DE1926530B2

DE1926530B2 - Elastische Buchse

Info

Publication number: DE1926530B2
Application number: DE19691926530
Authority: DE
Inventors: Gary Lee Logansport Ind. Hipsher; Robert Donald Utica Mich. Vosburgh
Original assignee: General Tire and Rubber Co
Current assignee: Aerojet Rocketdyne Holdings Inc
Priority date: 1968-05-27
Filing date: 1969-05-23
Publication date: 1980-02-14
Also published as: DE1926530A1; JPS4820357B1; FR2009366A1; GB1228282A; DE1926530C3

Description

Die Erfindung betrifft eine elastische Buchse, bestehend aus einer starren inneren Hülse, einer starren äußeren Hülse, die an einem Ende einen radialen Flansch aufweist, und aus einem ringförmigen Einsatz aus elastomerem Material mit einem Körperteil, das einen konstanten Außendurchmesser und im wesentlichen eine im spannungsreinen Zustand vor dem Zusammenbau konische innere axiale Durchtrittsöffnungen aufweist, wobei das Körperteil nach dem Zusammenbau zwischen etwa 40% und etwa 60% radial zwischen den genannten Hülsen zusammengepreßt ist, und einem Endflansch, der nach dem Zusammenbau am radialen Flansch der äußeren Hülse anliegt.

Eine elastische Buchse der eingangs genannten Art ist aus der GB-PS 1081 174 bekannt. Diese wird seit vielen Jahren zur Herstellung einer nachgiebigen Verbindung zwischen zwei relativ beweglichen Teilen benutzt. Dabei wird der Einsatz aus elastomerem Material vor dem Zusammenbau der Buchse geformt und gehärtet bzw. vulkanisiert, wobei die Wandstärke des elastomeren Materials, wie z. B. Gummis, beträchtlich größer ist als der Raum zwischen der inneren und äußeren starren Hülse, die beispielsweise aus Metall besteht. Während des Zusammenbaus wird der Einsatz aus elastomerem Material radial um etwa 40% bis 60% zwischen den Hülsen zusammengepreßt, so daß sich der Einsatz hierbei in axialer Richtung verlängert. Der auf diese Weise unter Druck gehaltene Einsatz übt auf die Hülse einen Druck von einigen Dutzend X 10⁵ N/nr aus. Dieser hohe Druck bewirkt, daß das elastomere Material des Einsatzes durch Reibung an den gegenüberliegenden Hülsenflächen haftet und Hülse mit 100° in jeder Richtung aus der Neutralstellung zuläßt, ohne daß zwischen den starren Hülsen und dem Einsatz aus elasiomerem Material ein Schlupf auftritt. Bei elastischen Buchsen mit einem radialen Flansch an ihrem einen Ende, bei der der Einsatz aus elastischem Material in radialer Richtung derart stark zusammengedrückt gehalten wird, ergibt sich oft ein ungleichmäßiger Kräfteausgleich. An dem mit dem Flansch versehenen Ende der elastischen Buchse bewirken diese Kräfte oft, daß der Einsatz aus elastomerem Material sich aus den Hülsen herausarbeitet. Ferner führt die hohe Spannungskonzentration des elastomeren Materials an der Grenzfläche zu den starren Hülsen oft zur Einleitung und Fortpflanzung voii Spannungsrissen, wodurch die Buchse frühzeitig unbrauchbar wird. Typischerweise treten diese Risse am freien Ende des Einsatzes aus elastomerem Material, der dem Flansch gegenüberliegt auf, und die Risse breiten sich das elastomere Material in axialer Richtung zu dem mit dem Flansch versehenen Ende aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nutzungsdauer einer elastischen Buchse der eingangs genannten Art durch Erhöhung der Zahl der zulässigen Lastspiele zu verlängern.

Diese Aufgabe wird bei einer elastischen Buchse der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß sich die axiale Durchtrittsöffnung des Einsatzes, ausgehend von einem kleineren Durchmesser am flanschseitigen Ende gegen das freie Ende des Einsatzes mit einem Neigungswinkel zwischen 2° bis 10° konisch erweitert.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung werden die kombinierten Kräfte, die auf den Einsatz aus elastomerem Material an dem Ende der mit einem Flansch ausgebildeten Buchse einwirken, an dem der Ausgang einer Rißbildung am wahrscheinlichsten ist, dadurch verringert, daß sich die axiale Durchtrittsöffnung des Einsatzes gegen das freie Ende des Einsatzes konisch erweitert. Hierdurch wird der radial nach außen gerichtete Druck, der auf das Ende der äußeren Hülse durch den Einsatz nach dem Zusammenbau ausgeübt wird, nicht so groß, als wenn ein Einsatz lediglich vor dem Zusammenbau eine konische, innere axiale Durchtrittsöffnung aufweist. Ferner werden die auf den Einsatz am freien Ende der elastischen Buchse einwirkenden kombinierten Kräfte vermindert, wodurch die Möglichkeit des Entstehens von Rissen und deren Ausbreitung auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird.

Zwar ist nach der GB-PS 1 081 174 eine konische, innere axiale Durchtrittsöffnung bekannt, jedoch ist dort der minimale Durchmesser der Durchtrittsöffnung im eingebauten Zustand nicht an dem mit dem Flansch versehenen Ende des Einsatzes aus elastomerem Material. Auch ist bei dieser elastischen Buchse kein Zusammenhang zwischen der konischen Ausbildung der Durchtrittsöffnung und der Lebensdauer der elastischen Buchse angegeben.

Vorzugsweise schließt sich an die sich erweiternde Durchtrittsöffnung ein Abschnitt von gleichmäßigem Durchmesser an, welcher sich nach dem Zusammenbau axial über das entsprechende Ende der äußeren Hülse 31 hinaus erstreckt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung an einem Beispiel näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Einsatzes aus elastomerem Material,

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nem radialen Flansch an einem Ende in auseinandergezogener Darstellung vor dem Zusammenbau,

Fig. 3 eine Schnittansicht der elasiischen Buchse nach einem ersten Zusammenbauschritt, bei dem der Einsatz in eine äußere starre Hülse eingesetzt wird,

Fig. 4 eine Schnittansicht nach dem nächsten Zusammenbauschritt, bei dem die innere Hülse eingesetzt wird, und

Fig. 5 eine Schnittansicht der zusammengebauten elastischen Buchse im fertiggestellten Zustand.

In Fig. 1 ist ein Einsatz 1 aus elastomerem Material vor dem Zusammenbau in einer Schnittansicht gezeigt. Der Einsatz 1 aus elastomerem Material kann beispielsweise durch Formpressen hergestellt werden. Der Einsatz 1 besteht aus einem Körperteil 2 und einem Ende 4, das einen sich radial nach außen erstrekkenden Flansch hat. Die Außenfläche 6 des Körperteils 2 begrenzt eine Rotationsfläche und ist mit dem freien Ende 8 des Einsatzes 1 über zwei abgerundete Schultern 10 verbunden. Im spannungsfreien Zustand vordem Zusammenbau weist der Einsatz 1 eine konische innere, axiale Durchtrittsöffnung 12 auf. Diese Durchtrittsöffnung 12 umfaßt einen ersten Abschnitt 14 von gleichmäßigem Durchmesser am freien Ende 8 des Körperteils 2 und einen zweiten Abschnitt 16 mit sich konisch änderndem Durchmesser, de- sich von dem ersten Abschnitt 14 nach innen erstreck. Bei der endgültig zusammengebauten Buchse liegt der erste Abschnitt 14 axial außerhalb des Endes der äußeren Hülse 31, während sich der konische zweite Abschnitt 16 im wesentlichen im Innenraum der Hülse befindet. Der zweite Abschnitt 16 ist durch eine Schrägfläche 18 mit einer Aussenkung 20 am flanschseitigen Ende 4 der Buchse verbunden. Die axiale Durchtrittsöffnung 12 des Einsatzes 1 erweitert sich ausgehend von einem kleineren Durchmesser am flanschseitigen Ende 4 gegen das freie Ende 8 des Einsatzes 1 mit einem Neigungswinkel zwischen 2° bis 10° konisch. Somit nimmt die Stärke des elastomeren Materials des Körperteils 2 vom flanschseitigen Ende 4 zum freien Ende 8 ab.

In Fig. 2 sind die Bauelemente der elastischen Buchse in auseinandergezogener Darstellung gezeigt. Die elastische Buchse besteht aus einem ringförmigen Einsatz 1, einer äußeren, starren, beispielsweise aus Metall bestehenden Hülse 31, die mit einem Flansch 33 versehen ist, einer inneren starren, beispielsweise aus Metall bestehenden Hülse 41 von gleichmäßigem Durchmesser und zwei Endkappen 51. 61. Der Innendurchmesser der äußeren Hülse 31 ist etwa zwischen 10 bis 20% kleiner als der Außendurchmesser des Körperteils 2 des Einsatzes 1 aus elastomerem Material. Die innere Hülse 41 hat einen Durchmesser, der um etwa 15 bis 30% größer als der maximale Durchmessr der axialen Durchtrittsöffnung 12 des Einsatzes 1 aus elastomerem Material ist. Die Endkappen 51,61 weisen ringförmige zylindrische Körper 53, 63 auf, die in Verbindung mit der inneren Hülse 41 an deren Enden einen Preßsitz bilden können. Die Endkappen 51,61 weisen ferner radial nach außen verlaufende scheibenförmige Abschnitte 65, 55 auf.

Bei der Darstellung der elastischen Buchse nach Fig. 3 ist der Einsatz'. 1 aus elastomerem Material um etwa 20% in der äußeren Hülse 31 zusammengepreßt und soweit in die äußere Hülse 31 eingeführt, daß der Flansch am flanschseitigen Ende 4 des Einsatzes 1 an dem Flansch 33 der äußeren Hülse 31 anliegt. Hierzu kann ein sich konisch verjüngendes Bauteil verwendet werden, dessen Innendurchmesser mindestens gleich dem Innendurchmesser der Hülse ist. Zusätzlich kann ein Gleitmittel in Verbindung mit dem Bauteil verwendet werden, um den Einsatz 1 in die Hülse einzupressen. Da der Durchmesser der Hülse kleiner als der Durchmesser des Einsatzes im spannungsfreien Zustand ist, übt der Einsatz 1 in radialer Richtung einen Druck auf die äußere Hülse 31 aus. Hierdurch wird der Einsatz 1 in seiner Stellung gehalten. Durch das Zusammenpressen des Einsatzes 1 in radialer Richtung wird ferner bewirkt, daß sich der Einsatz 1 in bestimmtem Maße in Längsrichtung dehnt.

Der Einsatz 1 wird noch stärker zusammengepreßt und stärker gedehnt, wenn die innere Hülse 41 durch die axiale Durchtrittsöffnung 12 des Einsatzes 1 eingeschoben wird. Nach Fig. 4 hat die innere Hülse 41 einen Außendurchmesser, der wesentlich größer als der Durchmesser der axialen Durchtrittsöffnung 12 des Einsatzes 1 nach Beendigung des Zusammenbauschritts ist, so daß der Einsatz 1 aufgeweitet und noch weiter radial zwischen den Hülsen zusammengepreßt wird. Hierdurch dehnt er sich in axialer Richtung weiter. Der Einsatz 1 füllt dann den gesamten Ringraum zwischen der inneren Hülse 41 und der äußeren H ülse 31 aus. Die axiale Linie des Einsatzes 1 ist durch die starke radiale Zusammenpressung mindestens 50% und manchmal bis 100% größer als im spannungsfreien Zustand.

Zum Schluß werden die Endkappen 51, 61 an den Enden der elastischen Buchse angebracht. Hierbei wird der ringförmige, zylindrische Teil 53 bzw. 63 in die innere Hülse 41 eingedrückt. Eine derartig fertiggestellte und zusammengebaute elastische Buchse ist in Fig. 5 gezeigt.

Wie erwähnt, wird durch die konische Ausbildung der axialen Durchtrittsöffnung 12 des Einsatzes 1 aus elastomerem Material eine günstigere Kräfteverteilung in der elastischen Buchse insgesamt erreicht, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines schnellen Versagens der Buchse verringert wird.

Nachstehend wird ein Beispiel der Erfindung zur Verdeutlichung der erzielbaren Vorteile erläutert.

Es wurde als elastomere Masse eine Rohgummimasse aus 100 Teilen »Smoked Sheet« No. 1 (eine Rohkautschuksorte), 40 Teilen Gasruß und geringen Mengen eines Beschleunigers, eines Weichmachers und eines Verzögerers durch Mischen in einem Banbury-Mischer (Innenmischer) hergestellt. Diese Rohmasse wurde dann mit einem Härtemittel, Beschleunigern und Antioxydantien vermischt, damit sie formbar wird.

Dann wurden mehrere Einsätze mit etwa der in Fig. 1 gezeigten Form durch Spritzgießen hergestellt und dann bei einer Temperatur von 427,7^C K (151,7° C) während 12 Min. in einem Preßluftofen bis auf Durometer-Härten von etwa 60 gehärtet. Diese Einsätze hatten annähernd folgende Abmessungen:

^b mm

Axiale Länge 25,4

Länge des Körperteils 20,3

f'anschdicke 5.1

Flanschaußendurchmesser 34,5

Durchmesser der Aussenkung 17,1

Körperaußendurchmesser 31,5
Durchmesser der Durchtrittsöffnung

am flanschseitigen Ende Ί2.7

Durchmesser der Durchtrittsöffnung

am freien Ende

Neigungswinkel

mm

14,2
5,7^c

Jeder Einsatz wurde zwischen eine äußere Hülse mit einer axialen Länge von 33,5 mm und einem Innendurchmesser von 26,7 mm und einer inneren Hülse mit einer Länge von 42,9 mm udn einem Außendurchmesser von 17,5 mm eingesetzt. Die starren Hülsen wurden aus gezogenem Stahlrohrmaterial hergestellt, gründlich gereinigt und vor dem Zusam-ITk η bau phosphatiert. Diese Behandlung wird normalei weise angewendet, um eine bessere Haftung mit dem elastomeren Material, wie z. B. Gummi, zu erzielen und die Korrosionsbeständigkeit der Metallteile zu verbessern.

Die Buchse wurde in einer vertikalen Montagevorrichtung herkömmlicher Art in der Weise zusammengebaut, daß zuerst der Einsatz aus elastomerem Material in die äußere Hülse eingepreßt und dann ein sich verjüngender Dorn verwendet wurde, um die innere Hülse in die Durchtrittsöffnung des Einsatzes einzuschieben. Nach dem endgültigen Zusammenbau hatte der Einsatz eine Länge von etwa 40,6 mm im Verhältnis zu der ursprünglichen axialen Länge von 2,5 mm. Die ursprüngliche Dicke des elastomeren Materials des Körperteils betrug etwa 17,3 mm am freien Ende und etwa 18,8 mm am flanschseitigen Ende. Die Enddicke des Einsatzes in der fertig zusammengebauten Buchse betrug 9,1 mm. Diese Buchsen ließ man mindestens 24 Stunden lang abbinden, um ein vollständiges Absorbieren des Gleitmittels durch das elastomere Material zu erreichen, so daß sich eine maximale Reibung zwischen dem Einsatz und den Hülsen ergibt. 24 solche Buchsen wurden mit einer Dauerfestigkeitsprüfmaschine getestet. Dabei wurde die innere Hülse festgehalten, während die äußere Hülse über einen Kreisbogen von etwa 60° aus einer Neutralstellung unter einer gleichmäßigen, radial aufgebrachten Last von einigen 450 N in Schwingungen versetzt wurde. Der Versuch wurde bei Raumtemperatur durchgeführt. Alle Buchsen hielten 200000 Lastspielen stand und erreichten im Durchschnitt fast 325000 Lastspiele bis zum Bruch.

Eine gleiche Anzahl Buchsen, die den vorangehend beschriebenen mit Ausnahme des Umstandes identisch waren, daß die Durchtrittsöffnung des Einsatzes einen konstanten Durchmer-er von 13,5 mm hatte, wurden zusammengebaut und der gleichen Prüfung unterzogen. Von diesen Buchsen trat bei 18 Buchsen

ein Bruch vordem Erreichen von 200000 Lastspielei auf. Die durchschnittliche Nutzungsdauer für diesi 24 Buchsen betrug weniger als 175000 Lastspiele Hieraus ergibt sich, daß lediglich durch die konisch* Ausbildung der axialen Durchtrittsöffnung eine we sentliche Verbesserung der Nutzungsdauer der Buch sen erzielt wird.

Die erfindungsgemäße Buchse kann beispielsweisf im oberen Lenker der Vorderradaufhängung eine: Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Weitere Anwen dungsgebiete sind Motorlagerungen, Stoßdämpfer Schwingungsdämpfer oder dergleichen.

Der Einsatz wird vorzugsweise aus einer Natur· gummimasse geformt, die vorzugsweise verschiedent Zusätze enthält, deren Mengen und Arten von dei Betriebsart, den Umgebungsbedingungen und anderen mit der bestimmungsgemäßen Verwendung zusammenhängenden Faktoren abhängen. Die geformten und gehärteten bzw. vulkanisierten Einsätze haben normalerweise eine Härte zwischen etwa 4f und etwa 65 Durometer je nach der Menge und dei Art der Füllstoffe und Öle, die zur Verwendung kommen. Sie werden vorzugsweise im Spritzguß verfahrer oder Preßspritzverfahren hergestellt. Synthetische! Gummi wie Neopren, Butylkautschuk und andere Arten können ebenfalls verwendet werden.

Die äußere Hülse und die innere Hülse werden aus Metall hergestellt. Es können jedoch Kunststoffe odei andere starre Materialien für diesen Zweck verwendei werden. Es ist nicht erforderlich, daß die äußere Hülse rund ist, sie kann statt dessen oval sein oder eine andere Form haben. Die erfindungsgemäßen Buchser können mit irgendeiner herkömmlichen Montagevorrichtung zusammengebaut werden. Ks ist üblich, jedoch nicht notwendig, ein Kohlenwasserstoff-Gleitmittel zu verwenden, um den Zusammenbau zu erleichtern. Ferner ist zu erwähnen, daß ein Klebstoff benutzt werden kann, um den Einsatz entweder mil der inneren Hülse oder mit der äußeren Hülse oder mit beiden zu verbinden, um den Widerstand gegen Schlupf noch weiter zu verbessern. Es ist üblich, für diesen Zweck einen durch Wärme aktivierbaren Kleber zu benutzen, wodurch ein Beheizungsvorgang nach dem Zusammenbau notwendig wird. Es können jedoch auch andere Arten von Klebstoffen benutzt werden.

In vielen Fällen können die Endkappen bei der Buchse weggelassen werden, ohne daß ihre Wirkungsweise wesentlich davon beeinflußt wird. Es ergibt sich dann die in F ig. 4 gezeigte Buchse nach dem endgültigen Zusammenbau.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: .

1. Elastische Buchse, bestehend aus einer starren inneren Hülse, einer starren äußeren Hülse, die an einem Ende einen radialen Flansch aufweist, und aus einem ringförmigen Einsatz aus elastomerem Material mit einem Körperteil, das einen konstanten Außendurchmesser und im wesentlichen eine im spannungsfreien Zustand vor dem Zusammenbau konische, innere axiale Durchtrittsöffnung aufweist, wobei das Körperteil nach dem Zusammenbau zwischen etwa 40% und etwa 60% radial zwischen den genannten Hülsen zusammengepreßt ist und einem Endflansch, der nach dem Zusammenbau am radialen Flansch der äußeren Hülse anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß sich die axiale Durchtrittsöffnung (12) des Einsatzes (1) ausgehend von einem kleineren Durchmesser am flanschseitigen Ende (4) gegen das freie Ende (8) des Einsatzes mit einem Neigungswinkel zwischen 2°-10° konisch erweitert.

2. Buchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die sich erweiternde Durchtrittsöffnung (12) ein Abschnitt (14) von gleichmäßigem Durchmesser anschließt, welcher sich nach dem Zusammenbau axial über das entsprechende Ende der äußeren Hülse (31) hinaus erstreckt.