DE112010000445B4 - Buchsenanordnung - Google Patents

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Abstract

Befestigungselementanordnung (30), aufweisend:eine Buchse (34), welche einen Flansch (44, 46) aufweist, welcher zu einem Werkstück (56) hin gedrängt wird; undeine Isolierfeder (36), angeordnet zwischen dem Flansch (44, 46) und dem Werkstück (56), wobei die Isolierfeder (36) einen Metallkern (50) aufweist,dadurch gekennzeichnet,dass der Metallkern (50) integral mit einer Gummibeschichtung (52) ausgebildet ist,dass die Isolierfeder (36) als eine Wellfeder geformt ist, unddass die Buchse (34) eine zentrale Säule aufweist, welche integral mit dem Flansch (44, 46) verbunden ist, wobei die zentrale Säule einen offenen Durchgang (48) begrenzt.

Description

  • Gebiet der Ausführungsformen der Erfindung
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen im Allgmeinen eine Befestigungselementanordnung, und insbesondere eine Befestigungselementanordnung wie im Oberbegriff von Anspruch 1 definiert.
  • Eine Befestigungselementanordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus der DE 602 02 181 T2 bekannt. Sie zeigt eine Haltevorrichtung einer Antriebswelle mit einer Buchse, welche einen Flansch aufweist, und mit einem Gummilagerfutter, welches ebene Unterlegscheiben enthält, welche von diesem Gummilagerfutter umringt werden. Die US 3 416 783 A zeigt eine Gummi-Metall-Federvorrichtung, welche einen rohrförmigen Gummikörper aufweist, in welchen scheibenförmige Metallfedern eingearbeitet sind.
  • Hintergrund
  • Befestigungselementanordnungen werden dazu verwendet, verschiedene Komponenten in einer Vielzahl von Anwendungen miteinander zu verbinden. 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen Durchführungsdichtungsanordnung 10. Die Durchführungsdichtungsanordnung 10 weist einen Bolzen 12 auf, welcher in Metallbuchsen 14 angeordnet ist. Jede Metallbuchse 14 weist einen im Allgemeinen ebenen Flansch 16 auf, welcher integral mit einer hohlen Säule 18 verbunden ist, welche im Allgemeinen senkrecht ist zum Flansch 16. Die Säulen 18 sind in einem Kanal oder einer Öffnung 20 angeordnet, welche durch eine Werkstückkomponente 22 hindurch gebildet ist, welche durch die Durchführungsdichtungsanordnung 10 an einer anderen Komponente befestigt und von ihr isoliert werden soll.
  • Wie in 1 dargestellt sind separate und unterschiedliche Gummikrägen 24 zwischen den Flanschen 16 und der Werkstückkomponente 22 angeordnet. Wenn der Bolzen 12 in eine festgezogene Position angezogen wird, komprimieren die ebenen Flansche 16 die separaten und unterschiedlichen Gummikrägen 24. Wenn der Gummi in den Krägen 24 durch die Standardbelastung erhärtet, ist der Betrag an Belastung den die Durchführungsdichtungsanordnung 10 bereitstellt, direkt beeinflusst. Außerdem können die Gummikrägen 24 degenerieren und im Laufe der Zeit schwächer werden. Wenn sich die Krägen 24 dauerhaft erhärten, ist der effektive Betrag der durch die Durchführungsdichtungsanordnung 10 bereitgestellten Kompression verringert. Folglich liefert die Durchführungsdichtungsanordnung 10 weniger Belastung der Komponente 22 im Laufe der Zeit.
  • Zusammenfassung der Ausführungsformen der Erfindung
  • Gewisse Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liefern eine Befestigungselementanordnung, welche eine Buchse aufweist, welche einen Flansch hat, welcher zu einem Werkstück hin gedrängt wird, und eine Isolierfeder, angeordnet zwischen dem Flansch und dem Werkstück, wobei die Isolierfeder einen Metallkern aufweist. Der Metallkern ist integral mit einer Gummibeschichtung ausgebildet ist.
  • Die Isolierfeder ist als eine Wellfeder geformt. Die Buchse weist eine zentrale Säule auf, welche integral mit dem Flansch verbunden ist wobei die zentrale Säule einen offenen Durchgang begrenzt.
  • Die Gummibeschichtung kann mit dem Metallkern verbunden sein. Ferner kann die Gummibeschichtung den Metallkern vollständig umschließen.
  • Die Anordnung kann ferner ein Befestigungselement aufweisen, welches innerhalb des offenen Durchgangs angeordnet ist. Das Befestigungselement kann ein Bolzen sein, welcher einen integral mit einem Gewindeschaft verbundenen Kopf aufweist.
  • Die Anordnung kann auch eine zweite Isolierfeder aufweisen. Die Buchse kann einen zweiten Flansch aufweisen. Die zweite Isolierfeder kann am zweiten Flansch angeordnet sein. Bei gewissen Ausführungsformen kontaktiert (kontaktieren) nur die Isolierfeder(n) das Werkstück.
  • Das Werkstück kann unter Druck zwischen der ersten und zweiten Isolierfeder sandwichartig eingesetzt sein.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine vordere Querschnittsansicht einer herkömmlichen Durchführungsdichtungsanordnung.
    • 2 zeigt eine vordere Querschnittsansicht einer Befestigungselementanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 3 zeigt eine vordere Querschnittsansicht einer Befestigungselementanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 4 zeigt eine Draufsicht einer Isolierfeder gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 5 zeigt eine Vorderansicht einer Isolierfeder gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 6 zeigt eine vordere Querschnittsansicht einer Befestigungselementanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 7 zeigt eine vordere Querschnittsansicht einer Befestigungselementanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 8 zeigt eine Mobilitätskurve mit Bezug auf die Frequenzantwort für eine Befestigungselementanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Bevor die Ausführungsformen der Erfindung im Detail erläutert werden, sollte es klar sein, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Konstruktionsdetails und die Anordnung der Komponenten, welche in der folgenden Beschreibung dargelegt sind oder in den Zeichnungen gezeigt sind, beschränkt ist. Die Erfindung ist zu anderen Ausführungsformen in der Lage und dazu, auf verschiedene Arten ausgeübt oder ausgeführt zu werden. Es sollte auch klar sein, das die hier verwendete Ausdrucksweise und Terminologie zum Zweck der Beschreibung sind und nicht als beschränkend betrachtet werden sollen. Die Verwendung von „enthaltend“ und „aufweisend“ und Variationen davon sollen die nach aufgeführten Gegenstände und Äquivalente davon sowie zusätzliche Gegenstände und Äquivalente davon umfassen.
  • Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung
  • 2 zeigt eine vordere Querschnittsansicht einer Befestigungselementanordnung 30 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Anordnung 30 weist einen Bolzen 32, eine Buchse 34 und eine Isolierfeder 36 auf. Der Bolzen 32 weist einen Kopf 38 auf, welcher integral mit einem Gewindeschaft 40 verbunden ist.
  • Die Buchse 34 weist eine zentrale Säule 42 auf, welche integral mit einem oberen Flansch 44 und einem unteren Flansch 46 verbunden ist. Die zentrale Säule 42 weist einen zentralen offenen Durchgang 48 auf, in welchem der Schaft 40 des Bolzens 32 verläuft. Die Flansche 44 und 46 sind im allgemeinen eben und zur Säule 42 senkrecht. Die Buchse 34 ist ausgelegt, ein Werkstück zwischen den Flanschen 44 und 46 zusammenpressend zu isolieren.
  • Die Isolierfeder 36 ist unterhalb des oberen Flansches 44 angeordnet und ausgelegt, unter Druck zwischen dem oberen Flansch 44 und einer oberen Oberfläche eines Werkstücks (in 2 nicht dargestellt) sandwichartig aufgenommen zu werden. Die Isolierfeder 36 weist einen flexiblen Metallkern 50 auf, welcher mit einer Gummibeschichtung 52 verbunden ist. So kann der Metallkern 50 vollständig von der Gummibeschichtung 52 umschlossen sein.
  • 3 zeigt eine vordere Querschnittsansicht einer Befestigungselementanordnung 54 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Befestigungselementanordnung 54 ist ähnlich wie die in 2 dargestellte Anordnung 30, mit der Ausnahme, dass die Buchse 34 die Flansche 44 und 46' aufweist, welche beide so bemessen sind, dass sie Isolierfedern 36 aufnehmen. Wenn der Bolzen 32 angezogen wird, komprimieren die Flansche 44 und 46' die Isolierfedern 36, welche eine isolierende Kompressionskraft auf ein dazwischen angeordnetes Werkstück 56 ausüben.
  • Wie in 3 dargestellt, sind Lücken 57 zwischen der Säule 42 der Buchse 34 und dem Werkstück 56 gebildet. Das Werkstück 56 ist nur mit den Isolierfedern 36 in Kontakt. Wie unten erläutert wird, minimiert diese Konfiguration die Korrosion mit Bezug auf die Metallkomponenten.
  • 4 und 5 zeigen eine Drauf- bzw. Vorderansicht einer Isolierfeder 36. Mit Bezug auf die 4 und 5 weist die Isolierfeder 36 einen Hauptkörper 58 mit einem ringförmigen Kranz 59 auf. Der ringförmige Kranz 59 ist im allgemeinen ringfömig und begrenzt eine zentrale Öffnung 60. Der ringförmige Kranz 59 ist in seinem nicht komprimierten Zustand nicht eben. Wie dargestellt, ist der ringförmige Kranz wellig aufgrund des nachgiebigen Metallfederkerns 50 (z.B. in 2 und 3 dargestellt). Wie oben erwähnt, ist der Kern 50 mit der Gummibeschichtung 52 verbunden, welche den Kern 50 vollständig umgeben kann. Der Metallkern 50 kann eine von verschiedenen Arten von Metallfedern sein, wie z.B. eine Wellfeder, eine Belleville- bzw. Tellerfeder oder selbst eine gewellte Belleville-Feder.
  • Mit Bezug auf die 2 bis 5 kompensiert die Isolierfeder 36 Toleranzen, Belastungsbedingungen und liefert Geräusch-/Vibrations-/Härte (NVH)-Vorteile aufgrund der Gummibeschichtung 52 und des integralen Metallfederkerns 50. Um die Isolierfeder 36 zu bilden, kann ein Standardgummiformungsklebstoff vor dem Formungsprozess auf den Metallkern 50 aufgetragen werden. Der Metallkern 50 wird dann in eine Gummiform gelegt und der Gummi wird direkt auf das Metall und den Klebstoff aufgeformt, wodurch die Gummibeschichtung 52 gebildet wird. Dann wird die gesamte Isolierfeder 36 für eine vorbestimmte Zeitdauer und Temperatur in einem Ofen angeordnet, um den Klebstoff auszuhärten, um die Verbindung zwischen dem Metallkern 50 und der Gummibeschichtung 52 zu verstärken.
  • Die Befestigungselementanordnung 30 isoliert Komponenten, wie z.B. Werkstücke, während sie gleichzeitig die Haltbarkeitsprobleme eines reinen Gummiisolationssystems, wie z.B. in 1 dargestellt, minimiert. Die Isolierfeder 36 liefert ein System zum Dämpfen und Isolieren von Vibrationen durch die integral angeformte Gummibeschichtung 52. Im Allgemeinen liefert die Isolierfeder 36 die steife Federkonstante, welche benötigt wird, um die Systembewegung zu begrenzen (durch den Metallkern 50), mit den Isolationswirkungen von Gummi (durch die Gummibeschichtung 52). Beide dieser Vorteile sind in einem einzigen einheitlichen Teil, d.h. der Isolierfeder 36, realisiert.
  • 6 und 7 zeigen die vorderen Querschnittsansichten einer Befestigungselementanordnung 62 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Befestigungselementanordnung 62 ist ähnlich wie die in den 2 bis 5 beschriebene, mit der Ausnahme, dass die Buchse 64 einen oberen Flansch 66 aufweist, welcher unterhalb der Oberseite der Buchse 64 angeordnet ist. So liegt eine Isolierfeder 36 direkt an einer unteren Oberfläche eines Bolzenkragens 68 an, und eine andere Isolierfeder 36 ist über dem oberen Flansch 66 angeordnet. Die Anordnung der Flansche der Buchse 64 nimmt Werkstücke 70 variierender Größen auf. Zum Beispiel kann ein Werkstück 70 zwischen dem Bolzenkopf 38 und dem oberen Flansch 66 wie dargestellt angeordnet sein. Zusätzlich oder wahlweise kann ein separates und unterschiedliches Werkstück (nicht dargestellt) zwischen dem oberen Flansch 66 und einem unteren Flansch 72 angeordnet sein. Der Flansch 66 kann an unterschiedlichen Längen der Buchse 64 angeordnet sein, abhängig von der Größe und Gestalt eines zu isolierenden Werkstücks.
  • In 6 ist die Befestigungselementanordnung 62 in einem Ruhe- oder nicht komprimierten Zustand, während in 7 der Bolzen 32 in eine festgezogene Position angezogen ist. Wie der Unterschied zwischen den 6 und 7 zeigt, komprimieren sich die Metallkerne 50 der Isolierfedern 36 wenn der Bolzen 32 angezogen wird.
  • Die in den 2 bis 7 dargestellten und beschriebenen Befestigungselementanordnungen liefern ein System, bei welchem die Gummibeschichtung 52 der Isolierfeder 36 keiner Kompressionsbelastung unterworfen wird (wie die in 1 dargestellten Gummikrägen 24). Stattdessen wird die Gummibeschichtung 52 einer Scherbelastung unterworfen.
  • Es wurde festgestellt, dass Gummi eine erhöhte Langlebigkeit hat, wenn er durch Scherkräfte belastet wird im Gegensatz zu Kompression. Wenn Gummi dünn ist und seine Bewegung aufgrund einer Verbindungslinie beschränkt ist, kann der Gummi nicht frei fließen und komprimiert werden. Wenn Gummi z.B. sandwichartig zwischen zwei Platten angeordnet ist, und wenn der Gummi nicht mit einer von ihnen verbunden ist, dann kann der Gummi frei aus den Seiten herausfließen und dann komprimiert werden. Wenn jedoch der Gummi mit den Platten verbunden ist, kann der Gummi nicht frei zur Seite hin fließen. Da er eingegrenzt ist, kann er nicht komprimiert werden, daher ist die Belastung, die der Gummi erfährt, eine Scherrichtungsbelastung. Wenn der Gummi auf diese Weise belastet wird, wie bei den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wurde herausgefunden, dass der Gummi im Allgemeinen viel länger hält im Vergleich zu Gummi unter Kompression.
  • Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liefern Befestigungselementanordnungen, welche es ermöglichen, dass der Bolzen sich unabhängig von der Buchse bewegt, ohne sich zu entfernen. Wenn er als Teil einer Befestigungselementanordnung verwendet wird, wirken die Isolierfedern als ein Isolator, welcher die einzige Komponente der Befestigungselementanordnung sein kann, welche mit einem isolierten Werkstück in direkten Kontakt kommt. Folglich kann die Befestigungselementanordnung jedes metallische oder Kunststoffwerkstück isolieren, ohne Korrosion zu verursachen.
  • Jede mögliche galvanische Zelle wird aufgrund des Gummikontakts beseitigt. Eine galvanische Zelle tritt auf, wenn unterschiedliche Metalle einander kontaktieren. Ein Metall wirkt als eine Anode, was bedeutet, dass Elektronen von der Anode zur Kathode hin wandern, welche das andere Metall ist. Wenn Kohlenstoffstahl und rostfreier Stahl mit Feuchtigkeit in Kontakt sind, wirkt der Kohlenstoffstahl als Anode und korrodiert langsam. Die zwischen den Metalloberflächen der Buchsenflansche und/oder des Bolzens angeordnete Gummibeschichtung 52 bricht die galvanische Zelle auf und verhindert dadurch Korrosion.
  • 8 zeigt ein Schaubild 80 der Mobilität mit Bezug auf Frequenzverhalten für eine Befestigungselementanordnung (wie solche in den 2 bis 7 dargestellten und beschriebenen) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Linie 82 stellte das Frequenz- und Mobilitätsverhalten für eine Befestigungselementanordnung dar, welche eine Isolierfeder 36 verwendet. Die Linie 84 stellt das Frequenz- und Mobilitätsverhalten für eine herkömmliche Befestigungselementanordnung dar, wie die in 1 dargestellte. Das Schaubild 80 stellt einen Schlaghammertest dar, bei welchem das Frequenzverhalten integriert wird, um Mobilität zu erhalten. Wie dargestellt, liefern Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Durchschnitt eine Verbesserung von 8 dB gegenüber einer herkömmlichen Befestigungselementanordnung.
  • Daher liefern Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Befestigungselementanordnung, welche diese Nachteile einer herkömmlichen Durchführungsdichtungsanordnung, wie z.B. in 1 dargestellt und beschrieben, überwindet. Die einstückigen Isolierfedern 36, welche eine einheitliche Konstruktion aus Metall und Gummi haben, bieten verschiedene Nutzen und Vorteile wie oben beschrieben.
  • Es wurde herausgefunden, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine ausgezeichnete Dämpfung und Vibrationsisolierung bieten. Ferner schaffen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine langlebige robuste Gummiisolierung. Da die Gummibeschichtung 52 mit dem Metallkern 50 verbunden ist, wird die Gummibeschichtung 52 keiner Kompressionsbelastung unterworfen, sondern stattdessen einer Scherbelastung. Die Isolierfeder 36 ermöglicht so, dass die Befestigungselementanordnungen über ihre Lebensdauer eine dauerhafte Aushärtung nahe Null erfahren.
  • Während verschiedene räumliche und Richtungs-Begriffe, wie z.B. oben, unten, untere, mittlere, seitliche, horizontal, vertikal, vordere und ähnliches verwendet werden können, um Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu beschreiben, ist es klar, dass solche Begriffe nur benutzt werden mit Bezug auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausrichtungen. Die Ausrichtungen können umgekehrt, gedreht oder anderweitig geändert werden, so dass ein oberer Teil ein unterer Teil ist und umgekehrt, horizontal vertikal wird und ähnliches.
  • Variationen und Modifikationen des Vorstehenden liegen im Umfang der vorliegenden Erfindung. Es ist klar, dass die hier offenbarte und definierte Erfindung sich auf alle alternativen Kombinationen von zwei oder mehr der einzelnen Merkmale, welche im Text und/oder den Zeichnungen erwähnt oder daraus offensichtlich sind, erstreckt. Alle diese unterschiedlichen Kombinationen stellen verschiedene alternative Aspekte der vorliegenden Erfindung dar. Die hier beschriebenen Ausführungsformen erläutern die besten Arten, welche zur Ausführung der Erfindung bekannt sind und andere Fachleute in die Lage versetzen, die Erfindung anzuwenden. Die Ansprüche sollen so ausgelegt werden, dass sie alternative Ausführungsformen in dem durch den Stand der Technik erlaubten Ausmaß einschließen.
  • Verschiedene Merkmale der Erfindung sind in den folgenden Ansprüchen dargelegt.

Claims (8)

  1. Befestigungselementanordnung (30), aufweisend: eine Buchse (34), welche einen Flansch (44, 46) aufweist, welcher zu einem Werkstück (56) hin gedrängt wird; und eine Isolierfeder (36), angeordnet zwischen dem Flansch (44, 46) und dem Werkstück (56), wobei die Isolierfeder (36) einen Metallkern (50) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkern (50) integral mit einer Gummibeschichtung (52) ausgebildet ist, dass die Isolierfeder (36) als eine Wellfeder geformt ist, und dass die Buchse (34) eine zentrale Säule aufweist, welche integral mit dem Flansch (44, 46) verbunden ist, wobei die zentrale Säule einen offenen Durchgang (48) begrenzt.
  2. Befestigungselementanordnung nach Anspruch 1, wobei die Gummibeschichtung (52) mit dem Metallkern (50) verbunden ist.
  3. Befestigungselementanordnung nach Anspruch 1, wobei die Gummibeschichtung (52) den Metallkern (50) einschließt.
  4. Befestigungselementanordnung nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein Befestigungselement (32), welches in dem offenen Durchgang (48) angeordnet ist.
  5. Befestigungselementanordnung nach Anspruch 4, wobei das Befestigungselement (32) einen Bolzen aufweist, welcher einen Kopf (38) hat, welcher integral mit einem Gewindeschaft (40) verbunden ist.
  6. Befestigungselementanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend eine zweite Isolierfeder (36), wobei die Buchse (34) einen zweiten Flansch (44, 46) aufweist und wobei die zweite Isolierfeder (36) an dem zweiten Flansch (44, 46) angeordnet ist.
  7. Befestigungselementanordnung nach Anspruch 1 oder 6, wobei nur die Isolierfeder(n) (36) zum Kontakt mit dem Werkstück (56) ausgelegt ist/sind.
  8. Befestigungselementanordnung nach Anspruch 6, wobei das Werkstück (56) sandwichartig unter Druck zwischen der ersten und zweiten Isolierfeder (36) angeordnet ist.
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