DE2363304A1

DE2363304A1 - Schwingungsisolator

Info

Publication number: DE2363304A1
Application number: DE19732363304
Authority: DE
Inventors: Pierre Vernier
Original assignee: ARFINA ANSTALT FINANZ; ARFINA ANSTALT fur CONTINENTALE und UEBERSEE-FINANZINTERESSEN VADUZ
Current assignee: Vibrachoc SAS
Priority date: 1972-12-21
Filing date: 1973-12-19
Publication date: 1974-07-04
Also published as: FR2212012A5; SE402807B; GB1456258A; DE2363304C2; JPS4996178A

Description

Patentanwälte
Dipl. Ing. C Wallach
Dipl. Ing. G. Koch 19. DEZ. 1S7S

Dr. T. Haibach

δ München 2 l4 498 - Fk/Ne

Kaufingersir. 8, Tel. 24 02 75

ARPINA Anstalt für Continentale und Übersee-Finanzinteressen

Vaduz / Liechtenstein

Schwingungsisolator

Die Erfindung besieht sich auf einen Schwingungsisolator· Der erfindungsgemäße Isolator kann für eine große Anzahl von Anwendungen verwendet werden« bei denen es sich darum handelt«, eine vorgegebene Vorrichtung, beispielsweise das Chassis eines Fahrzeuges von einer Schwingungsquelle zu isolieren, wie beispielsweise von dem Motor«

Es 1st bereits eine große Anzahl von Schwingungsisolatoren bekannt ο Die bekannten Schwingungsisolatoren weisen jedoch stark verringerte Schwingungsdämpfungseigenschaften auf» Weiterhin ist es bei bekannten Vorrichtungen dieser Art nicht möglich, getrennt auf die Dämpfungseigenschaften und die Isolationseigenschaften einzuwirken, was einen schwerwiegenden Nachteil bedeutet*, wenn es in der Praxis darum geht, einen Isolator zu schaffen, der auf ein System von vorgegebenen Schwingungen anspricht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,, einen Schwingungsdämpfer zu schaffen, der eine sehr hohe Dämpfung aufweist und

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dennoch außerdem auf '©rund seiner Konzeption di© getrennte Einstellung der Isolationseigeaschaften in Abhängigkeit von dem Spezialfall ermöglicht, der in der Praxis auftritt«

Ein erfindungsgemMS sasgebildetei¹ Sshwingungsdlapfer umfaßt in Kombination erste und zweite starre koaxiale Elemente, die Jeweils zur Befestigung an zwei voneinander zu isolierenden Teilen eines Schwingungen ausgesetzten Systems bestimmt sind, ein© dichte Hülle aus verformbarem elastischem Material, wie z_oB_o einem Elastomer, das die beiden Elemente miteinander verbindet, wobei eines der beiden starren Element© die Form eines abgeflachten Bodens aufweist und wobei zumindest ein Tail der Hülle die Form einer Kuppel aufweist, die in ihrem Mittelpunkt das andere der starren Elemente aufnimmt^ und ein Material aait hoher Viskpsität, das die Hülle füllt.

Auf diese Weise weist eines der sfcsrren Elemente eine abgeflachte Form auf und die Hüll© erstreckt sieh zylindrisch in einer im wesentlichen zur Efotne des El@ratafe©s senkrechten Richtung, um sich in Form sines³ Kuppel mit dem zweiten Eleaent su verbinden, dessen Abmessungen" erheblich kleiner sind_s als die des ersten Elementes.

GemäB einer vorteilhaften Ausgestaltung uer Erfindung weist der Schwingungsisolator ein® geometrisehe Brehsjpimefcrieachs© auf* die die Mittelpunkte der beiden starren Elemente verbindet _o Durch die Wahl der geometrischen Abmessungen der Hülle, der Art der Hülle und der Eigenschaft©» ü@a viskosen Materials, das in der Hülle enthalten ist, ist es möglich, ©ine .Schwingungsisolation entlang der drei Achsen eines orthogonalen Systems zu erzielen«.

Die Viskosität des Materials -liegt- zwischen 50 000 und 1 500 Zentistoke und sie kam vorzugsweise zwischen 50 000 und 1 Million Zentistoke liegen.

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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist dieses Material ein Silikonfettο Ss kann jedoch in gleicher Weise irgendein anderes Material sein, das eine starke Viskosität aufweist, wie ZeB. Polyisobutyl-Teer, Rohelastomer und andere Materialien.

Die die beiden starren Elemente verbindende elastische Hülle besteht beispielsweise mit Vorteil aus einem Silikon-Elastomer-> Es können jedoch auch, andere Elastomer-Materialien verwendet werden, die mit dem Fett verträglich sind* wie zJ3« Naturkautschuk, Neopren und Butyl„

Vorzugsweise liegen die Dämpfungseigenschaften des die Hülle bildenden Materials zwischen 0 und 25 % der kritischen Dämpfung_o Der Einfluß der Dämpfung der Hülle ist jedoch klein im Verhältnis zur allgemeinen Dämpfung*

Auf Grund des Vorhandenseins einer großen Masse des Materials mit großer Viskosität in der Hülle weist der erfindungsgemäße Isolator äußerst hohe Isolationseigenschaften auf_s Die Dämpfungseigensehaften, die sich aus der Art des die Hülle bildenden Materials, aus ihrer Form* insbesondere im kuppeiförmigen Teil und aus dem Zusammenwirken mit der viskosen Masse/ die sich während der Schwingungen vier Hülle verschiebt_s ergeben₉ sind außerdem besonders hoch»

Diese Dämpfungseigensehaften können weiter vergrößert werden, indem an dem in dem kuppeiförmigen Teil enthaltenden Element ein oder mehrere TeIIe₁₁ wie s„B. eine starre Tellerscheibe befestigt werden, die in der Hülle enthalten sind und deren Ebene senkrecht zur Achae des Isolators die Erzielung einer Dämpfung in der viskosen Masse selbst ermöglicht,, Es ist in gleicher Weise möglich, entweder in Kombination mit diesem Ring oder getrennt mit diesem starren Element eine oder mehrere Kissen beispielsweise in ringförmiger Form zu verbinden^, die aus gewebten Metalldrähten bestehen, und deren Zwischenräume mit dem viskosen Material gefüllt s:,.nd_e

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BAD

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B©i @iner !besonderen iusfShrungsform öer Erfindung, bei der ein Isolator erwünscht ist, der eine relativ große Steifigkeit aufweist, ist es uo*glieh_a entweder am HuBeren der Hülle oder im laueren dieser Hülle ©ine Feder anzuordnen-, die sich zwischen ü®n beiden starren Elementen abstützte Die Feder ist vorzugsweise in der Hülle enthalten und kann vorteilhafterweise eine spiralschraubenförmige Gestalt aufweisen«, Die Verschiebung der Feder in dem viskosen Fett ermöglicht weiterhin die Erhöhung der Dämpfungseigens chaften„

Bai einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Teil der Hülle« der sah im wesentlichen zylindrisch von der abgeflachten Bodenplatte weg erstreckt, in vorteilhafter Weise mit Hilfe einer starren Wand mit im wesentlichen zylindrischer Form versteift werden» die sich ausgehend von der abgeflachten Bodenplatte erstreckte Insbesondere kann die Hülle auf einer derartigen Wand aufgeformt sein, die vorzugsweise an Ihrem unteren Teil einen rechtwinklig weggebogenen Hand aufweisen kann^ der fest mit der abgeflachten Bodenplatte verbunden werden kann« Eine Dichtung, die vorzugsweise durch Aufformen hergestellt 1st, ist zwischen dem rechtwinkligen Rand und der abgeflachten Bodenplatte zusammengedrückt, um den Isolator abzudichten_β

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den UnteransprUchen<>

Die Erfindung wird im folgenden anhand von In der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispielen noch näher erläuterte

In der Zeichnung 2eigen:

Fig. 1 eine teilweise in Axialrichtung geschnittene Ansicht einer Ausführungsform des Schwingungsisolators;

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PIg₀ 2 eine Draufsicht auf die Ausführungsform des Schwingungsisolators;

Figo 2 einen Axialschnitt der Hülle der Äusführungsforni des Schwingungsisolators mit einer zylindrischen Wand mit einem rechtwinkligen Rand und einem der starren Elemente!

Fig. 4 eine abgeänderte Ausführungsform des Schwingungsiso* lators im Axialschnittj

Figo 5 eine weitere Ausführungsform des Schwingungsisolators in einem Axialschnitt;

Fig» 6 Beschleunigungskurven in Abhängigkeit von der Frequenz einer Ausführungsform des Isolators« eines klassischen Elastomer-Isolators und eines klassischen gewebten Kissens ausgehend von dem gleichen Wert der Eingangsschwingungen O

Zunächst seien die Figuren 1, 2 und 5 betrachtet. Die dargestellte Ausführungsform des Schwingungsisolators umfaßt zwei starre Elemente 1 und 2, die eine allgemein drehsymmetrische Form um eine gemeinsame geometrische Achse 3 aufweisen» Das obere starre Element 1 weist eine zylindrische Form mit einer in der -Mitte angeordneten Gewindesackbohrung 4 auf ₉ die die Befestigung dieses Elementes an einem Teil oder einem beliebigen Stück eines Systems ermöglicht, das Schwingungen ausgesetzt isto Die Basis oder Bodenplatte des Isolators weist einen mittleren ebenen Teil auf, der von einer Rippe 5 umgeben ist, außerhalb von der sich ein ebener Umfangsteil 6 erstreckte

Die beiden starren Elemente 1 und 2 sind durch eine Hülle oder Membran 7 verbunden, die aus einem Elastomer-Material wie z.B. einem Silikon-Elastomer hergestellt ist-,

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BAD GRiGSNAL

Wie es insbesondere aus Fig. 3 zu erkennen ist, weist diese Hüll® 7 an der Seite des Elementes 2 einen zylindrischen Teil 8 auf _s Über dem sich ein Teil in Form einer Kuppel 9 erstreckt, der an seiner Mitte das starre Element 1 trägt« an dem er durch Vulkan!» sation befestigt Ist«. Es ist zu erkennen₅ daß im Inneren der Hüll© 7 der Teil 9 um das Element 1 herum eine im wesentlichen kreisringförmige Form 10 aufweistc

Wie es aus der Zeichnung zu erkennen Ist^ 1st der zylindrische Teil 8 der Hülle auf einen zylindrischen Metallbesohlag Il aufgeformt» der an seinem oberen Teil eine kreisförmige Rippe 12 und an seinem unteren Teil einen Rand 13 aufweist, der sich rechtwinklig erstreckt« d.h. in einer Richtung im wesentlichen parallel zum Umfangstell des starren Elementes 2, Dieser Rand 13 weist an seiner unteren Stirnfläche eine Vielzahl von konzentrischen Rippen oder Wülsten auf» die durch Aufformen hergestellt sind und die zwischen dem Rand 15 und dem Umfangsteil 6 eingepreßt werden, wenn dieser Rand und der Umfangsteil durch Befestigungsorgane, wie ζ «Β ο 15 zusammengebaut sinä«, Das Innere der auf diese Weise geschaffenen dichten Hülle 9 ist mit einem Fett ΐβ mit einer Viskosität von 100000 Zentistoke gefüllt.

In vorteilhafter Weise kann der dargestellte Schwingungsisolator in seinem Inneren eine kegelschraubenförmige Feder 17 aufweisen« deren untere Windung mit dem größten Durchmesser auf der Bodenplatte 2 am Äußeren der Rippe 5 ruht« während die oberste Rippe mit dem kleinsten Durchmesser zwischen einer Schulter des Elementes 1 und einem Ring l8 festgehalten wird, der um die innere Verlängerung 19 des Elementes 1 befestigt ist₈ dessen unteres Ende um den Ring umgebogen ist»

Es wurden Vergleichs versuche mit einem Isolator nach Figo 1 durchgeführt* der folgende Eigenschaften aufwies:

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Innendurchmesser der Hüllet 50 mm

Innere Höhe der Hülle in dem kreis ringförmigen Teil 10: 9 mm

mittlere Stärke der Hülle: 5 mm

Elastizitätsmodul der Hülle: 0,5 kg/mm

Höhe der zylindrischen Wand 11: 15 mm

Steifigkeit der Feder ι 0,57 kg/mm

Volumen des viskosen Silikonmaterials: 17 onr

Viskosität des viskosen Silikonmaterials: 100 000 Zentistoke.

Ein derartiger Schwingungsisolator weist in Abhängigkeit von der Frequenz einen Frequenzgang auf, der durch die Kurve 1 in Fig· 6 dargestellt ist. Es 1st Insbesondere zu erkennen, daß bei der Resonanzfrequenz von 20 Hz der Verstärkungsfaktor bei der Resonanz gleich oder kleiner als 2 ist, wobei das Verhältnis zwischen der durch den Schwingungsdämpfer übertragenen Beschleunigung (2g) auf der Kurve A und der Eingangsbeschleunigung (lg) auf der Kurve D ist.

Vergleichsweise weist ein Silikon-Elastomer-Isolator, der auf Kompression und Scherung beansprucht wird, einen Frequenzgang gemäß der Kurve B auf, und zwar mit einer beträchtlich größeren übertragenen Beschleunigung und einem beträchtlich größeren Verstärkungsfaktor ο Dies trifft auch für einen metallischen Isolator zu, der aus einem Kissen aus gewebten Metalldrähten von der Art eines Federkissens besteht, dessen Frequenzkurve durch die Kurve C dargestellt lst_o

Es 1st weiterhin verständlich, daß auf Grund der Tatsache, daß das Gesamtvolumen des Fetts während der Verformung der Hülle konstant ist, ein Teil der Kuppel sich verformt und das Volumen verringert, während ein anderer Teil der Kuppel das Volumen erhöht. Die komplexe Bewegung vergrößert die Dämpfung in dem Fett»

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Schließlich 1st zu erkennen» daß die Verstärkung eines erfindungsgemäßen Isolators gegenüber anderen bekannten Isolatoren beträoht-Iioh verringert ist»

Im folgenden sei Flg. 4 betrachtet® Um die Dämpfungseigensohaften des Isolators nach Pig» 1 weiter zu vergrößern, kann vorteilhafterweise der Hing i8 mit geringem Durchmesser durch einen Ring 20 ersetzt werden« der.sich über einen sehr viel größeren Durchmesser Im Inneren der Hülle erstreckt.

Unter diesen Bedingungen erfolgt eine starke Durchwirbelung des viskosen Materials lsi Inneren der Httlle, wodurch weiterhin die Dämpfung vergrößert wirde

Es kann vorteilhaft sein_fl den Band des Ringes 20 durch eine Umkleidung 20a aus Elastomer zu umgeben« um auf diese Weise einen dämpfenden Anschlag zu bilden« Insbesondere bei starken Quer<verschiebungen des Elementes I₉ Vorzugsweise weist die Elastomer-Umkleidung 20 a eine Umfangsnut auf ο

Gemäß FIg₉ 5 ist es möglich, bei einer abgeänderten Ausführungsform die Dämpfung dadurch zu erhöhen* daß an dem Hing 20 ein Kissen aus gewebten Metalldrähten befestigt wird» Ein derartiges Kissen kann in ringförmiger Form vorgesehen und auf dem Hing 20 angeordnet sein, wie z.B„ das Kissen 2I₅ oder das Kissen kann eine am inneren Ende konkave ringförmige Form aufweisen, damit es auf dem Ring 20 angeordnet werden kann und sich an der Feder 17 anschließt, wie beispielsweise das Kissen 22* Andererseits kann ein derartiges Kissen direkt an der Verlängerung 19 befestigt sein, wie beispielsweise das Kissen 23, Selbstverständlieh sind andere Formen von Kissen mögliche Bei den Sehwingungsbewegungen wirken diese Kissen mit dem viskosen, im Inneren der Hülle 7 angeordneten Material zusamtr-en, um die Dämpfung des Isolators zu erhöhen.

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Außer den ausgezeichneten Eigenschaften des erfindungsgemäßen Isolators und seiner Dämpfung ist es weiterhin möglich, was sich in der Praxis als äußerst nützlich erwiesen hat« den Isolator derart auszubilden und herzustellen^ daß man getrennt auf die Dämpfungseigenschaften einwirken kann« ohne die ausgezeichneten Isolationseigensohaften zu beeinflussen«

Es 1st in gleicher Weise möglich, die Art oder die Dickes des Elastomer-Materials zu ändern» das die Hülle 7 bildet. Es 1st weiterhin möglich,, auf die Dämpfungseigenschaften einzuwirken, indem die Form der Hülle und insbesondere ihre Konkavität in der Zone 10 geändert wird» Weiterhin ist es möglich, unter Änderung dieser Elemente einen Isolator zu erzielen« der eine vollständige Isolation und eine beträchtliche Dämpfung nicht nur in der Richtung der Achse 3 sondern selbst in der hierzu senkrechten Richtung aufweist=

Patentansprüche ι

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Claims

t a m& ρ r Ü c h e t

η zeichnet durch Elemente (1, 2)« die Jeweils mw B©f®sfei®mg @a we-i voneinander zu isolierend®» füil@a ©lana S@teSagwig@ffi mwsges©tst©n Systems bestirnt

Elemente (2) ©ine abgeflacht© ©te© fiisSoifes HUlld (7) aus verformbarem elai öl© te©ifea starren Element© (1, 2) '

t ein Teil der'Hülle ist* die. in ihrem Hlttel-

pitt äas Miaem s^ai»!³© Il@ii@Sit (1) ©afninant unö ein Material (16) §iit toter flmkmltäts ims am Ismere der Hülle (7) füllt,

2· Seteilmgungsisolatos¹ nach AnmpTush 1» dadurch g e k e η η seieSintti) äsl @in©@ (2) des» starren Elemente die

©in@r größeren Ab·»

m® El@wm.t [I) asafweiäb, das im Mittelpunkt ö©s Teils ötE³ Hill® (7) la Po» einer Kuppel (9) befestigt Ist_s und äaS ©in zylindfiseher Teil der Hülle (7) mit ümm umfang <&®m &hgßtlsL&ht®n st-srran Blsraer.tes (2) ver»

ch 2_V dadurch ι e k β η η ze lehnet.© da§ i©r iyliadlrischa Teil (c ? der Hülle (7) auf einen im wesentliohen sylinörisoh®n I jschlag (11) auf geformt

ο Sohwingungsisolatoi* nach Ansprush J₁, dadurch j β k θ η η ■= zeloh. net« daS d©r starr s zylindrische beschlag (H) einen Ranä (13) msf^eist^ d@r sieh parallel zin Umfang des starren abgeflachten Blmmmtm {2) «rstreo&t üa^ wt di©s©m

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mit Hilfe von Befestigungsinitteln (15) unter Einfügung von zumindest einer Dichtungsrippe (l4) befestigt ist»

5· Sohwingungsisolator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzei chnet, daß die beiden starren Elemente (l, 2) entlang einer Drehsyrametrieachse (j5) des Schwingungsisolators ausgerichtet sindσ

6β Schwingungsisolator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet» daß die Viskosität des das Innere der Hülle(7) füllenden Materials (17) zwischen 50 000 und 1 500 000 Zentistoke liegt»

To Schwingungsisolator nach Anspruch 6_ß dadurch g e ke η η zeichnet» daß das Material (l6) ein Silikonfett ist»

8. Sohwingungsisolator nach einem der Ansprüche 1 bis 7# dadurch gekennzei ohne t₃ daß die Hülle (7) aus Silikon-Elastomer hergestellt istο

9· Schwingungsisolator nach einem d<3r Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichne t * daß er eine Feder (17) umfaßt, deren Enden sich jeweils an den beiden starren Elementen (l, 2) abstützen.

10. Schwingungsisolator nach Anspruch 9«, dadurch gekennzeichnet« daß die Feder (l6) eine Kegelschraubenfeder ist.

lic Schwingungsisolator nach Anspruch 10« dadurch g e k β η η zeichna t, daß die Feder (17) sich im Inneren der Hülle (7) befindet.

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SöhwingungsIsolator nach einem dar Anspruchs 1 bis H₈ dadurch gekennze i e h η a~ t- # daß ein Teil von zumindest einem starren Element (l) im Inneren der Hülle (7) angeordnet ist und einen Ring (20) haltert» der sich senkrecht zur Achse des starren Elementes (l) erstreckte

IJo Sehwlngungs isolator nach Anspruch 12^ dadurch gekenn"· zeichnet« daß der Ring (20) eine elastische Umfangs*- umkleidung (2Ga) trägt*

l4_e Schwingungsisolator nach einem dar Ansprüche 1 bis 1J>₉ dadurch gekennzeichnet*, daß ein Teil von zumindest einem der starren Elemente (l% der im Inneren der Hülle (7) liegt* mit einem Kissen f21_s 22* 23) aus Metalldrahtgewübe verbunden ist«

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