DE2656624A1

DE2656624A1 - Befestigungsvorrichtung zur aufnahme von drucklasten

Info

Publication number: DE2656624A1
Application number: DE19762656624
Authority: DE
Inventors: James Bryant Koeneman
Original assignee: Lord Corp
Current assignee: Lord Corp
Priority date: 1975-12-15
Filing date: 1976-12-14
Publication date: 1977-06-16
Also published as: FR2335745B3; CA1040181A; FR2335745A1; JPS5273282A; US4006892A; BR7608169A; GB1550670A; IT1083975B

Description

PATENTANWÄLTE

MANITZ, FINSTERWALD & GRA¹MKOU/

München, den 14. Dez. 1976 s/3/jmi-L 2039

Lord Corporation
1635 West 12th. Street Erie, Pennsylvania, USA

Befestigungsvorrichtung zur Aufnahme von Drucklasten

Die Fähigkeit eines Körpers oder einer Schicht aus elastomerem Material, Drucklasten aufzunehmen kann um mehrere hundert Prozent erhöht werden, wenn eine Tielzahl von-einander mit einem Abstand νersehener, paralleler,aus einem nicht dehnbaren Material hergestellter Schichten in diesen Körper eingebracht werden und im allgemeinen senkrecht zur Druckbelastungsrichtung angebracht sind. Die Schichten erhöhen die Fähigkeit des elastomeren Materials, Druckbelastungen aufzunehmen^ dadurch, daß sie die Neigung des Materials, quer zur

DR. C. MANITZ - DIPL.-ING. M. FINSTERWALD DIPL.-INC. W. GRAMKOW ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN MÜNCHEN 22. ROBERT-KOCH-STRASSE 1 7 STUTTGART SO I BAD CANNSTATT) MÖNCHEN. KONTO-NUMMER 7270 TEL. (089) 22 42 II. TELEX 5-29672 PATMF SEELBERGSTR. 23/25. TEL.I07ID56 72 61 POSTSCHECK: MÖNCHEN 77062-805

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Richtung der Druckbelastung auszuweichen oder auszubeulen, verringern. Insbesondere unterteilen die Schichten auf wirksame Weise die kräftefreien oder nichtbelastenden Flächen, die sich zwischen¹ den belasteten Flächen des elastomeren Materials erstrecken. Wenn das Material in Druckrichtung beansprucht \L rd, so kann es nicht längs der kräftefreien Flächen zu einer großen Beule ausweichen, die sich kontinuierlich zwischen den belasteten Flächen des Materials erstreckt. Statt dessen können die "unterteilten" kräftefreien Flächen nur in einer Reihe von kleinen und voneinander getrennten einzelnen Ausbeulungen ausweichen.

Das in den kleineren Ausbeulungen eines geschichteten elastomeren Aufbaus enthaltene Gesamtvolumen ist beträchtlich geringer als das in einer großen einzelnen Ausbeulung enthaltene, das in einem ungeschichteten Körper aus elastomerem Material auftritt. So zeigt bei einer gegebenen Belastung die laminierte Struktur eine kleinere Veränderung oder Verringerung in ihrem Höhen- oder Längenmaß, als es bei einem ungeschichteten^ gleich großen Körper aus Elastomer der Fall ist. Da die Höhen- oder Längenverringerung ein kritischer Parameter für den praktischen Einsatz elastomeren Materials unter Druckbelastung ist, wird die Fähigkeit des Materials, Druckbelastungen aufzunehmen, vergrößert. Gleichzeitig wird die Fähigkeit des Materials, einer Scherung oder einer Torsion in parallel zu den Schichten liegenden Richtungen oder in quer zur Richtung der Drucklast liegenden Richtungen nachzugeben, im wesentlichen nicht beeinflußt.

Die Eigenschaften geschichteter elastomerer Lager führten dazu, daß diese Lager in einer Vielzahl von Anwendungen ' großen wirtschaftlichen Erfolg hatten. Trotzdem hat das

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Grundkonzept, auf dem diese Lager beruhen, auch einen schädlichen Einfluß auf ihre Verwendbarkeit. Insbesondere muß die Anzahl der aus nichtdehnbarem Material bestehenden Schichten in eineji Lager erhöht werden, wenn die Fähigkeit, Drucklasten aufzunehmen erhöht werden soll und gleichzeitig eine besondere Widerstandsfähigkeit gegen Torsions- oder in Querrichtung auftretende Scherabweichungen aufrechterhalten werden soll. Das nichtdehnbare Material ist oftmals ein hochfestes und teures Metall wie Titan oder nichtrostender Stahl. Bei manchen Ausgestaltungen von Lagern muß das Material besonders sorgfältig bearbeitet werden, was zusätzliche Kosten verursacht. Zusätzlich zu den Kosten,· die diese nichtdehnbaren Schichten verursachen, stellen sie auch noch einen beträchtlichen Anteil des Gewichtes des geschichteten Lagers dar,'ja sie können im wesentlichen das Gesamtgewicht ausmachen. Die gestiegenen Herstellungskosten und das gestiegene Gewicht von hoch beanspructibaren geschichteten Lagern begrenzen auf diese Weise ihren wirtschaftlichen Erfolg.

Um die Drucklast-Aufnahmefähigkeit einer Schicht aus elastomerem Material zu erhöhen, kann auch die Neigung des Materials, auszubeulenjdadurch beschränkt werden, daß die kräftefreien Flächen des Materials mit einem sich um den Umfang erstreckenden Mantel oder Gehäuse umgeben werden. In der US-PS 2 359 942 und der US-PS 3 081 993 werden jeweils elastische Aufnähmevorrichtungen beschrieben und dargestellt, bei denen die kräftefreien Oberflächen eines elastomeren Körpers teilweise oder ganz von einem das Ausbeulen verringernden Mantel umgeben sind. In der erstgenannten Schrift ist der elastomere Körper vollständig in einem starren Metallgehäuse eingeschlossen. Trotzdem kann das Elastomer sich in einem begrenzten Ausmaß frei ausbeulen, da zwischen dem

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Elastomerkörper und dem starren Gehäuse ein ringförmiger Kör per aus elastischem Material angeordnet ist. Das zwischenlie gende elastische· Material ist beträchtlich kompressibler als das Elastomer (d. h. es hat ein niedereres Poisson-Verhältnis) und kann durch das Ausbeulen des Elastomers zusammengedrückt werden und damit diese Ausbeulung aufnehmen. In der zweitgenannten Schrift umgibt ein relativ breites geteiltes Metallband einen zylindrischen elastomeren Körper. Eine Ringbandfeder verhindert normalerweise, daß die Enden ~des Bandes sich voneinander trennen. Auf diese Weise hindert das Band anfangs den in Längsrichtung mittleren Abschnitt des Körpers daran, sich auszubeulen, wenn die Aufnahmevorrichtung in Druckrichtung beansprucht wird. Sobald jedoch eine vorbestimmte Druckbeanspruchung erreicht wird, drückt das Elastomer das geteilte Band gegen den Widerstand der Ringbandfeder auseinander. Die Aufnahmevorrichtung weicht daraufhin aus oder sie beult aus, und das immer mehr bei höheren Druckbelastungen.

Obwohl die beiden, in den genannten US-PS beschriebenen Befestigungsvorrichtungen die Drucklast-Aufnahmefähigkeit eines Körpers aus elastomerem Material wirksam erhöhen können, kann keine der beiden Vorrichtungen beträchtliche Torsions- oder in Querrichtung wirkende Scherbewegungen aufnehmen. Bei der Torrichtung nach US-PS 3 081 993 können quergerichtete Scherbewegungen zwischen den starren Endteilen 2 und 3, die an dem elastomerem Körper befestigt sind, nur durch Scheren der nicht gehaltenen Endabschnitte des Elastomers aufgenommen werden. G-Ieicherweise verhütet die Reibung zwischen dem geteilten Band und der Außenfläche des elastomeren Körpers wirksam, daß der in seiner Bewegung beschränkte Mittelabschnitt des elastomeren Körpers einer

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Torsionsscherung nachgibt. Die Vorrichtung nach US-PS 2 359 ist so aufgebaut, daß Querbewegungen zwischen einem stützendem und einem gestützten Teil das Elastomer der Vorrichtung statt auf Scherung, auf Druckbelastung beanspruchen. Eine relative Drehung zwischen dem gestützten und dem stützenden Teil ist wegen der zwischen dem Elastomerkörper und den benachbarten, sich in radialer Richtung erstreckenden Metallteilen entwickelten Reibung schwer möglich. Ein besonderes Problem ist die zwischen dem Elastomer und der unteren Stützscheibe 6 entwickelte Reibung und die zugehörige Reibung, die sich zwischen der Scheibe 6 und dem Abstützring 5 entwickelt.

In der ITS-PS 3 504 905 wird eine elastomere Befestigungsvorrichtung beschrieben, die sowohl Druckbelastung als auch Torsionsbelastungen aufnehmen soll, und bei der ein Gehäuse oder ein Mantel verwendet wird, die ein Ausweichen behindern. Bei dieser Befestigungsvorrichtung oder diesem Lager, besonders in den Darstellungen der Fig. 7» 8 und9 umschließt beispielsweise ein offenes Drahtgeflecht den Umfang eines geschichteten elastomeren Lagers. Das Geflecht behindert das Elastomer beim Herausgezogenwerden oder beim Ausbeulen zwischen den aus nichtdehnbarem Material bestehenden Schichten, aber es verhindert dieses nicht vollständig. Gleichzeitig erlaubt die offene Struktur des Geflechts parallele Bewegungen zwischen benachbarten Strängen der Umhüllung, so daß ein Verwinden oder eine Torsionsbelastung des Lagers aufgenommen werden kann.

Durch die Erfindung soll eine Befestigungsvorrichtung zur Aufnahme von Drucklasten geschaffen werden, bei der zumindest ein Abschnitt eines elastomeren Körpers vollstän-

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dig so umschlossen ist, daß er sich auf eine Drucktelastung hin nicht frei in TJmfangsrichtung ausdehnen kann. Der Mantel, der den Körper umschließt kann jedoch so tordiert werden, daß die Befestigungsvorrichtung auch Torsionsbelastungen aufnehmen kann. Eine erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung zum Aufnehmen von Drucklasten umfaßt einen elastomeren Körper und zwei die Belastung übertragende Bauteile, die zumindestens an Teilen von zwei einander gegenüberliegenden voneinander getrennten Oberflächen des elastomeren Körpers angreifen und diese überdecken. Die zwei die Belastung übertragenden Bauteile sind so angeordnet und gestaltet, daß sie eine Oberfläche des elastomeren Körpers in Umfangsrichtung freigeben. Zumindestens ein Abschnitt in Umfangsrichtung der freigegebenen Oberfläche des elastomeren Körpers wird von einem Mantel vollständig bedeckt und umschlossen. Der Mantel umschließt eine fibröse Struktur, die eine Tielzahl von im wesentlichen parallelen und dicht aneinanderliegenden Padenabschnitten ergibt, die so ausgerichtet sind, daß sie die freigegebene, in Umfangsrichtung sich erstreckende Oberfläche umgeben. Die Padenabschnitte sind weniger dehnbar als das den Körper bildende Elastomer. Ein Matrix-Material umschließt die Fadenabschnitte und verbindet benachbarte Padenabschnitte flexibel so miteinander, daß sie im wesentlichen parallel zueinander liegen. Der Mantel paßt sich dicht der Oberfläche des elastomeren Körpers an und widersteht wegen der Fadenabschnitte einer Ausdehnung in Umfangsrichtung mehr als der elastomere Körper. Der Mantel hindert zumindest die Ausdehnung in Umfangsrichtung (d. h. das Ausbeulen) des umschlossenen Abschnittes der freigegebenen Oberfläche des elastomeren Körpers. Diese Behinderung der Fähigkeit des. Elastomers, auf eine durch die Drucklast übertragenden

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Bauteile aufgebrachte Drucklast, hin auszuweichen, erhöht die Aufnahmefähigkeit für Drucktelastungen der Befestigungsvorrichtung. Da benachbarte Fadenabschnitte durch das Matrixmaterial flexibel miteinander verbunden sind, können sie sich in parallelen Ebenen relativ zueinander bewegen und damit zulassen, daß der Mantel und die Befestigungsvorrichtung auf Torsionsbelastung hin nachgibt.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung umschließt jedes die Belastungen übertragende Bauteil eine starre Deckplatte, die an der entsprechenden Oberfläche des elastomeren Körpers angreift und diese bedeckt. Der Mantel bedeckt vollständig die gesamte freigegebene Umfangsfläche des elasto· meren Körpers so, daß der Mantel und die die Belastung übertragenden Bauteile zusammenwirkend alle Außenflächen des elastomeren Körpers bedecken. Der Mantel ist in Umfangsrichtung, verglichen mit dem elastomeren Körper undehnbar. Die bevorzugte Ausführung der Erfindung erlaubt auf diese Weise eine Torsions-Flexibilität der Befestigungsvorrichtung, während sie gleichzeitig eine höchste Belastbarkeit der Befestigungsvorrichtung durch Druckbelastung ergibt.

Die fibröse Struktur der erfindungsgemäßen Befestigungsvorrichtung wird vorzugsweise durch einen einzigen fortlaufenden Strang aus einer Vielzahl in Längsrichtung des Strangs gerichteten Fäden gebildet. Der Strang ist in einer Vielzahl von Windungen um den elastomeren Körper spiralig gewunden. Die eng benachbarten Fadenabschnitte des Mantels umschließen auf diese Weise sowohl benachbarte Abschnitte bestimmter Fäden im Strang und auch benachbarte Windungen eines einzelnen Fadens. Das Matrix-Material umschließt jede einzelne Windung des Strangs und verbindet vorzugsweise

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den gesamten Mantel mit dem elastomeren Körper. Der elastomere Körper kann von zylindrischer Form sein und seine Enden können mit den starren Deckplatten der lastübertragenden Bauteile verbunden sein. Wenn die lastübertragenden Bauteile an gegenüberliegenden Enden des elastomeren Körpers angeordnet sind, umschließt jedes Bauteil einen sich in Querrichtung so über die Seitenkanten des elastomeren Körpers hinaus erstreckenden Flansch, daß dieser an den Mantel in Nachbarschaft der Enden des Körpers angreift und diesen stützt.

Die Erfindung wird im folgenden in drei Beispielen anhand der Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Befestigungsvorrichtung zur Aufnahme von Drucklasten,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Befestigungsvorrichtung nach Fig. 1 nach Linie 2-2,

Fig. 3 einen Te Jlschnitt durch eine abgewandelte Ausführung der Befestigungsvorrichtung der Fig. 1 und 2, und

Fig. 4 eine Seitenansicht, teilweise aufgeschnitten einer anderen Ausführung einer erfindungsgemäßen 'Befestigungsvorrichtung zur Aufnahme von Drucklasten.

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Die in Pig. 1 dargestellte Befestigungsvorrichtung 10 umschließt einen allgemein zylindrischen elastomeren Körper 12 und zwei lastübertragende Deckanordnungen 14 und 16, je eine an jedem Ende des elastomeren Körpers. Die Deckanordnung 14 umschließt eine kreisförmige, starre Deckplatte 18, die ein benachbartes Ende des elastomeren Körpers 12 vollständig überdeckt und mit ihm verbunden ist. Von der Mitte der Platte 18 steht ein Gewindestift 20 hervor, über den eine ringförmige, flache Stützplatte 22 angeordnet ist, deren Durchmesser größer als der der Deckplatte 18 ist. Die Stützplatte 22 wird durch eine Beilagscheibe und eine Sechskantmutter 26, die auf das eine Ende des Gewindestiftes 20 aufgeschraubt ist, an ihrer Stelle festgehalten. Die Deckanordnung 16 ist mit der Anordnung 14 identisch. Ein Gewindestift JO steht aus der Mitte einer starren, kreisförmigen Endplatte 28 hervor, eine ringförmige Stützplatte 32 ist an dem Gewindestift 30 angebracht und eine Unterlagscheibe 34 sowie eine Sechskantmutter 36 sichern die Stützplatte 32 an dem Gewindestift 30.

Da die Deckanordnungen 14 und 16 an gegenüberliegenden Enden des elastomeren Körpers 12 angeordnet sind, liegt die ringförmige Umfangsflache 38 des elastomeren Körpers zwischen den zwei Deckanordnungßn frei. Die Umfangsfläche 38 ist jedoch vollständig durch einen ringförmigen Mantel 40 umschlossen und bedeckt. Der Mantel 40 weist eine fibröse Struktur auf, die eine Vielzahl von im wesentlichen parallelen und dicht aneinander angeordneten Fadenabschnitten ergibt, die so angeordnet sind, daß sie die Umfangsfläche 38 umgeben. Die fibröse Struktur rührt vorzugsweise davon her, daß ein fortlaufender Strang aus fibrösen oder fadenartigem Material

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um den elastomer en Körper 12 spiralig gewunden ist. Wie später noch genauer erkennbar wird, sollte das faserige Material vorzugsweise hochfest sein und einen hohen Elastizitätsmodul besitzen. Beispielsweise können Graphitfasern, Glasfasern oder Kevlarfasern verwendet werden. Ein solches Material ist im Vergleich zu dem elastomeren Körper 12 im wesentlichen undehnbar. Z. B. kann eine Kohlenstoffaser einen Elastizitätsmodul von 2,1 Ms 5,3 x 10 kp/cm besitzen, während der Elastizitätsmodul von Naturkautschuk 7 bis 140 kg/cm beträgt. Der spiralig gewundene Strang kann entweder eine einzige ununterbrochene Paser oder eine Vielzahl von Fasern sein, die im allgemeinen in einer Richtung (d. h. in der Längsrichtung des Stranges) ausgerichtet sind. Im Falle eines aus einer einzigen Faser bestehenden Stranges sind die benachbarten Windungen der Faser die erforderlichen parallelen und nahe beieinanderliegenden Faserabschnitte. Die erforderlichen Faserabschnitte sind in einem aus vjelen Fasern bestehenden Strang durch benachbarte Abschnitte bestimmte Fasern und durch benachbarte Windungen der gleichen Fasern gebildet. Ein aus vielen Fasern bestehender Strang wird bevorzugt, da die Fasern in benachbarten Windungen 42 des Strangs sich vermischen und die Grenzen zwischen benachbarten Windungen weniger scharf hervortreten lassen. Obwohl in Fig. 1 scharf abgegrenzte Windungen 42 angedeutet sind, um eine Erklärung der Erfindung geben zu können, sollten die Windungen doch vorzugsweise nicht unterscheidbar sein. Das Vermischen der Fasern, das bei einem aus vielen Fasern bestehenden Strang auftritt, sollte jedoch nicht so sein, daß die Parallelität der Fasern wesentlich gestört wird.

Der Strang aus fibrösem Material wird, bevor er um den Elastomerkörper 12 gewunden wird, mit einem flüssigen elastomeren

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Beschichtungsmaterial bedeckt. Geeignete Materialien sind beispielsweise Chemglaze M-313, ein Polyurethan, das Polyurethan Adiprene und eine Kombination aus Chemglaze M-313 und dem Poly B-D-Polymer. Vorzugsweise werden Beschichtungen mit niederem !Elastizitätsmodul verwendet. Bevor ein aus Kohlenstoffasern bestehender Strang beschichtet wird, sollte er mit einem Haftvermittler behandelt werden, damit die Easer weniger ausfranst und die Haftung zwischen den Pasern und der elastomeren Beschichtung verbessert wird. Wenn der Strang beschichteten Materials um den elastomeren Körper gewunden ist, läßt man die elastomere Beschichtung aushärten, damit sie ein flexibles Matrix-Material bildet. Das Matrix-Material umschließt und umbettet jede einzelne Windung 42 und vorzugsweise jede einzelne Paser. Die Windungen 42 des Strangs sind auf diese Weise wie auch benachbarte einzelne Pasern miteinander flexibel verbunden. Das Matrix-Material verbindet auch den am weitesten innen liegenden Windungslauf 42 mit der Umfangsfläche 38 des elastomeren Körpers 12 und mit den Außenkanten der Deckplatten und 28. Die Verbindung zwischen den Windungen 42 und der Oberfläche 38 kann dadurch verbessert werden, daß die Pläche 38 vor dem Aufbringen der Windungen mit irgendeinem gebräuchlichen Haftvermittler für Elastomere behandelt wird. Alternativ können die Windungen 42 nur mit den Kanten der Deckplatten 18 und 28 und nicht mit der Oberfläche 38 des elastomeren Körpers 12 verbunden sein. Die gegenüberliegenden Enden des Mantels 40 werden, wie in Pig. 1 zu sehen, durch die ringförmigen Stützplatten 22 und 32 der Deckanordnungen 14 bzw. 16 gestützt.

Wenn eine Befestigungsvorrichtung 10 so aufgebaut ist, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, kann sie beträchtliche axial gerichtete Drucklasten aufnehmen, die über die Deckanordnungen

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und 16 zugeführt werden· Eine Druckbelastung kann dadurch in Richtung der Pfeile 44 und 46 aufgebracht werden, das die Gewindestifte 20^:und 30 mit einem (nicht gezeigten) gestützten !Teil bzw. mit einem (nicht gezeigten) Stützteil verbunden werden. Die Druckbelastung wird auf den elastomeren Körper mittels der Gewindestifte 20 und 30 und der starren Endplatten 18 und 28 übertragen. Der elastomere Körper 12 versucht sich auszubeulen oder in Umfangsrichtung auszudehnen, wenn er unter eine Druckbelastung gesetzt wird und übt dabei eine "radial gerichtete Belastung auf die gesamte Innenfläche des Mantels 40 aus. Diese radiale Belastung auf den Mantel belastet die Windungen 42 und die Fasern der Windungen mit einer tangential gerichteten Spannung, die man als "Reifenspannung" bzw. "Daubenspannung" bezeichnen könnte. Da das Fasermaterial in den Windungen 42 vorzugsweise hochfest und mit einem hohen Elastizitätsmodul versehen ist (d. h. es ist im wesentlichen undehnbar), hindert es das Elastomer daran, sich auszudehnen, so daß irgendein Ausweichen des elastomeren Körpers 12 nur durch ein Zusammendrücken im Volumen erreicht werden kann. Da der Druckmodul (reziproker Wert der Kompressibilität) mehrere hundertmal so groß wie der Kompressionsmodul des gleichen Elastomerkörpers ist, wenn er sich frei ausbeulen oder abweichen kann, wird die Fähigkeit der Befestigungsvorrichtung 10, eine Druckbelastung aufzunehmen im Vergleich zur gleichen Vorrichtung mit freiem Elastomerkörper wesentlich erhöht.

Die Befestigungsvorrichtung kann extrem große Drucklasten aufnehmen und daneben weiterhin Schwingungs-Rotationsbewegungen zwischen dem (nicht gezeigten) gestützten Teil und einem (nicht gezeigten) Stützaufbau aufnehmen. Drehbewegungen können über die Gewindestifte 20 und 30 und die starren End-

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platten 18 und 28 übertragen werden. Da die Endplatten 18 und 28 mit den entgegengesetzt liegenden Enden des elastomeren Körpers 12 verbunden sind, wird das Elastomer eine Torsionsbelastung erfahren. Der Mantel 40, der mit der Umfangsfläche 38 des elastomeren Körpers 12 verbunden ist, wird gleichfalls eine Torsionsbelastung erfahren. Die durch das Matrix-Material im Mantel 40 geschaffene flexible Verbindung erlaubt relative Parallelbewegungen zwischen benachbarten Faserabschnitten wobei benachbarte Windungen 42 des ' spiralförmig gewundenen Strangs und benachbarte Easern inner halb des Stranges eingeschlossen sind. Im Betrieb kann deshalb der Mantel 40 freie Torsionsbiegungen mit dem Elastomerkörper 12 zusammen ausführen, um Torsionsbelastungen aufzunehmen. Der Mantel .40 kann als anisotropisch bezeichnet werden, da er extrem steif auf hydrostatisch-artige Radialbelastungen, aber relativ weich auf Torsionsbelastungen reagiert.'

Es wurden Probestücke nach Art der in Fig. 1 dargestellten Befestigungsvorrichtungen aufgebaut und auf ihre Druck- und Torsionsbelastungsfähigkeit hin untersucht. Die elastomeren Körper in den Probestücken waren aus Neopren hergestellt und variierten von Stücken mit einem Durchmesser von 1 cm 0 und 1,27 cm Höhe (O,38"0, 0,5" Höhe) bis zu 5 cm 0 bei 5 cm Höhe (2" 0, 2" Höhe) auf. Die Deckanordnungen waren aus Stahl hergestellt. Die freiliegenden Umfangsflächen der elastomeren Körper wurden mit einem Klebstoff behandelt und dann mit Windungen aus faserartigem Material bedeckt. Die Windungen bestanden aus einem kontinuierlichen Graphitfaser oder Kevlar-Faserstrang, der mit einer elastomeren Polyurethanbeschichtung bedeckt war. Die Radialstärken der fertigen Mäntel bei den Probestücken betrugen

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zwischen 0,4 und 5»2 cm (0,16" bis 2,06"). Die Probestücke ergaben größte Kompressionssteifheiten im Bereich von 2,5 x 10⁴ bis 9 x 10⁴ kp/cm (= 140.000 bis 500.000 pd/") und Torsionssteifhpiten im Bereich von 4»6 bis 103,8 kg.cm pro Grad (4 - 90"pd/deg). Die höchste Druckbelastung (d. h. die Druckbelastung»die zur Zerstörung führte) an den Probestücken variierte von 3.360 kp bis 24.500 kp (7,400 pd bis 54.000 pd), bei einer vertikalen Ausweichung (Zusammenpressung) von etwa 2,5 bis 10 mm (0,1" bis etwa 0,4")· k\i-^e gemessenen Torsionssteifheiten beziehen sich auf eine Torsionsverdrehung von 26°. Es ist anzunehmen, daß der Steigungswinkel, mit dem der Strang aus Fasermaterial um den Elastomerkörper gewunden wird, bedeutsam ist,und daß der Winkel vorzugsweise so dicht wie möglich bei 0° ( 90° gegenüber der Längsachse der Befestigungsvorrichtung) gehalten werden soll. Größere Steigungswinkel scheinen die Torsionssteifheit der Befestigungsvorrichtung zu erhöhen. Eine erhöhte Torsionssteifheit kann wünschenswert sein oder auch nicht, je nach dem Einsatz der Befestigungsvorrichtung.

Die eben beschriabene Erprobung deutet an, daß bei exzentrisch zur Längsachse einer Befestigungsvorrichtung»die der in Pig. gezeigten entspricht_?aufgebrachten Axialbelastungen die Befestigungsvorrichtung wahrscheinlich durch Ausbeulen und durch Herausdrücken des Elastomers zerstört wird, statt durch ein Versagen der fibrösen Struktur des Mantels 40. Ver-.sagen durch Ausbeulen tritt bei geringeren Druckbelastungen auf als ein Versagen der fibrösen Struktur und setzt damit die Brauchbarkeit einer Befestigungsvorrichtung nach Pig. 1 herab. Es ist anzunehmen, daß die Neigung zum Ausbeulen dadurch überwunden werden kann, daß in dem Mantel 40 eine Vielzahl von Faserabschnitten aufgenommen werden, die in Längs-

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richtung der Befestigungsvorrichtung 10 orientiert sind. Wie in Pig. 3 gezeigt, können die in Längsrichtung orientierten oder polaren Faserabschnitte in Längsfasersträngen oder Polarfasersträngen 48 vereinigt sein, die sich über die gesamten Windungen 42 erstrecken. Die Stränge 48 in Fig. 3 sind nicht auf den elastomeren Körper 12 aufgewunden, sondern sind in Form einer Schicht aus Strängen in ausgehärteter elastomerer Matrix aufgebracht. Die Schicht aus Strängen 48 und das Matrix-Material wird mit den Windungen 42 durch einen Leim oder einen Klebstoff verbunden. Die in Längsrichtung gerichteten Paserabschnitte können auch dadurch in den Mantel 40 aufgenommen sein, daß ein aus Einzelfäden bestehender Strang um den elastomeren Körper 12 und mindestens die Deckplatten 18 und 28 gewunden wird. Ein Verfahren zum Aufbringen solcher polarer Windungen wird in der US-PS 3 112 234 beschrieben und dargestellt. Bei Torsionsabweichungen von mehr als etwa 5 bis 10° ergeben diese polaren Windungen eine beträchtliche und scharf ansteigende Steigerung der Torsionssteifheit einer Befestigungsvorrichtung, die der Befestigungsvorrichtung 10 gleicht.

In Pig. 4 ist eine Befestigungsvorrichtung 50 dargestellt, die eine abgeänderte Porm einer herkömmlichen Befestigungsvorrichtung zur Aufnahme hoher Radialbelastung und relativer Schwingbewegungen zwischen radial inneren u. äußeren ilächen darstellt. Die Befestigungsvorrichtung 50 umfaßt ein rohrförmiges inneres Metallteil 52, das von einem ringförmigen Körper aus elastomerem Material 54 umgeben ist. Der Hauptabschnitt 55 des Körpers aus elastomerem Material 54 ist kurzer als das Rohrteil 52, obwohl ein dünner, sich verjüngender Abschnitt 56 oder 57 aus elastomerem Material sich in Axialrichtung von jedem Ende des Hauptabschnittes

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zu den Enden des Rohrteils 52 hin erstreckt. In Längsrichtung gesehen in der Mitte des elastomeren Körpers 54 und des Rohrteils 52 befindet sich eine Ringhülse 58, die den elastomeren Körper umgibt und mit der TJmfangsfläche des Elastomers verbunden ist. In Axialrichtung mit einem Abstand von der Hülse 58 versehen sind zwei ringförmige Endkappen 60 und 62 angebracht, die ebenfalls den elastomeren Körper 54 umgeben. Jede der Endkappen 60 und 62 greift an einen Endabschnitt der Außenumfangsfläche 64 des Hauptabschnittes 55 des elastomeren Körpers 54 an und bedeckt diesen. Die Kappen 60 und 62 erstrecken sich von der Umfangsfläche 64 über die einander entgegengesetzt liegenden Enden des elastomeren Hauptabschnittes 55 und reichen radial nach innen gegen das Rohrteil 52 hin. Die radial innersten Kanten 66 der Endkappen 60 und 62 sind in Radialrichtung vom Rohrteil 62 und von den sich verjüngenden Abschnitten 56 und 57 aus elastomerem Material mit einem Abstand versehen. Die Gestaltung der Endkappen 60 und 62 läßt eine relative Radialbewegung zwischen den Kappen und dem Rohrteil 5.2 in begrenztem Umfang zu.

Zwischen der starren Hülse 58 und jeder der Endkappen 60 und 62 ist ein "freigelegter" Abschnitt der äußeren Umfangsfläche 64 des elastomeren Körpers 54. Jeder "freigelegte" Abschnitt der Oberfläche 64 ist durch einen Mantel 68 bzw. 70 bedeckt, der sich in Axialrichtung des elastomeren Körpers 54 zwischen der Hülse 58 und der entsprechenden Endkappe 60 bzw. 62 erstreckt. Wie in dem Mantel 40 in Pig. 1 und 2, so umfaßt auch jeder der Mantel 68 und eine Vielzahl im wesentlichen paralleler und eng benachbarter Windungen 72, die in einem flexiblen Matrix-Material eingebettet und von diesem umhüllt sind. Die Windungen 68

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werden vorzugsweise aus einem fortlaufenden Strang aus fibrösem oder fadenartigem Material gebildet, das mit einer flexiblen elastomeren Beschichtung bedeckt ist. Das fibröse Material icann irgendeines von verschiedenen hochfesten Materialien mit hohem Elastizitätsmodul umfassen, wie sie vorher in Verbindung mit der Aufnahmevorrichtung 10 von I*ig. 1 und 2 besprochen wurden. Die Beschichtung oder das Matrix-Material kann gleicherweise eines einer ganzen Anzahl flexibler Beschichtungen sein. Die Mäntel 68 und 70 sind mit der Umfangsfläche 64 des elastomeren Körpers 54 und mit den benachbarten Flächen der Hülse 58 und der Endkappen 60 und 62 verbunden. Die "Verbindung mit der Oberfläche 64 kann jedoch auch weggelassen werden.

Die Aufnahmevorrichtung 50 wirkt im allgemeinen in der gleichen Art wie eine übliche Aufnahmevorrichtung mit einer aus festem Metall bestehenden Hülse, die sich zwischen den Endkappen 60 und 62 erstreckt und aus einem Stück mit diesem geformt ist. Die Aufnahmevorrichtung 50 nimmt typischerweise sine (nicht gezeigte), sich durch das mittlere Rohrteil 52 erstreckende Welle auf, und wird in eine (nicht gezeigte) Passung gepreßt, die an der Außenhülse 58 angreift. Die Welle unterstützt auf diese Weise das die Passung bestimmende Teil mittels der Aufnahmevorrichtung 50. Eine gebräuchliche Einrichtung ist beispielsweise eine Welle, die durch eine Öse an einem Ende einer Blattfeder in einem Motorfahrzeug gesteckt ist. Bei einer solchen Einrichtung ist die Aufnahmevorrichtung 50 hohen Druckbelastungen unterworfen, die in Radialrichtung zwischen dem Rohrteil und der Außenhülse 58 auftreten. Die Mäntel 68 und 70 verhüten ein Ausbeulen des elastomeren Körpers 54 radial nach außen, wenn eine radial gerichtete Drucklast aufgebracht wird,

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Der elastomere Körper 54 kann sich nur an seinen Enden durch die zwischen den Endkappen 60 und 62 und dem Rohrteil 52 "bestehenden Zwischenräume ausbeulen. Die Aufnahmevorrichtung ergibt auf diese Weise im wesentlichen die gleiche Aufnahmefähigkeit für radial gerichtete Drucklasten wie eine herkömmliche Aufnahmevorrichtung mit einer durchgehenden äußeren Hülse.

Der Vorteil der Aufnahmevorrichtung 50 nach Fig. 4 gegenüber "einer gebräuchlichen Aufnahmevorrichtung der gleichen allgemeinen Art besteht darin, daß der elastomere Körper 54 auf eine relative Drehung zwischen dem Rohrteil 52 und der Außenhülse 58 hin weniger hoch beansprucht wird. Bei einer gebräuchlichen Aufnahmevorrichtung bilden die radial nach innen gerichteten Plansche der Endkappen 60 und 62 einen Teil der Außenhülse 59 und drehen sich gegenüber dem Rohrteil 52 mit dieser. Damit wird die relative Drehbewegung zwischen der Hülse und dem Rohrteil nur durch eine Drehverbiegung allein des Abschnittes des elastomeren Körpers aufgenommen, der sich zwischen den inrersten Kanten der Endkappen und dem inneren Rohrteil befindet. Die relativ hohen Verformungen, die in dem begrenzten Elastomervolumen auftreten, das durch Torsion belastet wird, vermindern wirksam die Lebensdauer des Elastomers bis zur Ermüdung. Dagegen können die Endkappen 60 und 62 der Aufnahmevorrichtung 50 in bezug auf die Hülse 58 wegen der Torsions-Plexibilität der Mäntel 68 und 70 verdreht werden. Die auf die Aufnahmevorrichtung aufgebrachte Torsionsbelastung wird so durch das elastomere Material zwischen der Hülse 58 und den Endkappen 60 und 62 und durch das Material zwischen den Endkappen und dem inneren Rohrteil 52 aufgenommen. Die Torsionsbelastung auf den Abschnitt des elastomeren Körpers zwischen den radial innersten Kanten 66

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der Endkappen 60 und 62 und dem B.ohrteil 52 wird herabgesetzt und die Lebensdauer der Aufnahmevorrichtung 50 bis zur Ermüdung wird im Vergleich zu einer üblichen Aufnahmevorrichtung beträchtlich verbessert.

Statt der besprochenen fibrösen Materialien für die Mantel, z. B. Kohlenstoffasern, die von elastomerem Material umhüllt sind, können andere Materialien oder Material-Kombinationen verwendet werden, die die nötige faserartige Struktur und flexible Matrix ergeben. Beispielsweise kann der Mantel für die oben beschriebene Aufnahmevorrichtung auch aus einem ultramolekular-gerichteten Polymer hergestellt werden. Vie in einem Artikel "Molecular Composites Can They Replace Metals?" auf Seite 42 und 43 der Ausgabe vom September 1975 der Zeitschrift "Plastics Engineering" beschrieben wird, umfassen ultramolekular-gerichtete Polymere ausgerichtete und ausgedehnte molekulare Ketten, die von willkürlich gerichteten und nicht ausgedehnten Molekularketten umgeben sind. In einem aus einem solchen Polymer gebildeSen Mantel ergeben die ausgerichteten molekularen Ketten die erforderliche faserartige Struktur, wäh rend die nichtausgerichteten molekularen Ketten die Matrix ergeben.

- Patentansprüche -

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Claims

atentansprüche

Drucklast-Aufnahmevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein elastomerer Körper vorhanden ist, daß erste lastübertragende Einrichtungen zumindestens an einem Teil einer ersten Oberfläche des elastomeren Körpers angreifen und ihn bedecken, daß zweite lastübertragende Einrichtungen an zumindestens einem Teil einer zweiten Oberfläche des elastomeren Körpers angreifen und ihn bedecken, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt und von ihr mit einem Abstand versehen ist, wobei die· ersten und zweiten lastübertragenden Einrichtungen so angeordnet und gestaltet sind, daß sie eine Umfangsfläche des elastomeren Körpers freigeben, und daß ein Mantel zumindestens einen Umfangsabschnitt der freigegebenen Umfangsfläche des elastomeren Körpers bedeckt und umschließt, daß der Mantel besteht aus (a) einer Faserstruktur, die eine Yielzahl von im wesentlichen parallelen und dicht aneinanderliegenden Paserabschnitten ergibt, die so gerichtet sind, daß sie die freigegebene Umfangsfläche umfassen, wobei die Faserabschnitte weniger dehnbar als das Elastomer sind,und aus (Jo) einer Matrix, die die Paserabschnitte der Faserstruktur umhüllt und benachbarte Paserabschnitte flexibel miteinander in im wesentlichen paralleler Beziehung verbindet, daß der Mantel sich dicht an die freigelegte Umfangsfläche anpaßt und daß die Faserstruktur den Mantel gegen eine Ausdehnung in Umfangsrichtung größeren Widerstand' leisten läßt als der elastomere Körper, so daß

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mindestens die Ausdehnung in Umfangsriehtung des Abschnittes der freigelegten Oberfläche des elastomeren

infolge

Körpers/auf den Körper durch die lastübertragenden Einrichtungen aufgebrachte" Druckbelastungen gehindert wird, daß benachbarte Faserabschnitte in dem Mantel in parallel zueinander gelegenen Ebenen beweglich sind, so daß der Mantel auf Torsionsbelastungen auf die Aufnahmevorrichtung hin ausweichen kann.

.' 2. Aufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede lastübertragende Einrichtung ein starres Deckteil umschließt, das an dem entsprechenden Teil der ersten und zweiten Oberfläche angreift und ihn bedeckt.

3. Aufnahmevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die starren Deckteile mit dem elastomeren Körper verbunden sind.

4. Aufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten lastübertragenden Einrichtungen an entgegengesetzten Enden des elastomeren Körpers angeordnet sind_ und daß jede lastübertragende Einrichtung ein Flanschten umschließt, daß die Elansehteile sich in Querrichtung über die Kantendes elastomeren Körpers hinaus erstrecken, so daß sie an dem Mantel in der Nachbarschaft der Enden des Körpers angreifen. .

5. Aufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i ohne t, daß die Pasers truktur einen einzelnen fortlaufenden Strang aus einer Vielzahl von Fasern umfaßt,

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die im allgemeinen in Längsrichtung des Strangs gerichtet sind, daß der Strang spiralig in einer Vielzahl von Windungen um: den elastomeren Körper gewunden ist, daß die Faser anschnitte der Paserstruktur benachbarte Abschnitte unterschiedlicher Fasern in dem Strang und benachbarte Windungen einer einzelnen Faser umfassen.

6. Aufnahmevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix jede einzelne Windung des Strangs umschließt.

7. Aufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix den Mantel mit dem elastomeren Körper verbindet.

8. Aufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elastomere Körper von zylindrischer Form ist.

9. Aufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c hne t, daß der Mantel die gesamte freigegebene Umfangsflache des elastomeren Körpers vollständig bedeckt, und daß der Mantel und die lastübertragenden Einrichtungen zusammen die gesamte Außenfläche des elastomeren Körpers bedecken.

10. Aufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserabschnitte im wesentlichen im Vergleich zu dem Elastomer nicht dehnbar Bind und daß der Mantel im Vergleich zu dem elaetomeren Körper in Um-

im wesentlichen

fangsriehtung/nicht dehnbar ist, so daß er eine Ausdehnung des Abschnittes der freigegebenen Oberfläche des

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elastomeren Körpers in Umfangsrichtung verhindert.

11. Aufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserstruktur auch eine Vielzahl dicht aneinanderliegender Faserabschnitte ergibt, die so gerichtet sind, daß sie sich quer zu den Faserabschnitten erstrecken, die die freigelegte Umfangsfläche umgeben, und daß sie in bezug auf den elastomeren Körper polar gerichtet sind.

12. In Torsionsrichtung flexible Druckaufnahmevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen elastomeren Körper umfaßt, daß Einrichtungen an jeweils einem von zwei gegenüberliegenden Enden des elastomeren Körpers zumindestens an den Enden des Körpers angreifen und sie bedecken, daß diese Einrichtungen so angeordnet und gestaltet sind, daß sie zwischen den Enden des elastomeren Körpers eine Umfangsfläche des Körpers freigeben, und daß ein Mantel zumindestens einen Umfangabschnitt der freigegebenen Uilfangsflache des elastomeren Körpers vollständig bedeckt und umschließt, daß der Mantel einen fortlaufenden Strang aus fibrösem Material umfaßt, das im wesentlichen im Vergleich zu dem elastomeren Körper nicht dehnbar ist, daß der Strang mit einer elastomeren Beschichtung bedeckt ist und spiralig in einer Vielzahl von Windungen um die freigegebene Umfangsfläche gewunden und ihr dicht angepaßt ist, daß die elastomere Beschichtung benachbarte Windungen des Strangs miteinander flexibel verbindet, daß der Strang eine Ausdehnung in Umfangsrichtung des Abschnittes der freigegebenen Oberfläche des elastomeren Körpers auf an die Enden des Körpers angewandte Druckbelastungen hin verhindert, und daß benachbarte Win-

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-Ή -

düngen des Strangs parallel zueinander in Richtung des Stranges auf Torsionsbelastungen der Aufnahmevorrichtung hin "bewegbar sind.

13. Aufnahmevorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel die gesamte freigegebene Umfangsfläche des elastomeren Körpers vollständig bedeckt, und daß der Mantel und die an den Enden angreifenden Einrichtungen zusammenwirkend alle Außenflächen des elastomeren Körpers bedecken.

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