DE2200978A1

DE2200978A1 - Zusammengesetzte elastische Traglager

Info

Publication number: DE2200978A1
Application number: DE19722200978
Authority: DE
Inventors: Denis Hamel; Paul Salengro
Original assignee: Pneumatiques Caoutchouc Manufacture et Plastiques Kleber Colombes SA
Current assignee: Pneumatiques Caoutchouc Manufacture et Plastiques Kleber Colombes SA
Priority date: 1971-01-14
Filing date: 1972-01-10
Publication date: 1972-07-20
Also published as: FR2122018A5; US3806106A; NL7200384A; LU64563A1; IT948839B; SE377492B; GB1381749A; BE778085A

Description

. H. LEINWEBER dipl-ing. H. ZIMMERMANN

8 München 2, Rosental 7, 2. Aufg.

Tei.-Adr. Lelnpat München Tel.fon (0811)2«»»

Postscheck-Konto: München 22045

den 10. Januar 1972

Unser Zeichen

YYy/flle/Kg - CAS

PNEUMATICS, CAOUTCHOUC MANUFACTURE ET PLaSTIQ₁UES KLEBEE-COLOMBES, Coloinbes (Frankreich)

Zusammengesetzte elastische Traglager

Die Erfindung bezieht sich auf elastische Traglager aus Kautschuk, die normalerweise unter Komprimierung eine Last abstützen. Diese Art von Traglagern hat den Vorteil, dass die Schwingungen geringer Amplitude gedämpft, die unmittelbare Übertragung von schallfrequenten Schwingungen verhindert und Vertikalbewegungen der Last ermöglicht werden, die sie nach Art einer Feder elastisch zurückholen. Schliesslich erlauben sie in bestimmten Fällen relative Horizontalbewegungen, wobei dann der Kautschuk unter horizontaler Scherbeanspruchung arbeitet, wobei er gleichzeitig zusammengedrückt oder gestaucht wird.

Bei derartigen elastischen Traglagern, die gänzlich aus Kautschuk bestehen oder mit Metallplatten in einen Schichtverbund gebracht sind, nimmt die Steifigkeit des auf Kompression beanspruchten Kautschuks als Funktion der Last rasch zu, so dass, wenn der von der Last im ruhenden Zustand ausgeübte spezifische Druck bereits schon verhältnismässig hoch ist, kaum die Möglichkeit gegeben ist, dass sich der Kautschuk - auch

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komprimierend - noch weiter durchbiegt. Das bedeutet, dass sich die Lastaufhängung durch den Kautschuk sehr schnell versteift. Wenn der spezifische Druck in dem ständig auf Komprimierung.arbeitenden Kautschuk hoch ist, ist nach mehr oder weniger kurzer Zeit eine bleibende Verformung des Kautschuks durch Kriechen festzustellen, wodurch die ursprünglichen Dämpfungseigenschaften des Traglagers sowie dessen Fähigkeit, sich bei Bewegungen der Last elastisch zu verformen, abnehmen.

In bestimmten Fahrzeugaufhängungen werden auch Hohlfedern aus Kautschuk verwendet, deren Wände auf Biegung arbeiten, um die Last*abzustützen und deren Bewegungen zu folgen. Im Vergleich zu den Traglagern, die gänzlich aus vollem Kautschuk hergestellt sind und rein auf Komprimierung arbeiten, biegen sich diese Hohlfedern in Vertikalrichtung mehr durch, haben jedoch ein viel geringeres Belastungsvermögen.

Diese Belastbarkeit kann erhöht werden, indem man den Innenhohlraum der Hohlfeder verschliesst und dadurch ein Luftkissen bildet, oder indem man ihn mit elastischer Zellmasse, wie Polyurethanschaumstoff, füllt. In diesem Fall ist die Komprimierungssteifigkeit im wesentlichen durch die Luft oder die Zellmasse gewährleistet und die Wände der Hohlfeder bilden vor allem einen Schutzmantel,, Diese hohlen oder mit Zellmasse gefüllten Federn haben eine geringe Seitenstabilität und wenn sie hoch sind, ist eine Vorkehrung für eine vertikale Führung der Last notwendig.

Die Erfindung hat insbesondere zum Ziel, diese Nachteile zu vermeiden und hat elastische Traglager mit grosser vertikaler Durchbiegung zum Gegenstand, deren Komprimierungssteifigkeit innerhalb eines grossen Belastungsbereiches wenig schwankt, so dass sie selbst bei verhaltnismässig hohen spezifischen Drücken elastisch gut verformbar sind. Die Erfindung hat weiterhin zum Ziel, elastische Traglager zu schaffen, die eine hohe Festigkeit gegenüber bleibender Verformung und gegenüber einem Kriechen im belasteten Zustand, sowie eine hohe Seitensteifigkeit aufweisen.

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. Diese elastischen Traglager gemäss der Erfindung sind auf unterschiedlichen Anwendungsgebieten verwendbar, vor allem aber auf dem Gebiet der Fahrzeugaufhängungen, beispielsweise um eine Fahrzeugkarosserie auf einem Fahrgestell oder auf einem Schienen- oder Strassenfahrzeug-Drehgestell abzustützen.

Gemäss der Erfindung haben diese elastischen Traglager einen Kern aus sehr elastischem, auf Komprimierung arbeitenden Zellmaterial, und eine äussere Ummantelung aus Kautschuk, die den Kern seitlich umgibt und sich im wesentlichen nach aussen durchbiegend verformt; sie zeichnen sich besonders dadurch aus, dass der äusseren Ummantelung Verstärkungselemente zugeordnet sind, die ihre radiale Ausdehnung nach aussen begrenzen.

Durch eine derartige Verwendung eines elastischen, im Vergleich zu homogenem Kautschuk von Natur aus stark zusammendrückbaren Materials, das unter Komprimierung arbeitet, und dadurch, dass dieses Zellmaterial von einer seitlichen Ummantelung aus Kautschuk umschlossen ist, die nach aussen auf Biegung arbeitet, kann das gesamte Traglager ohne Gefahr einer bleibenden Verformung beträchtlich, gestaucht werden« Dennoch erhöht die Verstärkung der Ummantelung zwecks Begrenzung deren Badialausdehnung beim Stauchen des Traglagers die Eigenfestigkeit des.aus Zellmaterial bestehenden Kerns gegenüber einer Komprimierung und somit die Festigkeit .des gesamten Traglagers, ohne dessen Elastizität wesentlich zu beeinträchtigen. Das bedeutet, dass ein solches Traglager eine'verhältnismässig hohe ruheöde Last tragen und sich dabei stärker durchbiegen kann als· eine homogen aus Kautschuk gefertigte Druckfeder, jedoch nicht so sehr wie eine Hohlfeder, deren Wände auf Biegung arbeiten. Ausgehend von dieser Durchbiegung bei ruhender last kann sich das Traglager noch beträchtlich weiter durchbiegen, wenn die last sprunghaft zunimmt (z.B. bei Überlastung eines Fahrzeugs oder bei Vertikalbeschleunigungen), ohne dass dabei das Traglager eine plötzliche Versteifung erfährt. Ein derartiges Traglager besitzt also innerhalb eines grossen Belastungsbereiches lineare Elastizitätijkennlinien«,

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Die Verstärkung der Ummantelung gewährleistet auch eine bessere horizontale Festigkeit, indem sie das Bestreben des durchgebogenen Traglagers, seitwärts zu rollen oder einzuknicken, vermindert.

Die Komprimierungssteifigkeit des Zellmaterials und die Biegefestigkeit der Ummantelung können derart gewählt werden, dass sie dem gesamten Traglager die gewünschte mittlere Starrheit erteilt, Ausserdem verleiht dieses Zellmaterial dem Traglager die Rückholbewegungen dämpfende vorteilhafte Eigenschaften.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigen

Fig. 1 und 2 Schnitte durch eine erste Ausführungsform des elastischen Traglagers in .Ruhestellung bzw. bei Belastung,

Fig. 3, 4 und 5 Schnitte bzw. einen Halbschnitt durch weitere Ausführungsformen des in Ruhelage befindlichen Traglagers,

Fig. 6 bis 8 Schnitte durch drei weitere aus miteinander verbundenen Einzelteilen bestehenden Traglagern, und

Fig. 9 und' 10 ein Komprimierungs- bzw. Scherbeanspruchuηgsdiagramm für ein elastisches Traglager gemäss Fig. 8.

Das elastische Traglager gemäss Fig. 1 und 2 besteht aus einem Kern 10 aus einem sehr elastischen, vorzugsweise einen wabenförmigen Aufbau aufweisenden Elastomer, wie zellenförmigem .Polyurethankautschuk, der an sich ein geringes Belastungsvermögen und eine geringe Komprimierungssteifigkeit hat. Dieses Material hat folglich bei Belastung ein sehr hohes elastisches Stauchvermögen, seine Komprimierungsstarrheit ist jedoch bis zu einer sehr starken Stauchung ungefähr gleichförmig. Dieser Kern 10 ist

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seitlich von einer äusseren Kautschukummantelung 11 mit ausreichend dicken Wänden umgeben, so dass eine Art Hohlfeder entsteht. Die Stärke dieser Ummantelung 11 ist von einem Ende zum anderen im wesentlichen gleichbleibend und hat die allgemeine Form eines Doppelkonus, dessen Mittelteil nach aussen vorspringt. Die gegenüber liegenden -Stirnseiten der Ummantelung sind an entsprechend geformte Platten 21, 22 angeklebt, die als Auflage und gegebenenfalls als Befestigung für den Teil dienen. Die Ummantelung ist ausserdem durch eine Zwischenplatte 23, die als Beschlag dient, bei komprimiertem Traglager die Radialausdehnung der Ummantelung begrenzt und die Biegung der Ummantelung 11 beiderseits der Horizontalmittelebene örtlich festlegt, in einen Mittelteil unterteilt.

Wenn dieses elastische Traglager unter dem Gewicht der von ihm abgestützten Ladung verformt ist' (Fig. 2), arbeitet der Kern 10 im wesentlichen auf Komprimierung und die Ummantelung 11 im wesentlichen auf Biegung. Dennoch setzt sich die zur Verstärkung der Ummantelung 11 dienende Mittelplatte 23 sowohl de.r Radialausaehnung der Ummantelung als auch der Hadialausdehnung des zellenförmigen Kerns entgegen, so dass das Lastvolumen oder die Koniprimierungsbestänaigkeit der Last sehr wesentlich erhöht ist. Die Durchbiegung der Einheit bei ruhender Last ist auf diese "Weise begrenzt, ist aber aennoch viel höher als die von einem nur aus Kautschuk bestehenden Element, das rein auf Komprimierung arbeitet, Andererseits behält das gesamte Traglagei, ausgehend von diesem Durchbiegezustand bei Belastung die Möglichkeit, sich noch weiter stark elastisch durchzubiegen, wodurch die Last grosse vertikale Bewegungen durchführen kann, bevor sich das Traglager merklich versteift, so dass eine elastische Aufhängung der Last gewährleistet ist. Die Biegefestigkeit des Kautschuks der Ummantelung 11 und die Komprimierungssteifigkeit des Zellmaterials des Kerns können sehr unterschiedlich gewählt werden, um der zusammengesetzten Einheit die erforderliche mittlere Steifigkeit zu erteilen. Die

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Meridianform der töand der UiiiiDantelung 11 und deren Dicke können ebenfalls im Hinblick auf die angestrebten Yerforaungskennlinien gewählt werden.

Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Au.sführungsfoini aes beschriebenen Traglagers, bei dem die äussere Ummantelung 11 aus zwei identischen, ringförmigen, kegelstumpfformigen sandwichartigen Elementen besteht, aie an ihrer grossen Basis miteinander verbunden sind. Jedes sandwichartige Teil hat einen Unimantelungsiiorper 11 aus Kautschuk, der ringförmig - kegeistuiupff örmig ist, an eineiu Ende an eine Metallplatte 21 mit kleinem Durchmesser angeklebt ist unü am anderen Ende an eine Metallplatte 24 mit grösserem Durchmesser. Die zwei Platten 24 bilden im vereinigten Zustand das Äquivalent zur Zwiscnenρlatte 23 des beschriebenen Traglagers. Diese Ausführungsform erleichtert die Herstellung der sandwichartigen Einzelteile mittels G-iessen.

Fig. 4 zeigt ein anderes elastisches Traglager, bei dem die Ummantelung 11 eine im Mittelabschnitt ausgebauchte Form hat. Diese Ummantelung ist auf der Innenseite durch eine Karkasse 17 verstärkt, die beispielsweise aus zwei lagen aus schräg übereinanderliegenden Kabeln besteht. Die Ränder dieser Karkasse sind an Drahteinlagen 18, 19 verhakt, die zur Armierung der Ummantelungsenden in Form von Wülsten dienen.. Durch eine mehr oder weniger grosse Neigung der Ktibel in bezug auf die Mantellinien der Ummantelung kann ihre Beständigkeit gegenüber Radialausdehnung und Biegung verändert werden, und folglich kann die Koiiipriiuierungsbeständigkeit des gesamten Traglagers verändert werden,

Figo 5 zeigt ein elastisches Traglager, das dem beschriebenen mit dem Unterschied entspricht, dass am Mittelteil der Ummantelung 11 eine undehnbare Einlage 20 vorgesehen ist, die elastisch sein kann, beispielsweise aus textlien oder metallischen Fäden oder Kabeln, oder die starr ist und dann z.B. aus eineiu Metallband oder -ring besteht. Diese Einlage kann auf der Aussenseite der Ummantelung, an die sie angeklebt ist, vorgesehen, in

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eine Nut der Ummantelung eingesetzt, oder auch im Innern der Ummantelung eingebettet sein, um sie festzulegen. Die Einlage legt die Biegungsbereicbe der Ummantelung beiderseits des Mittelteils örtlich fest. Sie erhöht somit die Biegefestigkeit der Ummantelung und die Gesamtkomprimierungsfestigkeit des gesamten Traglagers. Die Ummantelung 11 kann auch eine Verstärkungskarkasse 17 aufweisen, die in diesem Fall aus Längsfäden oder -kabeln bestehen kann, deren Enden auf den Drahteinlagen 18, 19 der Ummantelungswülste verhakt sind.

Die vorstehend beschriebenen elastischen Traglager können übereinander gelegt werden, so dass sie Vielfachauflagen grösserer Höhe bilden, die eine grosse statische oder dynamische Biegebewegungsbahn haben. Fig. 6 zeigt beispielsweise ein Vielfachtraglager, das aus vier übereinanderliegenden Einzeltraglagern besteht. Fig. 7 zeigt ein Traglager, das aus zwei Einzeltraglagern geinäss Fig. 4 besteht, die übereinanderliegen und durch Bügel 25 miteinander verbunggn sind, und deren mit Verbindungsteilen 26, 27 versehene Enden/tragenden und an dem zu tragenden Element befestigt sind. In beiden Fällen kann die last an der Oberseite des Vielfachtraglagers oder auch an einem Mittelteil des Traglagers, z.B. an den Bügeln 25 angreifen, wobei dann die gegenüberliegenden freien Flächen des Traglagers mit dem tragenden Teil verbunden sind.

Fig. 8 zeigt ein weiteres elastisches Vielfachtraglager, dessen Ummantelung 11 aus kegeistumpfförmigen sandwichartigen Einzelteilen besteht, die denjenigen des Traglagers.gemäss Fig. 3 ähnlich sind und einen kugeistumpfförmigen ringförmigen Kautschukkörper aufweisen, der an ringförmige Endplatten 21 und 27 mit unterschiedlichen Durchmessern angeklebt ist. Diese Ummantelung 11 klemmt einen elastischen Kern 10 fest, der sich über oas gesamte Traglager erstreckt.

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Fig. 9 und 10 geben die Eigenschaften eines Vielfachtraglagers der beschriebenen Art wieder. Die Kurve A der Fig. 9 zeigt, dass die Komprinderungssteifigkeit eines zum Abstützen einer Eisenbahnwagenkarosserie verwendeten Traglagers bis zu einem Grenzwert E der statischen Nutzung der abgestützten Last, nämlich 5 Tonnen, im wesentlichen gleichbleibend gehalten werden kann, was einer Durchbiegung von 20 mm entspricht.. Das Traglager kann sich über diesen Wert E hinaus noch weiter elastisch durchbiegen und eine momentane Überlastung bis zu 7 Tonnen aufnehmen, die sich beispielsweise aus Vertikalbeschleunigungen während des Betriebs ergibt, ohne dass die Komprimierungssteifigkeit nachteilig zunehmen, d.h. die Aufhängung oder die Lagerung plötzlich erhärten würde. Die Kurve B der Fig. 10 zeigt, dass die Scherfestigkeit bei Normalbe- -lastung von 5 Tonnen ebenfalls ungefähr konstant bleibt, wobei die Horizontalverlagerung ungefähr proportional zum liiert der das Traglager beaufschlagenden Horizontalbeansj.ruchungen ist.

Das Traglager kann auch andere geformt sein. So können auch andere querschnitte als ein kreisförmiger, d.h. vieleckige oder längliche querschnitte verwendet werden, z.B. wenn die Scherfestigkeit in mehreren horizontalen Eichtungen unterschiedlich sein soll.

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Claims

Patentansprüche :

Elastisches oder aus einem Elastomer bestehendes Traglager mit einem Kern aus sehr elastischem, auf Komprimierung arbeitenden Zellelastomer, der seitlich von einer Ummantelung aus Kautschuk umgeben ist, die hauptsächlich unter nach aussen gerichteten Verbiegen verformbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erhöhen der Komprimierungssteifigkeit des gesamten Traglagers und dessen Horizontalfestigkeit ohne Entstehen einer Vertikalversteifung innerhalb eines weiten Belastungsbereiches der äusseren Umiiiantelung (11) Verstärkungselemente (23, 17, 20) zugeordnet sind, die deren Radialausdehnung nach aussen begrenzen.

.2. Traglager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungselemente der Ummantelung (11) aus einem undehnbaren Beschlag (20, 23) zum Begrenzen der Eadialdehnung des Mittelteils der Ummantelung (11) bestehen.

3. Traglager nach Anspruch 2, dadurch gekennζeibnet, dass der undehnbare Beschlag eine ringförmige Zwischenplatte (23) ist, die die Ummantelung in ihrer Mittelebene unterteilt.

4. Traglager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (11) aus einem doppelkonischen Kautschuk-Hohlkörper besteht, der an jedem Ende an einer starren Halteplatte (21, 22) befestigt ist (Fig. 1 bis 3).

5. '-L'raglager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (11) aus zwei kegeisturopfförmigen, ringförmigen, sandwichartigen Teilen besteht, die jeweils einen kegelstumpfförmigen Ummantelungskörper aus Kautschuk umfassen, der -an ringförmigen Endplatten (21, 22, 24) befestigt ist, wobei die beiden sandwichartigen Teile an ihrer grossen Basis miteinander verbunden sind (Fig. 3).

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6. Traglager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ummantelung (11) in ihrem Mittelteil ausgebaucht ist und durch ein Gewebe oder Lugen aus Kabeln (17) verstärkt ist, in denen die Fäden oder Kabel unter einem Winkel zueinander angeordnet sind O¹Ig. 4).

7. Traglager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es aus mehreren elastischen Einzeltraglagern besteht, die übereinander angeordnet und miteinander verbunden sind (Fig. 6, 7 und 8).

8. Traglager nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen gemeinsamen elastischen Kern (10), der von mehreren übereinander angeordneten und miteinander verbundenen Ummantelungselementen umgeben ist (Fig. 8).

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