DE2805571B1

DE2805571B1 - Elastisches Verbindungselement mit nichtlinearer Kraft-Weg-Kennlinie

Info

Publication number: DE2805571B1
Application number: DE19782805571
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dipl-Ing Dr Bathelt; Bernhard Rauser
Original assignee: Audi NSU Auto Union AG; Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1978-02-10
Filing date: 1978-02-10
Publication date: 1978-11-09
Also published as: DE2805571C2

Description

Bei steigender Zugkraft und Auslenkung des elastischen Verbindungselementes wird der eingeschlossene Raum, der im Grenzfall das Anfangsvolumen Null hat, vergrößert und damit der Gasdruck im Innern des Raumes vermindert, das heißt ein Unterdruck, im Grenzfall Vakuum aufgebaut Es entsteht somit eine Rückstellkraft durch den auf der Begrenzung des Raumes liegenden, größeren äußeren Luftdruck und durch die elastische Begrenzung des Raumes selbst. Die Kraft-Weg-Kennlinie des Luftdruckanteils an der Rückstellkraft ist in ihrer Steilheit von der Größe des eingeschlossenen Gasvolumens abhängig und nähert sich asymptotisch einer waagerechten Geraden (Federkraft = konstant), deren Lage von der Größe der wirksamen Fläche abhängt, an der der äußere Luftdruck angreift Zu dem luftdruckbedingten Anteil der Rückstellkraft addiert sich der Anteil, der durch die Rückstellkraft der elastischen Raum-Begrenzung gebildet wird und dessen Steifigkeit im wesentlichen die Steilheit des zweiten Kraft-Weg-Kennlinienabschnittes bestimmt Die Steigungen eines ersten steilen und eines zweiten flachen Kraft-Weg-Kennlinienabschnittes, sowie die Lage der Abbiegung des ersten in den zweiten Kennlinienabschnitt sind somit vorteilhaft weitgehend unabhängig voneinander festlegbar. Das Verbindungselement, z. B. in einem Seilzug einer Kupplungsbetätigung eingebaut, läßt sich durch die Größe des Raumes, die Steifigkeit der elastischen Begrenzung des Raumes und der wirksamen Fläche für den anliegenden Luftdruck so dimensionieren, daß der flache zweite Abschnitt der Kraft-Weg-Kennlinie in Höhe der Betätigungskraft liegt Dadurch wird vorteilhaft erreicht, daß die Betätigungskraft exakt und ohne große Wegverluste übertragen wird (erster steiler Kennlinienbereich), jedoch während der Krafteinwirkung, wobei üblicherweise starke Geräuschübertragungen auftreten, gute Schwingungsisolation zur Wirkung kommt (zweiter, flacher Kennlinienabschnittr In einer vorteilhaft einfachen Ausbildung der Erfindung wird das eingeschlossene Gasvolumen von zwei mit Befestigungselementen versehenen, steifen Platten und einer mit den steifen Platten dicht verbundenen, elastischen Berandung gebildet In einer einfach dimensionierbaren und einfach herstellbaren Ausführungsform sind die steifen Platten im nichtbelasteten Ruhezustand des Verbindungselementes parallel und in einem im Vergleich zu ihrem Durchmesser kleinen Abstand zueinander angeordnet, wobei die elastische Berandung die beiden steifen Platten in Form einer Gummimanschette umschließt Durch das Anbringen eines Auslenkungsbegrenzers läßt sich vorteilhaft ein dritter, an den zweiten Kennlinienabschnitt anschließender, steil ansteigender Kraft-Weg-Kennlinienabschnitt erreichen.
Die Steilheit des dritten Kraft-Weg-Kennlinienabschnittes ist durch die Elastizität des Auslenkungsbegrenzers bestimmt.
Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und eines Kraft-Weg-Diagramms näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines elastischen Verbindungselementes; Fig. 2 ein Kraft-Weg-Diagramm eines elastischen Verbindungselementes.
Ein Gasvolumen 1 wird von zwei steifen Platten 2, 3 mit Befestigungselementen 4,5 in Form von Schrauben und einer Gummimanschette 6 begrenzt. Die Gummimanschette 6 ist im Bereich des Spaltes zwischen den steifen Platten 2, 3 verformbar und umschließt im übrigen Bereich gasdicht die steifen Platten. Ein Auslenkungsbegrenzer 7 in Form eines Metallbügels ist mit einer steifen Platte 2 über dessen Befestigungselement 4 fest verbunden und wirkt als Anschlag.
Beim Anlegen einer Zugkraft an die Befestigungselemente 4, 5 bewegen sich die steifen Platten 2, 3 auseinander, wobei der Raum 1 vergrößert bzw. ein Vakuum erzeugt wird und die Gummimanschette über den steifen Platten 2, 3 gedehnt wird. Die Volumenvergrößerung des eingeschlossenen Gases oder des Vakuums bewirkt einen Druckabfall, so daß der an den steifen Platten anliegende, äußere Luftdruck versucht die steifen Platten zusammenzudrücken. Es entsteht daher ein Kraft-Weg-Kennlinienanteil entsprechend Bezugszeichen 11 in Fig.2 2, durch den an der Fläche der steifen Platten 2, 3 anliegenden, gleichbleibenden Luftdruck und den sich vermindernden Druck im Raum 1. Bei einer Vergrößerung des eingeschlossenen Gasvolumens im Raum 1 wird die Kurve 11 flacher, und bei einer Vergrößerung der Fläche der steifen Platten quer zur Zugrichtung verschiebt sich die Gerade 12, an die sich die Kurve 11 asymptotisch annähert, nach größeren Kräften hin. Zur Kurve 11 addiert sich der Anteil unter der im wesentlichen linear verlaufenden Kurve 13, die den Anteil der Rückstellkraft der gedehnten Gummimanschette 6 wiedergibt. Die Steigung der Kurve 13 ist abhängig von der Form und Härte der verwendeten Gummimanschette 6. Es ergibt sich somit eine resultierende Kennlinie entsprechend dem Bezugszeichen 14, die beim Einsatz eines Auslenkungsbegrenzers 7 am Anschlagpunkt 15 je nach elastischer Ausbildung des Anschlages nach oben mehr oder weniger steil in Form des Kurvenanteils 16 abbiegt.

Claims

Patentansprüche: 1. Elastisches Verbindungselement mit einer nichtlinearen Kraft-Weg-Kennlinie, d a d u r c h gekennzeichnet, daß in ihm ein wenigstens zum Teil elastisch begrenzter Raum (1) eingeschlossen ist, der sich beim Anlegen einer Zugkraft gegen die Krafteinwirkung des äußeren Luftdrucks vergrößert.
2. Elastisches Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eingeschlossene Raum (1) von zwei mit Befestigungselementen (4, 5) versehenen steifen Platten (2, 3) und einer mit den steifen Platten (2,3)dicht verbundenen elastischen Berandung (6) gebildet ist.
3. Elastisches Verbindungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die steifen Platten (2, 3) im Ruhezustand parallel und mit im Vergleich zu ihrem Durchmesser kleinen Abstand zueinander angeordnet sind und die elastische Berandung (6) in Form einer Gummimanschette die steifen Platten umschließt.
4. Elastisches Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslenkungsweg des Verbindungselementes durch einen oder mehrere Auslenkungsbegrenzer (7) eingeschränkt ist.
5. Elastisches Verbindungselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslenkungsbegrenzer (7) elastisch ausgebildet ist Die Erfindung bezieht sich auf ein elastisches Verbindungselement mit einer nichtlinearen Kraft-Weg-Kennlinie.

Elastische Verbindungselemente zwischen Bauteilen mit nichtlinearer, durch Zuschalten von weiteren Federelementen über Anschläge oder besondere Formgebungen, progressiver Kraft-Weg-Kennlinie sind bekannt und einfach herzustellen. In vielen Anwendungsfällen sind jedoch relativ steife Verbindungselemente mit nichtlinearer degressiver Kraft-Weg-Kennlinie, die ab einer bestimmten Krafteinwirkung weiteren Krafteinwirkungen elastisch nachgeben, erwünscht Betätigungseinrichtungen an Maschinen übertragen durch Seilzüge oder Gestänge Schwingungen der Maschinen auf Handgriffe oder Pedale und deren Halterungen, insbesondere wenn größere Krafteinwirkungen, wie z. B. Kupplungsbetätigungen, erforderlich sind. Besonders im Kraftfahrzeugbau ist man bestrebt, störende Schwingungsübertragungen von der Brennkraftmaschine auf Pedale und Handgriffe und über deren Lagerungen auf Karosserieteile zu unterbinden.

Ein elastisches, auf Zug beanspruchtes, schwingungsisolierendes Aufhängeelement ist bekannt (DE-AS 11 22 906) und besteht aus zwei oder mehreren an ihren Stirnseiten durch je einen Querbalken verbundenen Gummizügen, wobei auf den beiden Innenseiten der Querbalken je eine Metallplatte zur Befestigung an den Haltemitteln vorgesehen ist Schwingungen zwischen den Haltemitteln werden durch die Dehnung der Gummizüge zum Teil entkoppelt Bei der Verwendung als schwingungsisolierendes Element in Seilzügen oder Gestängen von Betätigungseinrichtungen an Maschinen zeigt sich die nachteilige Eigenschaft, daß bei der Ausbildung als steifes Element Schwingungen in Form von Körperschallbrücken gut übertragen werden, bei der Ausbildung als weiches Element Schwingungen zwar gut isoliert werden, jedoch keine exakte Kraftübertragung möglich ist und große Wegverluste, beispielsweise zwischen dem Kupplungspedal und dem Kupplungsausrückhebel, auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches, leicht dimensionierbares, elastisches Verbindungselement zu schaffen, das eine definierte Kraft mit wenig Wegverlust überträgt und während der Krafteinwirkung auftretende Schwingungen nur wenig rücküberträgt, insbesondere zur Verwendung in Verbindungseinrichtungen zu Maschinen, z. B. in Seilzügen oder Gestängen für Kupplungsbetätigungseinrichtungen.

Die Aufgabe der Erfindung wird bei einem gattungsgemäßen Verbindungselement mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.