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Die Erfindung betrifft ein Entkopplungselement
zur schwingungsentkoppelten Befestigung von zwei Maschinenelementen
aneinander.
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Stand der Technik
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Derartige Entkopplungselemente sind
allgemein bekannt.
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Die Schwingungsentkopplung erfolgt
dabei durch zumindest einen Federkörper, mittels dem die beiden
Maschinenelemente aneinander befestigt sind.
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Darstellung
der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Entkopplungselement der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln,
dass dieses eine effiziente Wirksamkeit aufweist, einfach und kostengünstig herstellbar
ist und dass die Gefahr von Montagefehlern auf ein Minimum reduziert
ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die darauf rückbezogenen
Ansprüche
Bezug.
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Zur Lösung der Aufgabe ist ein Entkopplungselement
zur schwingungsentkoppelten Abstützung
zweier Maschinenelemente vorgesehen, umfassend einen ersten und
einen zweiten ringförmigen Federkörper aus
gummielastischem Werkstoff, die einander, während der bestimmungsgemäßen Verwendung
des Entkopplungselements mit axialem Abstand benachbart zugeordnet
sind, wobei die Federkörper
durch ein Verbindungselement verbunden sind. Durch das Verbindungselement
sind die beiden Federkörper
miteinander verbunden, wobei die beiden Federkörper und das Verbindungselement
eine vormontierbare Einheit bilden. Durch diese Einheit ist die
Handhabung des Entkopplungselements wesentlich vereinfacht. Das
erfindungsgemäße Entkopplungselement
ist deshalb besonders vorteilhaft, weil dadurch Schwingungen der
beiden Maschinenelemente relativ zueinander in mehrere Richtungen
entkoppelt werden können.
Schwingungen der beiden Maschinenelemente relativ zueinander können sowohl
in Zug- als auch in Druckrichtung entkoppelt werden. Im Gegensatz
zu zwei separat erzeugt, ringförmigen
Federkörpern,
die nicht durch das Verbindungselement miteinander verbunden sind,
ist sowohl die Lagerung als auch die Montage des erfindungsgemäßen, einstückigen Entkopplungselements
wesentlich vereinfacht.
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Gemäß einer sehr vorteilhaften
Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass zumindest einer der Federkörper zumindest
einen Hinterschnitt aufweist und dass der durch den Hinterschnitt
gebildete Vorsprung mit einem Befestigungselement, das die beiden
Maschinenelemente mittels des Entkopplungselements schwingungsentkoppelt
verbindet, formschlüssig
in Eingriff bringbar ist. Das Befestigungselement ist dadurch ungebunden
und verliersicher an den Federkörpern
festgelegt. Hinsichtlich eines sortenreinen Recyclings ist eine
derartige Ausgestaltung von hervorzuhebendem Vorteil. Außerdem ist
eine solche Verbindung einfach und kostengünstig montierbar. Das Befestigungselement
kann beispielsweise durch eine Bundschraube gebildet sein. Bei einem
derartigen Befestigungselement ist von Vorteil, dass beispielsweise
die üblicherweise
verwendete Unterlegscheibe einstückiger
Bestandteil der Schraube ist. Die Handhabung während der Montage ist durch
den teilearmen Aufbau des Entkopplungselements besonders einfach.
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Der Vorsprung kann durch drei gleichmäßig in Umfangsrichtung
verteilte, in radialer Richtung federbare Rastnocken gebildet sein.
Eine davon abweichende Anzahl von Rastnocken, beispielsweise auch
ein Rastnocken, der sich in Umfangsrichtung erstreckt und in sich
geschlossen ausgebildet ist, kann zur Anwendung gelangen. Die Rastnocken
und der Bund einer beispielsweise zur Anwendung gelangenden Bundschraube
sind dann ineinander einschnappbar und anschließend verliersicher miteinander
verbunden.
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Die Federkörper, das Verbindungselement und
das Befestigungselement können
eine vormontierbare Einheit bilden. Das Befestigungselement ist von
den Federkörpern
umschlossen. Bereits im Anschluss an die Herstellung der vormontierbaren
Einheit sind die zuvor genannten Bestandteile des Entkopplungselements
unverlierbar miteinander verbunden. Sowohl die Lagerhaltung als
auch das Handling bei der Montage wird dadurch wesentlich vereinfacht.
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Die Federkörper bestehen bevorzugt aus
einem elastomerem Werkstoff. Für
die meisten Anwendungsfälle
hat sich dieser Werkstoff als vorteilhaft bewährt. Die Schwingungsentkopplung
gelingt dadurch besonders effizient.
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In den meisten Fällen hat es sich als vorteilhaft
bewährt,
wenn zur Entkopplung von Schwingungen Federkörper zur Anwendung gelangen,
die aus einem gummielastischen Werkstoff bestehen.
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Besonders einfach und kostengünstig ist
die Herstellung des Entkopplungselements dann, wenn die Federkörper und
das Verbindungselement einstückig
ineinander übergehend
und materialeinheitlich ausgebildet sind. Als Werkstoff kann beispielsweise EPDM
(Ethylen-Propylen-Dien-Copolymerisat) zur Anwendung gelangen. Bei
einer derartigen Ausgestaltung ist auch das Recycling im Anschluss
an die Verwendung besonders einfach. Das Entkopplungselement kann
dann sortenrein wiederverwertet werden.
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Nach einer ersten Ausgestaltung kann
das Verbindungselement durch einen koaxial zu den Federkörpern angeordneten
hohlförmigen
Zylinderabschnitt gebildet sein, der die einander zugewandten Stirnseiten
der Federkörper
verbindet. Durch das Verbindungselement sind die beiden Federkörper unverlierbar
aneinander festgelegt.
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Der Zylinderabschnitt kann einen,
bezogen auf die beiden Federkörper,
kleineren Außendurchmesser
aufweisen. Hierbei ist von Vorteil, dass das Entkopplungselement
durch eine derartige Ausgestaltung beispielsweise formschlüssig in
eine Ausnehmung des ersten Maschinenelements angeordnet werden kann.
Durch den vergleichsweise kleineren Durchmesser des Zylinderabschnitts
und die vergleichsweise größeren Durchmesser
der Federkörper
wird das Entkopplungselement durch eine Ausnehmung im ersten Maschinenelement
gezogen und zwar so lange, bis der Zylinderabschnitt mit vergleichsweise
kleinerem Durchmesser in die Ausnehmung des ersten Maschinenelements
einschnappt. Eine axiale Verschieblichkeit des Entkopplungselements
im Anschluß an
die Montage mit dem ersten Maschinenelement ist dadurch ausgeschlossen.
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Um die zuvor genannten guten Gebrauchseigenschaften
zu erzielen, ist von Vorteil, wenn der Zylinderabschnitt eine Höhe in axialer
Richtung aufweist, die im Wesentlichen der Dicke des ersten Maschinenelements
entspricht.
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Der Zylinderabschnitt wird außenumfangsseitig
von der die Ausnehmung umschließenden
Begrenzung des ersten Maschinenelements umschlossen.
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Der Zylinderabschnitt und die Federkörper sind
bevorzugt einstückig
ineinander übergehend und
materialeinheitlich ausgebildet. Auch hierdurch ist das Entkopplungselement
besonders einfach und kostengünstig
herstellbar, und durch die einstückige Ausgestaltung
des Entkopplungselements wird dessen Montage vereinfacht.
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Nach einer anderen Ausgestaltung
kann das Verbindungselement durch einen Verbindungssteg gebildet
sein, der in axialer Richtung U-förmig ausgebildet ist und die
Federkörper
jeweils außenumfangsseitig
miteinander verbindet. Das Entkopplungselement umfasst herstellungsbedingt
zwei in einer gedachten Ebene mit Abstand nebeneinander liegend angeordnet
ringförmige
Federkörper,
wobei einander zugewandte Umfangsbereiche der Federkörper mittels
eines den Abstand überbrückenden,
ebenen Verbindungsstegs aus gummielastischem Werkstoff verbunden
sind. Die Federkörper
sind während
der bestimmungsgemäßen Verwendung
des Entkopplungselements unter Zwischenfügung des zu entkoppelnden ersten
Maschinenelements koaxial zueinander angeordnet, wobei der Verbindungssteg
elastisch vorgespannt ist.
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Von hervorzuhebendem Vorteil ist,
dass das Entkopplungselement einstückig ausgebildet ist und trotzdem
Schwingungen der beiden Maschinenelemente relativ zueinander sowohl
in Zug- als auch in Druckrichtung entkoppelt. Im Gegensatz zu zwei
separat erzeugten, ringförmigen
Federkörpern,
die nicht durch den Verbindungssteg miteinander verbunden sind,
ist die Lagerung und Montage des erfindungsgemäßen, einstückigen Entkopplungselements
wesentlich vereinfacht.
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Der Verbindungssteg hält nicht
nur die beiden Federkörper
verliersicher miteinander verbunden. Außerdem weist der Verbindungssteg
ein Rückstellmoment
auf, wenn die beiden Federkörper
im Wesentlichen koaxial zueinander angeordnet sind; der Verbindungssteg
ist dann elastisch vorgespannt und im Wesentlichen U-förmig ausgebildet.
Durch das Rückstellmoment
des Verbindungsstegs ist dieser bestrebt, in seine herstellungsbedingt
ebene Form zurückzukehren.
Ist dies jedoch beispielsweise dadurch nicht möglich, dass durch die im Wesentlichen
koaxial zueinander angeordneten Federkörper bereits ein Befestigungselement,
beispielsweise eine Schraube, hindurch gesteckt ist, wird die Schraube, bezogen
auf die Federkörper,
in ihrer Position verliersicher gehalten. Die von den beiden Federkörpern umschlossene
Schraube wird durch das Rückstellmoment
des Verbindungsstegs und die daraus resultierende Bestrebung der
Federkörper,
ihre herstellungsbedingte Position einzunehmen, verliersicher geklemmt.
Die beiden Federkörper,
der Verbindungssteg und das Befestigungselement, hier als Beispiel eine
Schraube, bilden dadurch eine vormontierbare Einheit.
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Bevorzugt sind die Federkörper kreisringförmig ausgebildet.
Insbesondere im Hinblick auf die Befestigungselemente, die zumeist
durch Schrauben gebildet und daher rotationssymmetrisch sind, ist eine
solche Gestalt der Federkörper
vorteilhaft.
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Das Verhältnis aus Durchmesser und Höhe der Federkörper kann
jeweils im Wesentlichen 1 betragen. Durch ein solches Verhältnis ist
einerseits eine ausreichende Stabilität der Federkörper und
andererseits eine ausreichende Nachgiebigkeit in Richtung der eingeleiteten
Schwingungen gegeben. Für eine
Vielzahl von Anwendungsfällen
hat sich ein solches Verhältnis
als vorteilhaft bewährt.
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Die Federkörper können übereinstimmend ausgebildet
sein. Die Montage wird dadurch wesentlich vereinfacht und die Gefahr
von Montagefehlern ist auf ein Minimum reduziert. Für den Fall,
dass die Federkörper übereinstimmend
ausgebildet sind, ist es unerheblich, welcher Federkörper ober-
oder unterhalb des ersten abzustützenden
Maschinenelements angeordnet ist. Weiter vereinfacht wird die Montage
dann, wenn die Federkörper
symmetrisch zum abzustützenden
Maschinenelement ausgebildet sind und der Verbindungssteg jeweils
in der halben Höhe
der Federkörper
angeordnet ist. In einem solchen Fall spielt für die Gebrauchseigenschaften
des Entkopplungselements die Richtung der Wölbung des Verbindungsstegs
keine Rolle. Die Montage ist dadurch weiter vereinfacht.
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In zumindest einem der Federkörper, bevorzugt
in beiden Federkörpern,
kann jeweils ein an die Gestalt des jeweiligen Federkörpers angepasster ringförmiger Stützkörper angeordnet
sein. Der Stützkörper besteht
dabei aus einem zähharten
Werkstoff, beispielsweise aus einem Blech. Die Stützkörper sind
vorgesehen, um mechanische Überbeanspruchung
des gummielastischen Werkstoffs während der bestimmungsgemäßen Verwendung
zu vermeiden. Zusätzlich
oder alternativ kann im Verbindungssteg ein an die Gestalt des Verbindungsstegs
angepasster Stützkörper angeordnet
sein. Da das Rückstellmoment
des elastisch verformten Verbindungsstegs für die vorteilhafte Funktion
des Entkopplungselements von entscheidender Bedeutung ist, muss der
Stützkörper ebenfalls
aus einem elastisch nachgiebigen Werkstoff bestehen. Ein Stützkörper, zumindest
der des Verbindungsstegs, besteht bevorzugt aus einem Federstahl.
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Die Stützkörper können materialeinheitlich und
einstückig
ineinander übergehend
ausgebildet sein. Die Fertigung des Entkopplungselements wird dadurch
vereinfacht. Zur Herstellung wird lediglich der für Federkörper und
Verbindungssteg einstückig ausgebildete
Stützkörper in
die Werkzeugkavität
eingelegt und anschließend
mit gummielastischem Werkstoff umspritzt. Im Anschluss an die Verfestigung
des gummielastischen Werkstoffs kann das gesamte Entkopplungselement
aus dem Werkzeug entnommen werden.
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Ferner ist von Vorteil, dass der
Stützkörper, der
herstellungsbedingt eben ausgebildet ist, beispielsweise ausgestanzt
werden kann. Dies ist einfach und kostengünstig möglich.
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Zumindest der Stützkörper im Verbindungssteg besteht
bevorzugt aus einem Federstahl. Die Elastizität des elastomeren Werkstoffs,
aus dem der Verbindungssteg besteht, wird dadurch verbessert.
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Bevorzugt sind die Stützkörper vollständig von
gummielastischem Werkstoff umschlossen. Hierbei ist von Vorteil,
dass es eines separaten Korrosionsschutzes für die Stützkörper nicht bedarf. Außerdem werden
Anschlaggeräusche,
wie sie beispielsweise beim Anschlagen von Metall auf Metall entstehen,
vermieden.
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Bevorzugt weist die Schraube am Kopf
einen Bund auf; derartige Schrauben werden Bundschrauben genannt.
Die Abstützung
des oberen Federkörpers
auf seiner dem zweiten Maschinenelement axial abgewandten Seite
ist dadurch einfach möglich.
Separat herzustellender und zu montierender Beilegscheiben, die
das Widerlager für
den ersten Federkörper
bilden, bedarf es daher nicht.
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Die Federkörper können den Schaft der Schraube
zumindest teilweise mit radialem Abstand umschließen.
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Hierbei ist von Vorteil, dass auch
eine Schwingungsentkopplung quer zur Achse der Schraube erfolgt.
Nach Überwindung
des radialen Abstands, legen sich die Federkörper und der Schaft der Schraube
aneinander an und begrenzen dadurch Extremauslenkungen radial zur
Achse der Schraube.
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Die im Wesentlichen koaxial angeordneten und
durch den Verbindungssteg verbundenen Federkörper und die sich durch die
Federkörper
erstreckende Schraube bilden eine vormontierbare Einheit, in der
die Schraube durch das Rückstellmoment
des elastisch verformten Verbindungsstegs verliersicher gehalten
ist. Zumindest die Lagerhaltung der vormontierbaren Einheit ist
besonders einfach. Die Bestrebung der Federkörper und des Verbindungsstegs,
in ihre herstellungsbedingte Position zurück, bedingt ein Verkanten der
Schraube in den Federkörpern,
die sie durchdringt; dadurch ist die Schraube verliersicher gehalten.
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Im Hinblick auf gleichbleibend gute
Gebrauchseigenschaften während
einer langen Gebrauchsdauer ist von Vorteil, wenn der Verbindungssteg
ohne sprunghafte Querschnittsveränderung
seines Anbindungsbereichs an den Stützkörpern festgelegt ist. Kerbwirkungen
im Anbindungsbereich werden dadurch vermieden und daraus resultierend ebenfalls
die Rissbildung im Anbindungsbereich. Die Dauerhaltbarkeit wird
durch eine solche Ausgestaltung wesentlich erhöht.
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Die Federkörper sind während ihrer bestimmungsgemäßen Verwendung
in einer funktionstechnischen Parallelschaltung angeordnet.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Entkopplungselements
werden nachfolgend anhand der 1 bis 5 näher erläutert. Diese zeigen jeweils
in schematischer Darstellung:
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1:
Das erste Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Entkopplungselements,
geschnitten entlang der Linie A-A aus 2,
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2:
eine Draufsicht auf das Entkopplungselement aus 1 und
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3:
das Entkopplungselement aus den 1 und 2 während seiner bestimmungsgemäßen Verwendung,
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4:
das zweite Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Entkopplungselements
und
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5:
das Entkopplungselement aus 4 während seiner
bestimmungsgemäßen Verwendung.
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Ausführung der
Erfindung
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In 1 ist
das erste Ausführungsbeispiel des
Entkopplungselements im herstellungsbedingten Zustand gezeigt. Die
beiden Federkörper 3, 4 sind kreisringförmig ausgebildet
und in der gedachten Ebene 26 mit Abstand nebeneinander
liegend angeordnet. Die einander zugewandten Umfangsbereiche 27, 28,
der Federkörper 3, 4 sind
durch den herstellungsbedingt ebenen Verbindungssteg 16 miteinander
verbunden. Der Verbindungssteg 16 besteht aus einem gummielastischen
Werkstoff, ebenso wie die beiden Federkörper 3, 4.
Die Federkörper 3, 4 und der
Verbindungssteg 7 sind einstückig ineinander übergehend
und materialeinheitlich ausgebildet und bestehen aus dem elastomeren
Werkstoff, z.B. EPDM.
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Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel
weist der erste Federkörper 3 einen
Hinterschnitt 6 auf, wobei der durch den Hinterschnitt
gebildete Vorsprung 7 mit einem hier nicht dargestellten
Befestigungselement 8, das die beiden hier nicht dargestellten
Maschinenelemente 1, 2 mittels des Entkopplungselements
schwingungsentkoppelt verbindet, formschlüssig in Eingriff bringbar ist.
Der Vorsprung 7 erstreckt sich kreisringförmig radial
nach innen. Das in 3 dargestellte
Befestigungselement 8 ist in die Hinterschneidung 6 einschnappbar.
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In 2 ist
die Draufsicht auf das Entkopplungselement aus 1 gezeigt.
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In 3 ist
das Entkopplungselement während
seiner bestimmungsgemäßen Verwendung
gezeigt. Das zu entkoppelnde erste Maschinenelement 1 ist
beispielsweise durch ein Befestigungsblech eines Nebenaggregates
gebildet. Das zweite Maschinenelement 2 wird beispielsweise
durch den Motorblock einer Verbrennungskraftmaschine gebildet. Die beiden
Federkörper 3, 4 sind
koaxial zueinander angeordnet. Das Verbindungselement 5 ist
in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel
durch einen Verbindungssteg 16 gebildet, der in axialer
Richtung U-förmig
ausgebildet ist und die Federkörper 3, 4 jeweils außenumfangsseitig
miteinander verbindet.
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Innerhalb des Entkopplungselements
sind in beiden Federkörpern 3, 4 jeweils
ein an die Gestalt des jeweiligen Federkörpers 3, 4 angepasster
, ringförmiger
Stützkörper 19, 20 angeordnet,
wobei die beiden Stützkörper 19, 20 an
den voneinander abgewandten Stirnseiten 11, 12 der
beiden Federkörper 3, 4 angeordnet
sind.
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In den hier gezeigten Ausführungsbeispielen ist
das Verhältnis
aus dem Durchmesser 17 und der Höhe 18 der Federkörper 3, 4 jeweils
etwa 1.
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Sowohl die beiden Federkörper 3, 4 als
auch die Ausnehmung 29 des ersten Maschinenelements 1 ist
von dem Befestigungselement 8 in Form einer Schraube 22 durchdrungen.
Die Schraube 22 bildet das Befestigungselement 8 zwischen
dem ersten Maschinenelement 1 und dem zweiten Maschinenelement 2,
wobei diese beiden Maschinenelemente 1, 2 durch
das Entkopplungselement schwingungsentkoppelt miteinander verbunden
sind.
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Der erste Federkörper 3 ist im Bereich
seiner Stirnseite 11 formschlüssig mit dem Befestigungselement 8 verbunden.
Der zweite Federkörper 4 ist
mit seiner Stirnseite 12 an der Oberfläche 30 des zweiten Maschinenelements 2 abgestützt.
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Zur guten Schwingungsentkopplung
radial zur Schraube 22 eingeleiteter Schwingungen, umschließen die
Federkörper 3, 4 den
Schaft 23 der Schraube 22 mit radialem Abstand 24, 25.
Zur Begrenzung derartiger Schwingungen und um zu vermeiden, dass
die Begrenzung 31 der Ausnehmung 29 am Schaft 23 der
Schraube 22 anschlägt,
sind die in diesem Ausführungsbeispiel
ringförmigen
Anschlagpuffer 32, 33 vorgesehen, die einstückig ineinander übergehend
und materialeinheitlich mit dem jeweiligen Federkörper 3, 4 ausgebildet
sind.
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Die Schraube 22 ist in diesem
Ausführungsbeispiel
unlösbar
mit dem Bund 34 verbunden.
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In 4 ist
das zweite Ausführungsbeispiel des
Entkopplungselements gezeigt. Das Verbindungselement 5 ist
durch einen koaxial zu den Federkörpern 3, 4 angeordneten
hohlförmigen
Zylinderabschnitt 10 gebildet, der die einander zugewandten Stirnseiten 11, 12 der
Federkörper 3, 4 verbindet.
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Auch beim zweiten Ausführungsbeispiel weist
der erste Federkörper 3 einen
Hinterschnitt 6 auf, wobei der durch den Hinterschnitt 6 gebildete Vorsprung 7 mit
dem Befestigungselement 8 formschlüssig in Eingriff bringbar ist,
wie in 5 gezeigt.
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Der Zylinderabschnitt 10 hat
einen, bezogen auf die beiden Federkörper 3, 4 kleineren
Außendurchmesser 13 und
weist eine Höhe 14 in
axialer Richtung auf, die im Wesentlichen der Dicke 14 des ersten
Maschinenelements 1 entspricht, wie in 5 gezeigt.
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Der Zylinderabschnitt 10 und
die Federkörper 3, 4 sind
einstückig
ineinander übergehend
und materialeinheitlich ausgebildet.
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In 5 ist
das Entkopplungselement aus 4 während seiner
bestimmungsgemäßen Verwendung
gezeigt. Die beiden Maschinenelemente 1, 2 sind
durch das Entkopplungselement schwingungsentkoppelt miteinander
verbunden. Das Befestigungselement 8 kann, wie in 3 gezeigt, durch eine Schraube 22 mit
Bund 34 gebildet sein oder durch eine konventionelle Schraube 22, die
in eine Hülse 35 mit
Bund 34 eingesetzt ist. Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel
wird der Bund 34 der Hülse 35 formschlüssig im
ersten Federkörper 3 gehalten. In
beiden Ausführungsbeispielen
(3 und 5) besteht die vormontierbare Einheit 9 aus
den beiden Federkörpern 3, 4,
dem Verbindungselement 5 in Form des Verbindungsstegs 16 oder
des Zylinderabschnitts 10 und dem Befestigungselement 8.
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Die Gebrauchseigenschaften der beiden Ausführungsbeispiele
unterscheiden sich nicht wesentlich voneinander.