse (74A) und (76A) der beiden Hohlkörper (70A) eng toleriert eingepaßt werden können. Die eingepaßten Hälse (74A) und (76A) halten die Körper (70A) relativ zum Rahmen (80) und den Motorbefestigungsteilen (82A) bzw. (82B) in der richtigen axialen Lage. Die Länge der Hälse (74A) und (76A) richtet sich nach der Tiefe der Öffnungen (81) und (83), in die die Hälse hineinragen.

Die Anordnung aus Gewindebolzen (84) und Mutter (wie in Fig. 7 dargestellt) überträgt auf und ab gerichtete Schwingungskräfte auf die Hohlkörper (70A). Wenn durch die Bewegung des Motors und seiner Befestigungsteile (82A) und (82B) eine aufwärts gerichtete Kraft auf die Anordnung aus Gewindebolzen ($4) und Mutter wirkt, wird - wie in Fig. 7 gezeigt - das Motorbefestigungsteil (82B) nach oben gedrückt, wobei es den unteren Hohlkörper (70A) gegen den steifen Rahmen (80) drückt und dadurch die vom Motor ausgehende Schwingung dämpft. Entsprechend drückt eine auf den Bolzen (84) und das Motorlagerteil (82A) wirkende, nach unten gerichtete Schwingungskraft den oberen Hohlkörper (70A) gegen den starren Rahmen (80) und nimmt die Schwingungsenergie aus der Motorbewegung auf. Wegen der Anordnung der Hälse (74A) und (76A) in den Öffnungen (81) und (83) können die Hohlkörper (70 A) außerdem auf Querkräfte und Torsionsbelastungen reagieren und sie absorbieren, die durch andere als senkrechte Bewegungen zwischen den Motorbefestigungsteilen (82A) und (82B) und dem starren Rahmen (80) entstehen. Die Hohlkörper (70A) dämpfen damit die sich aus der Bewegung der Motorbaugruppe ergebende Schwingungsenergie durch die Reaktion auf Kraftkomponenten sowohl in waagrechter wie in senkrechter Richtung. Die Schwingungsdämpfeigenschaften der Baugruppe werden dadurch wesentlich verbessert.

Figur 8 zeigt eine Anwendung der erfindungsgemäß herstellten Hohlkörper, die sich deren Symmetrie zunutze macht

Gemäß Fig. 8 wird ein Hohlkörper (90), der ein durchgehendes, erweitertes zentrales Loch (92) besitzt mit Hals- bzw. Nabenteilen (94) bzw. (96) versehen. Der Hohlkörper (90) ähnelt dem in Fig. 6 gezeigten Hohlkörper (70A) und kann mitsamt seinen Nabenteilen auf dieselbe Weise hergestellt werden, wie jener mitsamt seinen Häsen (74A) bzw. (76A). Die Nabenteile (94) bzw. (96) erleichtern die Einführung einer Achse (98) in den zentralen Durchgang (92) des Hohlkörpers (90). Wie in Fig. 8 gezeigt ist auf der Achse (98) ein Flansch (99) vorgesehen, der an dem einen Nabenteil (94) anliegt und das Rad (90) an einer seitlichen Verschiebung nach links hindert Wie weiter aus Fig. 8 hervorgeht, ist der rechte Teil der Achse (98) drehbar mit einer in einem Rahmen (100) angeordneten Öffnung gelagert Der Rahmen (100) kann mit einem Fahrzeug oder einem anderen fahrbaren Gerät wie einem Elektrokarren o. ä. verbunden werden, auf dem die Räder verwendet werden. Eine Sicherungsscheibe (102) fixiert die Achse (98) im Rahmen (100) und sichert sie und das Rad (90) gegen eine seitliche Verschiebung relativ zum Rahmen (100). Durch die Symmetrie der erfindungsgemäß hergestellten Hohlkörper entsteht ein leichtgewichtiges und leichtgängiges Rad (90).

Die Fig. 9 bis 11 zeigen den Einsatz erfindungsgemäßer Hohlkörper mit nicht zylindrischer Gestalt und zwar wird aus dem Copolyester-Polymer-Elastomerwerkstoff durch spanabhebende Bearbeitung oder durch ein Umformverfahren ein ovaler oder ellipsoidischer Hohlkörper (110) mit einem ovalen, mittig angeordneten Loch (112) gebildet. Die Gestalt des Loches (112) entspricht derjenigen des Hohlkörpers (110) und es verläuft koaxial in diesem, um sicherzustellen, daß der entstehende - zusammengedrückte Hohlkörper (110A) (Fig. 10) um seine senkrechte Achse symmetrisch ist. In der in den Fig. 9 und 10 gezeigten Ausführungsform erstreckt sich das Loch (112) durch den ganzen Hohlkörper (110) hindurch.

Figur 10 zeigt die Gestalt des Hohlkörpers (110A), nachdem er erfindungsgemäß mit einer Druckkraft beaufschlagt wurde, durch die seine axiale Höhe um mindestens 30 % seiner ursprünglichen Höhe verringert wurde. Der gestauchte Hohlkörper (110A) besitzt ein erweitertes Loch (112A) und die für die Erfindung charakteristischen verbesserten Federeigenschaften. Figur 10 zeigt die Symmetrie des Körpers (110A) und des durchgehenden Loches (112A) bezüglich der Hauptachse des ovalen Körpers. Eine entsprechende Symmetrie des Hohlkörpers (110A) und seines Loches (112A) besteht auch bezüglich der Nebenachse des Körpers.

Der ovale Hohlkörper (110A) kann als Druckfeder in Anwendungen verwendet werden, in denen das Vorhandensein einer Hauptachse und einer Nebenachse von Vorteil sein kann, beispielsweise in einer rechteckigen Federbaugruppe. Fachleute werden natürlich ohne weiteres erkennen, daß die Form oder Gestaltung der Hohlkörper und ihres Loches abgewandelt werden kann, um sie dem beabsichtigten Verwendungszwecke anzupassen.

In Figur 11 wird eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen ovalen Hohlkörpers (HOB) gezeigt, welcher sich von dem in Fig. 10 dargestellten darin unterscheidet, daß sich das Loch (112B) nur teilweise durch den Körper erstreckt, wodurch an einem Ende des Körpers eine massive Stirnwand (113) gebildet wird. Diese Stirnwand (113) ist bei manchen Anwendungen zweckmäßig, beispielsweise wenn der Hohlkörper (110B) als Puffer zur Energieabsorption verwendet wird. In einem solchen Fall kann der Hohlkörper (110B) mittels eines an der Stirnwand (113) befestigten Verbindungsteils (z. B. eines Bolzens) in -6-

AT396813B der gewünschten Stellung auf einem Fahrzeug, an einer Leitschiene oder einem anderen Gegenstand befestigt werden.

Figur 12 zeigt Kennlinien eines Puffers (30) mit der in Fig. 4 dargestellten Gestalt unter dynamischen und statischen Versuchsbedingungen, wobei der Puffer (30) mit einer Druckfederbaugruppe (50) versehen ist, die aus kreisrunden Gummifederelementen mit einem zentralen Loch bestehL Das in Fig. 12 dargestellte Diagramm zeigt den Hub der Federbaugruppe (50) in Millimetern, wenn der Pufferkopf (62) mit einer in kN angegebenen Kraft beaufschlagt wird, um den Stapel der Gummifedern zusammenzudrücken. Die durchgezogen gezeichnete Kennlinie (S) in Fig. 12 stellt die Kraft-Hub-Kennlinie des Puffers bei einer Beaufschlagung mit einer "statischen" Kraft dar, welche so gewählt wurde, daß der Puffer mit einer Geschwindigkeit von 25 mm pro Minute bis zum Anschlag zusammengedrückt wurde. Die anfängliche Vorspannkraft betrug 1 kN und die Endkraft 630 kN. Die Fläche unterhalb der statischen Kraft-Hub-Kennlinie (S) in Hg. 12 stellt die gesamte von der Federbaugruppe (50) nach einem Federweg von etwa 105 mm gespeicherte Energie (W$) dar. Bei einem typischen statischen Versuch betrug diese Energie We - 9 kJ für die Gummidruckfedem.

Die Kraft-Hub-Kennlinie (D) in Fig. 12 stellt die durch die Beaufschlagung desselben Puffers gemäß Fig. 4 mit einer dynamischen Last erzeugte Kraft-Hub-Kennlinie dar. Die dynamische Last wurde durch den Aufschlag eines 12.247 kg (27.000 englische Pfund) schweren Fallhammers auf den Kopf (62) aufgebracht Auch hier stellt die Fläche unterhalb der Kennlinie (D) in der Fig. 12 graphisch die gesamte Energie (We) dar, die von der Federbaugruppe bei einem Federhub von etwa 105 mm gespeichert wird. In einem typischen dynamischen Versuch mit dieser mit Gummifedern versehenen Art Puffer betrug die gespeicherte Energie (We) 18 kJ. Die Endkraft lag bei 1325 kN.

Zum Vergleich ist in Fig. 13 das Ergebnis der dynamischen und statischen Versuche mit einem der Fig. 4 entsprechenden Puffer (30) dargestellt, wobei jedoch die Hohlkörper (54) nicht aus Gummi bestanden, sondern erfindungsgemäß aus einem Copolyester-Polymer-Elastomerwerkstoff hergestellt waren. Die mit einem durchgezogenen Strich gezeichnete Kennlinie (S) in Fig. 13 stellt die Kraft-Hub-Kennlinie dar, die man bei Belastung des Puffers (30) mit einer statischen Prüfkraft erhält, wobei die Belastung mittels einer Spindel erfolgte, welche den Puffer mit einer Geschwindigkeit von 25 mm pro Minute zusammendrückte. Wie in Fig. 13 dargestellt, war für die größtmögliche Verkürzung des Puffers (30) um einen Hub von etwa 105 mm eine Beaufschlagung mit 1050 kN erforderlich. Die Häche unterhalb der Kennlinie (S), die die durch die Verkürzung um 105 mm gespeicherte Federenergie (We) darstellt, betrug typisch 32 kJ. Die gestrichelt gekennzeichnete Kennlinie (D) in Fig. 13 ist die Kraft-Hub-Kennlinie für die Polymerfederbaugruppe (50) in dem Puffer (30) unter dynamischen Versuchsbedingungen. Die dynamische Kraft wurde wiederum durch den Aufschlag eines 12.247 kg (27.000 englische Pfund) schweren Fallhammers aufgebracht.

Die maximale dynamische Belastung der Polymerfederbaugruppe (50) bei der größtmöglichen Verkürzung des Puffers (30) um einen Hub von 105 mm betrug 1552 kN. Die Fläche unterhalb der Kennlinie (D), die die von der Federbaugruppe (50) gespeicherte Energie (Wg) darstellt, betrug bei einem typischen dynamischen Test etwa 50 kJ.

Bei einem Vergleich der Fig. 12 und 13 ist festzustellen, daß die Copolyester-Polymer-Fedem (54) bei ihrer Verwendung in einem gemäß Fig. 4 ausgeführten Puffer im Vergleich zu Gummidruckfedem verbesserte Federkennlinien und Fähigkeiten zur Energieaufnahme besitzen. Sowohl unter dynamischen wie unter statischen Versuchsbedingungen war die für das vollständige Zusammendrücken der Federbaugruppe erforderliche Kraft bei den Copolyester-Polymer-Fedem (54) erheblich größer. Außerdem lag auch der Wert der von den Federn gespeicherten Energie (We) bei den Copolyester-Polymer-Druckfedern (54) wesentlich höher. Bei den statischen Versuchen erhöhte sich die gespeicherte Energie fast um den Faktor Vier von 9 auf 32 kJ. Bei den dynamischen Tests stieg die gespeicherte Energie von 18 kJ bei Gummi auf 50 kJ bei den erfindungsgemäßen Federn.

Fig. 14 illustriert zusätzliche Merkmale und Kennzeichen der erfindungsgemäß hergestellten Elastomerhohlfedem. Figur 14 zeigt vier Kraft-Hub-Kurven für unterschiedliche gestaltete Federelemente. In allen vier Fällen ist man von einem zylindrischen Körper aus einem Copolyester-Polymer-Elastomer mit einem Außendurchmesser von 6,35 cm und einer axialen Anfangshöhe von 7,6 cm ausgegangen. Bei jedem Beispiel wurde der zylindrische Körper mit einer axialen Druckkraft beaufschlagt, die ihn um 70 % seiner anfänglichen Höhe verkürzte. Die Kraft wurde sodann weggenommen. Der Körper (Ρχ) war ein massiver elastomerer Zylinder. Nach Wegnahme der Druckkraft hatte der Körper (Ρχ) noch eine Höhe von 4,1 cm in unbelastetem Zustand. Der Körper (P2) erhielt eine Axialbohrung mit einem anfänglichen Innendurchmesser von etwa 19 mm. Die Höhe von (P2) in unbelastetem Zustand betrug nach der Beaufschlagung mit der Druckkraft, die ihn um 70 % stauchte, etwa 4,2 cm. Der Körper (P3) wurde mit einer Axialbohrung versehen, deren anfänglicher Innendurchmesser 2,54 cm betrug. Nach dem Stauchen von (P3) um 70 % ergab sich daraus eine Höhe von etwa 4,5 cm in unbelastetem Zustand. Im Körper (P4) war eine Axialbohrung mit einem anfänglichen Innendurchmesser von etwa 32 mm angeordnet. Nach dem Stauchen um 70 % ergab sich daraus eine Höhe von (P4) von etwa 5,54 cm in unbelastetem Zustand. -7-

Claims

AT396813B Die in Fig. 14 dargestellten Kraft-Hub-Kennlinien zeigen die Vielseitigkeit der erfindungsgemäß hergestellten Federn, deren Eigenschaften sich durch Vorsehen von unterschiedlich großen Löchern gezielt beeinflussen lassen. Diese Kraft-Hub-Kennlinien wurden erzeugt, indem man die Körper (Ρχ - P4) in ihrer endgültigen Form mit einer statischen Last beaufschlagte, die zu einer Stauchgeschwindigkeit von 25 mm pro Minute führte. Ein Vergleich zwischen den in Fig. 14 aufgezeichneten Kennlinien zeigt die Wirkung der erfindungsgemäßen Anordnung eines zentralen Lochs in dem Elastomerhohlkörper und den Einfluß der Abwandlung des Lochdurchmessers. Mit größer werdendem Loch nimmt auch die bei der Beaufschlagung mit einer gegebenen Kraft auftretende Stauchung erheblich zu anders gesagt, die für eine maximale Stauchung erforderliche Kraft nimmt spürbar ab. Dadurch erhalten die verschiedenen Körper (P2 P4) ganz unterschiedliche Federkonstanten. Auch die von den Federn bei maximaler Stauchung gespeicherte Energie (Wg) ändert sich mit der Größe der Löcher. Der Wert We für den massiven Körper (Ρχ) wurde zu etwa 153 kpm (13.300 inch. pound) bestimmt; für (P2) lag der Wert von We bei etwa 109 kpm (9.500 inch. pound), für (P3) bei 92 kpm (8.000 inch. pound) und für (P4) betrug er ungefähr 79 kpm (6.900 inch. pound). Im Rahmen dieser Erfindung kann also ein Körper aus thermoplastischem Elastomerwerkstoff zur Veränderung seiner Federeigenschaften ohne Schwierigkeit geändert werden, um so die jeweiligen Konstruktionsanforderungen für bestimmte Anwendungen zu erfüllen. Die Vielseitigkeit der Erfindung gibt dem Konstrukteur dadurch die Möglichkeit, eine Feder genau auf die Bedürfnisse eines Kunden zuzuschneiden und ihr innerhalb eines gegebenen Volumens eine bestimmte Federkonstante bzw. Energiespeicherkapazität zu verleihen. Die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung wurden lediglich als Beispiele aufgeführt. Abwandlungen sind dem Fachmann im Rahmen der Erfindung ohne weiteres möglich. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Herstellen eines für die Verwendung als Druckfeder, Stoß- und Schwingungsdämpfer, Puffer u. dgl. geeigneten Bauelementes, bestehend aus wenigstens einem Körper aus thermoplastischem elastomeren Material, wobei die axiale Länge des Körpers durch Stauchen mit Verkürzung um wenigstens 30 % der ursprünglichen freien Länge nach Aufhebung der Stauchkraft bleibend verringert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Körper mit einem sich wenigstens über einen wesentlichen Teil seiner axialen Länge erstreckenden Loch eingesetzt wird, wobei das Material und das Loch entlang der Längsachse gleichförmige Querschnitte aufweisen, und daß das Loch beim Stauchen aufgeweitet wird und aufgeweitet bleibt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Körper aus einem Copolyester-Polymer-Elastomermaterial eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Körper mit einem Sackloch eingesetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Körper mit einer Durchgangsbohrung eingesetzt wird.
5. Vorfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Körper mit einem mittig angeordneten Loch eingesetzt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Loch durch Ausbohren des Körpers hergestellt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Loch durch ein Umformverfahren hergestellt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper durch die Stauchkraft um 30 % bis 80 %, vorzugsweise um 50 %, seiner ursprünglichen axialen Länge verkürzt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an einen Körper zur Aufnahme von Quer- und/oder Torsionskräften an einem oder beiden Enden eine gleichachsig zum Loch angeordnete, im Verhältnis zum übrigen Körper verengte Halspartie ausgebildet wird. -8- AT396813B
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Körper eingesetzt wird, dessen Außenfläche gleichachsig zu dem Loch angeordnet ist und eine dem Loch ähnliche Umrißform hat
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der Außenfläche und des Loches des zu stauchenden Körpers zur Bildung eines Rades oder eines gestauchten toroidförmigen Hohlkörpers kreisförmig ausgebildet werden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer Druckfeder der Körper aus einem Polyester-Polymer-Elastomermaterial vor dem Stauchen einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung einer Druckfeder der elastomere Hohlkörper vor dem Stauchen zwischen zwei Druckplatten angeordnet wird, daß der Hohlkörper dann zwischen den beiden Druckplatten so stark gestaucht wird, daß der elastomere Werkstoff fließt, und daß der Hohlkörper unter dem Stauchdruck mechanisch mit den Druckplatten verbunden und gleichzeitig bleibend verkürzt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen einer aus mehreren gleichachsig übereinander angeordneten elastomeren Hohlkörpern bestehenden Druckfederbaugruppe ein abwechselnd aus noch nicht gestauchten Hohlkörpern und aus Druckplatten bestehender Stapel gebildet und dieser Stapel als Ganzes gestaucht wird und dadurch die Hohlkörper mit den ihnen benachbarten Druckplatten verbunden und gleichzeitig bleibend verkürzt werden. Hiezu 4 Blatt Zeichnung»! -9-