DE1942853C3

DE1942853C3 - Büchse zur federnden Halterung nicht rotierender Bauelemente

Info

Publication number: DE1942853C3
Application number: DE19691942853
Authority: DE
Inventors: Gary Lee Logansport Ind. Hipsher
Original assignee: General Tire and Rubber Co
Current assignee: Aerojet Rocketdyne Holdings Inc
Priority date: 1968-08-26
Filing date: 1969-08-22
Publication date: 1981-04-09
Also published as: JPS4836151B1; FR2017031A1; GB1242965A; DE1942853A1; DE1942853B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Büchse zur federnden Halterung nicht rotierender Bauelemente, mit einer starren Innenhülse, einer um diese in radialem Abstand konzentrisch herumführenden starren Außenhülse, einem vulkanisierten elastomeren Einsatz in radialer Pressung zwischen den Hülsen und mindestens zwei im Einsatz angeordneten, einander diametral gegenüberliegenden, fluidgefüllten Taschen, deren Länge in axialer Richtung zwischen V₃ und ²/₃ der Büchsenlänge liegt, während die Winkelerstreckung der Taschen zwischen etwa 60 und etwa 120 Bogengraden beträgt.

Nach der US-PS 3 147964 ist eine Büchse der eingangs genannten Art bekannt. Die im Einsatz vorgesehenen Taschen verfolgen den Zweck, die Federkonstante und die Schwingungsdämpfung in Abhängigkeit von der radialen Richtung wählbar zu machen. Die Büchse hat hierbei eine niedrige dynamische Federkonstante und eine schwache Dämpfung in einer durch die Taschen gehenden Richtung. In einer Richtung senkrecht hierzu ist eine wesentlich höhere Federkonstante vorhanden.

Nach der US-PS 2614 896 ist es bekannt, in einem elastomeren Einsatz zwischen einer starren Innenhülse und einer starren Außenhülse Taschen vorzusehen, die mit einem Dämpfungsfluid bzw. einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllt sind. Die hierbei auftretenden Auslenkungen des in der Büchse aufgenommenen Bauteiles, wie z. B. in einer umlaufenden Welle, werden durch das Dämpfungsfluid gedämpft, wobei das Dämpfungsmaß bzw. die Dämpfungswirkung dadurch veränderbar ist, daß eine Gehäusewand der Büchse relativ zu einer ihr gegenüberliegenden Gehäusewand beweglich ist. Hierdurch wird das Dämpfungsfluid in Abhängigkeit von der Auslenkung der Welle stärker oder schwächer komprimiert.

Der Erfindung hingegen liegt die Aufgabe zugrunde, eine Büchse der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß eine starke Dämpfungswirkung in radialer Richtung erzielt wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Büchse nach dem

Oberbegriff des Hauptanspruches dadurch gelöst, daß zwischen den Taschen im elastomeren Einsatz ein eine Drosselstelle bildender Verbindungskanal angeordnet

ϊ ist.

Dieser erfindungsgemäß vorgesehene Verbindungskanal bewirkt einen gedrosselten Fluidausgleich zwischen den mit Fluid gefüllten Taschen, wodurch die Büchse in radialer Richtung stark gedämpft wird.

ι« Demnach erfolgt bei der Erfindung ein Druckausgleich zwischen dem Fluid in den Taschen in radialer Richtung dadurch, daß das Fluid von einer zur anderen Tasche verdrängt wird. Dieser Verdrängungsvorgang nimmt eine bestimmte Zeit in Anspruch, die das

ι"' Fluid benötigt, um durch den Verbindungskanal zu gehen.

Als Dämpfungsfluide kommen Silikonöle, Polyglykole oder zähflüssige, stabile und inerte Polymere mit niedrigem Molekulargewicht in Betracht. Nach An-

-'» spruch 2 ist der die Drosselstelle bildende Verbindungskanal durch ein eingesetztes Rohrstück verstärkt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung an Beispielen näher erläutert. Darin zeigt

y> Fig. 1 eine Gesamtansicht einer federnden Büchse in teilweise geschnittener Darstellung,

Fig. 2 eine Gesamtansicht eines vulkanisierten elastomeren Einsatzes vor seinem Einbau zwischen die Innen- und Außenhülse in teilweise geschnittener

3d Darstellung,

Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 eine Fig. 3 ähnliche Schnittansicht mit einem in den Verbindungskanal zwischen den Taschen

r> eingesetzten Rohrstück,

Fig. 5 eine Endansicht einer weiteren Ausführungsform einer Büchse in teilweise geschnittener Darstellung,

Fig. 6 eine Querschnittsansicht eines Verbin-

•u) dungskanals mit einer Drossel in vergrößertem Maßstab, und

Fig. 7 eine Querschnittsanpicht eines Verbindungskanals mit einem Klappenventil als Drosselorgan.

4j In Fig. 1 ist eine federnde Büchse 2 gezeigt, die beispielsweise verwendet wird, um zwei Teile, einen Motor und den Rahmen eines Kraftfahrzeugs, miteinander zu verbinden und dabei gegeneinander zu isolieren. Die Büchse 2 besteht aus einer starren Innen-

i» hülse 4, die vorzugsweise aus einem Metallrohr hergestellt ist, einer Außenhülse 6 und einem vulkanisierten, elastomeren Einsatz 8, in radialer Pressung zwischen den Hülsen 4 und 6. Der Einsatz 8 weist zwei fluidgefüllteTaschen 10a und 10b auf. Ein die beiden

y, Taschen 10a, 10£> miteinander verbindender Verbindungskanal 14 erlaubt ein Hinüberfließen des Fluids aus einer Tasche in die andere, wenn eine Relativbewegung zwischen den beiden Hülsen 4,6 in der durch die beiden Taschen 10a, 10i> verlaufenden Ebene eine

Wi Verringerung des Volumens einer der Taschen bewirkt. Diese Volumenverkleinerung ist mit einer Vergrößerung der Dimensionen der anderen Tasche verbunden, wodurch das Fluid aus der kleiner gewordenen Tasche durch den Verbindungskanal 14 hindurch

μ in die größer gewordene Tasche gedrückt wird. Der elastomere Einsatz 8 ist in Fig. 2 vor dem Zusammenbau der Büchse 2 dargestellt. Der Einsatz 8 weist einen Axialdurchlaß 22 auf. Die Enden 24a, 24b sind

in diesem Zustand schwach tellerförmig eingetieft. Der radial außen liegende Flächenteil des Einsatzes 8 ist als Schulterpaar 26a, 26b ausgebildet. Ferner sind zwei umlaufende Stegabschnitte 28a, 28b und zwei Taschen 30a, 30b vorgesehen.

In dem elastomeren Einsatz 8 ist ein schmaler Verbindungskanal 32 durch Verwendung von Haltestiften in der Preßform ausgebildet und ist in Fig. 3 dargestellt. Der Verbindungskanal 32 verbindet die Taschen 30a und 306 miteinander und ermöglicht die Verdrängung von Fluid aus einer Tasche 30a, 30b in die andere. Um zu verhindern, daß der Verbindungskanal 32 während des Zusammenbaus der federnden Büchse 2 oder danach gequetscht oder auf andere Weise blockiert wird, ist ein in F i g. 4 angedeutetes Rohrstück 34 eingesetzt worden. Das Rohrstück 34 ist bei verschiedenen Ausführungen aus Metall, Polytetrafluoräthylen, Delrin, gehärtetem hartem Butylkautschuk oder einem sonstigen geeigneten Werkstoff hergestellt und wird in den Verbindungskanal 32 eingesetzt, bevor der elastomere Einsatz 8 und die Hülsen 4, 6 unter Bildung einer federnden Büchse 2 zusammengesetzt werden.

Nach dem Einbau steht der elastomere Einsatz 8 unter einer erheblichen radialen Pressung zwichen den Hülsen 4, 6 und übt eine radial nach außen und nach innen gerichtete Kraft auf die beiden Hülsen 4, 6 aus. Wirkt auf die Büchse 2 eine Torsionskraft, ζ. Β. bei einer Winkelbewegung der Außenhülse 6 relativ zur Innenhülse 4, so entsteht wegen der Radialkräfte des elastomeren Einsatzes 8 keine oder nur eine mia'Tiale Gleitbewegung zwischen den Hülsen 4, 6. Um den Widerstand gegen solche Gleitbewegungen weiter zu erhöhen, ist der elastomere Einsatz 8 mit einem Kleber an einer oder an beiden Hülsen 4, 6 angebracht.

Nach dem Zusammensetzen der Büchse 2 und dem Verkleben des elastomeren Einsatzes 8 mit der Innen- und Außenhülse 4, 6 wird Fluid in die Taschen 10a, 10/), 30a, 30b gefüllt. Die Fluide müssen mit Kautschuk und Metall verträglich sein, ferner müssen sie stabil und inert sein und über einen weiten Temperaturbereich eine gleichbleibende Viskosität aufweisen. Verwendbare Fluide sind zum Beispiel verschiedene Glykole, etwa polyalkalische Glykole, Silikonöle und Polymere mit niedrigem Molekulargewicht mit den Merkmalen eines gut dämpfenden Fluids.

Mehrere elastomere Einsätze 8 in der in Fig. 2 und Fig. 3 gezeigten Form wurden aus einer Naturkautschukverbindung durch Spritzgießen hergestellt.

Die spritzgegossenen elastomeren Einsätze 8 haben etwa folgende Abmessungen:

Gesamtlänge	70 mm
größter Durchmesser	50 mm
Durchmesser vom Axialdurchlaß 22	17 mm
Taschen 30a, 30b
axiale Länge	39 mm
Bogenlänge	90°
Tiefe	7,9 mm
Durchmesser des Verbindungskanals 32
zwischen den Taschen 30a 30b	3,2 mm

von —70° C, einen Flammpunkt (bei offenem Behälter) von 285° C und ein spezifisches Gewicht von 0,960 (bei25 ° C) besitzt. Die fertiggestellten, federnden Büchsen 2 waren jeweils 79 mm lang, hatten einen Außendurchmesser von 51 mm und einen Innendurchmesser von etwa 16 mm. Die federnden Büchsen 2 hatten die in Fig. 1 gezeigte Form.

Die dynamischen Eigenschaften einer Büchse 2 werden in radialer Richtung senkrecht zu den Taschen 10a, 10 b relativ wenig von der Art des Fluids beeinflußt und hängen unmittelbar von der Art des EJastomers für den Einsatz 8 ab.

Die nachstehende Tabelle zeigt die Änderung der Werte von der dynamischen Federkonstanten K₄ und dem Dämpfungskoeffizienten C in Abhängigkeit von der lichten Weite des Verbindungskanals 14 zwischen den Taschen 10a, 10b. Bei einer fluidfreien Büchse ohne Fluid war der dynamische Kennwert K₄ = 82396 kg/m und C = 93,04. Mit Silikonöl in den Taschen 10a, 10b der Büchse 2 ergaben sich folgende Werte:

lichte Weite des	dynamische	Dämpfungs
Verbindungs-	Federkon	koeffizient C
,₅ kanals 14	stante K₄
mm	kg/m	kgs/m
0,8	220 653	205,36
1,2	207 063	554,84
1,4	191 705	790,75
ω 1,6	181 812	1090,23
2,0	119291	733,96
2,4	90 057	300,19

In den Verbindungskanal 32 jedes elastomeren Einsatzes 8 wurde ein Rohrstück 34 aus Delrin eingesetzt.

Nach dem Zusammenbau von Innen- und Außenhülse 4,6 und dem elastomeren Einsatz 8 wurden die Taschen 30a, 30b, 10a, 10b mit einem Silikonöl gefüllt, das eine Viskosität von 50 cSt, einem Fließpunkt Diese Ergebnisse zeigen, daß mit zunehmender lichter Weite des Verbindungskanals 14 die dynamische Federkonstante K_d zunimmt, während der Dämpfungskoeffizient C zunächst zunimmt und danach wieder abnimmt. Bei allen Ausführungen war der Dämpfungskoeffizient mindestens zweimal so groß wie bei einer Büchse ohne Fluid. Diese Resultate lassen den Schluß zu, daß sich die verschiedenen dynamischen Kennwerte der Büchse 2 leicht durch passende Wahl der Dimensionierung des Verbindungskanals 14 zwischen den Taschen 10a, 10b beeinflussen lassen.

Durch weitere Versuche ließ sich ermitteln, daß bei größerer Auslenkamplitude bei gleichgehaltener Große des Verbindungskanals die Werte von K₄ und C abnahmen, wenn die lichte Weite des Verbindungskanals gering war, und mit größeren lichten Weiten zunahmen.

Das in den Taschen 10a, 10b vorhandene Fluid ist vorzugsweise zähflüssig, stabil und inert. Wie bereits erwähnt, sind für diesen Zweck Silikonöle, PoIyglykole und Polyisobutylene und ähnliche Polymere mit niedrigem Molekulargewicht geeignet. Natürlich können aber auch andere inerte Fluide, ζ. Β. auch Hydrauliköle, verwendet werden, vor allem, wenn sehr hohen Dämpfungskoeffizienten keine große Bedeutung zukommt. Die Innen- und Außenhülsen 4, 6 werden aus Metall oder aber auch aus hartem Kunststoffmaterial od. dgl. hergestellt. Bei einigen Ausführungen sind die Außenhülsen 6 und/oder der elastomere Einsatz 8 mit einem oder an beiden Enden mit Flanschen versehen.

Größe und Anordnung der Taschen 10a, 10b sind wählbar. Die Taschen 10a, 10b sind im allgemeinen diametral einander gegenüberliegend angeordnet.

Ihre Axialerstreckung liegt zwischen V₃ und ²/₃ der Gesamtlänge des Einsatzes 8 und ihre Winkelerstrekkungzwischen etwa 60° und etwa 120°. Die Taschen 10a, 10b sollen so tief sein, daß ein Durchschlagen vermieden wird, das auftritt, wenn die Außenhülse 6 bei starker Radialauslenkung den Taschenboden erreicht. Im allgemeinen reicht eine Tiefe aus, die dem V₃- bis 3fachen der radialen Stärke des Kautschuks am Taschenboden entspricht. Meist haben die Taschen gleiche Abmessungen, jedoch sind die Abmessungen auch so wählbar, daß eine Tasche kleiner als die andere ist. Die Taschen müssen nicht in einem Winkelabstand von 180° entfernt liegen. Ein kleinerer Winkelabstand ist auch wählbar, so daß eine Büchse entsteht, die hohe Dämpfungswerte in jenen durch die Taschen verlaufenden Winkelrichtungen aufweist. Bei weiteren nicht dargestellten Ausführungen sind mehr als zwei untereinander verbundene Taschen vorgesehen, wie z. B. drei über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete Taschen, so daß eine hohe Dämpfung in jeweils 120° gegeneinander versetzten Richtungen auftritt.

In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen federnden Büchse 100 gezeigt. Diese Büchse 100 mit im wesentlichen ovaler Gestalt setzt sich aus drei Teilen zusammen: einer Innenhülse 102, einem elastomeren Einsati 104 und einer Außenhülse 106, die an einem Ende einen Flansch 112 aufweist. Der Einsatz 104 besitzt zwei Taschen 108a, 108b und weist am äußeren Mantel eine Nut 110 auf, die zusammen mit der Außenhülse 106 einen Verbindungskanal zwischen den Taschen 108a, 1086 bildet. Dieser Kanal stellt eine Fluid verbindung zwischen den beiden Taschen her, wie es oben für die anderen Ausführungsformen beschrieben wurde.

' In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform einer federnden Büchse gezeigt, bei der der Verbindungskanal mit dem eingesetzten Rohrstück zwischen den fluidgefüllten Taschen mit einer konischen, die Strömung drosselnden Verengung versehen ist. Hierbei ergab sich eine Dämpfungscharakteristik, die vergleichbar ist mit derjenigen eines Rohres, dessen gleichmäßiger Durchmesser dem kleinsten Durchmesser des abgeänderten Bauteils entspricht, jedoch verändert durch die von der Kegelfläche ausgehende Wirkung auf den Fluidstrom.

Fig. 7 zeigt eine weitere Konstruktionsmöglichkeit für die Regulierung und/oder Steuerung des Fluidstroms aus einer Tasche in die andere unter Verwendung eines Klappenventils aus Gummi oder Kunststoff. Nach dieser Zeichnung ist ein Rohrstück 200 mit einem Klappenventil 202 versehen, das mit einem Gelenk 204 an dem Rohrstück 200 angebracht ist und zur Anlage gegen einen Ventilsitz kommt. Durch Fluiddruck gegen die Unterseite der Ventilklappe 202

. wird sie geöffnet und ermöglicht den freien Durchtritt von Fluid, bis die Drücke auf beiden Seiten des Ventils einander gleich sind. Bei Fluiddruck in entgegengesetzter Richtung wird das Ventil geschlossen. Das Entstehen eines zu hohen Überdrucks wird durch Anbringen einer kleinen Ablaßöffnung 206 in der Ventilklappe 202 verhindert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Büchse zur federnden Halterung nicht rotierender Bauelemente mit einer starren Innenhülse, einer um diese in radialem Abstand konzentrisch herumführende Außenhülse, einem vulkanisierten elastomeren Einsatz in radialer Pressung zwischen den Hülsen, und mindestens zwei im Einsatz angeordneten, einander diametral gegenüberliegenden, fluidgefüllten Taschen, deren Länge in axialer Richtung zwischen V₃ und ²Z₃ der Büchsenlänge liegt, während die Winkelerstreckung der Taschen zwischen etwa 60 und etwa 120 Bogengraden beträgt, gekennzeichnet durch einen zwischen den Taschen (10a, 10b; 30a, 30b; 108a, 108Ö) im elastomeren Einsatz (8, 104) angeordneten und eine Drosselstelie bildenden Verbindungskanal (14, 32).

2. Büchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Drosselstelle bildende Verbindungskanal (14, 32) durch ein eingesetztes Rohrstück (34) verstärkt ist.