DE1196021B - Elastisches Lager - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

F06f

Deutsche Kl.: 47 a-17

1 196021
P 29823 XII/47 a
13. Juli 1962
I.Juli 1965

EJehordcneiqentum

Die Erfindung bezieht sich auf ein elastisches Lager. Elastische Lager haben die Aufgabe, die während des Betriebes im Lager auftretenden Stöße und Schwingungen aufzunehmen. Diese im Lager auftretenden Stoßbeanspruchungen erfolgen in der Hauptsache in der Belastungsrichtung; es können neben diesen Stößen in der Belastungsrichtung auch in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebsbedingungen Stöße quer zur Belastungsrichtung auftreten, die ebenfalls durch das elastische Lager aufgenommen werden müssen.

Es sind schon derartige elastische Lager bekannt mit einem Gehäuse, in das eine mit dem einen der beiden gegeneinander bewegten Teile fest verbundene Kolbenstange mit radialem Spiel eingreift, deren Kolben zwischen zwei gummielastischen Membranen liegt, die sich im. Gehäuse von oben nach unten abstützen. Derartige Lager, wie sie beispielsweise in der britischen Patentschrift 870 910 oder in der deutschen Patentschrift 609 437 beschrieben sind, sind nicht geeignet, die in dem Lager auftretenden Stöße aufzunehmen. Die Membranen liegen bei den bekannten Ausführungsformen fest auf dem Kolben auf und sind so steif ausgebildet, daß sie die in axialer Richtung und auch in Querrichtung auftretenden schwächeren Stoßbeanspruchungen nicht aufnehmen können. Diese bekannten Lager können daher nicht in vollem Umfange befriedigen.

Die Ausbildung nach der Erfindung vermeidet diesen, den bekannten elastischen Lagern anhaftenden Nachteil und erreicht dies erfindungsgemäß dadurch, daß die beiden Membranen unabhängig voneinander angeordnet sind, daß der Kolben lose auf der konvexen Oberfläche der unteren, als Tragmembran wirkenden Membran aufliegt, die lediglich die vertikalen, in der Belastungsrichtung liegenden Schwingungen aufnimmt, und daß die obere, als Gegenmembran ausgebildete Membran nur mit dem Gehäuse oder mit der Kolbenstange fest verbunden ist. derart, daß bei vertikalen Bewegungen ein Gleiten der Membran gegenüber der Kolbenstange bzw. dem Gehäuse stattfindet und die Gegenmembran nur radiale Schwingungen aufnimmt. Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Lagers haben die beiden Membranen dank ihrer unabhängigen Anordnung und Arbeitsweise getrennte Aufgaben hinsichtlich der Aufnahme der vertikalen und der radialen Schwingungen; die Tragmembran nimmt lediglich die vertikalen Schwingungen auf, während die Gegenmembran ausschließlich die radialen Schwingungen aufnimmt. Durch diese getrennte Anordnung und Arbeitsweise der beiden Membranen ist es möglich, diese so aus-Elastisches Lager

Anmelder:

Fa. P. C. C, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Seiler,

Dipl.-Ing. J. Pfenning

und Dipl.-Ing. H. Stehmann, Patentanwälte,

Berlin 19, Oldenburgallee 10

Als Erfinder benannt:

Andre Chartet, Meudon, Seine-et-Oise

(Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 17. Juli 1961 (868 106)

zugestalten, daß sie beide in gleicher Weise sowohl die geringeren Stöße und Schwingungen als auch die stärksten Stöße aufnehmen können. Die Tragmembran bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform kann sehr nachgiebig und geschmeidig ausgebildet sein, damit sie selbst sehr geringe senkrechte Schwingungen aufnehmen und andererseits starke vertikale Stöße abfedern kann auf Grund der Steifigkeit, die ihr am Ende ihrer Stauchung von dem unteren Boden des Hohlkörpers und der Unterfiäche des Kolbens erteilt wird. Die Kolbenunterfläche stützt sich lose auf der Tragmembran ab, die keinerlei radialer Beanspruchung unterliegt. Die Tragmembran unterliegt ausschließlich Konipressionsbeanspruchungen, bei denen die Schwingungen mit geringer Amplitude durch die Nachgiebigkeit der Tragmembran aufgefangen werden, während die starken, stoßartigen Schwingungen durch die Stauchung des Körpers der Tragmembran zwischen dem Gehäuseboden und der Unterseite des Kolbens aufgenommen werden. Die Gegenmembran tritt nur dann in Funktion, wenn auf den Kolben eine Zugkraft ausgeübt wird; sie unterliegt bei einer Schwingung in der Belastungsrichtung keinerlei Ausdehnungsarbe.it. Die Gegenmembran ist in dem Gehäuse derart angeordnet, daß sie entweder mit ihrem Umfang an den Gehäusewandungen gleitet und an der Kolbenstange festliegt oder indem sie an den Gehäusewandungen festliegt und an der Kolbenstange gleitet; die Gegenmembran kann auch so an-

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geordnet sein, daß sie sowohl an den Gehäusewandungen als auch an der Kolbenstange gleiten kann. Die Gegenmembran unterliegt daher keiner Zugbeanspruchung, sondern tritt nur bei einer Druckbeanspruchung in Funktion. Die in dem Lager auftretenden radialen Schwingungen werden ebenfalls getrennt von den beiden Membranen aufgenommen, und zwar nehmen radiale Druckbeanspruchungen die Tragmembran und radiale Zugbeanspruchungen die Gegenmembran auf, wobei die Membranen gleichzeitig eine Rückstellkraft auf den Kolben ausüben und diesen in die mittlere Lage zurückführen.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die auf der Tragmembran aufliegende Seite des Kolbens konkav gestaltet ist. Diese konkave Ausgestaltung der Unterseite des Kolbens dient dazu, bei Schwingungen größerer Stärke eine ausreichende Abstützfläche zwischen der Kolbenunterseite und der Membran und dem Gehäuseboden zu schaffen; außerdem dient die konkave Unterseite zur Zurückführung des Kolbens in die Mittellage bei in Druckrichtung auftretenden radialen Schwingungen.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Tragmembran als Glocke mit aufwärts gerichtetem Rand ausgebildet ist, die sich an einer ringförmigen, in der Innenwandung des Gehäuses angeordneten Schulter abstützt. Bei dieser Ausführungsform der Tragmembran wird bei jeder Druckbeanspruchung, die durch den Kolben auf die Oberfläche der Membran ausgeübt wird, die Membran flachgepreßt, was eine radiale Verschiebung ihrer auf dem Gehäuseboden aufliegenden Unterseite zur Folge hat. Die hierdurch entstehende Reibung zwischen dem Gehäuseboden und der Unterseite der Membran erhöht die Absorbierung stoßartiger Schwingungen. Hierbei hat die Luft, die sich zwischen der Unterseite der Membran und dem Gehäuseboden befindet, das Bestreben, unter der Druckwirkung des Kolbens zu entweichen, wodurch weiterhin die Absorptionswirkung der Tragmembran erhöht wird.

Für die Erfindung ist weiterhin von Bedeutung, daß die Gegenmembran aus einer dicken Scheibe besteht. Hierbei ist von Bedeutung, daß die Scheibe in der Nähe ihres Umfanges mit einer ringförmigen Ausnehmung versehen ist. Die auf diese Weise ausgestaltete Gegenmembran ist insofern vorteilhaft, als durch die erfindungsgemäß angeordnete ringförmige Ausdehnung die Elastizität der Membran bei geringen radialen Schwingungen erhöht wird und daß trotzdem der Membran eine große Dicke und damit eine große Widerstandsfähigkeit gegenüber stärkeren Beanspruchungen verliehen wird, gleichgültig, ob diese stärkeren Beanspruchungen in axialer oder in radialer Richtung erfolgen.

Die Zeichnung zeigt beispielsweise Ausführungsformen des erfindungsgemäßen elastischen Lagers. An Stelle der in den Ausführungsbeispielen aufgezeigten senkrechten Richtung der Beanspruchung kann das erfindungsgemäße Lager selbstverständlich auch Anwendung finden bei solchen Lagern, bei denen die Beanspruchungsrichtung eine andere ist.

F i g. 1 zeigt einen Axialschnitt einer Ausführungsform der Erfindung, wobei angenommen ist, daß das Lager nicht belastet ist,

Fig. 2 zeigt einen Axialschnitt der gleichen Ausführungsform der Erfindung, wobei angenommen ist, daß das Lager nach dem Boden hin zusammengedrückt worden ist,

Fig. 3 ist eine Gesamtskizze, die eine Schnittansicht einer besonderen Ausführungsform der Trag- und der Gegenmembran zeigt.

Das Diagramm F i g. 4 zeigt die Federkennung des erfindungsgemäßen Lagers unter der Wirkung einer axialen Verschiebung des Kolbens nach auf- oder abwärts,

F i g. 5 stellt eine Schnittansicht von einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dar, wobei

ίο angenommen ist, daß das Lager unbelastet sei;

Fig. 6 ist eine Gesamtskizze von dem gleichen Lager, wobei angenommen ist, daß es nach dem Boden hin zusammengedrückt worden ist, und wobei die Lage und die Form der Membran gezeigt ist, die diese hierbei annehmen.

Das Diagramm Fig. 7 zeigt die radiale Federkennung des erfindungsgemäßen Lagers.

Bei dem in F i g. 1 im Schnitt dargestellten Lager ist davon ausgegangen, daß es zwischen den beiden gegeneinander bewegten Teilen 1 und 2 angeordnet ist, wobei seine Aufgabe die ist, die Übertragung der Stöße und Schwingungen des einen Teiles auf das andere sowohl axial wie radial zu vermindern. Er weist ein Gehäuse 3 auf, das auf der Seite des Teiles 1 durch einen unteren Boden 4 begrenzt ist, wobei das Gehäuse an dem Teil 1 durch Schrauben, wie sie mit 5 bezeichnet sind, befestigt ist. Das Gehäuse 3 des elastischen Lagers ist andererseits an seinem oberen Teil durch einen Deckel 6 geschlos-

3" sen, der in der Mitte ein Loch 7 hat, durch welches die Stange 8 des Kolbens hindurchgeht, wobei die Stange mit dem Teil 2 mittels einer Befestigungsplatte 10 kraftschlüssig verbunden ist. Das zylindrische Gehäuse 3 mit dem Boden 4 und dem Deckel 6 nimmt den Kolben 9 in sich auf. Zwischen der unteren Fläche 12 des Kolbens und dem Boden 4 ist eine Membran 11 aus kautschukartigem elastischem Material zwischengesetzt. Eine Membran 13, die ebenfalls aus Material von kautschukartiger Elastizität besteht, ist zwischen der oberen Fläche 14 des Kolbens und dem Deckel 6 eingesetzt. Die Wirkungsweise eines solchen Lagers gestaltet sich wie folgt. Unter der Wirkung einer wechselnden Druckbelastung wird die Membran 11 fortschreitend zusammengedrückt, bis sich die untere Fläche dieser Membran schließlich in der in F i g. 2 dargestellten Lage gegen den Boden 4 legt. Die Profile der Membran, der unteren Fläche 12 des Kolbens 9 und der oberen Fläche des Bodens 4 sind so gewählt, daß die Berührung der Membran mit dem Boden 4 und dem Kolben 9 zunächst an beschränkten Flächen zustande kommt, die sich unter der Wirkung einer Vergrößerung des durch den Kolben 9 ausgeübten Drucks vergrößern. Bei der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform ist die obere Membran 13 an ihrem Umfange an dem Gehäuse 3 des Lagers festgemacht, während die Stange 8 des Kolbens 9 in der zentralen Öffnung 15, die in dieser Membran vorgesehen ist, frei gleiten kann. Der Vorteil dieser Ausführung besteht darin, daß die Membran 13, wenn auf den Kolben 9 durch eine Stange 8 eine Druckkraft ausgeübt wird, keinerlei Deformation durch Zug erfährt. Insbesondere unter Last tritt die Formsteifigkeit der Membran 11 allein in Erscheinung, um die Übertragung der Schwingungen zu dämpfen, während die Gegenmembran 13 nur gelegentlich wirksam wird, um das Hochschnellen des Lagers elastisch zu begrenzen, wenn beispielsweise

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unter Wirkung eines Stoßes eine momentane Zugbeanspruchung auf die Kolbenstange 8 wirkt.

Die F i g. 3 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der die Tragmembran Il von glockenförmiger Gestalt ist, wobei diese Membran sich an ihrem Umfange auf solche Weise tangential auf dem Boden 4 aufstützt, daß unter der Wirkung einer von oben nach unten auf die Kolbenstange 8 wirkenden Belastung die elastische Deformation der Membran 11 eine Reibung zwischen seiner unteren Fläche und dem Boden 4 nach sich zieht, wobei Energie aufgezehrt wird und andererseits beim ,Entspannen der Membran durch Unterdruck im Raum unter der Membran eine zusätzliche Bremsung erzielt wird. Für den Fall, daß diese letztere nicht gewünscht werden sollte genügt es, den Boden 4 mit einer kleinen öffnung 17 zu versehen, die es gestattet, den von der Membran 11 und dem Boden 4 umgrenzten Raum mit der äußeren Umgebung in Verbindung zu setzen. Bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform hat die Gegenmembran die Form einer dicken konischen Scheibe, die einerseits an der Kolbenstange 8 befestigt ist und die andererseits eine Möglichkeit hat, an ihrem Umfange 16 mit Reibung in der Bohrung des Gehäuses 3 zu gleiten. Andererseits stützt sich der Kolben 9 mit seiner Fläche 12 auf dem Scheitel der Tragmembran 11 einfach aufliegend auf. Die radialen Lageveränderungen, die dem Kolben zuteil werden können, werden in diesem Falle nicht auf die Membran 11 übertragen, sondern rufen zwischen diesen Bauteilen ein Gleiten hervor, welches geeignet ist, eine gewisse Energie durch Reibung umzuwandeln. Dagegen sichert die Gegenmembran 13 ein elastisches Zurückführen des Kolbens in Richtung auf seine zentrale Stellung, sobald dieser sich unter der Wirkung einer äußeren Krafteinwirkung hieraus entfernt.

Bei einer Konstruktion, wie der nach F i g. 1 und 2 oder der nach F i g. 3 ist es möglich, die Merkmale der elastischen Eigenschaften des Lagers zu variieren, indem man die Vorspannung der Membran entsprechend verändert. Ist die Vorspannung Null. so arbeitet jede Membran unabhängig, die eine unter den Druck, die andere unter den Zugbeanspruchungen. Dagegen ist es möglich, den Membranen eine solche Form zu geben, daß sie bei der Montage gleichzeitig in einem bestimmten Maße zusammengedrückt werden, womit eine Vorspannung erzielt wird. Die beiden Membranen arbeiten dann, solange die Lageänderungen des Kolbens einen entsprechenden Hub nicht überschreiten, gleichzeitig, bei größeren Kolbenhüben aber unabhängig voneinander.

Der allgemeine Verlauf der Federkennung eines erfindungsgemäßen Lagers, wie beispielsweise dem in den F i g. 1 und 2 oder dem in F i g. 3 dargestellten, ist in dem Diagramm F i g. 4 wiedergegeben, in welchem auf der Ordinate die axiale Verschiebung Z des Kolbens und auf der Abzisse die Federkraft Fz des Lagers verzeichnet ist. Der Koordinatenursprungspunkt O entspricht der Gleichgewichtslage bei Belastungsfreiheit des Kolbens, während derer dieser Kolben zwischen den beiden Membranen 11 und 13 gehalten wird. Die Gleichgewichtslage unter Last ist durch einen Punkt C dargestellt. Die Kennlinie weist zwei quasihorizontale Asymptoten auf, wobei die eine mit dem Ordinatenwert -ha, der der maximalen Absenkung des Kolbens 9 entspricht, die eintritt, wenn die Membran 8 vollkommen abgeflacht auf dem Boden 4 aufliegt, und die andere, mit dem Ordinatenwert —b der praktisch gegebenen Grenze der Aufwärtsbewegung des Kolbens 9 entspricht, die erreicht wird, wenn die Membran 13 in der Zone eingeschlossen ist, die an dem Umfang des Loches 7 zwischen dem Deckel 6 und dem Umfang der oberen Fläche 14 des Kolbens 9 gelegen ist. Man erhält so ein Lager von variabler Federkraft mit einer nach oben und unten fortschreitenden Aufstützwirkung, die es ihm gestattet, beträchtliche momentane Überbelastungen, seien es Druck-, seien es Zugbelastungen, zulassen. Andererseits its es durch Variieren der Dicke der Tragmembran sowie der Zusammensetzung des elastischen Materials, aus welchem diese besteht, möglich, dem Lager für die kleinen vibrierenden Kolbenverschiebungen um den Punkt C herum (in der Kurve durch die Tangente tt dargestellt) eine verhältnismäßig hohe Flexibilität zu geben. Zu diesem Zweck wird die Belastungslage C bei Vorspannung in einem Gebiet gewählt, in dem die Tragmembran allein für das axiale Rückführen des Kolbens tätig wird. Ein solches Lager hat andererseits eine gewisse radiale Elastizität, wobei das Rückführen der Kolbenstange 8 in ihre zentrale Lage durch die dicke Membran 13 sichergestellt ist. Die F i g. 5 stellt eine Ausführungsform der Erfindung dar, die sich insbesondere durch die folgenden Einzelheiten auszeichnet. Die Membran 11 hat die Form einer Glocke, die sich mit ihrem Unterteil auf den Boden 4 aufstützt, jedoch mit dem Unterschied gegenüber der Ausführungsform nach Fi g. 3, daß die Membran 11 auf ihrem Umfang mit einem aufwärts gerichteten Rand 18 versehen ist, der sich auf einem in der Bohrung des Gehäuses 3 vorgesehenen Bund 19 aufstützt. Unter der Wirkung von zunehmendem, durch den Kolben 9 ausgeübtem Druck plattet sich die Membran an dem Boden 4 ab, während der Rand 18 an der Verbindungsstelle mit dem zentralen glockenförmigen Teil sich gegen die Anschlußkehle 20, welche das Gehäuse 3 mit dem Boden 4 verbindet, in einer Stellung nahe der in F i g. 6 gezeigten, anlegt. Je nachdem, ob das Anlegen der Membran an der Kehle 20 zur Zeit der Abplattung der Membran oder vorher vor sich geht, ändert sich die Federkennung. Eine andere wichtige Besonderheit der Ausführungsform nach F i g. 5 besteht in der der Gegenmembran 13 gegebenen Form, welche einerseits die axiale Rückführung der Kolbenstange 8 nach abwärts, andererseits die radiale Rückführung dieser Kolbenstange sicherstellt.

Um der Gegenmembran eine große Widerstandsfähigkeit sowohl gegenüber radialen wie auch axialen (nach oben gerichteten) Kräften zu verleihen, die sich aus kräftigen Stoßen ergeben können, ist dieser Membran, ebenso wie im Falle der Ausführungsform nach F i g. 3, die Form einer verhältnismäßig dicken Scheibe gegeben, so daß sie eine relativ große Formsteifigkeit aufweist. Um ihr die Weichheit wiederzugeben, die für eine angemessene Abfederung von Schwingungen wünschenswert ist, welche radiale Verlagerungen der Kolbenstange 8 um ihre zentrale Stellung mit kleinen Schwingungsweiten nach sich ziehen, ist aus der Membran 13 nahe ihrem Umfang eine tiefe kreisrunde Rille 21 herausgearbeitet, so wie der Oberfläche der Scheibe eine konische Form gegeben. Die seitliche Abstützung der Membran 13 an der Bohrung des Gehäuses 3 geschieht durch eine

deformierbare Lippe 22 und gestattet es, eine große Elastizität für radiale Lageveränderungen von der Größe der Breite des Schlitzes 21 auf dessen Grunde zu erlangen. Die Kurve der radialen Elastizität des Stoßdämpfers hat damit den Verlauf, wie er in F i g. 7 dargestellt ist. In diesem Diagramm sind auf der Ordinate die radialen Lageveränderungen r und auf der Abzisse die Federkräfte Fr aufgetragen. Eine solche Kurve kennzeichnet eine Federung in der Zone ä', α beiderseits des koordinaten Ursprunges sowie eine Progression der Kennlinie für die größeren Lageänderungen.

Der Kopf des Kolbens 9 zeigt die Form einer Schale, deren sich auf die Tragmembran 11 aufstützende Fläche konkav ist, während die Fläche, die ts sich auf die Gegenmembran 13 aufstützt, konvex ist. Man erzielt so eine ausgedehntere Flächenauflage auf dem Scheitelpunkt der Membran 11 und ein rascheres Fortschreiten des Anlegens an die Membran 13.

Die erfindungsgemäßen Lager können nicht nur senkrecht, sondern auch schräg oder horizontal hegend angewendet werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elastisches Lager mit einem Gehäuse, das mit dem einen der beiden gegeneinander bewegten Teile fest verbunden ist und durch dessen Deckel eine mit dem anderen der beiden Teile fest verbundene Kolbenstange mit radialem Spiel eingreift, deren Kolben zwischen zwei gummielastischen Membranen liegt, die sich im Gehäuse oben und unten abstützen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) Die beiden Membranen (11, 13) sind unabhängig voneinander angeordnet;

b) der Kolben (9) liegt lose auf der konvexen Oberfläche der unteren, als Tragmembran wirkenden Membran (11) auf, die nur die vertikalen Schwingungen aufnimmt;

c) die obere, als Gegenmembran ausgebildete Membran (13) ist nur mit dem Gehäuse (3) oder der Kolbenstange (8) fest verbunden, derart, daß bei vertikalen Bewegungen ein Gleiten der Membran gegenüber der Kolbenstange bzw. dem Gehäuse stattfindet und die Gegenmembran nur radiale Schwingungen aufnimmt.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Tragmembran (11) aufliegende Seite des Kolbens (9) konkav gestaltet ist (Fig. 5 und 6).

3. Lager nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragmembran (11) als Glocke mit aufwärts gerichtetem Rand (18) ausgebildet ist, der sich an einer ringförmigen, in der Innenwandung des Gehäuses (3) angeordneten Schulter (19) abstützt.

4. Lager nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenmembran (13) aus einer dicken Scheibe besteht.

5. Lager nach Ansprach 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (13) in der Nähe ihres Umfanges mit einer ringförmigen Ausnehmung (21) versehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 609437, 636 733;
deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1827221;
britische Patentschrift Nr. 870 910;
USA.-Patentschrift Nr. 2425 567.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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509 598/212 6. 65 © Bundesdriickcrei Berlin