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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 und Anspruch 17 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen
nehmen die darauf jeweils rückbezogenen
Ansprüche
Bezug.
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Zur Lösung der Aufgabe ist ein Entkopplungselement
vorgesehen, das herstellungsbedingt zwei in einer gedachten Ebene
mit Abstand nebeneinander liegend angeordnete ringförmige Federkörper umfasst,
wobei einander zugewandte Umfangsbereiche der Federkörper mittels
eines den Abstand überbrückenden,
ebenen Verbindungsstegs aus gummielastischem Werkstoff verbunden
sind, wobei die Federkörper
während
der bestimmungsgemäßen Verwendung
des Entkopplungselements unter Zwischenfügung eines zu entkoppelnden
ersten Maschinenelements koaxial zueinander angeordnet sind und
wobei der Verbindungssteg elastisch vorgespannt und im Wesentlichen
C-förmig
ausgebildet ist. 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 C-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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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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Die Federkörper und/oder der Verbindungssteg
bestehen bevorzugt jeweils aus einem elastomere Werkstoff. Besonders
einfach und kostengünstig
ist die Herstellung des Entkopplungselements dann, wenn die Federkörper und
der Verbindungssteg 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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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 aus einem Federstahl.
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Die Stützkörper können 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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Für
den Fall, dass die Stützkörper nicht
nur einstückig
ineinander übergehend
sondern auch materialeinheitlich ausgebildet sind, 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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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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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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Außerdem betrifft die Erfindung
eine Anordnung eines Entkopplungselements, wie zuvor beschrieben,
zur gegenseitigen schwingungsentkoppelten Abstützung von zwei miteinander
verschraubten Maschinenelementen, wobei das erste Maschinenelement
eine Ausnehmung zur Durchführung
einer Schraube aufweist, wobei die Ausnehmung im Wesentlichen koaxial
zwischen den im Wesentlichen koaxial zueinander angeordneten Federkörpern angeordnet
ist und wobei die Federkörper
auf ihren einander abgewandten Stirnseiten einerseits am Kopf der
Schraube und andererseits an der Oberfläche des zweiten Maschinenelements
abgestützt
sind. Durch die einstückige
Ausgestaltung des Entkopplungselements, umfassend die beiden Federkörper und
den Verbindungssteg, ist die Handhabung des Entkopplungselements
wesentlich vereinfacht. Die erfindungsgemäße Anordnung ist deshalb besonders vorteilhaft,
weil mit einem einstückig
ausgebildeten Entkopplungselement Schwingungen der beiden Maschinenelemente
relativ zueinander in mehrere Richtungen entkoppelt werden können.
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Die Federkörper umschließen den
Schaft der Schraube zumindest teilweise mit radialem Abstand. 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 7 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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Generell besteht die Möglichkeit,
dass das erste Maschinenelement eine Ausnehmung aufweist, die sich
bis zum Rand des ersten Maschinenelements erstreckt, d.h. nach außen offen
ist. Das erste Maschinenelement kann dann zwischen die beiden Federelemente
montiert werden, obwohl die vormontierbare Einheit, bestehend aus
Schraube, Federkörper
und Verbindungssteg bereits mit dem zweiten Maschinenelement vormontiert
ist. Sobald sich das erste Maschinenelement in seiner Position befindet, wird
die Schraube mit dem erforderlichen Anzugsdrehmoment befestigt,
und die beiden Maschinenelemente sind zueinander positioniert.
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Es besteht jedoch auch die Möglichkeit,
die vormontierbare Einheit, bestehend aus den beiden Federkörpern, dem
Verbindungssteg und der Schraube nach der Lagerung und vor der Montage zumindest
teilweise zu demontieren, in dem die Schraube zunächst entfernt
wird. Nachdem das erste Maschinenelement zwischen den beiden Federkörpern angeordnet
ist, wird die Schraube durch den oberen Federkörper, die Ausnehmung im ersten
Maschinenelement und den zweiten Federkörper geschoben und mit dem
zweiten Maschinenelement verschraubt. Die Ausnehmung im ersten Maschinenelement
kann dann beispielsweise durch eine Bohrung gebildet sein.
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Um Anschlaggeräusche während der bestimmungsgemäßen Verwendung
zu verhindern und unerwünscht
hohe Materialbeanspruchung des ersten und zweiten Federkörpers, kann
es vorgesehen sein, dass radial zwischen dem Schaft und der Begrenzung
der Ausnehmung zumindest ein Anschlagpuffer zur Begrenzung radialer
Auslenkbewegungen des ersten Maschinenelements relativ zur Schraube angeordnet
ist. Der Anschlagpuffer kann mit einem der Federkörper einstückig ineinander übergehend und
materialeinheitlich verbunden sein.
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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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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Entkopplungselements
wird nachfolgend anhand der 1 bis 3 näher erläutert. Diese zeigen jeweils
in schematischer Darstellung:
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1:
Ein 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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Ausführung der
Erfindung
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In 1 ist
ein Ausführungsbeispiel
des Entkopplungselements im herstellungsbedingten Zustand gezeigt.
Die beiden Federkörper 3, 4 sind kreisringförmig ausgebildet
und in der gedachten Ebene 1 mit Abstand nebeneinander
liegend angeordnet. Die einander zugewandten Umfangsbereiche 5, 6 der Federkörper 3, 4 sind
durch den herstellungsbedingt ebenen Verbindungssteg 7 miteinander
verbunden. Der Verbindungssteg 7 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 EPDM.
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Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel
sind die beiden Federkörper 3, 4 übereinstimmend
ausgebildet, so dass es später
während
der bestimmungsgemäßen Verwendung
keine Rolle spielt, welcher der beiden Federkörper 3, 4 oben
und welcher der beiden Federkörper 4, 3 unten
zwischen einem ersten 8 und einem zweiten Maschinenelement 16 angeordnet
ist.
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In 2 ist
die Draufsicht auf das Entkopplungselement aus 1 gezeigt.
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In 3 ist
das Entkopplungselement ist während
seiner bestimmungsgemäßen Verwendung gezeigt.
Das zu entkoppelnde erste Maschinenelement 8 ist beispielsweise
durch ein Befestigungsblech eines Steuergeräts gebildet. Das zweite Maschinenelement 16 wird
beispielsweise durch den Motorblock einer Verbrennungskraftmaschine
gebildet. Die beiden Federkörper 3, 4 sind
koaxial zueinander angeordnet und der Verbindungssteg 7 ist elastisch
vorgespannt und im Wesentlichen C-förmig ausgebildet.
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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 11, 12 angeordnet,
wobei die beiden Stützkörper 11, 12 an
den voneinander abgewandten Stirnseiten 19, 20 der
beiden Federkörper 3, 4 angeordnet
sind.
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In den hier gezeigten Ausführungsbeispielen ist
das Verhältnis
aus dem Durchmesser 9 und der Höhe 10 der Federkörper 3, 4 jeweils
etwa 1.
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Sowohl die beiden Federkörper 3, 4 als
auch die Ausnehmung 17 des ersten Maschinenelements 8 ist
von der Schraube 18 durchdrungen. Die Schraube 18 bildet
das Befestigungselement zwischen dem ersten Maschinenelement 8 und
dem zweiten Maschinenelement 16, wobei diese beiden Maschinenelemente 8, 16 durch
das Entkopplungselement schwingungsentkoppelt miteinander verbunden
sind.
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Die Federkörper 3, 4 sind
auf ihren einander angewandten Stirnseiten 19, 20 einerseits
am Kopf 21 der Schraube 18 und andererseits an
der Oberfläche 22 des
zweiten Maschinenelements 16 abgestützt.
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Zur guten Schwingungsentkopplung
radial zur Schraube 18 eingeleiteter Schwingungen, umschließen die
Federkörper 3, 4 den
Schaft 23 der Schraube 18 mit radialem Abstand 24, 25.
Zur Begrenzung derartiger Schwingungen und um zu vermeiden, dass
die Begrenzung 27 der Ausnehmung 17 am Schaft 23 der
Schraube 18 anschlägt,
sind die in diesem Ausführungsbeispiel
ringförmigen
Anschlagpuffer 28, 29 vorgesehen, die einstückig ineinander übergehend
und materialeinheitlich mit dem jeweiligen Federkörper 3, 4 ausgebildet
sind.
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Die Schraube 18 ist unlösbar mit
dem Bund 30 versehen.