CH653421A5

CH653421A5 - Zylindrisches lager.

Info

Publication number: CH653421A5
Application number: CH7604/80A
Authority: CH
Inventors: Robert R Peterson; Daniel S Ventura
Original assignee: Wright Barry Corp
Priority date: 1979-10-11
Filing date: 1980-10-10
Publication date: 1985-12-31
Also published as: JPS5659019A; CA1138506A; IT8049261A0; FR2467323A1; GB2064064B; GB2064064A; IL60585A; US4286827A; NL8004191A; IL60585A0; IT1148266B; FR2467323B1; DE3038356A1; JPS6216334B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein zylindrisches Lager gemäss 50 dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist allgemein bekannt, dass das Vermögen eines Stückes elastischen Materials, zur Aufnahme von Druckbeanspruchungen um ein Vielfaches erhöht werden kann, wenn man das elastische Material in mehrere Schichten unterteilt, die im rech- 55 ten Winkel zur Druckbeanspruchung verlaufen, und wenn man diese Schichten durch Zwischenschichten aus einem steifen Material voneinander trennt. Gleichzeitig wurde jedoch gefunden, dass das Vermögen des elastischen Materials, sich parallel zu den Schichten zu dehnen, praktisch nicht beeinflusst wird. 60

Dieser Gedanke wurde bei Lagern der verschiedensten Typen angewandt; siehez. B. die US-Patente 4105 266,4040690, 3 807 896,3 792711,3 941433,3 679197,3 429 622,3 377110, 2995907, 3179400, 2900182 und 2752766.

Ein wichtiger Typ solcher Lager ist das zylindrische Lager. 65 Dieses Lager ist aus abwechselnd angeordneten Schichten aus einem elastischen Material und Schichten aus einem steifen Material konstruiert; die Schichten sind als Rotationskörper um worin K eine Konstante ist, die für die innerste Schicht bestimmt wird und für die Berechnung der Schermoduln der restlichen Schichten verwendet wird. Somit ist ersichtlich, dass bei einem zylindrischen Lager, bei dem alle elastischen Schichten aus dem gleichen Material gebildet sind (d.h. bei dem alle elastischen Schichten den gleichen Scherelastizitätsmodul haben), die durch periodisch auftretende Torsionsbeanspruchungen bewirkte Dehnung in der innersten elastischen Schicht am grössten ist, weil diese den kleinsten Abstand (R) von der Mittelachse und die kleinste Oberfläche (A) hat. Infolgedessen ist es typisch, dass die innerste elastische Schicht bei längerer Torsionsbeanspruchung zuerst versagt, wenn das Lager mit Schichtaufbau elastische Schichten mit gleicher Länge, gleicher Dicke und gleichem Elastizitätsmodul aufweist.

Eine der Lösungen dieses Problems des bevorzugten Ermüdungsbruches der innersten Schicht wurde in der US-PS Nr. 3 679197 vorgeschlagen. Um zu erreichen, dass die Dehnungen der inneren elastischen Schichten gleich den Dehnungen der äusseren elastischen Schichten sind oder ihnen nahekommen, wird nämlich in dieser US-PS vorgeschlagen, die in den einzelnen Schichten verwendeten elastomeren Materialien so abzuwandeln, dass die einzelnen Schichten verschiedene Scherelastizitätsmoduln haben, damit die Dehnungen der einzelnen elastischen Schichten bei einer gegebenen Torsionsbeanspruchung ausgeglichen werden können. In diesem Zusammenhang sei angenommen, dass für ein Lager mit Schichtaufbau und zylindrischem Querschnitt sowie der Länge L der Quotient aus der Dehnung einer Schicht i bei einer gegebenen Torsionsbeanspruchung und der Dehnung einer Schicht j bei der gleichen Torsionsbeanspru-chung gleich 1 wird, so dass die Dehnungen in den einzelnen Schichten einander gleich gemacht werden. Wenn man dies mit Hilfe der obigen Gleichung (1) ausdrückt, ergibt sich

Dehnung i Dehnung j

K/RiAiGi K/RjAjGj

= 1

(2)

3 653 421

Umständen nur einige der elastomeren Schichten in brauchbarer Weise funktionieren, wenn das Lager kalt ist, wodurch das richtige Funktionieren des ganzen Lagers verhindert wird und

(3) der Verschleiss des Lagers infolge der in den verschiedenen 5 elastischen Schichten erzeugten ungleichmässigen Dehnungen beschleunigt wird. Drittens führt die Herstellung der einzelnen elastischen Schichten aus jeweils einem einzigen elastomeren Material, das von demjenigen der anderen Schichten verschieden

(4) ist, dazu, dass man ein Lager erhält, bei dem die Dehnungen io innerhalb der einzelnen elastischen Schichten nur innerhalb eines engen Dehnungsbereiches ausgeglichen werden, da jedes der verschiedenen elastomeren Materialien innerhalb eines Dehnungsbereiches Änderungen des Scherelastizitätsmoduls zeigt, , . die von denjenigen der anderen Materialien verschieden sind. 15 Wenn jedoch die Dehnungen wesentlich verschieden sind, sind auch die Scherelastizitätsmoduln wesentlich verschieden, so dass die verschiedenen Schichten auch keine im wesentlichen gleiche Dehnungen erfahren. Wenn somit das Lager gemäss der obigen US-PS einem weiten Bereich von Torsionsbelastungen ausge-(6) 20 setzt wird, werden die Dehnungen in den einzelnen elastischen Schichten von den in anderen elastischen Schichten erzeugten Dehnungen verschieden sein, so dass der Ermüdungsbruch wie-Somit werden die Dehnungen von beliebigen Schichten i und j derum bevorzugt in bestimmten Schichten eintritt.

gleich gemacht, wenn der Scherelastizitätsmodul der einzelnen Was das zweite Hauptproblem angeht, das mit dem in der US-

Schichten umgekehrt proportional dem Quadrat des durch- 25 PS Nr. 3 679197 vorgeschlagenen Vorgehen verbunden ist, so schnittlichen Abstands der betreffenden Oberfläche (A) von der führt die Erhöhung der Dicke der einzelnen elastischen Schich-Mittelachse ist. In der US-PS Nr. 3 679197 wird auch festgestellt, ten mit zunehmendem Abstand von der Mittelachse dazu, dass dass es vorteilhaft ist, wenn die Dicke der elastischen Schichten die Schichtenfolge des Lagers eine geringere Anzahl Einzel-mit zunehmendem Abstand von der Mittelachse fortschreitend schichten aufweist, wenn der Gesamtdurchmesser des Lagers zunimmt. Dadurch soll nämlich innerhalb jeder einzelnen elasti- 30 konstant gehalten wird. Dies mag für bestimmte Zwecke von sehen Schicht mehr elastisches Material zur Verfügung stehen, Vorteil sein. Jedoch wird durch die Verringerung der Anzahl der was dazu beiträgt, durch Torsion bewirkte Dehnungen zu vertei- Einzelschichten in der Schichtenfolge des Lagers die senkrecht zu len und gleichzeitig die Druckbeanspruchungen innerhalb zuläs- den Schichten gerichtete Druckbeanspruchung, die von dem siger Grenzen zu halten. Es wird daraus der Schluss gezogen, Lager aufgenommen werden kann, verringert.

dass eine optimale Lagerkonstruktion erzielt werden kann, wenn 35 Hauptziel der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Lager man bei zunehmendem Abstand der einzelnen Schichten von der mit Schichtaufbau zur Verfügung zu stellen, bei dem die obigen Mittelachse sowohl die Dicke der betreffenden Schicht fort- Probleme, die bei den Lagern nach dem Stande der Technik schreitend erhöht als auch den Scherelastizitätsmodul derbetref- auftreten, im wesentlichen beseitigt werden.

fenden Schicht fortschreitend verringert. Eines der speziellen Ziele der vorliegenden Erfindung besteht

Das in der US-PS Nr. 3 679197 vorgeschlagene Vorgehen führt 40 darin, ein verbessertes zylindrisches Lager zur Verfügung zu aber zu zwei Hauptproblemen, von denen eines mit der Verände- stellen, das gleichzeitig verhältnismässig grosse radial gerichtete rung des Scherelastizitätsmoduls für die einzelnen elastischen Druckbeanspruchungen aufzunehmen vermag und axial gerich-Schichten zusammenhängt und das andere mit der Erhöhung der tete Schub- und Torsionsbeanspruchungen aufzunehmen ver-Dicke der einzelnen Schichten mit zunehmendem Abstand von mag, wodurch alle Schichten aus elastischem Material, die der Mittelachse zusammenhängt. Die Veränderung des Scherela- 45 zwischen benachbarten Schichten aus nicht dehnbarem Material stizitätsmoduls der einzelnen elastischen Schichten führt u. a. zu angeordnet sind, innerhalb eines weiten Bereiches verschiedener den folgenden Problemen: Erstens ist die vorgeschlagene Torsionsbeanspruchungen praktisch die gleiche Dehnung er

Methode zur Erzielung verschiedener Scherelastizitätsmoduln fahren.

der einzelnen elastischen Schichten teuer, weil alle Schichten aus Ein weiteres spezielles Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, verschiedenen elastomeren Materialien hergestellt werden müs- 50 ein Lager zur Verfügung zu stellen, bei dem mindestens ein Teil sen. Somit wäre es für ein Lager, das aus fünfzehn elastischen der elastischen Schichten aus mindestens zwei Teilschichten Schichten besteht, erforderlich, fünfzehn verschiedene elasto- besteht, wobei jede der Teilschichten innerhalb einer gegebenen mere Materialien zu verwenden. Obgleich die Herstellung dieser elastischen Schicht ein elastisches Material mit einem anderen verschiedenen elastomeren Materialien erfolgen kann, indem Scherelastizitätsmodul als die übrigen Teilschichten aufweist, man ein einziges elastomeres Ausgangsmaterial in fünfzehn 55 damit die in den einzelnen elastischen Schichten auftretenden verschiedene Anteile unterteilt und die einzelnen Anteile mit Dehnungen innerhalb eines weiten Bereiches verschiedener Torverschiedenen Mengen oder verschiedenen Typen von Additiven sionsbeanspruchungen praktisch gleich den Dehnungen in den modifiziert, bleibt die Tatsache bestehen, dass es teuer, zeitrau- anderen Schichten gemacht werden können.

bend und umständlich ist, verschiedene Materialien für die Ein letztes spezifisches Ziel der vorliegenden Erfindung ist es,

einzelnen Schichten zu verwenden. Zweitens ist die Verwendung 60 ein Lager des genannten Typs, das sich für den genannten Zweck einer verhältnismässig grossen Anzahl von elastomeren Materia- eignet, zur Verfügung zu stellen, bei dem die Anzahl der lien, wie in der erwähnten US-PS vorgeschlagen, auch von verschiedenen elastischen Materialien geringer sein kann als die

Nachteil, wenn die Lager bei einer verhältnismässig niedrigen Anzahl der elastischen Schichten, die in dem Lager mit Schicht-Temperatur, z.B. von ca. —40bisca. —20°C, verwendet werden aufbau enthalten sind.

sollen. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass elastomere 65 Zur Erreichung dieser Ziele wird erfindungsgemäss ein zylin-Materialien die Neigung haben, sich bei Herabsetzung der drisches Lager vorgeschlagen, das nach den Merkmalen des

Temperatur verschieden zu verhalten. Somit können in einem Patentanspruchs 1 aufgebaut ist. Ausführungsformen dieses Lager, das gemäss der US-PS Nr. 3 679197 hergestellt ist, unter Lagers sind durch die abhängigen Ansprüche definiert.

oder

Dehnung i Dehnung j oder

Gi Gj

RjAjGj RiAiGi

Rj(2jtRjL)Gj Ri(2itRiL)Gi

RfGj Ri2Gi

Rf Ri2

= 1

653 421

4

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes anhand der beiliegenden Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 veranschaulicht anhand einer Kurvenschar die Veränderung des Scherelastizitätsmoduls verschiedener elastomerer Materialien bei veränderlicher Dehnung, und 5

Fig. 2 ist ein Längsschnitt eines zylindrischen Lagerkörpers und zeigt dessen einzelne Komponenten vor dem Formpressen und bevor die elastischen Materialien mit den angrenzenden Materialien verbunden wurden.

In Fig. 1 ist veranschaulicht, wie der Scherelastizitätsmodul io verschiedener Elastomer-Mischungen in Abhängigkeit von der Dehnung des Elastomeren variiert. Man erhielt diese Kurven, indem man Proben jeder Mischung einer ausschliesslichen Scherbeanspruchung bei 24° C unterzog, so dass die Proben von jeder Druckbeanspruchung frei waren. Die verschiedenen Proben 15 wurden einem einzigen Kautschukgrundmaterial entnommen, wobei diesem Grundmaterial unterschiedliche Mengen von Kohlenstoff zugegeben wurden.

Wie ein Vergleich der Kurve A mit den Kurven G bzw. H ergibt, kann ein relativ weiches Material (mit relativ niedrigem 20 Modul) verschiedene Dehnungen aufnehmen, wobei sein Schermodul hierdurch weniger beeinflusst wird als derjenige eines relativ steifen Materials (mit relativ hohem Modul). Bei einer 50%igen Dehnung sind somit die Unterschiede zwischen dem Schermodul der Mischungen gemäss der Kurve A und den 25 Schermoduln der Mischungen gemäss den Kurven G bzw. H wesentlich geringer als bei einer 5%igen Dehnung. Mit anderen Worten lässt sich dies auch so ausdrücken, dass ein Elastomer mit einem relativ hohen Schermodul bei zunehmender Dehnung eine steigende Tendenz aufweist, sich wie ein Elastomer mit einem 30 relativ niedrigen Schermodul zu verhalten.

Die vorliegende Erfindung nutzt das in Fig. 1 dargestellte Werkstoffverhalten bei der Herstellung eines elastomeren Lagers, bei welchem mindestens einige der elastischen (Gesamt)-Schichten aus einer Kombination konzentrischer, unterschiedli- 35 eher Teilschichten bestehen, wobei jede Teilschicht innerhalb einer gegebenen elastischen Schicht ein elatisches Material mit einem anderen Scherelastizitätsmodul als die Materialien der übrigen Teilschichten aufweist. Wenn man auf diese Weise mehrere verschiedene Teilschichten unterschiedlicher Dicke in 40 konzentrischer Anordnung zu einer bestimmten Gesamtschicht kombiniert, so kann diese in einem grossen Dehnungsbereich einen relativ konstanten Schermodul besitzen. Durch zweckentsprechende Auswahl und Dimensionierung der Teilschichten innerhalb der verschiedenen Gesamtschichten kann man somit 43 ein Lager herstellen, in welchem jede Schicht unter unterschiedlichen Torsionsbelastungen eine praktisch gleiche Dehnung erfährt.

So wurde insbesondere festgestellt, dass man ein Lager herstellen kann, das pro Gesamtschicht lediglich zwei unterschiedliche 50 Teilschichten aufweist, wobei sich innerhalb der elastischen Schichten ein ausgezeichneter Dehnungsausgleich ergibt. In einem solchen Falle wird die eine Teilschicht aus einem elastischen Werkstoff hergestellt, dessen Schermodul innerhalb eines weiten Dehnungsbereiches nur relativ geringfügigen Änderun- 55 gen unterworfen ist, während die andere Teilschicht aus einem elastischen Material hergestellt wird, das in einem weiten Dehnungsbereich relativ starke Veränderungen des Schermoduls aufweist. Indem man nun die relative Dicke der einzelnen Teilschichten innerhalb jeder Gesamtschicht entsprechend 60 wählt, kann man ein Lager erhalten, in welchem lediglich zwei verschiedene elastische Materialien zur Verwendung kommen und bei dem trotzdem alle Schichten in einem weiten Bereich von Torsionsbeanspruchungen praktisch gleiche Dehnungen erfahren. 65

Fig. 2 veranschaulicht eine Ausführungsform eines zylindrischen, aus verschiedenen Schichten zusammengesetzten Lagers. Das Lager weist einen starren Innenring 2 und einen starren

Aussenring 4 auf, wobei die beiden Ringe 2 und 4 konzentrisch angeordnet sind und ihre Stirnflächen ausserdem in gleichen Ebenen liegen. Der Ring 2 besitzt eine Innenwand 6 und eine Aussenwand 8, während der Ring 4 eine Innenwand 10 und eine Aussenwand 12 aufweist. Die Innenwand 10 des Ringes 4 liegt parallel und im Abstand zur Aussenwand 8 des Ringes 2.

Zwischen den Wänden 8 und 10 befindet sich eine Schichtenfolge 14. Die Schichtenfolge 14 besteht aus abwechselnd angeordneten elastischen Schichten 16 und nicht dehnbaren Schichten 18. Jede Schicht 16 besteht aus einem elastomeren Material und umfasst zwei elastische Teilschichten 20 und 22. Die Teilschicht 20 besteht aus einem ersten elastomeren Material mit einem relativ hohen Elastizitätsmodul, während die Teilschicht 22 aus einem zweiten elastomeren Material mit einem relativ niedrigen Elastizitätsmodul besteht. Die Teilschichten 20 und 22 sind vorzugsweise aus einem natürlichen oder synthetischen Kautschuk hergestellt, obwohl sie auch aus anderen elastomeren Kunststoffen hergestellt werden können. Die nicht dehnbaren Schichten 18 können aus Stahl oder einem anderen, nicht dehnbaren Metall (z. B. Aluminium oder Titan) oder sogar aus Flächengebilden aus Glasfasern, verstärktem Kunststoff usw. hergestellt sein.

Das in Fig. 2 dargestellte Lager wird hergestellt, indem man zunächst die erste bzw. innerste elastische Teilschicht 20A gegen die Aussenwand 8 des Innenringes 2 legt. Anschliessend wird die elastische Teilschicht 22A auf die Teilschicht 20A aufgebracht. Dann wird die nicht dehnbare Schicht 18A auf die Teilschicht 20A aufgelegt. Die elastische Teilschicht 20B wird nun auf die nicht dehnbare Schicht 18A aufgebracht, und an die Teilschicht 20B schliesst sich dann die elastische Teilschicht 22B an. Anschliessend wird die nicht dehnbare Schicht 18B über die elastische Teilschicht 22B gelegt. Dieses Verfahren wird bis zum Erreichen der Teilschicht 22D fortgesetzt, welche somit zwischen der elastischen Teilschicht 20D und der starren Innenwand 10 des Aussenringes 4 zu liegen kommt.

Nach dem Zusammenstellen dieser Schichten bzw. Teilschichten werden die übereinander liegenden Teile unter Anwendung von Wärme und Druck in einer Form gepresst, so dass sich die verschiedenen elastischen Teilschichten 20 und 22 nicht nur untereinander verbinden, sondern auch mit angrenzenden nichtdehnbaren Schichten 18 bzw. der Aussenwand 8 oder der Innenwand 10. Auf diese Weise werden jeweils zwei elastische Teilschichten 20 und 22 so miteinander verbunden, dass mehrere einzelne elastische Schichten 16 gebildet werden, welche eine einheitliche Struktur aufweisen und deren Scherelastizitätsmodul von den Scherelastizitätsmoduln der zugehörigen Teilschichten 20 und 22 abweicht, jedoch mit denselben in einer gewissen Beziehung steht. Indem man so die Zusammensetzung der Teilschichten 20 und 22 und deren relative Dicke innerhalb jeder beliebigen elastischen Schicht 16 selektiv steuert, kann der Scherelastizitätsmodul der betreffenden Schicht 16 selektiv beeinflusst werden. Formt man die Schichten 16 aus verschiedenen Mischungen von Teilschichten 20 und 22, so lässt sich für jede beliebige Schicht 16 der gewünschte Scherelastizitätsmodul erzielen. Ausserdem ist folgendes zu beachten: Wenn eine Teilschicht aus einem Material gebildet wird, das die Eigenschaften gemäss Kurve A der Fig. 1 aufweist, während eine andere Teilschicht aus einem Material gemäss den Kurven G oder H geformt wird, so erhält man eine Folge von Schichten, welche über einen breiten Dehnungsbereich ein praktisch konstantes Spannungs-Dehnungs-Verhalten aufweisen.

Wie sich ferner aus Fig. 2 ergibt, variiert die relative Dicke der elastischen Teilschichten 20 und 22 in Abhängigkeit von dem Abstand dieser Teilschichten von der Mittelachse des Lagers. Im allgemeinen haben die elastischen Teilschichten 20 (die einen relativ höheren Elastizitätsmodul aufweisen) eine Dicke, die mit zunehmendem Abstand von der Mittelachse abnimmt, so dass die Teilschicht 20A dicker ist als die Teilschicht 20B usw.

Gleichzeitig haben die elastischen Teilschichten 22 (die einen relativ niedrigeren Elastizitätsmodul aufweisen) eine Dicke, die mit zunehmendem Abstand von der Mittelachse zunimmt, so dass die Teilschicht 22A dünner ist als die Teilschicht 22B usw. Die dickste Teilschicht 20 ist somit diejenige Teilschicht 20, welche die Aussenwand 8 des Innenringes 2 berührt, das heisst die Teilschicht 20A; die dickste Teilschicht 22 ist diejenige Teilschicht 22, die die Innenwand 10 des Aussenringes 4 berührt, das heisst die Teilschicht 22D. Die dünnste Teilschicht 20 grenzt an die dickste Teilschicht 22 an, und die dünnste Teilschicht 22 liegt neben der dicksten Teilschicht 20. Dies rührt daher, dass die Schichten 16, die der Mittelachse am nächsten sind, einen Scherelastizitätsmodul haben müssen, der näher am Scherelastizitätsmodul der entsprechenden Teilschicht 20 (d. h. einer Teilschicht höheren Elastizitätsmoduls) liegt, während die Schichten 16, die von der Mittelachse am weitesten entfernt sind, einen Scherelastizitätsmodul haben müssen, der näher am Scherelastizitätsmodul der entsprechenden Teilschicht 22 (d. h. einer Teilschicht niedrigen Elastizitätsmoduls) liegt, wenn die Forderung erfüllt sein soll, dass alle verschiedenen Schichten 16 praktisch die gleiche Dehnung erfahren sollen. Die genaue Dicke der Teilschichten 20 und 22 innerhalb jeder Schicht 16 wird mittels eines Computers durch Analyse einer endlichen Anzahl von Elementen berechnet, und zwar unter Berücksichtigung der Scherelastizitätsmoduln der Teilschichten 20 und 22, der Dicke der nicht dehnbaren Schichten 18 und der für das Lager zu erwartenden Belastungen, so dass sich in dem veranschlagten Belastungsbereich eine praktisch gleiche Dehnung für die verschiedenen Schichten 16 ergibt.

Es ist zu beachten, dass beim Formpressen des Lagers zusätzliches elastomeres Material in die Form eingefüllt werden kann, um einen ausreichenden Formpressdruck zu erzeugen, die gegebenenfalls zwischen den verschiedenen Abschnitten elastischen Materials bestehenden Hohlräume auszufüllen und die elastomeren Schichten in voller Grösse auszubilden. Dieses zusätzliche Material hat vorzugsweise den gleichen Scherelastizitätsmodul wie die Teilschichten 22, obwohl auch ein Elastomer von höherem oder niedrigerem Modul verwendet werden kann. Das zusätzliche elastomere Material wird in jedem Fall höchstens ca. 15 % des Volumens der einzelnen elastomeren Schichten des Lagers ausmachen.

Die beschriebene Herstellungsmethode erweist sich insbesondere dann als zweckmässig, wenn das Ausgangsmaterial für die Teilschichten 20 und 22 aus Elastomeren besteht, welche unter der Einwirkung von Wärme und Druck geschmolzen und verformt werden können. Wenn diese Materialien einen Kautschuk enthalten, so schliesst die gegenseitige Verbindung der Materialien auch die Vulkanisation ein. Weitere Aspekte dieses Verfahrens zum Zusammenstellen und gegenseitigen Verbinden der elastischen Teilschichten 20 und 22, der nicht dehnbaren Schichten 18 und des Innenrings 2 sowie des Aussenringes 4 sind dem Fachmann bekannt und werden nicht beschrieben, da sie im vorliegenden Zusammenhang ohne Belang sind.

Beispiel

Erfindungsgemäss wird ein zylindrisches Lager mit vier elastomeren Schichten konstruiert, wie es in Fig. 2 dargestellt ist und bei dem die elastomeren Schichten 16 bzw. die Schichten 18 Dicken von 2,03 mm bzw. 0,76 mm haben, wobei die Teilschichten, aus denen die einzelnen Schichten 16 zusammengesetzt sind, die folgenden Breiten in mm haben:

Teilschicht Dicke

20A 1,83

22A 0,20

20B 0,91

22B 1,12

653 421

Teilschicht

Dicke

20C

0,405

22C

1,625

20D

0,10

22D

1,93

In diesem Lager könnten die Teilschichten 20 einen Scherelastizitätsmodul von ca. 169 N/cm2 haben, während die Teilschichten 22 einen Scherelastizitätsmodul von ca. 49 N/cm2 haben könnten. Die Innenwand 10 des Aussenringes 4 könnte einen Durchmesser von 46,2 mm haben, während die Aussenwand 12 einen Durchmesser von 50,8 mm haben könnte. Die Aussenwand 8 des Innenringes 2 könnte einen Durchmesser von 25,4 mm haben.

Ein gemäss dem vorstehenden Beispiel konstruiertes Lager hat eine Gesamt-Axialdrucksteifigkeit von 3,08 N/cm2, eine Gesamt-Torsionssteifigkeit von 1,67 Nm pro Grad und ein praktisch ausgeglichenes Spannungs-Dehnungs-Verhalten der elastischen Schichten innerhalb eines weiten Bereiches von Torsionsbeanspruchungen, z. B. ± 1,0° bis ± 10,0°, wodurch ein im wesentlichen gleichmässiger Verschleiss der elastischen Schichten unter den verschiedensten periodisch auftretenden Torsionsbeanspruchungen gewährleistet ist. Im Gegensatz dazu würde ein Lager von gleicher Grösse, bei dem die einzelnen elastischen Schichten jeweils aus verschiedenem elastomerem Material hergestellt wären, nur für einen engen Bereich von periodisch auftretenden Torsionsbeanspruchungen ein ausgeglichenes Spannungs-Dehnungs-Verhalten zeigen.

Offensichtlich ist die in Fig. 2 dargestellte Konstruktion nicht die einzige mögliche Ausführungsform der Erfindung. So ist es denkbar, dass die Schicht 16, die der Aussenwand 8 am nächsten ist, gar keine Teilschicht 22 haben könnte (d.h. die innerste Schicht 16 könnte nur aus der «Teilschicht» 20 bestehen). Entsprechend könnte die äussere Schicht 16, die die Innenwand 10 berührt, vollständig aus einer «Teilschicht» 22 bestehen. Es ist auch denkbar, dass drei oder mehr voneinander verschiedene Teilschichten verwendet werden, um eine oder mehrere der elastischen Schichten 16 zu bilden. Es ist ferner vorgesehen, dass ein Lager in der Schichtenfolge 14 mehr oder weniger Einzelschichten haben könnte als in Fig. 2 dargestellt. Ferner wird ein Lager in Betracht gezogen, dessen Teile 2 und 4 nicht hohlzylindrisch ausgebildet sind,sondern bei demz. B. dasTeil2ein massiver Zylinder ist und das Teil 4 ein Block mit rechteckigem Querschnitt ist, der eine zentrale Bohrung aufweist, deren Radius grösser ist als der Aussendurchmesser des Teiles 2.

Es kann gleichfalls in Betracht gezogen werden, dass das Lager durch Spritzguss in an sich bekannter Weise hergestellt werden könnte. Ferner wird es in Betracht gezogen, dass die Dicken der Schichten 16, die in Fig. 2 für das ganze Lager ohne Rücksicht auf die Radiallage der betreffenden Schicht konstant sind (das heisst die Summe der Breiten der zusammengehörigen variablen Teilschichten 20 und variablen Teilschichten 22 ist ohne Rücksicht auf die Radiallage der betreffenden elastischen Schicht 16 immer gleich), variiert werden können, so dass die Dicke der Schichten 16 nicht im ganzen Lager gleich ist.

Es ist für den Fachmann leicht ersichtlich, dass einer der Vorteile der Anwendung der vorliegenden Erfindung anstelle des Standes der Technik darin besteht, dass ein Lager hergestellt werden kann, bei dem die elastischen Schichten innerhalb eines weiten Bereiches von Torsionsbeanspruchungen (statt innerhalb eines verhältnismässig engen Bereiches von Torsionsbeanspru-chungen) ein im wesentlichen ausgeglichenes Spannungs-Deh-nungs-Verhalten zeigen. Dies führt zu einem praktisch gleich-massigen Verschleiss der elastischen Schichten, wodurch die Lebensdauer des Lagers verlängert wird.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

653 421 6

Ein anderer Vorteil besteht darin, dass dieses ausgeglichene verschiedenen elastomeren Materialien zur Herstellung der ela-

Spannungs-Dehnungs-Verhalten innerhalb weiter Bereiche von stischen Schichten erzielt werden kann. Dies ergibt geringere

Torsionsbeanspruchungen unter Verwendung von lediglich zwei Unkosten und eine erhöhte Produktivität.

M

2 Blatt Zeichnungen

Claims

653 421

PATENTANSPRÜCHE

1. Zylindrisches Lager, das ein starres Innenteil (2) und ein starres Aussenteil (4) aufweist, wobei das Innenteil und das Aussenteil durch eine Folge von unter sich verbundenen koaxialen Schichten (14) aus abwechselnd elastischem Material und steifem Material miteinander vereinigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der elastischen Schichten (16) aus zwei oder mehr miteinander verbundenen Teilschichten (20, 22) gebildet sind, wobei jede dieser Teilschichten aus einem elastischen Material besteht, dessen Scherelastizitätsmodul von demjenigen der anderen Teilschicht verschieden ist, und ferner die Scherelastizitätsmoduln der Teilschichten so gewählt sind,

dass die unter Torsionsbeanspruchung auftretenden Dehnungen in allen elastischen Schichten praktisch gleich sind.
2. Lagernach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der elastischen Schichten (16) die gleiche Anzahl von Teilschichten (20, 22) aufweist.
3. Lager nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede der elastischen Schichten (16) aus den gleichen elastischen Materialien zusammengesetzt ist.
4. Lager nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Materialien bei jeder elastischen Schicht (16) in radialer Richtung in der gleichen Reihenfolge angeordnet sind.
5. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der einzelnen Teilschichten (20,22) innerhalb einer elastischen Schicht (16) verschieden sind.
6. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn- 30 zeichnet, dass der Scherelastizitätsmodul der einzelnen elastischen Schichten (16) mit zunehmendem Abstand von der Mittelachse abnimmt.
7. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der elastischen Schichten (16) aus zwei koaxialen, miteinander 35 verbundenen Teilschichten (20,22) gebildet ist, wobei eine der miteinander verbundenen Teilschichten aus einem ersten elastischen Material mit einem verhältnismässig hohen Scherelastizitätsmodul besteht und die andere der miteinander verbundenen

Teilschichten aus einem zweiten elastischen Material mit einem 40 verhältnismässig niedrigen Scherelastizitätsmodul besteht.
8. Lager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der einzelnen Teilschichten aus dem ersten elastischen Material mit zunehmendem Abstand von der Mittelachse abnimmt und dass die Dicke der einzelnen Teilschichten aus dem 45 zweiten elastischen Material mit zunehmendem Abstand von der Mittelachse zunimmt.

15

20

25

eine gemeinsame Mittelachse angeordnet, wobei aufeinanderfolgende Schichten mit zunehmendem Abstand von der Achse angeordnet sind. Derartige Lager haben sich als ziemlich gut geeignet erwiesen, wenn sie Druckbeanspruchungen aufnehmen sollen, die im rechten Winkel zur Achse gerichtet sind, und gleichzeitig gewisse Schub- und Torsionsbeanspruchungen aufnehmen sollen, die axial oder ungefähr axial gerichtet sind.

Die Erfahrung hat gezeigt, dass die längere Verwendung derartiger zylindrischer Lager, bei denen die einzelnen elastischen Schichten gleiche Länge, gleiche Dicke und gleichen Elastizitätsmodul haben, zur Aufnahme periodisch auftretender Torsionsbeanspruchungen im allgemeinen zum Ermüdungsbruch in der innersten elastischen Schicht führt, ehe Ermüdungsbruch in den anderen elastischen Schichten eintritt. Dieses bevorzugte Eintreten des Ermüdungsbruchs in der innersten Schicht wird dadurch verursacht, dass in der innersten Schicht während der Torsionsbeanspruchung grössere Dehnungen auftreten. Infolgedessen ist es für derartige zylindrische Lager typisch, dass ihre Lebensdauer von den beim Gebrauch in der innersten elastischen Schicht auftretenden Dehnungen abhängt.

Dies wird leichter verständlich, wenn man berücksichtigt,

dass, wie aus dem Stande der Technik (siehe US-PS Nr. 3 679197) bekannt, die Dehnung einer beliebigen elastischen Schicht in einem Lager bei Anwendung zur Aufnahme einer gegebenen Torsionsbeanspruchung dem Produkt aus der effektiven Oberfläche (A) der Schicht, die die senkrechtzu dieser Oberfläche gerichtete Druckbeanspruchung aufnimmt, dem durchschnittlichen Abstand (R) von der gemeinsamen Mittelachse zu dieser Oberfläche und dem Scherelastizitätsmodul (G) des elastischen Materials umgekehrt proportional ist. Speziell gilt:

K = RAG

(1)