DE2345990A1

DE2345990A1 - Federelement, insbesondere zur elastischen lagerung von motoren

Info

Publication number: DE2345990A1
Application number: DE19732345990D
Authority: DE
Inventors: Raoul Dipl Ing Joern
Original assignee: Individual
Current assignee: JOERN GEB ROTH FRIEDA 7012 FELLBACH DE
Priority date: 1970-04-15
Filing date: 1973-09-12
Publication date: 1975-04-03
Also published as: AT336964B; JPS5055770A; GB1458087A; IT1056230B; FR2243371A2; US3873077A; FR2243371B2; ATA1031673A

Description

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Dipl.-Ing. Baoul Jörn, 8992 Hengnau

Federelement, insbesondere zur elastischen Lagerung von Motoren (Zusatz zu P 20 17 999-1)

Das Hauptpatent betrifft ein Federelement, insbesondere zur elastischen Lagerung von Motoren, bestehend aus mehreren parallel liegenden, biegebeanspruchten Stahlfederblättern, wobei mindestens drei aus dünnem Federblech hergestellte Federblätter in gleichem Abstand parallel zueinander angeordnet sind und die Zwischenräume ganz oder teilweise mit Gummi oder einem gummiähnlichen Material ausgefüllt sind. Diese Elemente werden durch an den eingespannten Enden eingeleitete Kräfte, beispielsweise an einem Ende durch das Motorgewicht, am anderen durch die Reaktionskraft des zur Befestigung dienenden Fahrzeugrahmens vor allem auf Biegung beansprucht. Der Vorteil dieser Elemente ist, daß sie bei Durchbiegung große Federwege leisten, besonders, wenn das Element in viele dünnwandige Lamellen aufgeteilt ist. Günstig ist ferner die gegenüber Gummi-Motorlagern höhere Värmebeständigkeit und in manchen Anwendungsfällen auch die große Steifigkeit in Längsrichtung der Federblätter.

Ein Nachteil der Ausführungsform des Hauptpatents liegt darin, daß durch die Einspannung an den Enden eine Verschiebung der Lamellen gegeneinander verhindert wird. Daher wird ein Teil de* Biegemomentes

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als Längskräftepaare in die Lamellen, eingeleitet und damit die Biegeweichheit verringert. Ein weiterer Nachteil der bekannten Elemente ist darin zu sehen, daß ein Teil der Geräuschschwingungen von einem Ende der Stahl-Lamellen zum anderen durchlaufen kann und daher bei größerer Lamellenstärke oder kurzen Federn die Geräuschieolation nicht befriedigend ist. Dies ist besonders dann der Fall, wenn Kräfte oder Schwingungen in Längsrichtung der Lamellen auftreten.

Sie zusätzliche Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Nachteile zu vermeiden} sie löst diese Aufgabe und schafft ein Federelement der anfangs beschriebenen Art, und das Neue besteht darin, daß die einzelnen Federblätter jeweils nur an einem Ende befestigt sind und das andere Ende vor der gegenüberliegenden Einspann- oder Befestigungsstelle ausläuft, wobei sich die überlappenden Flächen an den freien Enden der FederblStter über Gummizwischenlagen gegeneinander abstützen. Veil bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Federelementes die einzelnen Federblätter nicht von einem Einspann- oder Befestigungsende bis zum anderen durchlaufen, ist die metallische Verbindung der beiden Federenden unterbrochen· Dennoch verformen sich die Federblätter bei Biegebeanspruchung so, als seien sie an beiden Enden fest eingespannt, weil sich das freiliegende Ende jedes Federblattes in der Mitte zwischen den Einspannstellen, also in dem Punkt, in dem Biegemoment und Krümmung gleich Null sind, auf das nächste Federblatt abstützt. Die Biegung wird daher bei dem erfindungsgemäßen Element, bei dem je zwei Federblätter überlappen, in gleicher Weise wie bei einem durchlaufenden Federblatt übertragen. Dabei kb'nnen sich aber die Federblätter, die

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in mehreren Lagen angeordnet sind, in der Längsrichtung des Federelementes elastisch gegeneinander verschieben, auch wenn sie an den Enden fest eingespannt sind. Daher treten bei Einleitung eines Biegemomentes keine Zwangskrafte in Fora von Längskräftepaaren auf, und das Biege» moment wird als reine, gleichmäßig auf alle Federblätter verteilte Biegebeanspruchung übertragen. Auch gegenüber Kräften in der Ebene der Federblätter iet das Federelement sehr nachgiebig, da die Gummizwischenlagen auf Schub verformt werden· Die Größe der hierbei hervorgerufenen filickstellkräfte in des durch Reibung oder Anvulkanisation ■it den Federblättern verbundenen Gummi ist durch Dicke und Fläche der Gummischichten, sowie deren Schubmodul bestimmt· Ein besonderer Urteil der auf Schub deformierbaren Gummisohlehten ist die elastische Aufnahme von Brems- und Beschleunigungskräften und die Möglichkeit, Einbautoleranten auszugleichen. Die zulässigen Schubdeformationen sind bei Spitzenkräften etwa gleich der Gummistärke. Die Federhärte des ganzen Federelementes in Sichtung der Federblätter kann durch Wahl der Dicke der Zwischenschicht und deren Fläche in weiten Grenzen den schwingungstechnischen Erfordernissen der elastischen Lagerung angepasst werden. Auch die Weiterleitung von Geräuschen wird durch die Unterbrechung der metallischen Verbindung erschwert.

Bei dem erfindungsgemäßen Motorlager werden ca. 95 % der Arbeitsaufnahme von den Federblattlamellen aufgenommen. Der zwischen diesen einvulkanisierte Kautschuk hat daher auf die Verformung praktisch keinen Einfluß. Für die Zwischenschichten können daher amch weniger

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elastische, stärker fließende oder sogar plastisch verforabare Kunstkautschuk-Mischungen verwendet werden, die gegenüber den für Motorlager üblicher Bauart rervendeten hochelastischen Gummimischungen
den Vorteil aufweisen, auch Temperaturen über 8O°C zu ertragen, ohne
daß das Federeleaent zerstört oder plastisch verformt wird. Motorlager dieser Art können bei Verwendung entsprechender Kunstkautschuke bei Dauertemperaturen bis ca. 250° eingesetzt werden.

Der einrulkanisierte Gummi ergibt nicht nur eine nachgiebige Verbindung der Federblatter, sondern durch ihn erhält das Federelement auch eine Dämpfung. Die beim Durchbiegen der Federblätter auftretenden Schubverformungen in den Gummizwischenschichten haben durch die innere Reibung im Gummi eine Verzögerung des Bewegungsablaufes im Kraft-tfeg-Diagramm zur Folge. Bei wechselnder Beanspruchung der Stahlfeder und der Gummizwischenlagen ergibt sich eine Phasenverschiebung zwischen Belastung und Verformung, die sich als Dämpfung äußert. Eine Dämpfung ist erwünscht, um kurzzeitig erregte Resonanzschwingungen schnell zum Abklingen zu bringen.

Mach der Zrfindung ist weiter vorgesehen, daß bei beidseitiger Einspannung je zwei oder mehr übereinanderliegenden auf der gleichen
Seite eingespannte und befestigte, nur durch ein dünnes Abstandspoleter aus Gummi oder Kunststoff getrennte Federblätter sich über
jeweils nur eine Gummizwischenlage gegen ein oder mehrere am anderen
Ende eingespannte Federblätter abstützt. Bei dieser Ausbildung des
Federelementes wird seine Gesamtbauhöhe verkleinert, weil nicht jedes

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einzelne Federblatt, sondern mehrere gemeinsam nur eine abstützende Gummizwischenlage besitzen. Da die Anzahl der Gummizwischenlagen kleiner ist, wird auch die Federweichheit des Gesamtelementes in der Ebene der Federblätter verkleinert. Es kann so ein Lager mit extrem großer horizontaler Weüriieit konstruiert werden, wie es beispielsweise für Motoren mit liegenden Zylindern erforderlich ist, bei denen die Schwingungserregung in der Horizontalen auftritt. Ferner bietet diese Aueführungsart die Möglichkeit, das Lager aus einer Anzahl von Einzelelementen zusammenzubauen, die jeweils aus zwei überlappenden Federblättern und einer Gummischicht bestehen, und die abwechselnd umgedreht zusammengebaut werden.

Um ein Optimum an Geräuschisolierung zu erzielen, sind mach, der Erfindung an den Einspannenden des Federelementes zwischen den einzelnen Federblättern Zwischenstücke aus einem Werkstoff angeordnet, dessen Elastizitätsmodul gr-ößer als der der Kautschukzwischenlagen, aber kleiner als der der Federblätter ist. Sin Teil der Geräuschdämmung im gesamten Federelement wird dadurch bewirkt, daß beim Übergang der Geräuschschwingungen von einem Material in ein anderes Heflektionen und Verluste eintreten, die umso höher sind, je größer der Unterschied der Elastizitätsmoduln der aufeinanderliegenden Teile ist. Zur Erzielung guter Geräuschdämmung werden daher Distanzstücke gewählt, die weicher als Metall, andererseits aber härter als der für die Zwischenlagen im freien Teil des Federelementes verwendete Kautschuk sind. Sie müssen bei der Befestigung dem Schraubendruck standhalten und eine Einspannung der Federblätter gewährleisten. Günstig ist die Verwendung von

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Hartpapier oder Asbest alt eines Elastizitätsmodul der Größenordnung 100.000 kg/cm² g(
bis 100 kg/cm²).

100.000 kg/cm² gegenüber Stahl (S 100 000 kg/cm²) oder Quasi (ca. 30

Die Süßeren bzv. das obere und untere Federblatt werden nur dann voll zur La«taufηah«β herangezogen, wenn die abzustützende Gummizwischenlage eine Druckkraft auf aie ausübt· Motorlager werden durch die ruhende Last des Motors in vertikaler Sichtung belastet und können dementsprechend eingebaut werden. Treten aber infolge großer Drehmomente, z.B. bei angeflanschtem Getriebe mit großer übersetzung, abhebende, also nach oben wirkende Kräfte auf, so werden die äußeren Federblätter nicht mehr nach außen gedrückt sondern durch den angehafteten Gummi nach innen gezogen. Diese Zugkräfte können für die Haftung ungünstig sein, weil sieh der Gummi unter ihnen dehnt und an den Hafträndern Spitzenspannungen auftreten. Außerdem können die innen liegenden Federblätter überlastet werden, weil die äußeren nicht roll mittragen. Nach der Irfindung können deshalb die äußeren Federblätter in der Mitte des freitragenden Teiles durch einen mittleren oder mehrere, die dazwischen liegenden Federblätter nicht berührende Abstandsbolzen verbunden sind. Damit wird für ein stets gleichmäßiges Andrücken der äußeren Federblätter an den Gummi und an die innenliegenden Federblätter gesorgt. Eine Bohrung in den Federblättern, durch die der Bolzen hindurchgeht, ohne die Wände au berühren, beeinträchtigt die Festigkeit nicht, weil das Biegemoment und damit auch die Spannung in der Mitte der Federblätter den Vert Mull hat.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, daß der

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größte Teil der Außenkanten zweier gegenüberliegender FederblKtter auf zwei geraden Linien liegt, deren geometrische Verlängerungen sich in der Mitte des freitragenden Federteiles ±xxm±Ksmx2nadc schneiden»mnd die Außenkanten im Mittelbereich des Federelementes symmetrisch zu dessen Längsachse verlaufen. Bei dieser Ausbildung wird der Federwerkstoff besser ausgenutzt als bei gleichbleibender Federbreite und bei geringstes Materialaufwand der größtmögliche Federweg erreicht. Das Biegemoment ist an den Einspannenden am größten und nimmt zur Mitte hin geradlinig auf Null ab. Bei entsprechender Abnahme der Federbreite ergibt sich aus dem gleichbleibenden Verhältnis von Biegemoment zu Trägheitsmoment auf der ganzen Länge eine Spannung gleicher Größe und daraus folgend eine gleichmäßige Krümmung. Es wird ein optimal großer Federweg erreicht.

Die Erfindung wird durch Zeichnungen in einigen Ausführungsbeispielen

veranschaulicht und zwar zeigern

Fig. 1 ein aus mehreren Federblättern zusammengesetztes Federelement im Längsschnitt,

Fig. 2 das Federelement nach Fig. 1 in der Draufsicht,

Fig. 3 ein Federelement, das auf beiden Seiten befestigt und eingespannt ist, teilweise im Längsschnitt,

Fig. k den Längsschnitt durch ein Federelement, d(B auf einer Seite fest eingespannt und auf der anderen gelenkig befestigt ist,

Fig. 5 die Draufsicht zu Fig. k,

Fig. 6 u. 7 die Längsschnitt« durch zwei weitere an beiden Snden •ingespannte Ausführungen des erfindungsgemäfien Federelementes,

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Fig. 8 die Draufsicht zu Figur 7.

Das Federelement nach den Fig. 1 und 2 besteht aus den parallel liegenden Federblättern 1, 2, 3, h, 5, 6 aus Federstahl und den dazwischen angeordneten, durch Beibungshaftung oder Anvulkanisation mit ihnen rerbundenen Gtuamischichten 7, 8, 9, 10, 11. Die Enden der Federblätter 1, 3, 5 sind durch die Zwischenstücke 12 und die äußeren Auflagen 13 eingespannt, die Enden der Federblätter 2, Ί, 6 sind an anderen Ende des Federelementes durch die Zwischenstücke 1*f und die Auflagen 15 eingespannt. Zwischenstücke und Auflagen sind aus Hartpapier, Asbest oder Kunststoff hergestellt· Die Federblätter sind jeweils abwechselnd nur auf einer Seite befestigt und enden hinter der Mitte des freitragenden Teiles und vor dem gegenüberliegenden Einspannende des Federelementes. Die Zwischenräume 16, 17 zwischen den auslaufenden, nicht eingespannten Federblattenden und der anderen Einspannseite können vom Gummi freigelassen oder mit Gummi ausgefüllt sein. Die Löcher 18, 19 dienen zur Befestigung der Federenden· Die Federblätter weisen die Einschnürung 20 auf. Die überlappenden Flächen 21 an den Enden der Federblätter 1, 3, 5 und 2, *f, 6 werden durch die Gummizwischenlagen 7« 8, 9t 1°» 11 gegeneinander abgestützt. Die Außenkanten 57, 60 und 58, 59 liegen auf zwei geraden Linien, die sich in der Mitte der Feder achneiden· Ia Mittelbereich des Federelementes rerlaufen die Außenkanten symmetrisch zur Längsachse.

Nach Fig. 3 ist ein Federelement auf einer Seite mittels des Bolzens 22 und der Xinspannplatte 23« die gleichzeitig zur Zentrierung dient,

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an einer Konsole 2k befestigt, die beispielsweise an eines Verbrennungsmotor angebracht ist. Das andere Einspannende der Feder ist über den Befestigungsbolzen 25 und die Einspannplatte 26 mit dem Fahrgestellrahmen 28 verbunden. Unter dem Hotorgewicht biegt sich das Federelement mit S-förmiger Biegelinie durch. Die abstützenden Gummischichten werden dabei auf Schub verformt· Während der Saus zwischen den Federblättern in dem zum Rahmen 28 hin liegenden freitragenden Teil des Federelementes mit angehaftetem Gummi 29 ausgefüllt ist, sind die Zwischenräume 2? auf der anderen Federseite freigelassen. Die Gummizwischenlage bildet ein zu den praktisch dämpfungsfrsien Stahlfederblättern parallelgeschaltetes Dämpfungselement· Eine Vergrößerung der Zwischenlage und Ausdehnung auf den gesamten freien Baum zwischen den Blättern bewirkt eine wesentliche Erhöhung der Dämpfung. Die Befestigung an den Einspannenden kann auch durch Klammern oder Schellen erfolgen.

Das Federelement nach Fig. k und 5 besteht aus den äußeren Federblättern 30 und y\, die an einem Ende unter Zuhilfenahme der Auflagen 32 und des Zwischenstückes 33 biegesteif befestigt sind. Die inneren Federblätter 3<t, 35 tragen an ihrem äußeren Ende ein angerolltes Auge 38, das mit einer Gummi-Metall-Gelenkbuchse, bestehend aus Innenrohr 39 und der Gummi- oder Kunststoffschicht kO, versehen ist. Di· Gelenkbuchse kann angehaftet oder eingepresst sein entsprechend den bekannten Gelenkbuchsen-Konstruktionen. Die überlappenden Flächen der Gummischichten 36, 37 übertragen die Querkräfte und da« Biegemoment von den innenliegenden Federblättern 3^« 35 auf die äußeren Federblätter

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Dae Federelement nach. Fig. 6 besteht aus je zwei an den entgegengesetzten Enden biegesteif befestigten Federblättern Vi, k2 und kj, H, die sich über die verbindenden Guamizwischenlagen A-5» hS gegeneinander abstützen. Dabei sind die beiden Federblatter ^J, kh am gleichen Ende befestigt und nur durch ein dünnes, filaartiges Abstand-spolster k? voneinander getrennt, das eine Reibung der Federblätter aufeinander verhindert. Da bei dieser Anordnung sehr Federblätter als Gummizwischenlagen vorhanden sind, ist die Bauhöhe des Federelementes sehr klein und die Schubweichheit in der Federebene kann besondere niedrig gehalten werden. Diese Bauart bietet auch den Vorteil, daß ein Federelement aus einer Anzahl einzeln herstellbarer Teilelemente, beispielsweise Vl, Ό, ^5, zusammengesetzt werden kann.

In Fig. 7 und 8 ist ein ähnlich Fig. 6 aufgebautes Element gezeigt, jedoch mit je drei auf beiden Seiten eingespannten Blattfedern. In der Mitte zwischen den Befestigungsenden ist ein Abstandsbolzen 52 angebracht, der sieh über die Unterlegscheiben 53 und die Guaaisehichten 5¹* gegen das untere und obere Federblatt 35 und 56 elastisch abstützt. Der Abstandsbolzen hat seitlich genügend Spiel gegenüber den Bohrungen in den Federblättern, so daß er beim Verkanten infolge Ausbiegung der Feder die Federblätter nicht berührt. Kleine Abstandsänderungen, die sich bei Schräglage des Bolzens ergeben, werden durch die Gummisohlehten 5*t ausgeglichen.

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Claims

Patentansprüche

( 1.)Federelement, insbesondere zur elastischen Lagerung von Motoren, bestehend aus mehreren parallelliegenden, einander nicht berührenden Federblättern aus Stahl, kunststoffgebundenen Glasfasern oder einem anderen Federwerkstoff mit hohem Elastizitätsmodul, die an einem oder beiden Enden biegesteif eingespannt, durch die an beiden Enden eingeleiteten Kräfte vorwiegend auf Biegung beansprucht und untereinander durch an.diese mittels Vulkanisation oder Reibung angehaftete, die Zwischenräume ausfüllende Schichten aus Kautschukmischungen oder kautschukähnlichem Werkstoff verbunden sind, nach

Patent (Patentanmeldung P 20 17 999*1), dadurch

gekennzeichnet, daß die einzelnen Federblätter (1, 2, 3t ^t 5» 6 und 30, 31, 34, 35) jeweils nur an einem Ende befestigt sind und das andere Ende Tor der gegenüberliegenden Einspann- oder Befestigungsstelle ausläuft, wobei sich die überlappenden Flächen an den freien Enden der Federblätter (1, 3, 5 und 2, k_t 6 sowie 30, 31, 3^t 35) über Gummizwischenlagen (7, 8, 9, 10, 11 und 36, 37) gegeneinander abstützen·

2. Federelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei beidseitiger Einspannung je zwei oder mehr übereinau"erliegende, auf der gleichen Seite eingespannte und befestigte, nur durch ein dünnes filmartiges Abstandspolster (k7) aus Gummi oder Kunststoff getrennte Federblätter (*t3, kh) sich über jeweils nur eine Gummizwischenlage {k3_t kS) gegen ein oder mehrere am anderen Ende eingespannte Federblätter (%1, kz) abstützt.

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3· Federelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Einspannenden des Federelementes zwischen den einzelnen Federblättern (1, 2, 3, h_t 5, 6) Zwischenstücke (12, 1*t) aus einem Werkstoff angeordnet sind, dessen Elastizitätsmodul größer als der der Kautschukzwischenlagen (7» 8, 9» 10, 11) aber kleiner als der der Federblätter ist.

k. Federelement nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Federblätter (55» 56) in der Mitte des freitragenden Teiles durch einen oder mehrere die dazwischen liegenden Federblätter nicht berührenden Abstandsbolzen (52) verbunden sind.

5· Federelement nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der größte Teil der Außenkanten (57, 58, 59, 6θ) · zweier gegenüberliegender Federblätter (1, 2) auf zwei geraden Linien liegt, deren geometrische Verlängerung sich in der Mitte des freitragenden Federteiles schneidet,und die Außenkanten im Mittelbereich des Federelementes (61, 62) symmetrisch zur Federlängeachse verlaufen.

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